Nước cấp là nguồn nước sau xử lý tại nhà máy hoặc các trạm chuyên xử lý lý cấp xã cấp huyện. Từ các trạm cung cấp cho người dân nhằm mục đích ăn uống và dùng trong sinh hoạt. Nước cấp chính là nước đã được xử lý tại các nhà máy xử lý nước. Đã được làm sạch bằng các công nghệ hiện đại sau đó chuyển đến người tiêu dùng.
CHƯƠNG CÔNG NGHỆ MỚI TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP 4.1 Tuyển nổi áp lực 4.1.1 Sơ lược Công nghệ tủn nởi áp lực hay cịn gọi tủn nởi khí hịa tan (DAF - Dissolved Air Flotation) được các nước tiên tiến nghiên cứu áp dụng thập niên 60 kỷ trước, DAF được phở biến rộng rãi tồn giới giải pháp thay bể lắng truyền thống Tại Mỹ, lần được áp dụng bang Massachusets vào năm 1980, đến có khoản 100 nhà máy sử dụng công nghệ DAF với công suất đến vài trăm ngàn m3/ngày Nhà máy với công nghệ DAF New York đưa vào sử dụng năm 2012 với công suất lên tới 1,1 triệu m3/ngày Ở nước ta nay, DAF được xử dụng rộng rãi lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp 4.1.2 Quy trình xử lý Khơng khí được đưa vào máy nén Ejector đặt ống đẩy bơm ly tâm Nước bơm vào có thể nước thô (sơ đồ trực tiếp) nước sau xử lý (sơ đồ hoàn lưu) Hình Sơ đồ hệ thống tủn nởi áp lực (Sơ đồ hồn lưu) Sơ đồ trực tiếp cho phép bão hịa khơng khí tồn lượng nước thô, chảy vào bể tuyển nổi, các bọt khí tạo thành bên cạnh các hạt cặn nên dễ tạo thành các hạt keo khí Sơ đồ đơn giản thiết kế vận hành nhưnh chi phí lượng lớn khơng thích hợp với nước thơ có bơng cặn keo tụ từ bể keo tụ Sơ đồ hoàn lưu được ứng dụng trường hợp nụớc cho hóa chất để keo tụ thành bơng cặn, lượng nước phải bão hịa sơ đồ trực tiếp Lưu lượng khí tính theo lưu lượng cặn được điều chỉnh theo lượng hoàn lưu Trong sơ đồ này, dung tích Bể tủn nởi lớn Để xử lý nước mặt, lượng nước hoàn lưu chiếm -12%, áp suất - Bar Dưới áp suất này, lưu lượng khí hịa tan chiếm gần 70% mức bão hịa Trong quá trình tuyển nổi áp lực bao gồm các giai đoạn sau: +Cấp khí vào nước +Hịa tan khơng khí vào nước +Tạo bọt khí từ dung dịch bão hịa khí +Bám dính cặn vào bọt khí +Tách cặn khỏi nước bể Tủn nởi a) Quá trình cấp khí vào nước: Có thể thực việc cấp khí vào nước ba cách sau: Cấp khí theo đường ống hút bơm Cấp khí theo đường ống đẩy áp bơm Dùng Ejector b) Quá trình hòa tan khí vào nước: Cho khơng khí tiếp xúc với nước, tăng áp lực mơi trường, khí hịa tan vào nước thành dung dịch quá bão hịa khí, giảm áp lực nước mơi trường, bọt khí thoát từ dung dịch quá bão hòa hiệu tủn nởi phụ thuộc vào lượng khí hịa tan nước Khi nhiệt độ khơng đởi, độ hịa tan khí chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần khí theo Định luật Henry: C= K.P Trong : C - Độ hịa tan khí; K số Henry, phụ thuộc nhiệt độ mơi trường chất lỏng P - áp suất riêng phần khí Có nhiều cách để hịa trộn khí vào nước Trên thực tế người ta thường dùng bình áp lực để hịa trộn khí vào nước Có vị trí đưa nước vào, phía phía bình c) Sự hình thành bọt khí từ dung dịch quá bão hòa: Theo định luật Henry, áp suất giảm đột ngột (xuống áp suất khí quyển), xảy quá trình nhả khí từ dung dịch bão hịa hình thành các bọt khí kích thước nhỏ (phụ thuộc vào lực căng bề mặt khí nước độ giảm áp) vùng tiếp xúc Kích thước các bọt khí được hình thành nằm khoảng từ 10 đến 100 μm, với số lượng lớn, làm cho hỗn hợp khí - nước bể tủn nởi có màu trắng đục sữa hay ‘’nước bột sắn’’ d) Quá trình bám dính cặn vào bọt khí Trong bể tuyển nổi, các phần tử keo tụ tiếp xúc với các bọt khí, tạo các tở hợp bọt khí phần tử keo tụ Nếu các phần tử keo tụ được chuẩn bị phù hợp, đặc biệt tính chất hoá học bề mặt phần tử, nhờ quá trình keo tụ, thì quá trình dính bám tạo tở hợp bọt khí - phần tử keo tụ có thể tạo thành e) Tách cặn khỏi nước bể Tuyển nởi Dịng nước đưa các bọt khí, các tở hợp phần tử keo tụ - bọt khí các phần tử keo tụ chưa dính bám vào bọt khí sang bể tách Tại đây, các bọt khí tự các tở hợp bọt khí phần tử keo tụ nổi lên mặt nước, tạo lớp bọt bề mặt bể Lớp bọt dần trở nên đặc hơn, được gạt khỏi bể.Nước tách bẩn được thu từ đáy bể 4.1.3 Ưu điểm phương pháp Ưu điểm tuyển nổi áp lực so với công nghệ truyền thống chất lượng nước sau xử lý đáp ứng được các tiêu chuẩn cao để cấp cho sinh hoạt, ăn, uống, khắc phục được nhược điểm không thể vượt qua công nghệ truyền thống keo tụ - lắng - lọc Tuyển nổi áp lực đặt biệt có hiệu việc loại bỏ các cặn bẩn hữu cơ, sét, mùn có kích thước nhỏ gây nên độ đục, độ màu, độ mùi nước, rong, tảo, các chất vô kim loại, công nghệ cho phép loại bỏ được trứng giun sán, vi khuẩn số vi sinh vật đơn bào nguy hiểm không bị tiêu diệt Clo Giardia, Cryptosporidium …(có nhiều nước rửa lọc tuần hồn) Hiệu suất cao, diện tích chiếm đất nhiều so với công nghệ lắng truyền thống, suất đầu tư thấp, chi phí vận hành giảm (nhờ giảm chi phí rửa lọc, chi phí xử lý bùn, hóa chất xử lý bùn cặn), khả kiểm soát quá trình tự động hóa cao… ưu làm cho công nghệ ngày được ứng dụng rộng rãi thực tế 4.1.4 Điều kiện áp dụng Việt Nam Ở Việt Nam, công nghệ tủn nởi nói chung tủn nởi áp lực nói riêng bước đầu được áp dụng lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp quy mô nhỏ, không phở biến, chưa có điều kiện tởng kết Việc áp dụng công nghệ tuyển nổi lĩnh vực xử lý nước cấp chưa được nghiên cứu cụ thể chưa được áp dụng Công nghệ tuyển nổi áp lực áp dụng cho lĩnh vực xử lý cấp nước sinh hoạt với nguồn nước mặt lần được nghiên cứu thành cơng Việt Nam với quy mơ phịng thí nghiệm quy mơ nhỏ thí điểm trường nhóm nghiên cứu thuộc trường Đại học xây dựng Ts Nguyễn Việt Anh, chủ nhiệm đề tài thực Nghiên cứu mở hướng để nâng cao chất lượng nước cấp các nhà máy nước có xây dựng các nhà máy xử lý nước mới, cách thay cải tạo các bể lắng truyền thống bể tủn nối áp lực Bên cạnh đó, tủn nởi áp lực mở hướng giải pháp cho việc tiết kiệm được quỹ đất xây dựng giảm chi phí quản lý, vận hành trạm xử lý Kết nghiên cứu cho thấy tuyển nổi áp lực cho phép loại bỏ thuốc trừ sâu khỏi nước với hiệu suất đạt 99%, tốt so với quá trình keo tụ - lắng truyền thống Đây ưu điểm quan trọng công nghệ tuyển nổi nâng cao chất lượng nước yêu cầu thiết yếu 4.2 Hệ thống xử lý nước tiên tiến Perfector 4.2.1 Sơ lược Thiết kế Perfector thành năm làm việc kết hợp các chuyên gia PWN, công ty nước hàng đầu Hà Lan các kỹ sư giàu kinh nghiệm Trên sở phân tích các ưu nhược điểm các hệ thống xử lý nước mặt có, Perfector đời Các hệ thống PERFECTOR phục vụ cho nhiều loại công suất từ lớn đến nhỏ tùy theo đơn nguyên tùy vào diện tích xây dựng cụ thể sau: * PERFECTOR – R: Phục vụ cho nhà máy có cơng suất 5000m3/ngày/đơn nguyên (chuẩn) * PERFECTOR – P: Phục vụ cho nhà máy có cơng suất 1000m31500m3/ngày/đơn ngun (chuẩn) * PERFECTOR – E: Phục vụ cho nhà máy có cơng suất 0,5m32m3/giờ/đơn ngun (chuẩn) Tùy vào cơng suất cụ thể nhà máy mà áp dụng PERFECTOR – R, PERFECTOR – P, PERFECTOR – E • PERFECTOR – R Hình Hệ thống perfector – R Cao Lãnh Có cơng suất từ 5000m3/ngày/đơn ngun (tiêu chuẩn) Có thể làm đơn ngun lớn cho cơng suất cao Kết cấu cơng trình bê tơng có các ưu điểm sau: - Suất đầu tư thấp - Diện tích xây dựng nhỏ -Ít hao tốn lượng hóa chất nhờ vào quá trình xử lý được tối ưu hóa thủy lực hiệu -Vận hành đơn giản, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp -Dễ dàng tương thích với sự dao động mực nước chất lượng nước thô - Tương thích với nước có độ đục cao - Thiết kế dạng đơn nguyên nên dễ dàng nâng cấp theo yêu cầu thực tế • PERFECTOR – P Hình Hệ thống Perfector - P Có cơng suất từ 1.000m3 – 1.500m3/ngày/đơn ngun Kết cấu cơng trình thép có các ưu điểm sau: - Suất đầu tư thấp - Diện tích xây dựng nhỏ - Dễ dàng di chuyển - Vận hành đơn giản, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp - Chất lượng nước tương đương cao các hệ thống xử lý nước mặt thông thường • PERFECTOR – E Hình Perfector – E tại Haiti Có cơng suất từ 0,5m3 – 2m3 /giờ/đơn nguyên Perfector E đuợc ứng dụng thành công số quốc gia: -Aceh, Indonesia: hổ trơ khẩn câp sóng thần -Trại tị nạn Uganda (biên giới Medecins Sans) -Bang Kashmir - Việt Nam -Padang, Indonesia -Haiti (Cordaid) Ưu điểm -Dể vận hành -Sản xuất nước có chất lượng uống được -Dể bảo trì -Chi phi đầu tư thấp -Thiết kế chắn -Dể dàng sử dụng tình cấp nước khẩn cấp Thông số hệ thống -Công suất: 2000lit/h -Nguồn điện: 230V/3.1kW máy phát điện 5kW -Nước đầu ra: Sạch hoàn toàn, uống được không phụ thuộc vào độ đục nuớc nguồn -Khử trùng:Tiệt trùng hồn tịan, khơng phụ thuộc vào nguồn -Bơm: Công suất 2.5m3/h – 3.5 bar Bơm rửa ngược cơng suất 12m3/h – bar -Hóa chất: Khơng sử dụng hóa chất -Kích thuớc: 1.1 x 1.1 x 2.2m (kích thước khung) 4.2.2 Quy trình xử lý a) Quy trình xử lý Perfector - P/R • Trạm nước thô: Phao nổi dao động theo mực nước Hình Phao nổi thu nước tại hệ thống perfector Cao Lãnh Đặc điểm phao nổi thu nước: - Dao động theo thủy triều - Chỉ lấy nước bề mặt - Hạn chế lượng cát hút nước thô - Hạn chế hút lớp nước mặn đáy sông • Trộn : Hệ thống trộn thủy lực hiệu cao, không tốn lượng Hệ thống perfector - R trộn đập tràn hệ thống perfector - P trộn trộn tĩnh Hình Đập tràn của hệ thống perfector – R Bộ trộn tĩnh: Công nghệ PERFECTOR: sử dụng Static Mixer (bộ trộn tĩnh), châm hóa chất điểm đường ống, ống có đường kính 0,25m vận tốc ống có thể đạt 1,5m/s tạo điều kiện kết tủa tạo nhanh so với công nghệ thông thường, thời gian trộn 16,7s Sau trộn diễn quá trình tạo bể tạo Cuối nước được lắng qua bể lắng nghiêng lamella lọc để đến bồn thành phẩm Cơ chế tự rửa ngược hệ thống perfector – R: Trong thời gian thực quá trình lọc nước, lượng cặn bẩn tích lũy lớp vật liệu lọc ngày nhiều dẫn đến tổn thất áp lực qua lớp lọc ngày tăng làm cho mức nước ngăn lọc tăng dần Khi mực nước tăng đến giới hạn định bắt đầu quá trình rửa lọc ngăn Tại ngăn rửa lọc van nước vào bị khóa lại van rửa lọc được mở nước cao máng thu nước rửa lọc được lấy qua máng thu nước rửa lọc Sau van lấy nước được đóng kín lúc áp suất ngăn chứa nước sau lọc cao ngăn rửa lọc nên nước chảy ngược lại kéo theo cặn bẩn tích lũy vật liệu lọc vào máng thu nước rửa lọc Kết thúc quá trình rửa lọc van nước vào nước được mở van rửa lọc bị đóng lại hoạt động lọc nước được diễn bình thường Hình Cơ chế tự rửa lọc của hệ thống perfector – R b) Quy trình xử lý Perfector – E Perfector E sử dụng máy phát điện di động có cơng suất 2000lít/h Hệ thống hoạt động dựa màng lọc, các chất bẩn vi khuẩn được xử lý hệ thống rửa ngược tự động Nước sau lọc được khử trùng tia cực tím 4.2.3 Ưu điểm hệ thống 1) Hoạt động cực kỳ hiệu - Hệ thống trộn hóa chất hiệu - Thiết bị tạo bơng tủa bên có thể được hiệu chỉnh theo chất lượng nước thô - Thiết kế lắng tốt thông thường - Hệ thống lọc phù hợp 2) Đầu tư xứng đáng - Chi phí đầu tư tương đượng chí thấp - Chi phí vận hành bảo dưỡng thấp - Cho chất lượng nước tương đương chí tốt 3) Thiết kế cải tiến hàng đầu - Có thể xây dựng dể dàng - Với thiết kế module, khách hàng có thể tùy chọn xây hệ thống hồn tồn diện tích nâng cấp hệ thống sẳn có - Có thể xử lý hầu hết các loại nước mặt, bất kể sông, hồ hay kênh rạch - Đảm bảo hoạt động ổn định bất kể sự thay đổi chất lượng nước thô - Chu trình hoạt động tối ưu - Dể dàng vận hành bảo trì nhờ vào thiết kế có hiệu cao thành phần khí 4) Phù hợp đáng tin cậy - Dể dàng tương thích với sự dao động mực nước chất lượng nước thơ - Tương thích với nước có độ đục cao - Dể dàng giữ cho hệ thống tình trạng tốt 5) Thân thiện với mơi trường - Ít hao tốn lượng hóa chất nhờ vào quá trình xử lý được tối ưu thủy lực hiệu 4.2.4 Điều kiện áp dụng Việt Nam Sau gần năm hoạt động (từ tháng 11-2009), hệ thống PERFECTOR – R thành phố Cao Lãnh sử dụng lượng PAC trung bình 5mg/m3 điện tiêu thụ mức 0,25KW/m3 Hệ thống vận hành đơn giản vì số lượng van các hệ thống thông thường Độ đục nước đầu ln có NTU