L ỜI CẢM ƠN
3.3 Các bước tiến hành thí nghiệm
Các bước tiến hành thí nghiệm được trình bày trong hình 3.1: (1) (2) (3) (4) (5) (6)
Hình 3.1Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống xử lý nước dưới đất nhiễm sắt
Bước 1: Xác định công suất, mục tiêu
Thiết kế hệ thống keo tụ điện hóa xử lý nước dưới đất nhiễm sắt một cách đơn giản, hiệu quả, góp phần cung cấp nguồn nước sạch, an toàn cho người dân sử dụng. Năng lượng để cung cấp nguồn điện cho hệ thống hoạt động ứng dụng từ năng lượng mặt trời.
Hệ thống xử lý nước nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện hóa là để cung cấp cho một hộ gia đình ở nông thôn nên công suất thiết kế phải dựa vào nhu cầu dùng nước của các thành viên trong gia đình trong ngày. Do không có những số liệu tính toán cụ thể nên việc tính toán nhu cầu dùng nước chỉ dựa vào các định mức, định hướng cung cấp nước sạch mà mục tiêu của Nhà nước đặt ra cho cư dân nông thôn như sau:
Theo Quyết định của Thủ tướng chính phủ số 104/2000/QĐ-TTG vào ngày 25 tháng 8 năm 2000, đặt ra chỉ tiêu đến năm 2020: tất cả dân cư nông thôn sử dụng nước sạch đạt tiêu chuẩn quốc gia với số lượng ít nhất 60 lít/người/ngày.
Dựa vào định mức trên nên quyết định thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện hóa cho hộ gia đình gồm năm người với tiêu chuẩn cấp nước là 60 lít/ngưới.ngày, tương ứng với công suất làm việc là 300 lít/ngày.
Chất lượng nước sau khi xử lý phải đảm bảo an toàn sức khỏe cho người dân sử dụng và đạt QCVN 01 – 2009/BYT về nước ăn uống và nước.
Quy trình xử lý
Hệ thống xử lý nước dưới đất nhiễm sắt hoạt động theo quy trình sau:
Hình 3.2 Quy trình xử lý nước dưới đất nhiễm sắt bằng phương pháp keo tụ điện
Thuyết minh quy trình
Nước dưới đất sau khi bơm lên được cho vào bể điện phân và tiến hành keo tụ điện hóa ở khoảng thời gian nhất định, nước sau keo tụ được lắng một khoảng thời gian để các bông cặn có thể lắng xuống đáy (các bông cặn sẽ được xả ra ngoài bằng van xả cặn nằm dưới đáy thùng điện phân). Sau khi lắng, nước sẽ chảy qua cột lọc và được điều chỉnh vận tốc lọc bằng van xả được nối với hệ thống ống thu nước trong thùng điện phân. Kết thúc quá trình lọc nước sau xử lý sẽ được chảy vào thùng chứa phía dưới cho người dân sử dụng.
Tính toán thiết kế hệ thống
Để việc xử lý được thuận tiện và phù hợp với quy mô hộ gia đình và tiết kiệm được diện tích thùng chứa nên hệ thống sẽ vận hành theo mẽ, dùng thùng nhựa composite với thể tích là 120 lít làm thùng chứa và cột lọc nước bằng nhựa PVC.
Cột lọc được thiết kế để có thể giữ được các bông cặn sắt và có thể khử được mùi nên tôi thiết kế cột gồm: cát, than và sỏi. Yêu cầu chủ yếu của cột lọc là giữ lại các bông cặn sắt nên cột lọc được thiết kế dựa trên các thông số về lọc nhanh.
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (2006) vận tốc lọc nhanh từ 3 đến 20 m/h.
Nước đầu vào
Keo tụ điện hóa Lắng Lọc Bể chứa nước sau xử lý
Diện tích bề mặt lọc được tính theo công thức (Trịnh Xuân Lai, 2003): F = Q/v (m2)
Trong đó:
Q – Lưu lượng từ bể lắng sang bể lọc (m3/h). v – Vận tốc của nước qua cột lọc (m/h).
Bước 3: Lựa chọn vật liệu
Nguyên tắc lựa chọn vật liệu thiết kế
Thiết bị được thiết kế dựa trên cơ sở sử dụng các nguyên liệu có bán rộng rãi trên thị trường.
Sau khi hoàn thành hệ thống phải đảm bảo được các mục tiêu sao: Hiệu quả, đơn giản, dễ sử dụng.
Giá thành hệ thống phải phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ gia đình với mức thu nhập trung bình.
Người dân có thể tự vận hành hệ thống và có thể tự bảo trì sửa chữa được.
Bước 4: Tính toán lại
Tính toán lại hiệu suất xử lý của mô hình khi chọn mua vật liệu trên thị trường.
Bước 5: Kiểm tra vận hành và bố trí thí nghiệm
Quá trình điện phân phụ thuộc vào một số yếu tố chủ yếu: khoảng cách giữa hai điện cực, diện tích bảng điện cực, thời gian điện phân. Do đó, cần thực hiện các thí nghiệm sau để xác định các thông số vận hành phù hợp:
Thí nghiệm 1:Xác định khoảng cách hai điện cực thích hợp để loại bỏ sắt.
Tiến hành thí nghiệm
Sử dụng cặp điện cực với diện tích điện cực S = 60 cm2 để tiến hành thí nghiệm.
Thí nghiệm được tiến hành với nước dưới đất pha với FeCl2.4H2O để nước nhiễm sắt với nồng độ khoảng 2mg/l, lượng nước đầu vào 100 lít / thí nghiệm.
Lần lượt thay đổi khoảng cách hai điện cực: 1cm, 2cm, 3cm, 4cm. Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001),khoảng cách giữa hai điện cực trong bể điện phân là 1,5 - 2 cm.
Với mỗi khoảng cách được keo tụ điện hóa 15 phút ( Trần Hiếu Nhuệ (2001), thời gian lưu 0,3 – 0,75h ).
Lấy mẫu nước ở lớp giữa trong bồn điện phân để phân tích các chỉ tiêu: pH, Fe2+.
Theo dõi các thông số: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, mật độ dòng điện, khối lượng điện cực trước và sau mỗi thí nghiệm.
Thí nghiệm được lặp lại 3 lần với 4 cấp độ.
Thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ sau:
Thí nghiệm 2: Xác định diện tích điện cực.
Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện với 3 giá trị diện tích bảng điện cực lần lượt là 60cm2; 120cm2; 180cm2.
Thí nghiệm được tiến hành với nước dưới đất pha với FeCl2.4H2O để nước nhiễm sắt với nồng độ khoảng 2mg/l, lượng nước đầu vào 100 lít / thí nghiệm.
Khoảng cách giữa hai điện cực được chọn cố định ở thí nghiệm 1.
Với mỗi diện tích điện cực được keo tụ điện hóa 15 phút ( Trần Hiếu Nhuệ (2001), thời gian lưu 0,3 – 0,75h ).
Lấy nước ở giữa phân tích các chỉ tiêu: pH, Fe2+.
Theo dõi các thông số: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, mật độ dòng điện, khối lượng điện cực trước và sau mỗi thí nghiệm.
Thí nghiệm được lặp lại 3 lần với 3 cấp độ.
Thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ sau:
Khoảng cách giữa hai điện cực
1 cm TN 1 2 cm 3 cm 4 cm TN 2 TN 3 TN 1 TN 2 TN 3 TN 1 TN 2 TN 3 TN 1 TN 2 TN 3
Thí nghiệm 3: Xác định thời gian keo tụ điện hóa thích hợp
Tiến hành thí nghiệm
Thí nghiệm được tiến hành với nước dưới đất pha với FeCl2.4H2O để nước nhiễm sắt với nồng độ khoảng 2mg/l, lượng nước đầu vào 100 lít / thí nghiệm.
Cố định khoảng cách giữa hai điện cực đã chọn ở thí nghiệm 1, diện tích bảng điện cực chọn ở thí nghiệm 2.
Lần lượt thay đổi khoảng thời gian keo tụ điện hóa: 10phút, 15 phút, 20 phút, 25 phút.
Nước sau keo tụ để lắng 30 phút.
Cho phần nước trong ở trên lọc qua cột lọc với vận tốc 3,25 m3/m2h (thời gian lọc 2h).
Phân tích các chỉ tiêu nước đầu ra: pH, mùi, độ kiềm, độ đục, Fetổng, vi sinh. Theo dõi các thông số: cường độ dòng điện, hiệu điện thế, mật độ dòng điện, khối lượng điện cực trước và sau mỗi thí nghiệm.
Thí nghiệm được tiến hành với 4 cấp độ, 3 lần lặp lại.
Thí nghiệm được bố trí theo sơ đồ sau:
Diện tích bảng điện cực (S) 60 cm2 TN 1 TN 2 TN 3 120 cm2 180 cm2 TN 1 TN 2 TN 3 TN 1 TN 2 TN 3