1.3.4.1 Nguyên tắc lựa chọn nguồn nước và phương pháp xử lý
Lựa chọn nguồn nƣớc cho mục đích cấp nƣớc
Chất lƣợng nguồn nƣớc có ý nghĩa quan trọng trong xửlý nƣớc, quyết định dây chuyền xử lý. Do vậy trong những điều kiện cho phép, cần chọn nguồn nƣớc có chất lƣợng tốt nhất đểcó đƣợc hiệu quả cao trong quá trình xử lý.
Lựa chọn phƣơng pháp xử lý
Xử lý nƣớc là quá trình làm thay đổi thành phần, tính chất nƣớc tự nhiên.Theo yêu cầu của các đối tƣợng sử dụng phụ thuộc vào thành phần, tính chất của nƣớc nguồn và yêu cầu chất lƣợng của nƣớc, của đối tƣợng sử dụng.
Cơ sởđể lựa chọn công nghệ xửlý nƣớc dựa vào các yếu tố sau: - Chất lƣợng của nƣớc nguồn (nƣớc thô) trƣớc khi xử lý.
- Chất lƣợng của nƣớc yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tƣợng sử dụng.
- Công suất của nhà máy nƣớc. - Điều kiện kinh tế kỹ thuật. - Điều kiện của địa phƣơng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
25
1.3.4.2 Các phương pháp xử lý nước thiên nhiên
Trong kỹ thuật xửlý nƣớc ngƣời ta thƣờng hay dùng các phƣơng pháp sau:
Phƣơng pháp cơ học: Ứng dụng các công trình và thiết bị thích hợp để loại bỏ các tạp chất thô trong nƣớc bằng trọng lực: lắng, lọc,... sử dụng quá trình làm thoáng tự nhiên hoặc cƣỡng bức đểđể khử sắt trong nƣớc ngầm.
Phƣơng pháp hóa học và hóa lý: Sử dụng phèn để làm trong và khử màu (quá trình keo tụ) các nguồn nƣớc có độ đục và độ màu cao; sử dụng các tác nhân oxy hóa hóa học để khử sắt, mangan trong nƣớc ngầm, sử dụng clo và các hợp chất của clo để khửtrùng nƣớc. Một phƣơng pháp hóa lý khác hiện nay đang trở nên phổ biến là sử dụng các loại nhựa trao đổi ion để làm mền nƣớc và khử các chất khoáng trong nƣớc.
Phƣơng pháp vật lý: Điện phân NaCl để khử muối, dùng các tia tử ngoại để khử trùng, sử dụng các màng lọc chuyên dụng để loại bỏcác ion trong nƣớc.
Đối với nƣớc mặt mục đích xử lý chủ yếu là giảm độđục, độ màu và loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh trong nƣớc, do đó công nghệ xử lý nƣớc mặt thƣờng ứng dụng quá trình keo tụ - tạo bông với việc sử dụng phèn nhôm hay phèn sắt để kết tụ các hạt cặn lơ lửng trong nƣớc tạo nên các bông có kích thƣớc lớn hơn, sau đó lắng lọc và khửtrùng trƣớc khi phân phối vào mạng cấp nƣớc.
Đối với nƣớc ngầm mục đích chủ yếu là khử sắt và mangan công nghệ xử lý thƣờng là làm thoáng tự nhiên (giàn mƣa) hoặc nhân tạo (quạt gió) để oxy hóa các nguyên tố Fe2+, Mn2+ở dạng hòa tan trong nƣớc thành Fe3+, Mn4+ở dạng kết tủa sau đó tách ra bằng quá trình lắng lọc và khử trùng.
a. Quá trình keo tụ
Trong nƣớc sông, hồao,... thƣờng có các hạt cặn có nguồn gốc thành phần và kích thƣớc rất khác nhau. Đối với các loại cặn này dùng biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xửlý nƣớc nhƣ lắng lọc có thể loại bỏđƣợc cặn có kích thƣớc lớn hơn 10-4mm. Còn các hạt có kích thƣớc nhỏhơn 10 – 4mm không thể tự lắng đƣợc mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng dùng biện pháp lý cơ học kết hợp với biện pháp hóa học tức là cho vào nƣớc cần xử lý các
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
26
chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khảnăng kết lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng có trong nƣớc, tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lƣợng đáng kể.
Để thực hiện quá trình keo tụngƣời ta cho vào nƣớc các chất phản ứng thích hợp nhƣ: phèn nhôm Al2(SO4)3; phèn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các loại phèn này đƣợc đƣa vào nƣớc dƣới dạng dung dịch hòa tan.
Trƣờng hợp độ kiềm tự nhiên của nƣớc thấp, không dùng để trung hòa ion H+ thì cần phải kiềm hóa nƣớc. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là CaO. Một số trƣờng hợp khác có thể dùng Na2CO3 hoặc xút NaOH. Thông thƣờng phèn nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nƣớc có pH = 5.5 - 7.5
Một số nhân tốcũng ảnh hƣởng đến quá trình keo tụnhƣ: các thành phần ion có trong nƣớc, các hợp chất hữu cơ, liều lƣợng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trƣờng phản ứng, nhiệt độ,...
Ngoài việc dùng hóa chất đểđẩy nhanh quá trình lắng nƣớc có thể dùng thực vật tựnhiên nhƣ:
- Hạt moriga sấy khô xay nhỏ (Châu phi - Ấn độ)
- Stychnos potatorum, vetiveria zizanoides (khus), carsamon (Ấn Độ - Requet (Catus) (Haiti, Mỹ latinh)
- Vecia Fava (đậu khô), percica vulgaris (hạt đào) (Bolivia và các nƣớc khác ở Nam Mỹ)
b. Quá trình lắng.
Lắng nƣớc là giai đoạn làm sạch nƣớc sơ bộtrƣớc khi đi vào bể lọc. Lắng là quá trình tách khỏi nƣớc cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong quá trình keo tụ, tạo bông.
Trong công nghệ xửlý nƣớc cấp quá trình lắng đƣợc ứng dụng: - Lắng cặn phù sa khi nƣớc mặt có hàm lƣợng cặn phù sa lớn.
- Lắng bông cặn phèn/polyme trong công nghệ khửđục, màu nƣớc mặt. - Lắng bông cặn sắt – magie trong công nghệ khử cứng bằng hóa chất. - Lắng bông cặn sắt và magan trong công nghệ khử sắt và mangan.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
27
Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, để bông cặn tạo ra những hạt cặn to, bền chắc và càng nặng thì hiệu quả lắng càng cao.
Nhiệt độ nƣớc càng cao, độ nhớt của nƣớc càng nhỏ, sức cân của nƣớc đối với hạt cặn của nƣớc càng giảm làm tăng hiệu quả các quá trình lắng nƣớc.
Thời gian lƣu nƣớc trong bể lắng là chỉ tiêu quan trọng ảnh hƣởng đến hiệu quả của bể lắng. Đểđảm bảo lắng tốt thời gian lƣu nƣớc trung bình của các phân tử nƣớc trong bể lắng phải đạt từ 70-80% thời gian lƣu nƣớc trong bể theo tính toán, nếu để cho bể lắng có vùng nƣớc chết, vùng chảy quá nhanh hiệu quả lắng sẽ giảm đi nhiều.
c. Quá trình lọc nước
Quá trình lọc nƣớc là cho nƣớc đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định dùng để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nƣớc. Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị bịt lại làm giảm tốc độ lọc. Để khôi phục khảnăng làm việc của bể lọc phải thổi rửa bể lọc bằng nƣớc hoặc gió hoặc kết hợp cảnƣớc và gió để loại bỏ cặn bẩn khỏi lớp vật liệu lọc.
Trong dây chuyền xử lý nƣớc ăn uống và sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm sạch triệt để. Hàm lƣợng cặn còn lại trong nƣớc sau qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép (nhỏhơn hoăc bằng 3mg/l).
Vật liệu lọc là bộ phận cơ bản của bể lọc, nó mang lại hiệu quả làm việc và tính kinh tế của quá trình lọc. Vật liệu lọc hiện nay đƣợc dùng phổ biến nhất là cát thạch anh tự nhiên. Ngoài ra còn có thể sử dụng một số vật liệu khác nhƣ cát thạch anh nghiền, đá hoa cƣơng nghiền, than antraxit, polymer,... các vật liệu lọc nƣớc cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau: có thành phần cấp khối thích hợp, đảm bảo đồng chất, có độ bền cơ học cao, ổn định về hóa học.
Trong quá trình lọc ngƣời ta có thể dùng thêm than hoạt tính nhƣ là một hoặc nhiều lớp vật liệu lọc để hấp thu chất mùi và màu của nƣớc. Các bột than hoạt tính
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
28
có bề mặt hoạt tính rất lớn chúng có khảnăng hấp thụ các chất ở dạng lỏng hòa tan trong nƣớc.
Bên cạnh đó lọc qua vải cũng đƣợc coi là một cách lọc nƣớc: điển hình là khu vực Nam Á, ngƣời ta dùng một miếng vải sari gập lại 7 hay 8 lần dùng làm tấm lọc. Tấm lọc bằng vải sari có thể giảm nguy cơ bị tả nhờ loại bỏđƣợc các cặn rắn và phiêu sinh vật chứa vi khuẩn tả.
d. Khử sắt và mangan
Trong nƣớc mặt sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+, thƣờng là Fe(OH)3 không tan ở dạng keo hoặc dạng huyền phù. Hàm lƣợng sắt trong nƣớc mặt thƣờng không lớn và sẽđƣợc khửtrong quá trình làm trong nƣớc. Trong nƣớc ngầm, sắt tồn tại ở dạng ion, sắt có hóa trị 2 (Fe2+) là thành phần của các muối hòa tan nhƣ: bicabonat Fe(HCO3)3 sunphat FeSO4. Hàm lƣợng sắt có trong nƣớc ngầm thƣờng cao.
Các phƣơng pháp khử sắt trong nƣớc ngầm: - Khử sắt bằng phƣơng pháp làm thoáng. - Khử sắt bằng phƣơng pháp khử sắt. - Các phƣơng pháp khử sắt khác.
Mangan trong nƣớc ngầm thƣờng tồn tại ở dạng Mn2+ hòa tan hoặc có thể ở dạng keo tụ không tan. Khi Mn2+ bị oxy hóa sẽ chuyển sang dạng Mn3+ và Mn4+ ở dạng hydroxit kết tủa.
2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O Error! Reference source not found.2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3-
Trong thực tế việc khử sắt trong nƣớc ngầm thƣờng đƣợc tiến hành đồng thời với khử mangan.
e. Làm mềm nước
Là khửđộ cứng trong nƣớc (khử các muối Ca, Mg có trong nƣớc). Nƣớc cấp cho một số lĩnh vực nhƣ công nghiệp dệt, sợi nhân tạo, hóa chất, chất dẻo, giấy,... và nƣớc cấp cho các loại nồi hơi thì phải làm mềm nƣớc. Các phƣơng pháp làm mềm nƣớc phổ biến nhƣ: phƣơng pháp nhiệt, phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp trao đổi ion.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
29
f. Khửtrùng nước
Để đảm bảo an toàn về mặt vi sinh vật, nƣớc trƣớc khi cấp cho ngƣời tiêu dùng phải đƣợc khử trùng. Nó là khâu bắt buộc trong quá trình xửlý nƣớc cho sinh hoạt và ăn uống.
Có rất nhiều biện pháp khử trùng nƣớc hiệu quả nhƣ: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, khử trùng bằng các tia vật lý, khử trùng bằng phƣơng pháp siêu âm, khử trùng bằng phƣơng pháp nhiệt, khử trùng bằng phƣơng pháp ion kim loại nặng,... Hiện nay ở Việt Nam sử dụng phổ biến nhất là phƣơng pháp khử trùng bằng chất oxi hóa mạnh. Các chất đƣợc sử dụng phổ biến nhất là Clo và các hợp chất của Clo vì giá thành thấp, dễ sử dụng, vận hành và bảo quản đơn giản. Quá trình khử trùng của Clo phụ thuộc vào:
- Tính chất của nƣớc xử lý: số vi khuẩn, hàm lƣợng chất hữu cơ và chất khửcó trong nƣớc
- Nhiệt độ của nƣớc - Liều lƣợng Clo
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
30 Sơ đồ xửlý nước ngầm
Hình 0.2 :Sơ đồ xửlý nước ngầm
Nƣớc từ giếng khoan sẽđƣợc bơm lên bể chứa đã qua giàn làm thoáng để oxi hóa thông qua việc tiếp nhận O2 và loại bỏ bớt CO2, sau đó nƣớc đƣợc bơm qua bể trộn.Tại bể trộn nƣớc đƣợc bổ sung hóa chất (vôi) phản ứng tạo các bông cặn. Tiếp đến, nƣớc đƣợc chảy qua bể lắng để lắng các cặn đã đc xửlý trƣớc đó, phần bùn sẽ đƣợc thải ra bể bùn và xử lý theo tiêu chuẩn, phần nƣớc đƣợc lọc ở bể bùn sẽ đƣợc hoàn lƣu về bểđiều hòa. Nƣớc tiếp theo sẽ qua bể lọc để giữ lại các tạp chất còn sót lại sau đó chảy qua bể khửtrùng để khử các vi sinh vật và các yếu tố gây bệnh trƣớc khi vào bể chứa để cung cấp cho sinh hoạt.
Nƣớc ngầm Bể chứa (làm thoáng) Lắng tiếp xúc Bể chứa nƣớc sạch Lọc Khử trùng Lọc nhanh Chú thích: Đƣờng nƣớc Đƣờng bùn Hóa chất Bể bùn Trạm bơm II Trộn Hóa chất
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Phan Văn Trƣờng GVHD: PGS.TS Thái Văn Nam
31