CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT
2.3.2. Phương pháp hóa lý
a. Clo hóa sơ bộ
Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc. Clo hóa sơ bộ có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước nhiễm bẩn nặng, oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng, oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh vật sinh sản ra chất nhầy nhớt trên bề mặt bể lọc.
b. Keo tụ - tạo bông
Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10m. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tịc của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn.
Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tính điện. Do đó, để phá tính bền của các hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông.
Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như: Al2(SO4)3, Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.3H2O, Fe2(SO4)2.7H2O.
Chất trợ keo tụ
Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo.
Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon.
c. Khử trùng nước
Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vaath và khử trùng. Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại.
Song, để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,...
Để khử trùng thường dùng các biện pháp tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng có trong nước như:
- Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo - Khử trùng bằng ozone - Khử trùng bằng phương pháp nhiệt - Khử trùng bằng tia cực tím (UV) - Khử trùng bằng siêu âm - Khử trùng bằng ion bạc 2.3.3. Các phương pháp khác a. Các phương pháp làm mềm nước
Có nhiều phương pháp làm mềm nước như phương pháp hóa học, phương pháp nhiệt, phương pháo trao đổi ion và phương pháp tổng hợp sau đây là một vài biện pháp cơ bản.
Làm mềm nước bằng phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp này là đưa ra hóa chất có khả năng kết hợp với ion Ca2+ và ion Mg2+ có trong nước tạo ra các kết tủa và loại chúng ra khỏi nước bằng biện pháp lắng, lọc.
- Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)2
Đây là phương pháp thông dụng nhất nhằm khử độ cứng cacbonat được áp dụng khi cần giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước. Trình tự các phản ứng xảy ra như sau:
2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 +2Ca(OH)2 Mg(OH)2 + 2CaCO3 + H2O 2NaHCO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + Na2CO3 + H2O
- Làm mềm nước kết hợp với soda
Khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ion HCO3- và CO22-, nếu sử dụng vôi thì khử được độ cứng của magie, độ cứng toàn phần không thể giảm. Để giải quyết vấn đề này người ta phải sử dụng đến soda. Quá trình này xảy ra theo phản ứng sau:
Ca2+ + Mg2+ CaCO3 + Mg(OH)2 - Làm mềm nước bằng Na3PO4
Phương pháp này được áp dụng khi cần làm mềm nước thật triệt để, mà sử dụng vô và sô đa vẫn chưa đem lại được kết quả mong muốn người ta cho Na3PO4 vào nước để khử hết các ion Ca2+ và Mg2+ thành muối không tan theo phản ứng sau:
3CaCl2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaCl 3MgSO4 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaHCO3 3Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 Mg3(PO4)2 + 6NaHCO3 Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt
Cơ sở của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chấ chứa cacbonic sẽ dịch chuyển theo phương trình sau:
HCO3- CO32- + H2O + CO2 Ca2+ + CO32- CaO3
Tuy nhiên khi đun nóng nóng chỉ khử được hết khí CO2 và giảm được độ cứng cacbonat của nước, còn CaCO3 vẫn còn tồn tại trong nước.
Riêng đối với ion Mg2+ quá trình khử diễn ra hai bước, ở nhiệt độ thấp đến 180oC ta có phản ứng:
Mg(HCO3)2 + 2Na3PO4 MgCO3 + CO2 + H2O
Khi tiếp tục tăng nhiệt độ MgCO3 bị thủy phân theo phản ứng: MgCO3 + H2O Mg(OH)2 + CO2
Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt thường áp dụng cho xử lý nước nồi hơi, vì ở đây có thể sử dụng nhiệt dư của nồi hơi.
b. Phương pháp trao đổi ion
Trao đổi ion là quá trình lý hóa trong đó các ion chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại. Các ion trái dấu ở các nhóm chức mang điện trên bề mặt pha rắn sẽ trao đổi với các ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với pha rắn của hạt nhựa.
CHƯƠNG III. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
3.1. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
Lý do lựa chọn công nghệ dựa vào: - Công suất trạm xử lý
- Mức độ cần thiết xử lý nước cấp: sinh hoạt, lò hơi
- Thành phần và đặc tính của nước mặt: độ đục, độ màu,… - Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn nước: QCVN 01:2009/BYT
- Hiệu quả quá trình, phương pháp xử lý, khả năng ứng dụng cao hay thấp - Diện tích khu đất dự kiến xây dựng trạm xử lý và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước cấp: có phù hợp với công nghệ đưa ra hay không.
- Quy mô và xu hướng phát triển trong tương lai của khu chung cư: như có thêm khu công nghiệp , nhà máy,…
- Yêu cầu về năng lượng, hóa chất, các thiết bị sẵn có trên thị trường: cần phải nhanh chóng,…
- Các chỉ tiêu kinh tế
- Các vấn đề vận hành, xử lý, kiểm tra,… - Các vấn đề khác.
ĐỀ TÀI CỦA ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC MẶT CHO KHU ĐÔ THỊ CÓ DÂN SỐ 35.000 NGƯỜI
Bảng 3.1: Số liệu các thông số về chất lượng nước nguồn và chỉ tiêu đầu ra:
ST T
CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ GIÁ
TRỊ QCVN 01:2009/BYT ĐÁNH GIÁ 1 pH _ 6,78 6,5 – 8,5 ĐẠT 2 Chất rắn lơ lửng, SS mg/L 67 _ _ 3 Độ đục NTU 22,5 2 XỬ LÝ 4 Độ màu mg/L 86 15 XỬ LÝ 5 Amoni mg/L 0,6 3 ĐẠT 6 Mangan, Mn2+ mg/L 0,3 0,3 ĐẠT 7 Sắt, Fe2+ mg/L 0,2 0,5 ĐẠT 8 Độ kiềm mgCaCO3/L 70 _ _ 9 Độ cứng mgCaCO3/L 86 300 ĐẠT 10 Canxi, Ca2+ mg/L 28 _ _
11 Magie, Mg2+ mg/L 2,5 _ _ 12 SiO22- mg/L _ _ _ 13 H2S mg/L _ _ _ 14 Độ oxy hóa mg/L _ _ _ 15 TDS mg/L 362 1000 ĐẠT 16 Coliform tổng số Vi khuẩn/100m l 5 0 XỬ LÝ 17 Nhiệt độ nước oC 20-25 _ _
Nhận xét về chất lượng nguồn nước mặt thông qua các chỉ tiêu trên cho thấy: nguồn nước có độ đục, độ màu cao cần xử lý, nguồn nước bị ô nhiễm có hàm lượng vi sinh vật vượt quá quy định.
3.2. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG CẤP NƯỚC CHO KHU ĐÔ THỊ A
Giả sử: Khu vực cấp nước là đô khu đô thị loại II, nội đô. Lưu lượng được tính theo [3].
a. Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt:
Q sh = = 5200 (m3/ngày) Trong đó:
- qtc: tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt
- N: số dân tính toán ứng với tiêu chuẩn cấp nước - f: tỷ lê dân được cấp nước
- D: lượng nước tưới cây, rửa đường, dịch vụ đô thị, khu công nghiệp, thất thoát nước do bản thân nhà máy xử lý nước và lượng nước dự phòng.
b. Lượng nước phục vụ công cộng:
Q cc = 10% . Qsh = 10% . 5200 = 520 (m3/ngày) c. Lượng nước cho công nghiệp dịch vụ trong đô thị:
Q cndv = 10% . Qsh = 10% . 5200 = 520 (m3/ngày) d. Lượng nước khu công nghiệp :
Q kcn = 0 (m3/ngày) e. Lượng nước thất thoát:
Q tt = 15% . (Q sh + Q cc + Q cndv + Q kcn) = 15% . (5200 + 520 + 520 + 0) = 936 (m3/ngày)
f. Lượng nước dùng cho nhà máy xử lý nước:
Q nm = 8% . (Q sh + Q cc + Q cndv + Q kcn + Q tt) = 8% . (5200 + 520 + 520 + 0 + 936) = 574 (m3/ngày)
g. Lượng nước dự phòng:
D = Qdp = 10% . Q sh = 10% . 5200 = 520 (m3/ngày) h. Lượng nước ngày trung bình:
Q ngày tb = 5200 + 520 + 520 + 0 + 936 + 574 + 520 8300 (m3/ngày) i. Lượng nước tính toán trong ngày dùng nước nhiều nhất:
Q ngày max = Q ngày tb . K ngày max = 8300 . 1,2 = 9960 (m3/ngày) j. Lượng nước tính toán trong ngày dùng nước ít nhất:
Q ngày min = Q ngày tb . K ngày min = 8300 . 0,8 = 6640 (m3/ngày)
3.3. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ:
Bùn
Nước sau rửa lọc, cặn
CHÚ THÍCH: Đường nước: Đường hóa chất: Đường thải: Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ khí Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Nhà máy cấp nước
Chất keo tụ: Phèn nhômChất kiềm hóa: Ca(OH)2
Bể chứa bùn
Xử lý theo quy định Bể phản ứng tạo bông
Thuyết minh công nghệ:
Nước từ nguồn sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các công trình phía sau, thì được trạm bơm cấp 1 đưa đến bể trộn cơ khí. Tại đây hóa chất keo tụ và kiềm hóa sẽ được cho vào với liều lượng thích hợp để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lại với nhau và dính với các hạt cặn lơ lửng có trong nước tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể.
Sau khi trộn, nước sẽ được đưa sang bể phản ứng và bể lắng ngang. Sau đó, nước được đưa sang máng phân phối đến bể lọc nhanh, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ để làm trong nước triệt để, trước khi đưa đến bể chứa nước sạch.
b. Phương án 2: SVTH: Phạm Trần Thành Đạt GVHD:Th.S Nguyễn Vĩnh An Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ khí Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Chất keo tụ: Phèn nhôm Chất kiềm hóa: Ca(OH)2
02
Bể chứa bùn
Bùn
Nước sau rửa lọc, cặn
CHÚ THÍCH: Đường nước: Đường hóa chất: Đường thải:
Thuyết minh công nghệ:
Nước từ nguồn sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các công trình phía sau, thì được trạm bơm cấp 1 đưa đến bể trộn cơ khí. Tại đây hóa chất phản ứng sẽ được hòa tan với nước.
Sau đó nước được đưa đén bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng và được giữ lại Cuối cùng nước sẽ được làm trong triệt để tại bể lọc nhanh.
3.4. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ:
Hai phương án trên chủ yếu khác nhau ở quá trình lắng, vì vậy ta sẽ đánh giá hai bể lắng để đề xuất phương án tối ưu hơn.
Mô tả một số công trình đơn vị:
3.4.1. Phương án 1:
a. Song chắn rác: Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua song chắn rac. Tại song chắn rác, các tạp chất như: rác, gỗ, xơ, giấy, rau, cỏ,… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn.
Hình 3.1: Song chắn rác
Ưu điểm:
Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt Giữ lại tất cả các tạp chất lớn Nhược điểm:
Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian Phải xử lý rác thứ cấp
b. Bể trộn cơ khí: Dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối. Việc khuấy trộn thường được tiến hành trong các bể trộn hình vuông hoặc hình tròn với tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2:1.
Ưu điểm:
Có thể điều chỉnh cường độ khuấy theo ý muốn Thời gian khuấy trộn ngắn
Dung tích bể nhỏ nên tiết kiệm diện tích, vật liệu xây dựng Nhược điểm:
Phải có máy khuấy trộn và các thiết bị cơ khí
Đòi hỏi người quản lý vận hành phải có trình độ nhất định
c. Bể lọc nhanh: Bao gồm một lớp vật liệu lọc hoặc hai hay nhiều lớp vật liệu lọc, vật liệu lọc có thể là cát, thạch anh. Thông thường được sử dụng cho dây chuyền xử lý nước mặt có dung chất keo tụ hay trong dây chuyền khử sắt của nước ngầm.
Hình 3.2: Sơ đồ bể lọc nhanh hở dùng hệ thống khoan lỗ phân phối nước rửa
Ưu điểm:
Tốc độ lọc lớn, nên thời gian lọc nhanh. Tiết kiệm thời gian lọc 2 – 15 m/h. Phù hợp với nhưng trạm có công suất lớn. Đáp ứng nhanh các yêu cầu sử dụng nguồn nước ngay
Diện tích xây dựng nhỏ
Tận dụng được chiều cao lớp lọc Kỹ thuật đơn giản
Nhược điểm:
Hiệu quả lọc không cao
Tốc độ nước đi qua lớp vật liệu lọc tương đối lớn nên sức dính kết của nhiều hạt cặn không đủ sức giữ chúng lại
d. Bể lắng ngang:
Hình 3.3: Bể lắng ngang
Ưu điểm:
Dễ thiết kế, xây dựng và vận hành
Áp dụng cho lưu lượng lớn (>15.000 m3/ngày đêm) Nhược điểm:
Thời gian lưu dài
Chiếm mặt bằng và chi phí cao
3.4.2. Phương án 2:
Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng:
Thường được áp dụng cho công trình có lưu lượng điều hòa hoặc thay đổi dần dần trong phạm vi không quá ± 15% trong một giờ và nhiệt độ nước đưa vào bể thay đổi không quá ± 1oC trong một giờ. Sở dĩ phải có những quy định nghiêm ngặt đó là vì trong lớp cặn lơ lửng các hạt cặn lớn lên rồi bị phá vỡ thành những hạt cặn nhỏ hơn, sau đó lại hấp phụ và lớn lên. Để cho hạt cặn lớn lên phải có thời gian, nếu như lưu lượng nước dao động quá lớn, hạt cặn chưa đủ lớn sẽ bị cuốn đi.
Mặt khác nếu nhiệt độ thay đổi đột ngột, liên kết giữa các hạt cặn lơ lửng sẽ thay đổi và những bông cặn sẽ bị biến dạng, có khi sẽ bị phá vỡ. Ngoài ra, nước trước