Phương pháp hóa lý

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN 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 hịa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hịa 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 khơng nổi cũng khơng lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích 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 hịa điện tích bề mặt của chúng, q trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hịa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bơng cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bơng.

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 q trình keo tụ tạo bơng, 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

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 24

khi phân ly mà các chất trợ đơng 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 vật 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

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 25

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 vơi thì khử được độ cứng của magie, độ cứng tồn phần khơng 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 vôi 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 hịa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất 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

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 26

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 q 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.

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 27

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT, PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ VÀ TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ

3.1 CÁC THƠNG SỐ THIẾT KẾ

Để có thể xác định được các thông số chất lượng nước từ nguồn nước sông Vu Gia, tham khảo tài liệu “Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất cồn ethanol Đại Tân – Đại Lộc – Quảng Nam”.

Bảng 3.1 Chất lượng nước mặt khu vực xung quanh dự án (Bảng 2.3/ 34/ [1])

Stt Chỉ tiêu Đơn vị

Kết quả

NM-1 NM-2 NM-3 NM-4 NM-5

1 pH - 7,3 7,5 7,2 7,5 7,2

2 Màu Pt – Co 90 83 86 123 82

3 Mùi - K.mùi K.mùi K.mùi K.mùi K.mùi

4 Độ đục NTU 15 10 10 30 5 5 TSS mg/l 23 12 14 27 16 6 NO3- mg/l 3,2 1,4 1,1 KPH 1,5 7 N tổng (as N) mg/l KPH KPH KPH KPH KPH 8 P tổng (as PO43-) mg/l 1,27 0,8 0,9 1,2 0,1 9 DO mgO2/l 3,0 3,0 3,6 3,2 3,0 10 COD mgO2/l 5 7 10 10 8 11 BOD5 mgO2/l 2 4 5 5 4 12 Coliform MNP/ 100ml 2.300 600 2.400 4.600 1.200 Ghi chú: + KPH: Không phát hiện

+ NM-1: Mẫu lấy nước tại Hồ Chí Minh; + NM-2: Mẫu nước kênh dẫn từ Hồ Chí Minh;

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 28

+ NM-4: Mẫu nước lây tại khe Xuân Nam, Đại Thắng;

+ NM-5: Mẫu nước lấy tại sông Thu Bồn, cách nơi tiếp nhận nước 30m về phía hạ lưu.

Các thơng số tại bảng 3.1 – mẫu NM-5 thể hiện các thành phần của nguồn nước lấy tại sông Thu Bồn (sông Vu Gia là một nhánh của sông Thu Bồn), cách nơi tiếp nhận nước 30m về phía hạ lưu, tuy nhiên do số liệu được lấy từ năm 2007 nên thông số hiện tại có thể thay đổi.

Dựa vào biểu đồ 9: “Diễn biến TSS trên sông Vu Gia đợt 1/2020 và đợt 6/2019” tài liệu “Đánh giá Chất lượng môi trường nước đợt 1 năm 2020 các tỉnh miền Trung và Tây Nguyên, Tổng cục mơi trường” để có thể xác định các thông số ô nhiễm ở thời điểm hiện tại một cách chính xác hơn.

Hình 3.1 Diễn biến TSS trên sông Vu Gia đợt 1/2020 và đợt 1, đợt 6/2019. (Biểu đồ 9/ [2])

Dựa vào “Báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án đầu tư xây dựng Nhà máy Sản xuất cồn Ethanol Đại Tân – Đại Lộc – Quảng Nam”, lượng nước cần sử dụng cho công nghệ sản xuất 49,96%, giải nhiệt 50% và khoảng 0,4% cho sinh hoạt . Để nước cấp đảm bảo cho q trình cơng nghệ sản xuất và giải nhiệt, sinh hoạt thì nước sơng Vu Gia cần được xử lý đạt QCVN 01-1:2018/BYT.

Dựa vào bảng 3.1 và hình 3.1 trên, chọn các thơng số chất lượng nước mặt theo bảng 3.2 sau:

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 29

Bảng 3.2 Thông số chất lượng nước mặt sông Vu Gia

STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ QCVN 01-

1:2018/BYT ĐÁNH GIÁ 1 pH _ 7,2 6 – 8,5 ĐẠT 2 TSS mg/L 55 _ _ 3 Độ đục NTU 5 2 XỬ LÝ 4 Độ màu Pt - Co 82 15 XỬ LÝ 5 NO3- mg/L 1,5 2 ĐẠT 6 Cl- mg/L 100 250 ĐẠT 7 Coliform tổng số Vi khuẩn/100ml 1.200 < 3 XỬ LÝ Dựa vào bảng số liệu 3.2 có thể nhận xét tính chất của nguồn nước có các đặc tính:

 Độ pH của nguồn nước nằm trong khoảng giá trị cho phép;

 Độ đục và độ màu trong nước cao, vượt quá nồng độ cho phép nên cần xử lý, ngoài ra nồng độ coliform tổng số là khá cao nên cần xử lý để đạt nồng độ cho phép;

 Nồng độ các chất còn lại đều nằm trong khoảng giá trị cho phép nên không cần phải xử lý.

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 30

3.2 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.2.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ 3.2.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ

Dụa vào “Sơ đồ 2-1 tổng quát xử lý nước bề mặt cấp cho sinh hoạt” (Hình 2-1/ 56/ [7]) để đề xuất công nghệ xử lý nước cấp phù hợp cho Nhà máy Sản xuất cồn Ethanol Đại Tân – Đại Lộc – Quảng Nam.

Nước thô Mục đích

Lưới chắn

Oxy hóa sơ bộ Lựa chọn hóa chất keo tụ

- Tách rác, mảnh vụn, vật thô, vật nổi. - Diệt khuẩn gây bệnh .

- Hạn chế gây mùi vị. Tạo hạt kết tinh kích thước nhỏ nhằm thúc đẩy quá trình xử lý tiếp theo.

Khuấy nhanh

Keo tụ tạo bơng

- Trộn hóa chất với nước thơ chứa hạt kích thước nhỏ chưa thể lắng lọc được.

- Phá vỡ trạng thái bền của hệ keo trong nước.

-Kết dính các hạt keo nhỏ tạo thành bơng cặn kích thước lớn có khả năng tách bằng lắng lọc. Lắng Khử trùng sau xử lý Hóa chất Ca(OH)2 hoặc HCl - Khử trùng.

- Ngăn ngừa lắng cặn rỉ trong đường ống. - Ổn định nước.

Bể chứa - Tăng cường thời gian lưu, khử trùng hoàn toàn.

- Điều hòa lưu lượng nước giữa các giờ cao điểm.

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 31

+ Lý do lựa chọn công nghệ dựa vào: nồng độ các thông số vượt chỉ tiêu + Công suất trạm xử lý;

+ Mức độ cần thiết xử lý nước cấp: xử lý cho quá trình sản xuất cồn, giải nhiệt và sinh hoạt cho cơng nhân.

+ Thành phần và đặc tính của nước mặt: độ đục, độ màu, coliform…; + Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn nước: QCVN 01:2018/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 cơng nghệ đưa ra hay khơng;

+ Quy mô và xu hướng phát triển trong tương lai của 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;

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 32

3.2.2 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 1

CHÚ THÍCH:  Đường nước  Đường hóa chất:  Đường thải: Chất keo tụ: Phèn nhôm Chất kiềm hóa: Ca(OH)2 Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ khí Bể lắng đứng Bể lọc nhanh 2 lớp Bể chứa nước sạch

Bể phản ứng tạo bơng cặn cơ khí

Trạm bơm cấp 2

Mạng lưới cấp nước cho nhà máy

Clo Nư ớc sau r ửa l ọc Bể chứa bùn Bùn Sân phơi bùn

Chuyển cho đơn vị xử lý Bùn

Thùng chứa rác Đơn vị thu gom Rác Bể lọc áp lực than hoạt tính Nư ớc r ửa l ọc Nước rửa lọc Nư ớc sau r ửa l ọc Bể trung gian

m/ngày.đêm.

SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến

GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 33

 Thuyết minh công nghệ:

Nước được lấy từ nguồn nước sông Vu Gia sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các loại rác thải có kích thước lớn có thể gây ảnh hưởng đến các cơng trình phía sau, sau đó thì được trạm bơm cấp 1 bơm đến đến bể trộn cơ khí.

Tại bể trộn cơ khí, 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 bơng cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Sau khi trộn, nước sẽ được đưa sang bể phản ứng cơ khí.

Tại bể phản ứng cơ khí, q trình tạo bơng kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dòng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí, muốn tạo bơng cặn có kích thước lớn cần có gradient vận tốc thích hợp, nếu gradient vận tốc nhỏ thì khơng đủ gây ra xác suất va chạm cần thiết, nếu gradient vận tốc quá lớn sẽ phá vỡ bơng cặn, nước sau đó sẽ được dẫn qua bể lắng đứng.

Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi xử lý nước khơng dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẽ lắng xuống được. Cịn các hạt có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dịng nước lên trên phía bể, sau đó, nước được đưa sang máng phân phối đến bể lọc nhanh 2 lớp.

Các hạt cặn lơ lửng có kích thước nhỏ sẽ được giữ lại trên màng lọc ở bể lọc nhanh, những cặn bẩn này sẽ được rửa bằng hệ thống rửa ngược, nước sau khi rửa cặn