Nguyên lý của phương pháp này là oxy hoá (II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hyđroxyt sắt (III). Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một ḿố́i khơng bền, nó dễ dàng thuỷ phân thành sắt (II)hyđroxyt theo phản ứng:
Fe(HCO)3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3
Nếu trong nước có oxy hồ tan, sắt (II) hyđroxyt sẽ bị oxy hoá thành sắt (III) hyđroxyt theo phản ứng:
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 ↓
Sắt (III) hyđroxyt trong nước kết tủa thành bơng cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đơng Trang 25
Kết hợp các phản ứng trên ta có phản ứng chung của quá trình oxy hố sắt như sau: 4Fe2+ + 8HCO3 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3-
Nước ngầm thường không chứa ôxy hồ tan hoặc có hàm lượng ơxy hồ tan rất thấp.
Để tăng nồng độ ơxy hồ tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng.
Hiệu quả của bước làm thống được xác định theo nhu cầu ơxy cho quá trình khử sắt.
b. Phương pháp khử sắt bằng q trình ơ xy hóa
Hình 3.1:Một số q trình làm thống b1. Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 26
Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. Chiều cao giàn phun thường lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đường kính từ 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10 m3/m2 Lượng ơxy hồ tantrong nước sau khi làm thoáng ở nhiệt độ 250C lấy bằng 40% lượng ơxy hồ tan bão hồ (ở 250C lượng ôxy bão hồ bằng 8,1 mg/l).
b2. Làm thống bằng giàn mưa tự nhiên.
Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bặc hay nhiều bặc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ.Lưu lượng tưới và chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng ơxy hồ tan sau làm thống bằng 55% lượng ơxy hồ tan bão hồ. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50%.
b3. Làm thoáng cưỡng bức.
Cũng có thể dùng tháp làm thống cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40 m3/h. Lượng khơng khí tiếpxúc lấy từ 4 đến 6 m3 cho 1m3nước. Lượng ơxy hồ tan sau làm thống bằng 70% hàm lượng ơxy hồ tan bão hoà.Hàm lượng CO2 sau làm thống giảm 75%.
c. Khử sắt bằng hóa chất.
Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các chất hữu cơ sẽ tạo ra dạng keo bảo vệ các ion sắt, như vậy muốố́n khử sắt phải phá vỡ được màng hữu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất ơxy hố mạnh. Đớố́i với nước ngầm, khi làm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng ơxy thu được nhờ làm thống khơng đủ để ơxy hố hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hoá chất để khử sắt.
c1. Biện pháp khử sắt bằng vôi.
Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng độc lập, mà kết hợp với các quá trình làm ổn định hoặc làm mềm nước.Khi cho vơi vào nước, q trình khử sắt xảy ra theo 2 trường hợp:
Trường hợp nước có oxy hịa tan:vơi được coi là chất xúc tác, phản ứng khử sắt diễn ra như sau:
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 27
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 -> 4Fe(OH)3 + 4Ca(HCO3)2.
Sắt (III) hyđ roxit được tạo thành,dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc.
Trường hợp nước khơng có oxy hịa tan:khi cho vơi vào nước, phản ứng diễn ra như sau:
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> FeCO3 + CaCO3 + H2O.
c2. Biện pháp khử sắt bằng Clo.
Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau:
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)3CaCl2 + 6H+ + 6HCO3-c3. Biện pháp khử sắt bằng Kali Permanganat (KMnO4).
Khi dùng KMnO4 để khử sắt, qua trình xảy ra rất nhanh vì cặn mangan (IV) hyđroxyt vừa được tạo thành sẽ
là nhân tốố́ xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
Biện pháp khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt
Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh q tr ình ơxy hố khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. Q trình diễn ra rẩt nhanh chóng và có hiệu quả cao. Cát đen là một trong những chất có đặc tính như thế.
c4. Biện pháp khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion.
Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khi kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm khơng được tiếp xúc với khơng khí vì Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic. Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm có hàm lượng sắt thấp.
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 28
c5. Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh.
Một sớố́ loại vi sinh có khả năng ơxy hố sắt trong điều kiện m à q trình ơxy hố hố học xảy ra rất khó khăn. Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cáy lọc của bể lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước. Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt.
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 29
CHƯƠNG 3
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ VÀ TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ 3.1. Đề xuất phương án xử lý. Bảng 3.1: Thành phần và tính chất nước ngầm STT 1 2 3 4 5 6 7 8
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 30
9
10
Phương án xử lý
Máy quạt gió Thùng quạt gió
Nước rửa lọc Bể lắng ngang tiếp xúc Nước rửa lọc Bể lọc nhanh Châm clo khử trùng Bể thu cặn Đem đi xử lý theo đúng quy định Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Hệ thớố́ng phân phớố́i nước Hình 3.2: Sơ đồ cơng nghệ
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đơng Trang 31
+Chú thích:
Đường nước: Đường bùn: Đường nước loc : Đường hóa chất:
3.2. Lý do chọn phương án xử lý.
-Công suất 12000 m3/ngày.đêm, đây là trạm xử lý có cơng suất trung bình.
-Các thơng sớố́ của chất lượng nước thô điều nằm trong giới hạn: tiêu chuẩn vệ sinh ăn uốố́ng 01:2009/BYT.
-Trừ các thông sốố́ : Fe2+ = 26 mg/l vượt quá giới hạn tiêu chuẩn cho phép.
-Lượng oxy cần thiết¿ độoxy hóa+ 0.15× Fe
¿ 4 +0.15 ×26=7.9(mg /l )
-Lượng oxy sau làm thống
C=C0+(Cs−C0 )× 0.45×(1+0.046 × T )× h
¿ 0+( 9.2−0) ×0.45 × (1+0.046 × 20) ×1=7.95(mg/l ).
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 32
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat
Bảng 3.2: Nhiệt độ và lượng oxy hòa tan trong nước khi hàm lượng muối <1000 mg/l Nhiệt 18 độ (0C) Cs 9.5 (g/m3) Trong đó:
+C0: hàm lượng oxy có trong nước nguồn C0=0
+Cs: hàm lượng oxy bão hòa,nhiệt độ của nước nguồn là 200C. Vậy Cs=9.2 g/m3. +T:Nhiệt độ của nước,T=200C
+h:chiều cao nước rơi,chọn h= 1 m ( Quy phạm 0.8 ÷ 2 m) -Lượng CO2 cịn lại sau làm thống
CO2<¿=CO2 ×( 1−a)+1.6 × Fe2+¿=150 ×( 1−0.9)+ 1.6 ×26=56.6( mg/l) ¿¿
Trong đó:
+CO2: hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thoáng ; 150 mg/l (tra trong biểu đồ 5-1 trang 165 Giáo trình Xử lý nước cấp của TS. Nguyễn Ngọc Dung với nhiệt độ 200C, độ kiềm 5.5 mgđl/l, TDS = 300 mg/l)
a:Hiệu quả khử sắt của cơn trình làm thống, tùy thuộc vào từng cơng trình làm thống theo TCN 33-85
+Phun mưa trực tiếp trên bề mặt bể lọc :a=0.3÷0.35 +Làm thống bằng giàn mưa:a=0.75÷0.8
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đơng Trang 33
+Làm thống cưỡng bức:a=0.85÷0.9 -Lượng kiềm sau làm thống
k i=kio−0.036× Fe2+¿=5.5−0.036 ×26=4.564 mgđl/ l ¿
Trong đó:
k io: độ kiềm ban đầu của nguồn nước;5.5 mgđl/l Fe2+ ¿¿: hàm lượng sắt của nguồn nước; 26 mg/l
-Khi có CO2<¿¿và độ kiềm sau làm thống ta tra lại biểu đồ hình 5-1 Giáo trình Xử lý nước cấp của TS.Nguyễn Ngọc Dung tìm lại giá trị pH ta tra được pH= 7.2 (Quy phạm
≥6.8);độ kiềm = 4.564 mgđl/l (Quy phạm ≥ 1mgđl/l ).
Hình 3.1:Biểu đồ quan hệ giữa k i, CO2 và độ pH trong nước.
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 34
Độ pH của nước sau làm thoáng :
Sau khi tính được k i, CO2 có thể xác định độ pH của nước sau khi làm thống bằng cơng thức sau:
pH=log 44 × ki −√à
C ìk 1
Trong đó:
k i: Độ kiềm sau khi làm thống.
k 1: hằng sớố́ phân ly bậc 1 của oxit cacbonic.
Bảng 3.3: Bảng tra nhiệt độ và hằng số phân ly bậc 1 của oxit cacbonic
Nhiệt độ (0C) 10 20 25 30
k 1
3.34 ×10−7 4.05 × 10−7 4.31 ×10−7 4.52 ×10−7
Nhiệt độ nước nguồn = 200C ứng với k 1=4.05 ×10−7 .
C: hàm lượng CO2 sau làm thống .
µ: lực ion của dung dich µ = 0.000022.P = 0.000022x300 = 6.6x10-3 với P: tổng hàm lượng muốố́i =300 (mg/l) ≤ 1000 (mg/l)
pH=log
Căn cứ vào trị sốố́ pH của nước sau oxy hóa sắt, pH= 7.2 đã đạt tiêu chuẩn pH ≥ 6.8 Vậy có thể chọn phương án làm thoáng cưỡng bức.
GVHD: Biện Văn Tranh
Căn cứ vào trị sốố́ pH=7.2 > 6.8,độ kiềm ≥ 1( mgđl/l),Fe2+=26 mg/l, ta có thể áp dụng phương pháp: làm thống cưỡng bức – bể lắng ngang tiếp xúc – bể lọc nhanh để khử sắt.Vậy qua tính tốn ta chọn sơ đồ cơng nghệ 2 là: Thùng quạt gió – bể lắng ngang tiếp xúc – bể lọc nhanh để xử lý nguồn nước ngầm cho khu dân cư A.
3.3.Thuyết minh công nghệ:
Đầu tiên,nước ngầm được hút dưới giếng lên nhờ trạm bơm cấp I và dẫn vào bể chứa. Nước từ bể chứa được dẫn vào hệ thớố́ng làm thống cưỡng bức thùng quạt gió,với mục đích chính là khử CO2 ,hịa tan oxy khơng khí vào nước ngầm để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ ,Mn2+ thành Mn 4+ (nếu có) để dễ dàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao năng suất của các cơng trình lắng và lọc.
Sau khi làm thoáng nước tiếp tục sẽ được chuyển qua bể lắng ngang tiếp xúc, bể lắng ngang được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng x́ố́ng dưới đáy bể bằng trọng lực. Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tớố́t để lắng các hạt có kích thước lớn (≥ 0.2 mm) để loại trừ hiện tượng bào mịn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể.
Sau đó nước được đưa qua bể lọc nhanh . Tại đây, không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo đất, keo hữu cơ gây độ đục, độ màu.
Phần nước cịn lại trong q trình lọc nhanh sẽ được dẫn sang bể chứa nước rửa lọc để tách cặn và nước.
Còn cặn từ bể lắng, bể lọc nhanh và bể chứa nước rửa lọc sẽ được xả vào bể thu cặn và đem đi xử lý đúng quy định.
Nước sau khi ra khỏi bể lọc nhanh sẽ được chuyển vào bể chứa nước sạch,trong quá trình nước tự chảy từ bể lọc nhanh sang bể chứa nước sạch thì ngươi ta châm clo vào để clo được hòa trộn đều vào nước và khử trùng loại trừ những vi sinh vật tồn tại trong nước ngầm.
Sau đó nước được trạm bơm cấp II bơm vào hệ thốố́ng phân phốố́i nước cho người dân sử dụng.
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đơng Trang 36
3.4.Tính tốn lượng hóa chất và cơng trình đơn vị. 3.4.1.Tính tốn lượng hóa chất.
*Lượng Clo cần dùng để khử trùng
-Sử dụng clo lỏng để khử trùng nước. Clo được nén với áp suất cao sẽ hóa lỏng và được chứa trong các bình thép.Tại trạm xử lý phải đặt thiết bị chuyên dụng để đưa clo vào nước (Clorator).
-Liều lượng clo tiêu thụ :
PClo= Q
1000×a = 500
1000×3 =1.5 (kg /h)
Trong đó:
Q: cơng suất nhà máy, Q=500 m3/h.
a:lượng clo hoạt tính (theo mục 6.169 TCXDVN 33:2006),chọn a=3 mg/l. -Lượng clo tiêu thụ trong một ngày : 1.5 × 24 ¿ 36 kg.
-Đường kính ớố́ng dẫn clo (theo cơng thức 6-30 – TCXDVN 33:2006). √ Q
Dclo=1.2 v
Trong đó:
Q:lưu lượng lớn nhất của clo lỏng lấy lớn hơn 3 lần lưu lượng trung bình. Trọng lượng riêng của clo lỏng : 1.4×103kg/m³.
v: vận tớố́c trong đường ớố́ng , lấy bằng 0.8 m/s.
Q =3×
GVHD: Biện Văn Tranh
¿> Dclo=1.2
√
Vậy đường kính ớố́ng dẫn clo Dclo=1000mm.
3.4.2. THÙNG QUẠT GIÓÓ a.Nhiệm vụ
Nhiệm vụ thùng quạt gió là khử CO2 ,hịa tan oxy khơng khí vào nước ngầm để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ ,Mn2+ thành Mn 4+ (nếu có) để dễ dàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao năng suất của các cơng trình lắng và lọc.
Hình 5.1:Cấu tạo thùng quạt gió.
* Cấu tạo:thùng quạt gió gồm:
+Hệ thớố́ng phân phớố́i nước (1). +Lớp vật liệu tiếp xúc (2). +Sàn thu nước có xiphơng (3).
GVHD: Biện Văn Tranh
+Máy quạt gió (4). +Ống dẫn nước ra (5). +Ống xả (6).
b. Tính tốn
Hàm lượng sắt của nước nguồn :26mg/l. Độ kiềm : K=5.5mgđl/l.
Theo giáo trình Xử lý nước cấp – TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 182 ta có: Diện tích thùng quạt gió.
F= Q = 500 =12.5 ( m2 ).
qm 40
Trong đó:
Q = 12000m3/ngày.đêm = 500m3/h.
qm : cường độ mưa tính tốn.Chọn vật liệu tiếp xúc là sàn tre ,qm = 40m3/m2-h (Quy phạm 40÷50 m3/m2-h ).
Chia làm 6 thùng quạt gió, diện tích mỗi thùng là:
f = F
N =12
6.5 =2.1(m2) Đường kính mỗi thùng quạt gió là:
D=√4 =f √4 × 2.1 =1.6(m).
π 3.14
Chiều cao thùng quạt gió:
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 39
H=H nt + Hvltx +H f m (m)(1)
Trong đó:
Hnt :chiều cao ngăn thu nước ở đáy,Hnt ≥ 0.5 m, lấy Hnt =0.5 m.
Hvltx:chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc , m.Căn cứ vào độ kiềm của nước nguồn là
5.5 mg/l,vật liệu tiếp xúc chọn là sàn gỗ,tra bảng (5-4) giáo trình Xử lý nước cấp
– TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 181, xác định được Hvltx =2.5 m.
Hf m:chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc, lấy bằng 1 m.
(1
⇒
)
H= 0.5 + 2.5 +1 =4 (m)
Lượng gió cần thiết đưa vào ứng với tiêu chuẩn 10m3 khơng khí cho 1m3 nước là: Qgió =10×Q = 10 × 500=5000(m3/h) =1.4( m3/s).
Áp lực gió:
Hgió=hvltx +hcb +hsàn+hmáng (m).
Trong đó:
hvltx: tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc; hvltx=30 × 2=60(mm) (tổn thất áp lực qua lớp vật
liệu tiếp xúc lấy bằng 30mm/1m chiều cao của thùng quạt gió).
h cb : tổn thất cục bộ,hcb=15 ÷ 20 mm cột nước , lấy hcb=15 mm. h sàn : tổn thất qua sàn phân phốố́i lấy bằng 10 mm.
hmáng : tổn thất qua ớố́ng phân phớố́i gió, hmáng=15 ÷ 20 mm ,
lấy hmáng=15 mm.
Do đó:H gió=60+15+10+15=100(m) .
GVHD: Biện Văn Tranh
SVTH: Phạm Thới Đông Trang 40
Chọn cánh quạt theo các thông sốố́ cơ bản:
Qgió=1.4 ( m s3 ).
Hgió=100 (mm ).
Bảng 3.4.. Tóm tắt các thơng số thiết kế thùng quạt gió
STT 1 2 3 4 5 6 7 8
GVHD: Biện Văn Tranh SVTH: Phạm Thới Đơng
9 Lưu lượng gió,Qgió 1.4 m3 /s
3.4.3. BỂ LẮNG NGANG a. Nhiệm vụ
Lắng đọng cặn sinh ra trong các phản ứng, cặn vôi, cặn tạo ra trong q trình oxy hóa sắt và mangan.
Tăng thời gian để các phản ứng oxy xảy ra hoàn toàn. Bể lắng ngang thu nước ở cuốố́i.
Nguyên lý hoạt động: nước được phân phốố́i vào đầu bể lắng sau đó đi qua các lỗ trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng, tại đây các phản ứng oxy hóa tiếp tục xảy ra và tạo kết tủa rồi lắng xuốố́ng đáy bể. Nước sau khi từ đầu bể đến cuốố́i bể sẽ đi qua các lỗ thu trên ốố́ng thu nước bề mặt và các máng thu nước ở cuốố́i dẫn vào mương thu nước và phân phốố́i nước đi vào các bể lọc. Cặn lắng được xả ra ngoài theo định kỳ bằng áp lực thủy tĩnh qua dàn ốố́ng thu xả cặn.