Hiện nay, xã Ninh Lộc vẫn còn trong tình trạng thiếu nƣớc sạch để phục vụ cho ăn uống và sinh hoạt. Ninh Lộc có diện tích khoảng 1.812 ha, dân số khoảng
Hình 1.32. Vị trí lấy mẫu Hình 1.31. Vị trí xã Ninh Lộc
8.121 ngƣời. Hiện tại, ngƣời dân ở đây vẫn phải sử dụng nguồn nƣớc ngầm từ các giếng khơi hoặc bơm máy để sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tƣới tiêu. Do đặc điểm các lớp trầm tích dƣới đất sâu nên nguồn nƣớc ngầm xã Ninh Lộc thƣờng bị nhiễm sắt. Một số thôn giáp đầm Nha Phu nƣớc bị nhiễm mặn khá nặng. Theo ông Trịnh Dân (thôn Mỹ Lợi, xã Ninh Lộc) cho biết “mấy năm gần đây, nƣớc giếng của thôn Mỹ Lợi bị nhiễm phèn nghiêm trọng. Nƣớc bơm lên luôn có màu vàng nâu và có mùi tanh. Tuy đã lọc rất kỹ nhƣng cặn vẫn còn, xoong nồi đun nấu chỉ khoảng một tuần là bị đóng một lớp cặn, quần áo trắng sau vài tháng bị ố vàng”.
Ông Nguyễn Quân – Chủ tịch UBND xã Ninh Lộc cho biết “tình hình thiếu nƣớc sạch sinh hoạt ở xã Ninh Lộc xảy ra mấy năm nay. Nƣớc sạch là tiêu chí hàng đầu để xây dựng nông thôn mới song đến nay còn rất nhiều hộ dân vẫn chƣa có nƣớc sạch để dùng”. Ở một số nơi nhiều hộ dùng chung một giếng làng, hàng ngày họ phải đƣa thùng đi chở nƣớc về khá vất vả.
Việc thiếu nƣớc ăn uống, sinh hoạt không chỉ tác động xấu đến cuộc sống của ngƣời dân địa phƣơng mà còn ảnh hƣởng tới các hoạt động ở các trƣờng học. Thầy Lý Tính – Hiệu trƣởng Trƣờng Tiểu học Ninh Lộc lo lắng “là một trƣờng điểm của xã nhƣng nhà trƣờng gặp nhiều khó khăn về nguồn nƣớc để phục vụ sinh hoạt cho các em. Nƣớc bị nhiễm phèn và có mùi tanh nên không đảm bảo vệ sinh, ảnh hƣởng đến sức khỏe của các em. Nhà trƣờng cũng đã tiến hành xây dựng bể lọc nhƣng hiệu quả lọc không cao do sử dụng cát thƣờng và tính toán không đúng”.
CHƢƠNG 2 . ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Nguồn nƣớc
Nguồn nƣớc thí nghiệm đƣợc lấy ở giếng nhà ông Trịnh Dân thuộc thôn Mỹ Lợi, xã Ninh Lộc, huyện Ninh Hòa, tỉnh Khánh Hòa.
2.1.2. Các loại vật liệu lọc
a. Cát thạch anh [7], [22] - Nƣớc sản xuất: Việt Nam.
- Thành phần: SiO2 chiếm 99,4 %; Al2O3 chiếm 0,1%; Fe2O3 < 0,1% và Na2O 0,1%.
- Màu sắc: trắng nhẹ.
Bảng 2.10. Đặc tính kỹ thuật của cát thạch anh
Đặc tính Đơn vị Giá trị Tỷ trọng Kg/m3 1400 Độ bào mòn % trọng lƣợng 0,026 Độ vỡ vụn % trọng lƣợng 4,28 Độ rỗng - 0,4 Kích thƣớc mm Nhiều chủng loại Khả năng ứng dụng: - Xử lý nƣớc thải. - Xử lý nƣớc ngầm, nƣớc mặt. Hình 2.10. Vật liệu lọc cát thạch anh
Ƣu điểm: - Giá thành rẻ
- Dễ kiếm, dễ sử dụng.
- Có tính trơ, không phản ứng với các chất trong nƣớc. b. Vật liệu lọc hạt nổi polystyrene (PS). [7], [22]
- Nƣớc sản xuất: Việt Nam.
- Hạt PS có hình cầu, màu trắng, nhẹ hơn nƣớc.
- Diện tích bề mặt tiếp xúc: 600 m2/m3 (hạt 3 – 5 mm); 1150 m2/m3 (hạt 1- 3mm).
- Thành phần cấu tạo: polystyren 97%, chất giãn nở 3%.
Bảng 2.11. Đặc tính kỹ thuật của hạt nổi PS
Đặc tính Đơn vị Giá trị Hình dạng - Hình cầu, màu trắng Kích thƣớc mm 1 – 2 Diện tích bề mặt tiếp xúc m2/m3 1150 Độ vỡ vụn % trọng lƣợng 0,01 Độ mài mòn % trọng lƣợng 0,02 Độ rỗng - 0,56 Độ chịu nén kg/m3 0,9 Khả năng ứng dụng: - Xử lý nƣớc ngầm: khử sắt, mangan. - Xử lý nƣớc mặt: khử chất lơ lửng, phù sa. - Xử lý nƣớc thải: là giá thể sinh học.
Ƣu điểm:
- Giá thành rẻ hơn nhiều loại vật liệu khác. - Dễ sử dụng.
- Là vật liệu lọc đa năng, phạm vi ứng dụng khá rộng.
- Bề mặt riêng lớn hơn cát thạch anh nên cho hiệu quả lọc cao. - Tính trơ cao, không phản ứng với các chất có trong nƣớc.
- Không tan trong môi trƣờng axit, môi trƣờng kiềm, không độc hại.
2.1.3. Mô hình thí nghiệm
a. Mô hình giàn mưa
- Kích thƣớc mô hình giàn mƣa L x B x H: 400 x 400 x 2170 mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dàn mƣa gồm 4 tầng. - Khung làm bằng thép.
- Chiều cao chân thép 200 mm - Thành bể làm bằng thép dày 4 mm - Tầng 1: kích thƣớc L x B x H: 400 x 400 x 500 mm - Tầng 2: kích thƣớc L x B x H: 400 x 400 x 300 mm có 1 lớp sỏi lọc dày 80mm - Tầng 3: kích thƣớc L x B x H: 400 x 400 x 200 mm có 7 rãnh nƣớc, chiều rộng mỗi rãnh là 10 mm. - Tầng 4: kích thƣớc L x B x H: 400 x 400 x 300 mm có đục lỗ, đƣờng kính mỗi lỗ là 3 mm. a. Mô hình bể lọc. - Kích thƣớc bể L x B x H: 190 x 190 x 1400 mm - 1 van xả đáy = 6 mm
- 1 van lấy nƣớc, 3 van phụ = 6 mm - Thành bể dùng kính dày 6 mm
- Khung làm bằng thép
- Chiều cao chân thép: 230 mm
b. Mô hình bể chứa - Kích thƣớc bể L x B x H: 350 x 350 x 450 mm. - Thành bể dùng kính có chiều dày 8 mm. - 1 van xả đáy φ = 15 mm. - 1 van xả trản φ = 15 mm. - Khung làm bằng thép.
- Chiều cao chân thép 650 mm.
- Giá đỡ đặt máy bơm và máy sục khí có kích thƣớc 350 x 190 mm.
2.2. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2.2.1. Hóa chất sử dụng 2.2.1. Hóa chất sử dụng
Hóa chất cần phân tích các chỉ tiêu bao gồm: hydroxulamin, phenalthroline, amoniacetat, H2SO4đđ, HClđđ, CH3COOH, FeSO4, AgNO3, K2CrO4, Na2CO3, HgSO4, KMnO4, KCN, dung dịch Complexom III, Eriorom T đen, NaOH, HCl, dung dịch EDTA,...
2.2.2. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 2.2.2.1. Thiết bị
- Mô hình giàn mƣa – Việt Nam - Mô hình bể lọc – Việt Nam - Máy UV-Vismini 1240 – Nhật - Máy HACH – DR/2000 – Nhật - Cân phân tích điện tử - Nhật - Bơm định lƣợng – Trung Quốc - Đo pH, nhiệt độ trên máy pH Meter.
2.2.2.2. Dụng cụ - Cốc thủy tinh 1000 ml - Cốc thủy tinh 1000 ml - Cốc thủy tinh 50 ml - Bình định mức 50 ml - Ống đong 50 ml - Pipet 25 ml - Pipet 10 ml - Pipet 5 ml - Pipet 2 ml - Đũa thủy tinh
- Bình định mức 1000 ml - Bình định mức 500 ml - Phễu
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM 1 THÍ NGHIỆM 1 XỬ LÝ SẮT BẰNG CÁC KẾT HỢP VLL HẠT NỔI VÀ CÁT THẠCH ANH THÍ NGHIỆM 2 XỬ LÝ SẮT BẰNG VLL HẠT NỔI BỌC LỚP OXIT KẾT HỢP CÁT THẠCH ANH THÍ NGHIỆM 3 XỬ LÝ SẮT BẰNG GIÀN MƢA KẾT HỢP CÁT THẠCH ANH MẪU NƯỚC NGẦM
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CỦA TỪNG THÍ NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHÙ HỢP
2.3.1. Lấy mẫu
- Phƣơng pháp lấy mẫu: QCVN 08:2009 và TCVN 5993 – 1995.
- Thời gian và tần suất: từ ngày 25/3/2013 đến 19/4/2013 lúc 7 giờ sáng. Mỗi ngày lấy mẫu 1 lần.
- Bật công tắc khởi động máy bơm, đợi 3 – 5 phút để nƣớc dƣ trong ống nƣớc chảy ra hết. Sau đó rửa bình chứa mẫu bằng nƣớc giếng 2 lần.
- Sử dụng bình nhựa có dung tích 20 lít để đựng mẫu. Mỗi lần lấy 6 thùng.
2.3.2. Tính toán chiều dày lớp vật liệu lọc [3]
Chiều dày vật liệu lọc:
Dựa vào Bảng 6.11 trong TCXD 33:2006 “Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình thiết kế” (phụ lục 3)ta có Bảng 2.2: Bảng 2.2. Đặc trƣng của lớp vật liệu lọc Kiểu bể lọc Đặc trƣng của lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thƣờng, m/h Đƣờng kính nhỏ nhất, mm Đƣờng kính lớn nhất, mm Chiều dày của lớp vật liệu lọc, mm
Bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc; vật liệu lọc là cát thạch anh. 0,5 1,5 700 5 - 7 Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc Cát thạch anh 0,5 1,5 700 7 - 10 Hạt nổi PS 1 2 300
Để đảm bảo tính chính xác của vận tốc lọc thông qua việc lựa chọn chiều dày vật liệu lọc nhƣ Bảng 2.2 ta phải tiến hành kiểm tra vận tốc lọc thực tế.
Kiểm tra vận tốc lọc thực tế:
Để kiểm tra vận tốc lọc thực tế ta làm nhƣ sau:
Đối với bể lọc 2 lớp VLL:
- Đổ 60 lít nƣớc sạch vào thùng chứa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sắp xếp vật liệu lọc lần lƣợt theo chiều dày nhƣ Bảng 2.2.
- Dùng bơm bơm nƣớc từ thùng chứa sang bể lọc. Theo dõi lƣợng nƣớc chảy xuống khoang thu nƣớc sạch của bể lọc trong khoảng thời gian bao lâu. - Tính toán thể tích nƣớc đã đi qua lớp vật liệu lọc trong khoảng thời gian đó. - Vận tốc lọc đƣợc tính theo công thức sau:
Q v A , m/h Trong đó: v: vận tốc lọc, m/h. Q: lƣu lƣợng nƣớc qua bể lọc, m3/h. A: diện tích bề mặt bể lọc, m2.
- Diện tích bề mặt bể lọc là:
A = 0,19.0,19 = 0,0361 m2
- Lƣu lƣợng nƣớc qua bể lọc là 8,3 lít trong thời gian t = 2 phút 60.8,3.10 3 0, 25 2 Q m3/h Suy ra, vận tốc lọc là: 0, 25 6,93 0, 0361 Q v A m/h 7 m/h
Nhƣ vậy, kết quả này phù hợp với TCXD 33:2006.
Đối với bể lọc 1 lớp VLL:
Tiến hành kiểm tra vận tốc lọc tƣơng tự nhƣ đối với bể lọc 2 lớp VLL. Ta có: - Lƣợng nƣớc qua bể lọc là 8,3 lít trong thời gian t = 1,9 phút
60.8,3.10 3 0, 26 1,9 Q m3/h - Suy ra, vận tốc lọc là: 0, 26 7,1 0,0361 Q v A m/h 7 m/h
Kết quả này phù hợp với TCXD 33:2006.
Vậy, lựa chọn chiều dày lớp vật liệu lọc nhƣ Bảng 2.2 là hoàn toàn phù hợp.
2.3.3. Tính toán tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc [3]
Tổn thất áp lực qua lớp VLL sạch đƣợc tính theo phƣơng trình Carmen – Kozeny: 2 3 (1 ) . . . L e v h f L e dg Trong đó: : hệ số hình dạng, thƣờng lấy 0,8 – 1, chọn 0,9 d: đƣờng kính hạt vật liệu, m. e: độ rỗng VLL. v: vận tốc lọc, m3/m2.s, v = 0,0019 m3/m2.s (2.3)
L: chiều dày lớp VLL F: hệ số ma sát, đƣợc tính theo công thức: 150.(1 ) 1, 75 Re e f
Re: hệ số Reynold, tính theo công thức: Re vd
µ: hệ số nhớt động học của nƣớc ở 27oC, µ = 0,00086 N.m/s2 ρ: khối lƣợng riêng của nƣớc, ρ = 1000 kg/m3
2.3.4. Cách tiến hành thí nghiệm
2.3.4.1. Thí nghiệm 1: Xử lý sắt bằng cách kết hợp VLL hạt nổi và cát thạch anh anh
a) Chuẩn bị thí nghiệm.
- Lấy hết lớp vật liệu lọc cũ ra ngoài, rửa sạch bể lọc.
- Rửa vật liệu lọc mới bằng nƣớc sạch.
- Bỏ vật liệu lọc vào bể lọc theo thứ tự từ dƣới lên: sỏi đỡ 8cm, cát thạch anh 70 cm, hạt nổi PS 30 cm.
- Dùng lƣới chắn lọc để ngsăn trên bề mặt vật liệu lọc.
b) Tiến hành thí nghiệm.
- Đóng van xả đáy. - Đóng van đầu ra.
- Cho nƣớc sạch chảy vào bể lọc cho đến khi ngập vật liệu lọc. - Mở van xả đáy để rửa toàn bộ bể lọc.
- Sau khi rửa sạch toàn bộ bể lọc, đóng van xả đáy, mở van đầu ra. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nƣớc sau khi lấy từ xã Ninh Lộc về phòng thí nghiệm đƣợc đổ vào thùng chứa 60 lít.
- Tốc độ lọc: v = 7 m/h
- Tiến hành phân tích hàm lƣợng sắt đầu ra để đánh giá hiệu quả xử lý của vật liệu lọc. Mỗi ngày vận hành bể lọc 2 lần cho đến khi đầu ra đạt QCVN 02/2009 (≤ 0,5 mg/l) thì dừng lại.
2.3.4.2. Thí nghiệm 2: Xử lý sắt bằng cách kết hợp VLL hạt nổi có bọc lớp oxit mangan và cát thạch anh mangan và cát thạch anh
a) Chuẩn bị thí nghiệm.
- Lấy toàn bộ vật liệu lọc trong thí nghiệm (1) ra ngoài.
- Rửa sạch bể lọc và cát thạch anh mới bằng nƣớc sạch.
- Tiến hành phủ lớp oxit mangan cho hạt nổi PS. Cụ thể:
Thêm NaOH vào nƣớc để điều chỉnh pH của nƣớc lên 8,0.
Thêm 5g MnSO4.6H2O vào 3 lít nƣớc, sau đó ta cho vật liệu lọc hạt nổi vào và tiến hành sục khí cho đến khi thấy lớp vật liệu lọc đƣợc bọc bởi lớp oxit màu nâu đen.
Các phản ứng xảy ra:
MnSO4.6H2O + NaOH Mn(OH)2 + Na2SO4 Khi Mn(OH)2 tiếp xúc với không khí tạo thành MnO2 màu nâu:
2Mn(OH)2 + O2 2MnO2↓ + H2O - Theo dõi thời gian để lớp oxit bám vào vật
liệu lọc hạt nổi. Sau 7 ngày đã xuất hiện lớp màng oxit mangan màu nâu đen. - Bố trí các lớp vật liệu lọc vào bể lọc theo thứ tự nhƣ sau:
Chiều dày lớp sỏi đỡ: 8cm
Chiều dày lớp cát thạch anh: 70 cm
Hình 2.23. Quá trình ngâm VLL Hình 2.22. Mô hình thí nghiệm 2
Chiều dày lớp hạt nổi: 30 cm
- Dùng lƣới chắn lọc để ngăn trên bề mặt vật liệu lọc.
c) Tiến hành thí nghiệm.
Vận hành bể lọc tƣơng tự nhƣ thí nghiệm (1).
2.3.4.3. Thí nghiệm 3: Thí nghiệm xử lý sắt bằng cách kết hợp giàn mƣa và cát thạch anh thạch anh
a) Chuẩn bị thí nghiệm
- Lấy toàn bộ vật liệu lọc trong thí nghiệm (2) ra ngoài.
- Rửa sạch bể lọc và cát thạch anh mới bằng nƣớc sạch.
- Rửa sạch giàn mƣa bằng nƣớc sạch.
- Bỏ cát thạch anh vào bể lọc với chiều dày 70 cm, sỏi đỡ 8 cm.
- Dùng bơm bơm nƣớc sạch qua một vài lần để rửa toàn bộ bể lọc
b) Tiến hành thí nghiệm
- Dùng chậu để đổ nƣớc từ trên tầng cao nhất của giàn mƣa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nƣớc chảy xuống thùng chứa (tầng 1) để lắng khoảng 30 phút. - Dùng bơm định lƣợng bơm nƣớc từ thùng chứa qua bể lọc. - Tốc độ lọc: 7 m/h.
- Chiều dày lớp nƣớc bảo vệ 8 cm.
- Tiến hành phân tích hàm lƣợng sắt đầu ra để đánh giá hiệu quả xử lý của vật liệu lọc. Mỗi ngày vận hành hệ thống thí nghiệm 2 lần cho đến khi đầu ra đạt QCVN 02/2009 (≤ 0,5 mg/l) thì dừng lại.
2.3.5. Các phƣơng pháp phân tích 2.3.5.1. Đo pH, nhiệt độ
Lắc đều mẫu rồi đổ khoảng 200 ml ra cốc thủy tinh để tiến hành đo. Sử dụng bình tia chƣa nƣớc cất để rửa sạch điện cực đầu đo rồi nhúng đầu đo vào trong cốc thủy tinh. Đợi đến khi giá trị pH, nhiệt độ trên máy ổn định rồi đọc kết quả trên màn hình.
2.3.5.2. Đo độ đục
Tiến hành đo độ đục bằng máy HACH - DR/2000. Các bƣớc tiến hành nhƣ sau: Bật máy vào mã chƣơng trình 750 Enter, điều chỉnh bƣớc sóng về 450nm. Lắc đều mẫu, lấy 50 ml vào cốc 100 ml
Cho nƣớc cất vào curvet ngang đến vạch trắng (25 ml), nhấn ZERO để đƣa độ đục về 0 FTU.
Cho mẫu vào curvet tƣơng tự nhƣ mẫu nƣớc cất, bấm READ và đọc kết quả xuất hiện trên màn hình.
2.3.5.3. Đo độ màu
Độ màu của mẫu nƣớc đƣợc xác định trên máy đo HACH - DR/2000 với chƣơng trình 120 ở bƣớc sóng λ = 455 nm. Cho nƣớc cất vào curvet đến vạch trắng,