Trường hợp nước ngầm cĩ đủ oxy hĩa, cĩ thể sử dụng trực tiếp khơng cần xử lý. Tuy nhiên các cơng trình vẫn rất cần thiết như vấn đề làm mềm nước, điều chỉnh độ pH, khử trùng. Mơ hình đơn giản của quá trình xử lý nước ngầm được thể hiện như sau:
Sơ đồ 1: Mơ hình đơn giản của quá trình xử lý nước ngầm cĩ đủ oxy
Nếu nước ngầm khơng cĩ đủ oxy hịa tan thì việc cần trao đổi khí và sau đĩ là quá trình lọc trở nên rất cần thiết. Trong quá trình trao đổi khí sẽ xảy ra sự nhận oxy, tách CH4, H2S và khử CO2. Trong quá trình lọc tiếp theo, các ion Sắt và Mangan (II) sẽ bị oxy hĩa tách ra, đồng thời một lượng nhỏ Amoniac (1.5 mg/l) cĩ thể được oxy hĩa thành Nitrat bằng quá trình sinh học. Trong trường hợp này, lọc được coi là một thiết bị phản ững trong quá trình sinh học và sinh học xảy ra. Việc điều chỉnh độ pH sau lọc
Giếng Chỉnh pH Clo hoá an toàn Bể chứa nước sạch Ca(OH)2 Cl2
cũng rất cần thiết. Hệ thống phức tập hơn so với nước ngầm cĩ đủ oxy.
Sơ đồ 2: Sơ đồ đơn giản của quá trình xử lý nước ngầm cĩ làm thống và lọc
Trong một số trường hợp, thời gian lưu của lọc khơng đủ để khử Sắt (II) kết hợp với oxy tạo thành Sắt (III), giải pháp đề ra là dùng dung dịch chất oxy hĩa khử để oxy hĩa Sắt như: Clo, Kali Permanganat, Ozon. Tách Mangan đơi khi cũng là một vấn đề, phương án tốt nhất là tăng pH lên đến 8.3 trước khi lọc, vì ở điều kiện đĩ Mangan cĩ thể bị khử với oxy.
Khả năng xử lý nước ngầm bằng quá trình khác nhau được mơ tả trong hình dưới đây:
Sơ đồ 3: Cơng nghệ xử lý nước ngầm phổ biến 3.3.2.1. Làm thống
Đây là một giai đoạn trong dây chuyền cơng nghệ xử lý nước cĩ nhiệm vụ:
- Hịa tan oxy từ khơng khí vào nước để oxy hĩa Sắt hĩa trị (II), Mangan hĩa trị (III) và Mangan hĩa trị (IV) tạo thành các hợp chất Hydroxit Sắt hĩa trị (III) Fe(OH)3 và Hydroxit Mangan hĩa trị (IV) Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng và được thu khỏi nước bằng
Giếng Làm thống Lọc cát nhanh Chỉnh pH Bể chứa nước sạch Ca(OH)2 Giếng Làm thóang Lọc cát nhanh Làm thóang Chỉnh pH Bể chứa nước sạch Ca(OH)2 Giàn mưa Bể trộn Bể lắng Bể lọc Bể chứa nước sạch Chất keo tụ Chất khử trùng Chất kiềm hĩa
- Trong nước ngầm sắt thường tồn tại ở dạng ion, Fe2+ là thành phần của các muối hịa tan như: Bicacbonat Fe(HCO3)2, Sunfua FeSO4 và thường tồn tại khơng bền vững và bị phân li:
Fe(HCO3)2 = 2 HCO3 – Fe2+
Quá trình oxy hĩa thủy phân diễn ra: 4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)2 + 8H+
2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O = 2Mn(OH)2 + 4H+ + 4HCO3- Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
H+ + HCO3 = H2O + CO2
Khử khí CO2, H2S cĩ trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hĩa và thủy phân Sắt và Mangan, nâng cao năng suất của các cơng trình lắng và lọc trong quá trình khử Sắt và Mangan.
H2S + O2 = 2S + 2H2O
Quá trình làm thống tăng hàm lượng oxy hĩa hịa tan trong nước nâng cao oxy hĩa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hĩa chất hữu cơ trong quá trình khử màu và mùi của nước.
3.3.2.2. Clo hĩa sơ bộ
Là quá trình cho Clo vào nước trong giai đoạn trước khi nước bào bể lắng và bể lọc, tác dụng của quá trình là:
- Kéo dài thời gian tiếp xúc triệt để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn.
- Oxy hĩa Sắt hịa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hĩa Mangan hịa tan đê tạo thành các kết tủa của tương ứng.
- Oxy hĩa các hữu cơ để khử màu
- Trung hịa Amoniac thành ClorAmin cĩ tính chất tiệt trùng kéo dài.
- Clo hĩa sợ bộ cịn cĩ tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong rêu, tảo trong bể phản ứng tạo bơng cặn và bể lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh vật sản sinh ra chất nhầy nhớt trên bề mặt lọc, làm tăng thời gian của chu kỳ lọc.
Tuy vậy, Clo hĩa cũng cĩ các nhược điểm:
- Tiêu tốn lượng Clo thường gấp 3 đến 5 lần lượng Clo dùng để khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá thành xử lý nước.
- Clo phản ứng với chất hữu cơ hịa tan trong nước tạo ra hợp chât Triholomothene là chất gây ra bệnh ưng thư cho người sử dụng nước. Vì vậy, khơng nên áp dụng quy trình Clo hĩa sơ bộ cho các nguồn nước mặt chứa nhiều chất hữu cơ.
3.3.2.3. Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bơng cặn
Keo tụ và bơng căn là quá trình tạo ra các tác nhân cĩ khả năng kết dính các chất làm bẩn nước ở dạng hịa tan hay lơ lửng thành các bơng cặn cĩ khả năng lắng được trong bể lắng hay kết dính trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất. Do đĩ, quá trình tạo nhân dính kết gọi là quá trình keo tự cịn quá trình dính kết cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo bơng cặn. Trong quá trình xử lý thường dùng phèn nhơm Al2(SO4)3, phèn sắt FeCl3, Fe2(SO4), FeSO4
Hiệu quả của quá trình tạo bơng phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và kết dính vào nhau. Để tăng quá trình tạo bơng, thường cho vào bể phản ứng tạo bơng cặn chất trợ keo tụ polyme. Khi tan vào nước, polyme sẽ tạo ra liên kết lưới loại anion nếu trong nước cần xử lý thiếu ion đối (như SO22-,...) hay loại trung tính nếu thành phần ion và độ kiềm của nước nguồn thỏa mãn điều kiện keo tụ tạo.
3.3.2.4. Quá trình lắng
Đây là quá trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn bằng các biện pháp lực trong các bể lắng, khi đĩ các hạt cặn cĩ tỷ trọng lớn hơn nước ở chế độ thủy lưc thích hợp, sẽ lắng xuống đấy bể.
Bằng lực ly tâm tác dụng và hạt cặn trong bể lắng ly tâm và xiclon thủy lực. Bằng lực đẩy nổi do các bọt khí dính bám vào hạt cặn ở các bể tuyển nổi
Cùng với việc lắng cặn, quá tình lắng cịn làm giảm được 90-95% vi trùng cĩ trong nước do vi trùng luơn bị hấp thụ và dính bám vào các hạt bộng cặn trong quá trình lắng.
3.3.2.5. Quá trình lọc
Lọc là quá tình khơng chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước cĩ thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà cịn giữ lại các hạt keo sắt, keo hữu cơ gây ra độ đục và độ màu, cĩ kích thước bé hơn nhiều lần kích thước các lỗ rỗng. Nhưng cĩ khả năng dính kết và hấp thụ lên bề mặt hạt lớp vật liệu học.
Cĩ thể phân bể lọc làm 3 loại chinh: Lọc chậm, lọc nhanh trọng lực (gồm bể lọc hở và bể lọc áp lực) cĩ nhiều dịng nước đi từ trên xuống và loại cịn lại là lọc ngược hay lọc tiếp xúc cĩ nhiều dịng nước đi từ dưới lên trên
3.3.2.6. Flo hĩa nước để tăng hàm lượng flo trong nước uống
Khi nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống cĩ hàm lượng Flo <0,5 mg/l thì cần phả pha thêm Flo vào nước.
Flo hĩa cĩ thể dùng các hĩa chất sau: Silic florua natri, Florua natri, Silic florua amoni.
3.3.2.7. Khử trùng nước
Việc đảm bảo vệ sinh về mặt sinh lý khi cấp cho người tiêu dùng địi hỏi phải cĩ quá trình khử trùng nước. Để khử trùng nước, dùng các biện pháp tiêu diệt vi sinh trong nước như:
- Đun sơi nước, dùng tia tử ngoại, dùng siêu âm
- Dùng các hĩa chất cĩ tác dụng tiệt trùng cao như: Ozon, Clo và các hợp chất của Clo, Iod, Pecmanganat kali KMnO4...
3.3.2.8. Ổn định nước
Đây là quá tình khử tính câm thực của nước đồng thời cấy lên mặt trong thành ống lớp màng bảo vệ để cách ly khơng cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu làm ống. Hĩa chất thường dùng để ổn định nước là: Hexametaphotphat, Silicat Natri, Soda, Vơi.
3.3.2.9. Làm mềm, khử mặn và khử muối trong nước.
Làm mềm nước tức là khử độ cứng trong nước (khử muối Ca và Mg cĩ trong nước). Nước cung cấp cho một số lĩnh vực cơng nghiệp cần làm mềm nước là: Cơng nghệ dệt, sợi nhân tạo, hĩa chất, chất dẻo, giấy,... và nước cấp cho các loại nồi hơi Khử mặn là làm giảm hàm lượng muối trong nước đến trị số thỏa mãn yêu cầu với nước dùng cho ăn uống
Khử muối là làm giảm triệt để lượng muối hịa tan trong nước trị số thỏa mãn yêu cầu cơng nghệ sản xuất quy định.
3.4. Một số sơ đồ cơng nghệ xử lý nước cấp.
Sơ đồ 4 :Sơ đồ cơng nghệ xử lý nguồn nước cĩ hàm lượng cặn ≤ 2500 mg/l
Sơ đồ 5: Sơ đồ cơng nghệ xử lý nguồn nước cĩ hàm lượng cặn > 2500 mg/l.
• Sơ đồ: Sơ đồ xử lý nước ngầm nhiễm phèn
Bể trộn Bể phản ứng Bể lắng Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Chất khử trùng Chất kiềm hĩa Từ trạm bơm cấp 1 Bể trộn Bể phản ứng Bể lắng Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Chất khử trùng Chất kiềm hĩa Bể lắng sơ bộ Từ trạm bơm Cấp 1 Chất keo tụ
Giàn mưa hay thùng quạt giĩ Bể chứa nước sạch Từ trạm bơm Bể lắng tiếp xúc Bể lọc nhanh Giếng tới Chất khử trùng
Sơ đồ 6: Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước ngầm nhiễm phèn.
Bảng3 : Chất lượng nước nguồn và chỉ tiêu nước đầu ra
STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ NƯỚC NGUỒN QCVN09-
2008/BTNMT 1 pH 7 5,5 – 8,5 2 Độ cứng mg/l 18 500 3 Cl- mg/l 10,63 250 4 NO2- mg/l 0,3 1 5 NO3- mg/l 0,2 15 6 SO42- mg/l 2 400 7 NH4+ mg/l 2,3 0,1 8 PO43- mg/l 0,02 / 9 Sắt tổng cộng mg/l 15 5 10 Độ kiềm tổng cộng mg/l 30 / 11 Chất hữu cơ mg/l 0,1 / 12 Độ đục NTU 0,7 – 0,75 / 13 Hàm lượng cặn nước nguồn mg/l 120 / 14 Độ màu TCU 8 / 15 Tổng hàm lượng các muối hịa tan mg/l 300 /
Giàn mưa hay thùng quạt giĩ Bể chứa nước sạch Từ trạm bơm Bể lắng tiếp xúc Giếng tới Chất khử trùng
CHƯƠNG 4
ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ XỬ LÝ
4.1. Xác định nhu cầu dùng nước
Dân số theo quy hoạch : 17117 người. Mật độ dân cư: 9959 người/km2. Tỉ lệ gia tăng dân số tự nhiên: 1,28%
Niên hạn cơng trình 20 năm: ( 2013 – 2033)
Với niên hạn thiết kế của cơng trình là 20 năm, ta cĩ số dân của thị trấn sau 20 năm được xác định theo cơng thức sau:
Trong đĩ: No là dân số của thị trấn ; r % = 1,28%
t: niên hạn thiết kế : t= 20 năm Do vậy:
N = 17117*( 1 + 1,28%)20 = 22075 ( người) Khu vỰc cĩ 22075 dân.
- Lưu lượng nước sinh hoạt:
Qshngày = ( qtc * N )/1000 = (100 * 22075)/1000 =2207,5 (m3/ngày.đêm)
Qshngàymax = ( qtc * N * kngàymax)/1000 = (100*22075*1,2)/1000 =2649 m3/ngày.đêm)
- Lưu lượng tưới:
Qtưới = 10%. Qshngàymax = 0,1 * 2649 = 264,9 (m3/ngày.đêm)
- Lưu lượng cho các xí nghiệp nhỏ địa phương và tiểu thủ cơng nghiệp rãi rác: QTTCN = 10%. Qshngàymax = 0,1 * 2649 = 264,9 (m3/ngày.đêm)
- Lưu lượng cho các cơng trình cơng cộng:
QCTCC = 10% * Qshngàymax = 0,1 * 2649 = 264,9 (m3/ngày.đêm) - Cơng suất hữu ích:
Qhữuich = Qshngàymax + Qtưới + QTTCN + QCTCC = 2649 + 264,9 +264,9 +264,9 = 3443,7 - Cơng suất trạm bơm cấp 2 phát vào mạng lưới:
kr : là hệ số rị rỉ và dự phịng Chọn kr = 1,2
QML = 3443,7 * 1,2 = 4132,44 (m3/ngày.đêm) - Lưu lượng chữa cháy:
QCC = (3*3600*qcc*n*k)/1000 = 10,8 * qcc*n*k qcc : tiêu chuẩn nước chữa cháy (l/s) = 15 (l/s) n : hệ số đám cháy xẩy ra đồng thời = 1
k : hệ số xác định theo thời gian phục hồi nước dự trữ chữa cháy lấy theo TCXD 33-2006 k = 1
QCC = 10,8 * 15 * 1*1 = 162 (m3/ngày.đêm) Số dân (1000)
người
Số đám cháy xảy Lưu lượng nước cho 1 đám cháy, (l/s) Nhà hỗn hợp các tầng
khơng phụ thuộcbậc chịu lửa
Nhà 3 tầng trở lên khơng phụ thuộc bậc chịu lửa
Đến 5 1 10 10 10 1 15 15 25 2 15 15 50 2 20 25 100 2 30 35 200 3 30 40 300 3 40 55 400 3 50 70 500 3 60 80
Bảng 4: Thống kê lưu lượng nước chữa cháy
- Cơng suất trạm xử lý :
QXL = ( QML * kXL ) + Qcc = (4132,44 * 1,05 ) + 162 = 4339,06 (m3/ngày.đêm) kXL : 1,04 ÷ 1,06 : chọn kXL = 1,05
- Cơng suất cơng trình thu nước:
Lưu lượng dùng cho bản thân nhà máy : rữa các bể lắng, lọc QBT = 5% * 4339,06 = 216,95 (m3/ngày.đêm)
Cơng suất cơng trình thu:
QCCT = QXL + QBT = 4339,06 + 216.95 = 4553,01 (m3/ngày.đêm) Chọn tổng cơng suất nhà máy cấp nước là 4600 m3/ ng.đêm
4.2. Đề xuất cơng nghệ xử lýĐề xuất 2 phương án:Đề xuất 2 phương án: Đề xuất 2 phương án: Phương án 1: Phương án 2: Trạm bơm cấp 1 Giàn mưa làm thống Bể lắng tiếp xúc Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Mạng phân phối nước Clo Khử trùng
Qua 2 dây chuyền cơng nghệ trên, ta cĩ thể thấy điểm khác biệt cần so sánh là cơng trình khử sắt.
Phương án 1: Giàn mưa
Giàn mưa hay cịn được gọi là cơng trình làm thống tự nhiên, cĩ chức năng làm giàu oxi trong nước và khử khí CO2 cĩ trong nước.
Giàn mưa cĩ khả năng thu được lượng oxi hịa tan bằng bằng 55% lượng oxi bão hịa và cĩ khả năng khử được 75 – 80% lượng CO2 cĩ trong nước.
Diện tích xây dựng giàn mưa lớn nhưng chi phí xây dựng cĩ thể chấp nhận. Việc vận hành, bảo trì và sửa chữa đơn giản hơn thùng quạt giĩ.
Phương án 2: Thùng quạt giĩ
Thùng quạt giĩ dùng để xử lý cho trạm nước cĩ cơng suất vừa và lớn, cĩ hàm lượng sắt cao từ 20mg/l trở lên. Thùng quạt giĩ cĩ thể giải phĩng được 85 – 90% lượng CO2 hịa tan trong nước, lượng oxi hịa tan lấy được bằng 70% lượng oxi bão hịa.
Trạm bơm cấp 1 quạt giĩThùng Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Mạng phân phối nước Clo Khử trùng Bể lắng tiếp xúc
Diện tích xây dựng thùng quạt giĩ nhỏ hơn so với giàn mưa, nhưng chi phí cao hơn và cũng khĩ bảo trì, sửa chữa hơn giàn mưa.
4.3. Lựa chọn cơng nghệ
Từ những nhận xét trên, ta chọn thiết kế và xây dựng trạm theo phương án 1 vì phương án này là phương pháp xử lý thường được áp dụng xử lý nước ngầm và phù hợp với điều kiện xử lí như cơng suất nhỏ, điều kiện kinh tế địa phương. Thuyết minh dây chuyền cơng nghệ:
Trạm xử lý nước ngầm khai thác nước ngầm từ các trạm bơm giếng và tập trung về khu xử lý tại trạm xử lý.
Cơng nghệ xử lý nước của trạm xử lý là cơng nghệ xử lý nước ngầm theo trình tự như sau:
Nước thơ từ các trạm bơm giếng tập trung về giàn mưa (làm thống tự nhiên) với mục đích khử sắt, mangan và làm giàu oxy trong nước.
Tiếp theo nước được đưa qua bể lắng đứng tiếp xúc để lắng cặn.
Sau đĩ, nước được dẫn qua bể lọc nhanh nhằm loại bỏ cặn lơ lửng khơng thể lắng được ở bể lắng tiếp xúc và tiếp tục khử sắt và mangan.
Nước sau khi lọc được châm chất khử trùng để loại bỏ vi khuẩn gây bệnh rồi được đưa vào bể chứa nước sạch để phục vụ nhu cầu sinh hoạt của người dân. Nhiệm vụ chi tiết:
Giàn mưa:
Hịa tan oxy từ khơng khí vào nước để oxy hĩa Fe2+ thành Fe3+ để dễ dàng kết tủa, lắng đọng để loại ra khỏi nước nhờ quá trình lắng và lọc.
Khử khí CO2 trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hĩa và thủy phân Fe và Mn, nâng cao cơng suất của các