Tài liệu Đề tài tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước ngầm nhiễm phèn tại huyện hóc môn, cung cấp nước sạch với công suất 300 m3ngày đêm

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH ĐẶT VẤN ĐỀ Việc khai thác nƣớc ngầm đƣa vào sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất một cách ồ ạt không theo quy hoạch và thiếu sự quản lý của các cơ quan chức năng đã làm cho tầng nƣớc ngầm trong thành phố bị nhiễm phèn một cách trầm trọng, thậm chí có nơi không thể sử dụng đƣợc nữa. Do đó, nƣớc nhiễm phèn là mối quan tâm của đa số ngƣời sử dụng nƣớc giếng. Tầng chứa nƣớc đƣợc khai thác nhiều nhất thƣờng phân bố từ độ sâu 25 tới 40 m ở khu vực nội thành và sâu hơn ở rìa thành phố. Mực áp lực đo đƣợc trong những năm 1980 dao động từ 3 tới 6 m, còn hiện nay, do khai thác quá nhiều áp lực ở nhiều nơi đã tụt xuống 14-15 m. Nhiều chỉ tiêu hóa học nƣớc thay đổi, ranh giới mặn - nhạt, phèn - không phèn cũng biến đổi mạnh. Hiện nay, do mức độ khai thác nƣớc ngầm dƣới đất tăng mạnh nên xuất hiện những nhân tố mới hình thành nƣớc phèn, làm biến đổi ranh giới nƣớc nhiễm phèn trƣớc đây, tăng khả năng thấm xuyên từ các tầng khác bị phèn trƣớc đó hoặc do nƣớc thấm xuyên qua các tầng cách nƣớc có chứa các tích tụ phèn. Hiện tƣợng này thƣờng gặp ở khu vực Hóc Môn, Gò Vấp... Sự hạ thấp mực áp lực tầng nƣớc ngầm cũng tạo điều kiện kéo ranh giới nhiễm phèn vào sâu trong nội thành. Ngay từ bây giờ, nếu không có hƣớng xử lý và giải quyết thì sẽ đe dọa lớn đến chất lƣợng nguồn nƣớc ngầm và trực tiếp gây ảnh hƣởng xấu đến ngƣời sử dụng. Xuất phát từ vấn đề thực tế nhóm quyết định chọn đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nƣớc ngầm nhiễm phèn tại Huyện Hóc Môn, cung cấp nƣớc sạch với công suất 300 m3/ngày đêm” với mục đích góp một phần nhỏ tham gia xông việc xử lý nguồn nƣớc đem lại cuộc sống sinh hoạt thoải mái cho ngƣời dân khu vực Hóc Môn, TP.HCM. M Đ ĐỀ T Xây dựng một hệ thống xử lý nƣớc cấp đảm bảo ph hợp với thực tế tại khu vực Hóc Môn, mang tính khả thi cao. N UN T ỆN Nội dung nghiên cứu gồm: - Điều tra thu thập số liệu cơ sở về điều kiện tự nhiên, hiện trạng vấn đề cấp nƣớc tại khu vực nghiên cứu. - Chọn lựa nguồn nƣớc, các nguồn nƣớc có sẵn trong vùng, thu thập số liệu cơ bản để đánh giá tính chất – thành phần của nguồn chọn cung cấp. - Xác định lƣu lƣợng nƣớc cần cung cấp. - ựa chọn công nghệ xử lý ph hợp cho Trạm xử lý nƣớc cấp cho khu vực. - Tính toán thiết kế phƣơng án đã chọn lựa, triển khai chi tiết các công đơn vị trong hệ thống xử lý trên bản vẽ, khái toán chi phí đầu tƣ, chi phí vận hành của hệ thống. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 1 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH M CL C ĐẶT VẤN ĐỀ..........................................................................................................................................1 M Đ H ĐỀ T I.......................................................................................................................1 N I DUNG TH HIỆN........................................................................................................................1 M C L C................................................................................................................................................2 HƢƠNG 1. ĐẶ ĐIỂM T 1.1 NHIÊN VÀ NGUỒN NƢỚC Ở KHU V C HÓC MÔN ......................4 Đặc điểm tự nhiên ....................................................................................................................4 1.1.1 Vị trí địa lý .......................................................................................................................4 1.1.2 Thời tiết khí hậu ...............................................................................................................5 1.1.3 Hiện trạng nƣớc cấp ở khu vực Hóc Môn ........................................................................5 1.2 Chất lƣợng nguồn nƣớc ở khu vực Hóc Môn ...........................................................................5 HƢƠNG 2. NƢỚC NHIỄM PHÈN SẮT V 2.1 Á PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ ....................................7 Nƣớc nhiễm phèn, đặc điểm và ảnh hƣởng của nƣớc nhiễm phèn...........................................7 2.1.1 Nƣớc nhiễm phèn là gì? ...................................................................................................7 2.1.2 Đặc điểm của nƣớc bị nhiễm phèn ...................................................................................7 2.1.3 Ảnh hƣởng của nƣớc nhiễm phèn ....................................................................................7 ác phƣơng pháp xử lý nƣớc nhiễm phèn sắt ..........................................................................8 2.2 2.2.1 Khử sắt bằng phƣơng pháp làm thoáng ............................................................................8 2.2.2 Khử sắt bằng phƣơng pháp hóa chất ................................................................................9 2.2.3 ác phƣơng pháp khử sắt khác...................................................................................... 10 HƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ................................................................................. 11 3.1 Thiết kế hệ thống nƣớc nhiễm phèn ...................................................................................... 11 3.2 Đề xuất công nghệ ................................................................................................................. 12 3.2.1 Phƣơng án 1................................................................................................................... 12 3.2.2 Phƣơng án 2................................................................................................................... 13 3.2.3 Phƣơng án 3................................................................................................................... 14 3.3 Lựa chọn công nghệ .............................................................................................................. 14 HƢƠNG 4. T NH TOÁN THIẾT KẾ Á 4.1 ÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ C PHƢƠNG ÁN 1.......... 16 Giàn mƣa ............................................................................................................................... 16 4.1.1 Nhiệm vụ ....................................................................................................................... 16 4.1.2 Cấu tạo giàn mƣa........................................................................................................... 16 4.1.3 Tính toán giàn mƣa....................................................................................................... 17 4.2 Bể lắng tiếp xúc ..................................................................................................................... 21 Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 2 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 4.2.1 Nhiệm vụ ....................................................................................................................... 21 4.2.2 Tính toán bể lắng tiếp xúc ............................................................................................. 21 4.2.3 Tính kích thƣớc máng thu nƣớc .................................................................................... 23 4.2.4 Tính lƣợng bùn tích lại ở bể lắng .................................................................................. 24 4.3 Bể lọc nhanh .......................................................................................................................... 26 4.3.1 Nhiệm vụ ....................................................................................................................... 26 4.3.2 Tính toán bể lọc nhanh .................................................................................................. 26 4.3.3 Xác định hệ thống phân phối nƣớc rửa lọc ................................................................... 27 4.3.4 Tính toán máng phân phối nƣớc và thu nƣớc rửa lọc .................................................... 29 4.3.5 Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh ...................................................................... 31 4.3.6 Tính bơm khí rửa lọc ..................................................................................................... 32 4.4 Bể chứa nƣớc sạch................................................................................................................. 35 HƢƠNG 5. HI PH V GIÁ TH NH ............................................................................................ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................................... 40 Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 3 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT ƢƠN GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 1. ĐẶ Đ ỂM T NHIÊN VÀ NGUỒN NƢỚC Ở KHU V C HÓC MÔN 1.1 Đặc điểm tự nhiên 1.1.1 Vị trí địa lý Hóc Môn là huyện ngoại thành ở phía Tây Bắc của Thành phố Hồ hí Minh  Phía Bắc giáp huyện Củ Chi.  Phía Nam giáp Quận 12, thành phố Hồ Chí Minh.  Phía Đông giáp huyện Thuận An của tỉnh Bình Dƣơng, ranh giới là sông Sài Gòn.  Phía Tây giáp huyện Đức Hòa của tỉnh Long An, Huyện Bình Chánh và Quận Bình Tân. Hình 1. Bản đồ vị trí địa lý Huyện Hóc Môn. Diện tích: 109,18 km2 Dân số: 254.598 ngƣời (năm 2006) Các xã, thị trấn: Huyện Hóc Môn có 11 xã là: Tân Thới Nhì, Tân Hiệp, Thới Tam Thôn, Đông Thạnh, Nhị Bình, Xuân Thới Sơn, Xuân Thới Thƣợng, Bà Điểm, Tân Xuân, Trung Chánh, Xân Thới Đông. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 4 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 1.1.2 Thời tiết khí hậu Về khí hậu, TP H M có 2 m a rõ rệt: m a mƣa từ tháng 5 đến tháng 11, m a khô từ tháng 12 – 4 năm sau. Trung bình TP H M có 160 đến 270 giờ nắng một tháng, nhiệt độ trung bình 270 , cao nhất lên đến 400 ,thấp nhất xuống 13,80 . ƣợng mƣa trung bình đạt 1.949 mm/năm. ũng nhƣ lƣợng mƣa, độ ẩm không khí ở thành phố lên cao vào m a mƣa và xuống thấp vào m a khô,trung bình độ ẩm không khí đạt 79,5%. 1.1.3 Hiện trạng nƣớc cấp ở khu vực Hóc Môn hƣơng trình sử dụng nƣớc sạch nông thôn ở thành phố đƣợc triển khai từ năm 1997. Do đặc điểm của khu vực nghiên cứu là dân cƣ phân tán trên địa bàn rộng nên hệ thóng cấp nƣớc của thành phố hầu nhƣ không có. Để khắc phục tình trạng này thành phố đã dành nguồn vốn ngân sách (chiếm chủ yếu trong các nguồn vốn) để phát triển viếng lẻ bơm tay và đặc biệt là các trạm cấp nƣớc tập trung ở các khu dân cƣ tập trung. Hiện nay trên địa bàn huyện Hóc Môn có 13 trạm cấp nƣớc tập trung với công suất khoảng 3.000 m3/ngày đêm do Trung tâm Nƣớc Sinh hoạt và Vệ sinh môi trƣờng nông thôn quản lý. Theo thống kê năm 2006 nguồn nƣớc sử dụng ở nông thôn nhƣ sau: - Số hộ dân sử dụng nƣớc sạch: Sử dụng nƣớc máy: Sử dụng nƣớc giếng: Sử dụng nƣớc mƣa: Sử dụng nguồn nƣớc khác: 87,5% (toàn thành là 97,1%) 25,53% số hộ 60,7% số hộ 3,08% số hộ 3,69% số hộ 1.2 Chất lƣợng nguồn nƣớc ở khu vực Hóc Môn (Nguồn: Theo xét nghiệm của Trung Tâm Y Tế Dự Phòng - Sở Y Tế TP.Hồ Chí Minh 06/2001) STT Các chỉ tiêu Đơn vị Nƣớc nguồn QCVN 01/ 2009 / BYT 5,2 6,5-8,5 1 pH 2 Độ cứng mg/l 18 300 3 Cl- mg/l 10,63 250 4 NO2- mg/l 0,3 1 5 NO-3 mg/l 0,2 10 6 SO4- mg/l 2,0 250 Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 5 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 7 NH4+ mg/l 2,3 3 8 PO43- mg/l 0,02 2.5 9 Sắt tổng cộng mg/l 15 0,5 10 Độ kiềm tổng cộng mg/l 0,6 11 Chất hữu cơ mg/l 0,1 12 Độ đục NTU 0,7-0,75 5 13 Độ màu TCU 8 15 14 Tổng hàm lƣợng các muối hòa tan mg/l 300 Bảng 1. hất lƣợng nƣớc nguồn và tiêu chuẩn nƣớc đầu ra Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ: Không đạt tiêu chuẩn về hàm lƣợng sắt tổng cộng theo QCVN 01/2009/BYT.  Kết luận: nguồn nƣớc ở khu vực Hóc Môn bị nhiễm phèn sắt. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 6 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT ƢƠN GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 2. NƢỚC NHIỄM PHÈN SẮT V PHÁP XỬ LÝ Á P ƢƠN 2.1 Nƣớc nhiễm phèn, đặc điểm và ảnh hƣởng của nƣớc nhiễm phèn 2.1.1 Nƣớc nhiễm phèn là gì? Trong nƣớc thiên nhiên, kể cả nƣớc mặt và nƣớc ngầm đều có chứa sắt. Hàm lƣợng sắt và dạng tồn tại của chúng tùy thuộc và từng nguồn nƣớc, điều kiện môi trƣờng. Trong nƣớc mặt, sắt tồn tại ở dạng hợp chất Fe3+, dạng keo hay huyền phù. Hàm lƣợng này thƣờng không lớn và sẽ đƣợc khử trong quá trình làm trong nƣớc. Trong nƣớc ngầm, chứa nhiều sắt cũng đƣợc gọi là nƣớc nhiễm phèn. Sắt trong trƣờng hợp này đƣợc hình thành do quá trình khử oxyt sắt (III) trong đất. Trong điều kiện thiếu oxy không khí, vi sinh vật yếm khí oxy hoá chất hữu cơ theo cơ chế anoxyc; trong đó, Fe3+ - thƣờng ở dạng oxyt không tan - là chất nhận electron. Fe2O3 + C(H2O) + H2O  Fe2+ + H+ + CO2 (2.1) Sự xuất hiện phèn sắt Fe(OH)3, Fe2O3, Fe2+ tan trong nƣớc ngầm, khi tiếp xúc với không khí lại bị oxy hoá thành hydroxyt sắt(III), sau đó thành oxyt sắt: Fe2+ + O2 + H2O  Fe(OH)3  Fe2O3 + H+ (2.2) Các sản phẩm của phản ứng này ở dạng keo, lởn vởn trong nƣớc, rất khó lắng. Đấy là hiện tƣợng nƣớc bị phèn sắt, Fe2O3 có màu nâu đậm. Do đó cả vật liệu tiếp xúc với nƣớc giếng nhiễm sắt thƣờng bị ố vàng nâu. Sự có mặt của chất hữu cơ trong nƣớc ngầm là nguyên nhân chính làm nƣớc ngầm nhiễm phèn sắt. Nƣớc ngầm từ các vùng đất trũng thƣờng chứa nhiều sắt. Việc khai thác nƣớc ngầm quá mức làm mức nƣớc ngầm hạ thấp xuống. Điều đó làm tăng sự thâm nhập chất hữu cơ từ trên bề mặt vào nƣớc ngầm và làm tăng hàm lƣợng sắt trong nƣớc ngầm. Do keo sắt trong đsất hấp phụ nhiều ion kim loại khác, nhƣ mangan, arsenic… Cho nên sự khử oxyt Fe3+ kèm theo sự hoà tan sắt và các ion kim loại khác, nhƣ mangan, arsenic... 2.1.2 Đặc điểm của nƣớc bị nhiễm phèn - Nƣớc nếm có vị chua chua. - Nƣớc có màu vàng đục. - Nƣớc bị nhiễm phèn nặng, ngửi thấy m i tanh tanh… 2.1.3 Ảnh hƣởng của nƣớc nhiễm phèn Có rất nhiều kiểu mô tả về đặc điểm của nƣớc phèn. Do tính chất của nó khác nhau theo đặc điểm của từng v ng, có khi nƣớc có vị chua, nƣớc có màu vàng làm khi giặt quần áo bị ố vàng, khi thì có mùi tanh tanh, có loại khi mới lấy lên từ nguồn thì thấy nƣớc rất trong vài ba ngày lại thấy nổi váng trên bề mặt… Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 7 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH Nếu sử dụng nguồn nƣớc nhiễm phèn cho ăn uống, sinh hoạt thì các dụng cụ trong nhà đều bị ăn mòn, tắm rửa thì bị rộp da. Do nƣớc chứa nhiều phèn sắt có màu càng đục gây cảm giác mỹ quan không tốt. Mặc dù các thành phần có trong nƣớc phèn (nhôm, sắt, sulfat và mangan) không gây độc cho sức khỏe. Nhƣng nếu hàm lƣợng Fe > 0,3 mg/l; Mn > 0,1 mg/l sẽ làm hoen ố quần áo khi giặt, hàm lƣợng sulfat cao sẽ gây vị khó chịu cho nƣớc uống (pH thấp gây vị chua cho nƣớc). Ngoài ra nhôm trong nƣớc quá cao còn gây loãng xƣơng cho ngƣời già và ảnh hƣởng đến chức năng lọc máu của thận… Vì vậy việc tìm ra các giải pháp và công cụ cũng nhƣ thiết bị loại bỏ các thành phần trên trong nƣớc nhiễm phèn là điều rất cần thiết. 2.2 ác phƣơng pháp xử lý nƣớc nhiễm phèn sắt Nguyên lý của phƣơng pháp này là oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi nƣớc dạng hidroxyt sắt (III). Trong nƣớc ngầm sắt (II) bicabonat là một muối không bền, nó dễ dàng thủy phân thành sắt (II) hydroxyt theo phản ứng: Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 (2.3) Nếu trong nƣớc có oxy hòa tan, sắt (II) hydroxyt sẽ bị oxy hóa thành sắt (III) hydroxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → Fe (OH )3↓ (2.4) Sắt (III) hydroxyt trong nƣớc kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra nƣớc dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc. Kết hợp các phản ứng trên ta đƣợc phản ứng chung của quá trình oxy hóa nhƣ sau: 4Fe2+ + 8HCO3-+ O2 + H2O → 4Fe(OH)3↓ + 8H+ +8HCO3- (2.5) Nƣớc ngầm thƣờng không chứa oxy hòa tan hoặc có hàm lƣợng oxy hóa rất thấp. Để tăng nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng. Hiệu quả của bƣớc làm thoáng đƣợc xác định theo nhu cầu oxy cho quá trình khử sắt. 2.2.1 Khử sắt bằng phƣơng pháp làm thoáng a. Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc Nƣớc cần khử sắt đƣợc làm thoáng bằng dàn phun mƣa ngay trên bề mặt lọc. hiều cao dàn phun thƣờng lấy cao khoảng 0,7m, lỗ phun có đƣờng kính 5-7mm, lƣu lƣợng tƣới vào khoảng 10m3/m2.h. ƣợng oxy hòa tan trong nƣớc sau làm thoáng ở nhiệt độ 25o lấy bằng 40% lƣợng oxy hòa tan bão hòa (ở 25oC lƣợng oxy hòa tan bão hòa bằng 8,1mg/l). Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 8 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH b. Làm thoáng bằng giàn mƣa tự nhiên Nƣớc cần làm thoáng đƣợc tƣới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. ƣu lƣợng tƣới với chiều cao tháp cũng lấy nhƣ trƣờng hợp trên. ƣợng oxy hòa tan sau làm thoáng bằng 55% lƣợng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lƣợng O2 sau làm thoáng giảm 50%. c. Làm thoáng cƣỡng bức ũng có thể d ng làm thoáng cƣỡng bức với lƣu lƣợng tƣới từ 30 đến 40m3/h. ƣợng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nƣớc. ƣợng oxy hòa tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lƣợng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lƣờng O 2 sau làm thoáng giảm 75% hàm lƣợng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lƣợng O2 sau làm thoáng giảm 75%. 2.2.2 Khử sắt bằng phƣơng pháp hóa chất a. Khử sắt bằng vôi Khi cho vôi vào nƣớc, độ pH của nƣớc tăng lên. Ở điều kiện này ion OH- ion Fe2+ thủy phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống 1 phần, thế oxy hóa khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống. Do đó sắt (II) dễ dàng chuyển hóa thành sắt (III). Sắt (III) hydroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nƣớc. Phƣơng pháp này có thể áp dụng cả cho nƣớc mặt và nƣớc ngầm. Nhƣợc điểm các phƣơng pháp là phải d ng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho nên thƣờng kết hợp khử sắt với quá trình khác nhƣ xử lý ổn định nƣớc bằng kiềm, làm mềm nƣớc bằng vôi kết hợp soda. Phƣơng pháp khử sắt bằng vôi thƣờng không đứng độc lập, mà kết hợp với các quá trình làm ổn định nƣớc hoặc làm mềm nƣớc. Phản ứng xảy ra theo 2 trƣờng hợp:  Có oxy hòa tan: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3↓ + 4Ca(HCO3)2 (2.6) Sắt (III) hydroxyt đƣợc tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc.  Không có oxy hòa tan: Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 + 2H2O (2.7) Sắt đƣợc khử đi dƣới dạng Fe O3 chứ không phải hydroxyt sắt. b. Khử sắt bằng lo Quá trình khử sắt bằng clo đƣợc thực hiện nhờ phản ứng sau: Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 9 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)2CaCl2 + 6H+ + 6HCO-3(2.8) c. Khử sắt bằng kali penmanganat (KMnO4) Khi d ng để khử sắt, quá trình này xảy ra rất nhanh vì cặn mangan(IV) hydroxyt vừa đƣợc tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phƣơng trình sau: 5Fe2+ + MnO4 + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O (2.9) 2.2.3 ác phƣơng pháp khử sắt khác a. Phƣơng pháp lọc qua lớp vật liệu đặc biệt ác vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình oxy hóa khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình này diễn ra rất nhanh chóng và có hiệu quả cao. át đen là một trong những chất có đặc tính nhƣ thế. b. Phƣơng pháp trao đổi ion ho nƣớc đi qua lớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion. ác ion H + và Na+ có trong thành phần của lớp vật liệu lọc, sẽ trao đổi với các ion Fe2+ có trong nƣớc. Kết quả Fe2+ đƣợc giữ lại trong lớp vật liệu lọc. ớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion là ation thƣờng đƣợc sử dụng cho nguồn nƣớc có chứa Fe2+ ở dạng hòa tan. c. Phƣơng pháp vi sinh vật Một số loại vi sinh có khả năng oxy hóa sắt trong điều kiện mà quá trình oxy hóa hóa học xảy ra rất khó khăn. húng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp lọc của bể lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt đƣợc loại ra khỏi nƣớc. Thƣờng sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 10 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT ƢƠN GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 3. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1 Thiết kế hệ thống nƣớc nhiễm phèn Quá trình xử lý nƣớc với mục đích tăng pH, khử sắt, nhôm, mangan… để chất lƣợng nƣớc đầu ra đạt tiêu chuẩn nƣớc cấp cho sinh hoạt. Nguồn thu mãn nƣớc phải thỏa các điều kiện nhƣ thuận tiện cho việc thiết kế, thi công, lắp đặt, vận hành, quản lý với chi phí thấp và không gây trở ngại cho các nhu cầu d ng nƣớc khác. Cung cấp số lƣợng nƣớc đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, sinh học đảm bảo nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất phục vụ sinh hoạt công công cho các đối tƣợng sử dụng nƣớc của cụm dân cƣ huyện Hóc Môn.  Lựa chọn công nghệ : ơ sở để lựa chọn công nghệ xử lý nƣớc dựa vào các yếu tố sau: - Chất lƣợng của nƣớc nguồn (nƣớc thô) trƣớc khi xử lý. - Chất lƣợng của nƣớc yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tƣợng sử dụng. - Công suất nhá máy nƣớc. - Điều kiện kinh tế kỹ thuật. - Điều kiện của địa phƣơng. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 11 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT 3.2 GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH Đề xuất công nghệ 3.2.1 Phƣơng án 1 Từ trạm bơm giếng Giàn mưa hay thùng quạt gió Bể lắng tiếp xúc Chất khử trùng (Cl2) Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch  Thuyết minh sơ đồ Nƣớc thô từ giếng khoan đƣợc trạm bơm đƣa vào đƣờng ống chuyển tải qua giàn mƣa để làm thoáng nƣớc, quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu cung cấp oxy cho nƣớc và đuổi CO2. Nƣớc từ giàn mƣa sẽ chảy qua bể lắng tiếp xúc. Tại đây sẽ xảy ra quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 và lắng xuống . Sau đó các cặn nhỏ hơn từ bể lắng sẽ đƣợc giữ lại ở bể lọc nhanh. Sau đó nƣớc từ bể lọc nhanh chảy qua bể chứa nƣớc sạch tại đây dung dịch hlorine đƣợc châm vào đầu bể chứa để khử tr ng, đảm bảo nồng độ Chlorine dƣ ổn định khoảng 0,3-0,5 mg/l trƣớc khi phân phối đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 12 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 3.2.2 Phƣơng án 2 Từ trạm bơm giếng Giàn mưa hay thùng quạt gió Bể lắng ngang Chất khử trùng (Cl2) Bể lọc áp lực Bể chưa nước sạch  Thuyết minh sơ đồ Nƣớc thô từ giếng khoang đƣợc trạm bơm đƣa vào đƣờng ống chuyển tải qua giàn mƣa để làm thoáng nƣớc, quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu cung cấp oxy cho nƣớc và đuổi CO2. Nƣớc từ giàn mƣa sẽ chảy qua bể lắng ngang. Tại đây sẽ xảy ra quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 kết tủa và lắng xuống một phần, sau đó nƣớc đƣợc bơm lên bể lọc áp lực qua phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nƣớc trong, đi vào đáy bể và phát vào mạng lƣới. Tại đây các cặn nhỏ hơn từ bể lắng sẽ đƣợc giữ lại bởi các vật liệu lọc. Sau đó nƣớc từ bể lọc áp lực chảy qua bể chứa nƣớc sạch tại đây dung dịch hlorine đƣợc châm vào đầu bể chứa để khử tr ng, đảm bảo nồng độ hlorine dƣ ổn định khoảng 0,3-0,5 mg/l trƣớc khi phân phối đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 13 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 3.2.3 Phƣơng án 3 Từ trạm bơm giếng Phun nước trên bề mặt bể lọc Bể lọc nhanh Chất khử trùng (Cl2) Bể chứa nước sạch  Thuyết minh sơ đồ Nƣớc thô từ giếng khoang đƣợc trạm bơm đƣa vào đƣờng ống chuyển tải qua giàn mƣa để làm thoáng nƣớc, quá trình làm thoáng ở đây chủ yếu cung cấp oxy cho nƣớc và đuổi CO2.. Sơ đồ này có 2 bể lọc. 1 bể lọc sơ bộ để giữ các cặn lắng có kích thƣớc lớn. Sau đó nƣớc sẽ đi qua bể lọc nhanh, tại đây các cặn nhỏ hơn từ bể lọc sơ bộ sẽ đƣợc giữ lại. Tốc độ lọc đƣợc điều chỉnh bằng xitông đồng tâm. Kết quả là nƣớc sau lọc đƣợc làm trong hoàn toàn và tự chảy sang bể chƣa nƣớc sạch. Sau đó dung dịch Chlorine đƣợc châm vào đầu bể chứa để khử tr ng, đảm bảo nồng độ hlorine dƣ ổn định khoảng 0,3-0,5 mg/l trƣớc khi phân phối đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. 3.3 Lựa chọn công nghệ  Phƣơng án 1 và 3: Bể lọc nhanh  Ƣu điểm: - Về kết cấu: không phải sử dụng bơm từ ngăn trung gian qua bể lọc áp lực nhƣ ở phƣơng án 2 nên tiết kiệm đƣợc về điện năng và kinh phí mua bơm. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 14 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH - Dễ vận hành và bảo dƣỡng định kỳ. - Giá thành xây dựng thấp hơn lọc áp lực.  Nhƣợc Điểm: - Thời gian lƣu nƣớc lớn hơn lọc áp lực. - Mặt bằng xây dựng lớn. - Hiệu suất thấp.  Phƣơng án 2: Bể lọc áp lực  Ƣu điểm: - Hiệu suất cao hơn lọc nhanh. - Ít tốn diện tích xây dựng.  Nhƣợc điểm: - Kết cấu phức tạp. - Chế độ quản lí chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm. - Tiêu tốn năng lƣợng. - Giá thành xây dựng cao.  Kết Luận: từ nhận xét trên ta chọn thiết kế và xây dựng trạm theo phƣơng án 1 vì đây là phƣơng pháp thƣờng đƣợc áp dụng xứ lý nguồn nƣớc ngầm và phù hợp với điều kiện địa phƣơng. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 15 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT ƢƠN GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌN VỊ C P ƢƠN ÁN 1 ĐƠN iàn mƣa 4.1 4.1.1 Nhiệm vụ - Khử CO2 trong nƣớc. - àm giàu oxy trong nƣớc tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+. - Dạng giàn mƣa: làm thoáng tự nhiên. 4.1.2 Cấu tạo giàn mƣa - Hệ thống phân phối khí: sử dụng ống phân phối có đục lỗ. - Ống chính phun mƣa làm bằng inox. - Trên ống chính có bố trí các ống nhánh. - Sàn tung nƣớc. - Hệ thống thu và thoát khí: để có thể thu oxy từ khí trời, kết hợp với việc thổi khí CO2 ra khỏi giàn mƣa, đồng thời đảm bảo nƣớc không bị bắn ra ngoài, ngƣời ta xây dựng hệ thống cửa chớp bằng bê tông cốt thép. - Sàn thu nƣớc. - Ống dẫn và thu nƣớc trên giàn mƣa : mỗi giàn mƣa còn bao gồm 2 ống inox dẫn nƣớc lên giàn mƣa, một ống thu nƣớc từ giàn mƣa qua bể lắng đứng, 2 ống PVC thu nƣớc xả, rửa giàn mƣa, các ống dẫn vôi, clo và các vòi phục vụ cho công tác vệ sinh.  Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng Ta có tổng hàm lƣợng các muối hòa tan trong nƣớc là P=300mg/l Xác định CO2 tự do trong nƣớc nguồn: ƣợng CO2 tự do có trong nƣớc nguồn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ kiềm Ki và pH và đƣợc xác định theo biểu đồ Langlier: Với: P= 300mg/l T= 25oC pH= 5,2 Độ kiềm = 0,6 mgđl/l Tra biểu đồ langlier ta xác định đƣợc hàm lƣợng CO2 tự do là 380mg/l Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 16 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH pH 15 300 2 35 40 50 60 650 700 750 800 25 1 2,5 30 20 2 3 250 350 400 450 500 550 600 3 7,5 7 1,5 5 5 b 150 200 300 400 5,5 4 a 30 40 50 60 70 80 90100 6 0,5 §é kiÒm 16 20 6,5 1 p (muèi) 8 NhiÖt ®é 200 3 4 5 6 7 8 910 Thang phô 10 150 2 8,5 5 4,5 4 3,5 §é pH Thang phô 5 Tæng hµm l ¦îng muèi P (mg/l ) o NhiÖt ®é (T C) 100 CO 2 1 CO2 tù do 8 7 6 50 §é kiÒm 0 6 1 2 3 4 5 6 Hình 4.1 Biểu đồ quan hệ giữa Ki, CO2 và độ pH trong nƣớc Độ kiềm sau làm thoáng: Ki* = Ki0 - (0,036[Fe2+]) Ki0= Độ kiềm của nƣớc nguồn = 0,6 (mgđl/l)  Ki* = 0,6 – (0,036*15) = 0,06 (mgđl/l) àm lƣợng CO2 sau làm thoáng: CO2* = (1-a)CO20 + 1,6[Fe2+] a: hiệu quả khử làm thoáng. O2 bằng công trình làm thoáng, tuỳ thuộc vào loại công trình Đối với phƣơng pháp lám thoáng bằng giàn mƣa thì: a = 0,75 – 0,8 Chọn a = 0,8  CO2*= (1-0,8)*380 + 1,6*15 = 100 (mg/l) pH của nƣớc sau làm thoáng: Ta có : Ki* = 0,06 (mgđl/l) CO2* = 100 (mg/l) T = 250 P = 300 (mg/l)  pH = 5.6 Vậy ta cần thêm 1 lƣợng kiềm để nâng pH từ 6,5 - 8,5 tốt nhất là 7 để quá trình oxy hóa và thủy phân sắt tốt nhất. 4.1.3 Tính toán giàn mƣa  Diện tích mặt bằng của giàn mưa : Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 17 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH Trong đó : - Q : lƣu lƣợng nƣớc xử lí (m3/h). Q = 300m3/ngày = 12,5m3/h = 3,47*10-3 - qm: cƣờng độ mƣa lấy từ 10 – 15 (m3/m2.h) Kích thƣớc của giàn mƣa: B x L = 1m x 1,25m Chọn đƣờng ống phân phối nƣớc theo hình xƣơng cá.  Đường kính ống chính: Ta có : Q = 300m3/ngày = 3,47*10-3 m3/s Vận tốc chảy trong ống v = (1,5 – 2m/s) , ta chọn v = 1,5m/s √ √ ( ) ( ) Vậy ta chọn ống chính là nhựa PVC có đường kính 56mm Số nhánh: [ ] [ ] Ta tính lại khoảng cách giữa các nhanh là 0,2875m Lƣu lƣợng trong ống nhánh: ( ) Đƣờng kính ống nhánh: √ √ ( ) ( Vậy ta chọn ống nhánh PV có đƣờng kính là ) . Diện tích ống chính: ( ) Tổng diện tích lỗ phun: ( ) Diện tích 1 lỗ: Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 18 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH ( ) ( ) (Đƣờng kính lỗ nằm 5-7 (mm) ta chọn 5mm) Số lỗ trên 1 nhánh nhỏ: Vậy ta sẽ bố trí thành 2 hàng và mỗi bên có 4 lỗ. Ta có chiều rộng của giàn mƣa là 1m. họn khoảng cách giữa mép ngoài của sàn tung với đầu của ống nhánh là 0,05m, do vậy chiều dài của 1 ống nhánh là: ( ) Khoảng cách các lỗ: ( )  Sàn tung nƣớc. Sử dụng sàn tung nƣớc bằng các tấm inox có đục lỗ, kích thƣớc mỗi tấm inox là 1m x 1,25m đƣợc ghép lại với nhau. Khoảng cách từ giàn phân phối nƣớc đến sàn tung mƣa trên c ng là 0,8m (H ). Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,6m. Ta chọn 3 sàn và cách nhau 0,6m. Đƣờng kính lỗ khoan 5mm, bƣớc lỗ 30mm. Số lỗ khoan theo chiều rộng : Số lỗ khoan theo chiều dài : Mỗi sàn tung khoan : 32 x 41 = 1312 lỗ  Tính chiều cao giàn mƣa: Ta có : - Hfm= Khoảng cách từ sàn tung thứ nhất đến giàn phun. Chọn Hfm=0,8m. - Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,6m. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 19 ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM NHIỄM PHÈN SẮT GVHD: TS. NGUYỄN THẾ VINH - Khoảng cách từ sàn tung tới ngăn thu nƣớc là 0,7m. - Chiều cao ngăn thu nƣớc là 2.5m. Vậy Hdm= 0,4 + 0,6 x 2 +0,7 + 2,5 =4,8m 4.1.4 Hệ thống thu nƣớc : - Sàn thu nƣớc đặt dƣới phía đáy giàn mƣa có độ dốc 0,05 về phía ống dẫn nƣớc sang cụm xử li - Bố trí một ống thu nƣớc đặt phía dƣới đáy sàn thu nƣớc và cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 0,2m để ngăn cặn bẩn không theo dòng nƣớc vào các công trình phía sau . 4.1.5 Hoạt đồng của giàn mƣa : - Nƣớc thô đƣợc dẫn từ ống góp chung rồi qua các ống đƣờng kính 56 mm đƣa lên giàn mƣa.Trên giàn mƣa gồm một hệ thống các ống xƣơng cá trong đó ống chính đƣờng kính 56mm và các ống nhanh có đƣờng kính là 27mm. nƣớc từ giàn mƣa phân phối sẽ phun ra ngoài qua các lỗ trên ống nhánh và rơi xuống qua từng sàn tung nƣớc. nƣớc từ các sàn tung nƣớc di chuyển dẫn xuống dƣới do trong lƣợng bản thân và tập trung tại sàn thu nƣớc, tại đây nƣớc sẽ chảy vào ống thu nƣớc có đƣờng kính : Chọn vận tóc trong ống là 1,7 m/s: √ √ Tại đầu ống thu nƣớc cho clo và vôi để oxy hóa Fe và tăng pH. 4.1.6 Hệ thống ống xả cặn của giàn mƣa - Ống xả cặn, ống này có thể lấy là ống PV đƣờng kính ống tùy thuộc vào vận tốc nƣớc trong ống và lƣợng cặn cần xả khi tiến hành rửa giàn mƣa. họn ống xả cặn là ống PV có đƣờng kính là 100mm đặt phía đáy thấp sàn thu nƣớc. Đánh giá hiệu quả xử lý của giàn mƣa:Hiệu quả loại trừ CO2 của giàn mƣa khoảng 75 – 80%. Ngoài hiệu quả khử CO2 thì giàn mƣa còn nhằm mục đích hòa tan oxy vào nƣớc để oxy hoá Fe.Với quá trình xử lý nƣớc ngầm đặc biệt là quá trình khử Fe trong nƣớc ngầm thì việc khử O2 đồng thời hòa tan O2 vào nƣớc bằng giàn mƣa có tác dụng quan trọng vì nó làm tăng pH trong nƣớc ngầm và oxy làm cho Fe2+ bị oxy hóa. Nếu pH có tăng cao thì mới tạo môi trƣờng tốt để phản ứng oxy hóa Fe và Mn diễn ra. Nhƣng trong nguồn nƣớc hiện đang khai thác có hàm lƣợng Fe cao đồng thời độ kiềm nhỏ do đó lƣợng oxy hòa tan không đủ để oxy hóa Fe nên phải sử dụng thêm clo để oxy hóa hết Fe. Nhiệm vụ chính của giàn mƣa sử dụng ở đây là đuổi CO2 và nâng pH. Châu Ngọc Tiên 91003355 Lê Minh Tiến 91003375 20