Tài liệu Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt

Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït CHÖÔNG I: TOÅNG QUAN —– I. GIÔÙI THIEÄU NÖÔÙC NGAÀM: Nöôùc ngaàm laø nöôùc xuaát hieän ôû taàng saâu döôùi ñaát, thöôøng töø 30 – 40, 60 – 70 coù khi 120 – 150 vaø cuõng coù khi tôùi 180m. Nöôùc ngaàm ñöôïc thaám töø treân xuoáng, hoaëc coù theå töø nôi xa chaûy veà. Doøng nöôùc ngaàm xuaát hieän treân moät lôùp ñaát hoaëc ñaù hoaøn toaøn khoâng thaám nöôùc. Qua caùc lôùp caùt soûi ñaõ bò haáp phuï heát caùc taïp chaát neân chaát löôïng nöôùc ngaàm saïch, oån ñònh. Nöôùc ngaàm coù theå coù nhöõng tuùi lôùn naèm raûi raùc trong loøng ñaát, cuõng coù theå chaûy thaønh maïch. Tröõ löôïng nöôùc ngaàm khaù lôùn vaø raát quan troïng cho nöôùc caáp ôû thaønh phoá vaø noâng thoân vuøng pheøn, maën…. Nöôùc ngaàm ñöôïc khai thaùc töø caùc taàng chöùa nöôùc döôùi ñaát, chaát löôïng nöôùc ngaàm phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn khoaùng hoùa vaø caáu truùc ñòa taàng maø nöôùc thaám qua. Do vaäy nöôùc chaûy qua caùc ñòa taàng chöùa caùt vaø granit thöôøng coù tính axit vaø chöùa ít chaát khoaùng. Khi nöôùc ngaàm chaûy qua ñòa taàng chöùa ñaù voâi thì nöôùc thöôøng coù ñoä cöùng vaø ñoä kieàm hyñrocacbonat khaù cao. Ngoaøi ra ñaëc tröng chung cuûa nöôùc ngaàm laø: - Ñoä ñuïc thaáp. - Nhieät ñoä vaø thaønh phaàn hoùa hoïc töông ñoái oån ñònh. - Khoâng coù oxy nhöng coù theå chöùa nhieàu khí nhö: CO2, H2S…. - Chöùa nhieàu khoaùng chaát hoøa tan chuû yeáu laø: saét, mangan, canxi, magie vaø flo. - Khoâng coù söï hieän dieän cuûa vi sinh vaät. Theo baùo caùo cuûa Lieân Hieäp Quoác, chæ coù khoaûng 2/3 (60%) daân soá Vieät Nam ñöôïc söû duïng nöôùc saïch theo tieâu chuaån chaát löôïng nöôùc cuûa Lieân Hieäp Quoác. (Baùo caùo dieãn bieán moâi tröôøng nöôùc Vieät Nam 2003). II. CAÙC THAØNH PHAÀN TRONG NÖÔÙC NGAÀM: Chaát löôïng nöôùc ngaàm noùi chung laø toát, ít coù tröôøng hôïp bò nhieãm baån höõu cô, ôû nhieàu vuøng coù theå söû duïng tröïc tieáp khoâng caàn laøm saïch. Tuy nhieân, nöôùc ngaàm thöôøng coù toåntg khoaùng hoùa cao, nhieàu khi chöùa caùc chaát khí hoøa tan, coù nhieàu chaát saét vaø mangan. Haøm löôïng saét dao ñoäng töø vaøi mg/l ñeán haøng chuïc mg/l. ÔÛ nhieàu vuøng coù nguoàn bò nhieãm maën hoaëc coù ñoä cöùng cao. Moät loaïi nöôùc ngaàm toàn taïi trong ñaát (phaïm vi töø 1m ñeán 15m) thöïc chaát laø nöôùc maët, thöôøng ñöôïc goïi laø nöôùc ngaàm “maïch noâng”. Chaát löôïng nöôùc ngaàm maïch noâng ôû nhieàu vuøng khaù toát, nhöng nhieàu vuøng cuõng chæ khaù hôn nöôùc maët moät chuùt vì bò aûnh höôûng tröïc tieáp cuûa nöôùc maët bò oâ nhieãm vaø thôøi tieát. Tuy nhieân, hieän nay hieän nay ôû nhieàu vuøng daân cö noâng thoân chæ döïa vaøo loaïi nguoàn nöôùc naøy ñeå GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 1 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït phuïc vuï cho caùc nhu caàu ñôøi soáng haøng ngaøy. Nöôùc döôùi ñaát nhìn chung laø nguoàn nöôùc toát, thuaän lôïi khi khai thaùc söû duïng cho caùc muïc ñích sinh hoaït, aên uoáng. Chaát löôïng nöôùc ngaàm phuï thuoäc vaøo nguoàn goác cuûa nöôùc ngaàm, caáu truùc ñòa taàng cuûa khu vöïc vaø chieàu saâu ñòa taàng nôi khai thaùc nöôùc. ÔÛ caùc khu vöïc ñöôïc baûo veä toát, ít coù nguoàn thaûi gaây nhieãm baån, nöôùc ngaàm noùi chung ñöôïc baûo veä veà maët veä sinh vaø chaát löôïng khaù oån ñònh. 1. Caùc ion coù theå coù trong nöôùc ngaàm: a. Ion canxi Ca2+: Nöôùc ngaàm coù theå chöùa Ca2+ vôùi noàng ñoä cao. Trong ñaát thöôøng chöùa nhieàu CO2 do quaù trình trao ñoåi chaát cuûa reã caây vaø quaù trình thuûy phaân caùc taïp chaát höõu cô döôùi taùc ñoäng cuûa vi sinh vaät. Khí CO 2 hoøa tan trong nöôùc möa theo phaûn öùng sau: CO2 + H2O  H2CO3 Axit yeáu seõ thaám saâu xuoáng ñaát vaø hoøa tan canxi cacbonat taïo ra ion 2+ Ca 2H2CO3 + 2CaCO3  Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3b. Ion magie Mg2+: Nguoàn goác cuûa caùc ion Mg2+ trong nöôùc ngaàm chuû yeáu töø caùc muoái magie silicat vaø CaMg(CO3)2, chuùng hoøa tan chaäm trong nöôùc chöùa khí CO 2. Söï coù maët Ca2+ vaø Mg2+ taïo neân ñoä cöùng cuûa nöôùc. c. Ion natri Na+: Söï hình thaønh cuûa Na+ trong nöôùc chuû yeáu theo phöông trình phaûn öùng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O  Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3 Na+ cuõng coù theå coù nguoàn goác töø NaCl, Na 2SO4 laø nhöõng muoái coù ñoä hoøa tan lôùn trong nöôùc bieån. d. Ion NH4+: Caùc ion NH4+ coù trong nöôùc ngaàm coù nguoàn goác töø caùc chaát thaûi raén vaø nöôùc sinh hoaït, nöôùc thaûi coâng nghieäp, chaát thaûi chaên nuoâi, phaân boùn hoùa hoïc vaø quaù trình vaän ñoäng cuûa nitô. e. Ion bicacbonat HCO3-: Ñöôïc taïo ra trong nöôùc nhôø quaù trình hoøa tan ñaù voâi khi coù maët khí CO 2 CaCO3 + CO2 + H2O  Ca2+ + 2HCO3f. Ion sunfat SO42-: Coù nguoàn goác töø muoái CaSO4.7H2O hoaëc do quaù trình oxy hoùa FeS2 trong ñieàu kieän aåm vôùi söï coù maët cuûa O2 2FeS2 + 2H2O + 7O2  2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ g. Ion clorua Cl-: Coù nguoàn goác töø quaù trình phaân ly muoái NaCl hoaëc nöôùc thaûi sinh hoaït. h. Ion saét: GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 2 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Saét trong nöôùc ngaàm thöôøng toàn taïi döôùi daïng ion Fe 2+, keát hôïp vôùi goác bicacbonat, sunfat, clorua; ñoâi khi toàn taïi döôùi keo cuûa axit humic hoaëc keo silic. Caùc ion Fe2+ töø caùc lôùp ñaát ñaù ñöôïc hoøa tan trong nöôùc trong ñieàu kieän yeám khí sau: 4Fe(OH)3 + 8H+  4Fe2+ + O2 + 10H2O Khi tieáp xuùc vôùi oxy hoaëc caùc taùc nhaân oxy hoùa, ion Fe 2+ bò oxy hoùa thaønh ion Fe3+ vaø keát tuûa thaønh caùc boâng caën Fe(OH) 3 coù maøu naâu ñoû.Vì vaäy, khi vöøa bôm ra khoûi gieáng, nöôùc thöôøng trong vaø khoâng maøu, nhöng sau moät thôøi gian ñeå laéng trong chaäu vaø cho tieáp xuùc vôùi khoâng khí, nöôùc trôû neân ñuïc daàn vaø ñaùy chaäu xuaát hieän caën laéng maøu ñoû hung. Trong caùc nguoàn nöôùc maët saét thöôøng toàn taïi thaønh phaàn cuûa caùc hôïp chaát höõu cô. Nöôùc ngaàm trong caùc gieáng saâu coù theå chöùa saét ôû daïng hoùa trò II cuûa caùc hôïp chaát sunfat vaø clorua. Neáu trong nöôùc toàn taïi ñoàng thôøi ñihyñrosunfua (H2S) vaø saét thì seõ taïo ra caën hoøa tan sunfua saét FeS. Khi laøm thoaùng khöû khí CO 2, hyñrocacbonat saét hoùa trò II seõ deã daøng bò thuûy phaân vaø bò oxy hoùa ñeå taïo thaønh hyñroxit saét hoùa trò III. 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 + 8CO2 Trong quy trình xöû lyù saét trong nöôùc ngaàm, ñieàu quan troïng laø bieát ñöôïc ñieàu kieän ñeå chuyeån saét hoùa trò II thaønh saét hoùa trò III vaø hyñroxit saét (II) vaø hydroxit saét (III) ñöôïc taïo thaønh töø traïng thaùi hoøa tan sang caën laéng. Vôùi haøm löôïng saét cao hôn 0,5 mg/l, nöôùc coù muøi tanh khoù chòu, laøm vaøng quaàn aùo khi giaët, laøm hoûng saûn phaåm cuûa caùc ngaønh deät may, giaáy, phim aûnh, ñoà hoäp. Treân daøn laøm nguoäi, trong caùc beå chöùa, saét hoùa trò II bò oxy hoùa saét hoùa trò III, taïo thaønh boâng caën, caùc caën saét keát tuûa coù theå laøm taéc hoaëc giaûm khaû naêng vaän chuyeån cuûa caùc oáng daãn nöôùc. Ñaëc bieät laø coù theå gaây noå neáu nöôùc ñoù duøng laøm nöôùc caáp cho caùc noài hôi. Moät soá ngaønh coâng nghieäp coù yeâu caàu nghieâm ngaët ñoái vôùi haøm löôïng saét nhö deät, giaáy, saûn xuaát phim aûnh…. Nöôùc coù chöùa ion saét, khi trò soá pH < 7,5 laø ñieàu kieän thuaän lôïi ñeå vi khuaån saét phaùt trieån trong caùc ñöôøng oáng daãn, taïo ra caën laéng goã gheà baùm vaøo thaønh oáng laøm giaûm khaû naêng vaän chuyeån vaø taêng söùc caûn thuûy löïc cuûa oáng. i.Ion mangan: Mangan thöôøng toàn taïi song song vôùi saét ôû daïng ion hoùa trò II trong nöôùc ngaàm vaø daïng keo höõu cô trong nöôùc maët. Do vaäy vieäc khöû mangan thöôøng ñöôïc tieán haønh ñoàng thôøi vôùi khöû saét. Caùc ion mangan cuõng ñöôïc hoøa tan trong nöôùc töø caùc taàng ñaát ñaù ôû ñieàu kieän yeám khí nhö sau 6MnO2 + 12H+  6Mn2+ + 3O2 + 6H2O Mangan II hoøa tan khi bò oxy hoùa seõ chuyeån daàn thaønh mangan IV ôû daïng hyñroxit keát tuûa, quaù trình oxy hoùa dieãn ra nhö sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O  2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3Khi nöôùc ngaàm tieáp xuùc vôùi khoâng khí trong nöôùc xuaát hieän caën hyñroxit saét sôùm hôn vì saét deã bò oxy hoùa hôn mangan vaø phaûn öùng oxy hoùa saét baèng oxy hoøa tan trong nöôùc xaûy ra ôû trò soá pH thaáp hôn so vôùi mangan. Ñeå oxy hoùa mangan GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 3 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït trò soá pH caàn thieát > 9,5. Caën mangan hoùa trò cao laø chaát xuùc taùc raát toát trong quaù trình oxy hoùa khöû mangan cuõng nhö khöû saét. Caën hyñroxit mangan hoùa trò IV Mn(OH)4 coù maøu hung ñen. Trong thöïc teá caën vaø chaát laéng ñoïng trong ñöôøng oáng, treân caùc coâng trình laø do hôïp chaát saét vaø mangan taïo neân, vì vaäy, tuøy thuoäc vaøo tyû soá cuûa chuùng, caën coù theå coù maø töø hung ñoû ñeán maøu naâu ñen. Quaù trình oxy hoùa dieãn ra ngay vôùi caùc chaát deã oxy hoùa, do vaäy , ñeå oxy hoùa haøm löôïng mangan xuoáng ñeán 0,2 mg/l, pH cuûa nöôùc phaûi coù giaù trò xaáp xæ baèng 9. Keát quaû thöïc nghieäm cho thaáy khi pH < 8 vaø khoâng coù chaát xuùc taùc thì quaù trình oxy hoùa mangan (II) thaønh (IV) dieãn ra raát chaäm, ñoä pH toái töu thöôøng trong khoaõng töø 8,5 ñeán 9,5. Vôùi haøm löôïng töông ñoái thaáp, ít khi vöôït quaù 5 mg/l. Tuy nhieân, vôùi haøm löôïng mangan trong nöôùc lôùn hôn 0,1 mg/l seõ gaây nhieàu nguy haïi trong vieäc söû duïng gioáng nhö tröôøng hôïp nöôùc chöùa saét vôùi haøm löôïng cao. 2. Caùc chaát khí hoøa tan trong nöôùc ngaàm: a. O2 hoøa tan: Toàn taïi raát ít trong nöôùc ngaàm. Tuøy thuoäc vaøo noàng ñoä cuûa khí oxy trong nöôùc ngaàm, coù theå chia nöôùc ngaàm thaønh 2 nhoùm chính sau: + Nöôùc yeám khí: trong quaù trình loïc qua caùc taàng ñaát ñaù, oxy trong nöôùc bò tieâu thuï, khi löôïng oxy bò tieâu thuï heát, caùc chaát hoøa tan nhö Fe 2+, Mn2+ seõ taïo thaønh nhanh hôn. Hôn nöõa, cuõng xaûy ra quaù trình khöû sau: NO 3-  NH4; SO42-  H2S, CO2  CH4 + Nöôùc dö löôïng oxy hoøa tan: trong nöôùc coù oxy seõ khoâng coù caùc chaát khöû nhö NH4+, H2S, CH4. Ñoù chính laø nöôùc ngaàm maïch noâng. Thöôøng khi nöôùc coù dö löôïng oxy seõ coù chaát löôïng toát. Tuy nhieân, nöôùc ngaàm maïch noâng phuï thuoäc nhieàu vaøo nguoàn nöôùc maët, neáu nöôùc maët bò oâ nhieãm thì noù cuõng seõ bò aûnh höôûng. b. H2S: Hyñrosunfua ñöôïc taïo thaønh trong ñieàu kieän yeám khí töø caùc hôïp chaát humic vôùi söï tham gia cuûa vi khuaån 2SO42- + 14H+ + 8e-  2H2S + 2H2O + 6OHc. Metan CH4 vaø khí CO2: Ñöôïc taïo thaønh trong ñieàu kieän yeám khí töø caùc hôïp chaát humic vôùi söï tham gia cuûa vi khuaån: 4C10H18O10 + 2H2O  21CO2 + 19CH4 Noàng ñoä caùc taïp chaát chöùa trong nöôùc ngaàm phuï thuoäc vaø caùc vò trí ñòa lyù cuûa nguoàn nöôùc, thaønh phaàn caùc taàng ñaát ñaù trong khu vöïc, ñoä hoøa tan cuûa caùc hôïp chaát trong nöôùc, söï coù maët cuûa caùc chaát deã bò phaân huûy baèng sinh hoùa trong chaát ñoù. Nöôùc ngaàm cuõng coù theå bò nhieãm baån do caùc taùc ñoäng cuûa con ngöôøi nhö phaân boùn, chaát thaûi hoùa hoïc, nöôùc thaûi sinh hoaït vaø coâng nghieäp, hoùa chaát baûo veä thöïc vaät. Caùc nguoàn nöôùc thöôøng chöùa haøm löôïng lôùn caùc chaát baån höõu cô NH 4+, PO43- cuõng nhö caùc vi sinh vaät gaây beänh. Xöû lyù nöôùc nhieãm baån laø coâng vieäc khaù GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 4 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït khoù khaên ñeå ñaït ñöôïc caùc chæ tieâu chaát löôïng nöôùc sinh hoaït. Do vaäy caùc khu vöïc khai thaùc nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït vaø coâng nghieäp caàn phaûi ñöôïc baûo veä caån thaän, traùnh bò nhieãm baån nguoàn nöôùc. Ñeå baûo veä nguoàn nöôùc ngaàm caàn khoanh vuøng khu vöïc baûo veä vaø quaûn lyù, boá trí caùc nguoàn thaûi ôû khu vöïc xung quanh. Toùm laïi, trong nöôùc ngaàm coù chöùa caùc cation chuû yeáu laø Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, NH4+ vaø caùc anion HCO3-, SO42-, Cl-. Trong ñoù caùc ion Ca2+, Mg2+ chæ toàn taïi trong nöôùc ngaàm khi nöôùc naøy chaûy qua taàng ñaù voâi. Caùc ion Na +, Cl-, SO42- coù trong nöôùc ngaàm trong caùc khu vöïc gaàn bôø bieån, nöôùc bò nhieãm maën. Ngoaøi ra, trong nöôùc ngaàm coù theå coù nhieàu nitrat do phaân boùn hoùa hoïc cuûa ngöôøi daân söû duïng quaù lieàu löôïng cho pheùp. Thoâng thöôøng thì nöôùc ngaàm chæ coù caùc ion Fe 2+, Mn2+, khí CO2, coøn caùc ion khaùc ñeàu naèm trong giôùi haïn cho pheùp cuûa TCVN ñoái vôùi nöôùc caáp cho sinh hoaït. III. CAÙC COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC NGAÀM: Tuøy thuoäc vaøo vò trí, thaønh phaàn tính chaát cuûa nöôùc maø ta coù theå coù nhieàu coâng ngheä xöû lyù khaùc nhau 1. Xöû lyù nöôùc ngaàm nhieãm maën: ÔÛ nhöõng cöûa soâng vaø caùc vuøng ven bieån, nôi gaëp nhau cuûa caùc doøng nöôùc ngoït chaûy töø soâng ra, caùc doøng thaám töø ñaát lieàn chaûy ra hoøa troän vôùi nöôùc bieån. Do aûnh höôûng cuøa thuûy trieàu, möïc nöôùc taïi choã gaëp nhau luùc ôû möùc nöôùc cao, luùc ôû möùc thaáp vaø do söï hoøa troän giöõa nöôùc ngoït vaø nöôùc bieån laøm cho ñoä muoái vaø haøm löôïng huyeàn phuø trong nöôùc ôû khu vöïc naøy luoân thay ñoåi vaø coù trò soá cao hôn tieâu chuaån nöôùc caáp cho sinh hoaït vaø thaáp hôn nöôùc bieån. Tuy nhieân, vaøo nhöõng thaùng haïn, nöôùc töø soâng chaûy ít daãn ñeán hieän töôïng xaâm nhaäp cuûa nöôùc maën vaøo saâu trong ñaát lieàn laøm cho nguoàn nöôùc ôû gaàn bò nhieãm maën. Ñaëc bieät laø ôû vuøng ñoàng baèng soâng Cöûu Long. Khöû maën coù theå ñaït ñöôïc baèng nhöõng phöông phaùp: Chöng caát, ñoùng baêng, ñieän phaân, loïc qua maøng baùn thaám, chieát li, trao ñoåi ion. Khi choïn phöông phaùp khöû maën vaø khöû muoái caàn tính ñeán: haøm löôïng muoái cuûa nguoàn nöôùc, coâng suaát yeâu caàu cuûa traïm xöû lyù, giaù thaønh nguyeân lieäu ñoát, giaù thaønh ñieän naêng vaø caùc vaät lieäu caàn thieát. Trong thöïc teá thöôøng gaëp caùc tröôøng hôïp khöû maën ñoái vôùi nguoàn nöôùc coù haøm löôïng muoái töø 2000 – 35000 mg/l. Haøm löôïng muoái Caùch xöû lyù kinh teá (mg/l) Trao ñoåi ion (loïc qua beå loïc cationit vaø beå 2000 – 3000 loïc anionit) 3000 – 10000 Ñieän phaân Chöng caát hoaëc ñoùng baêng nöôùc hoaëc 10000 – 35000 phöông phaùp loïc qua maøng baùn thaám + Khöû muoái trong nöôùc baèng phöông phaùp trao ñoåi ion: GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 5 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Khöû muoái baèng phöông phaùp trao ñoåi ion töùc laø loïc nöôùc qua beå loïc H + – cationit vaø OH- – anionit. Khi loïc nöôùc qua beå loïc H + – cationit keát quaû cuûa trao ñoåi ion, ta ñöôïc caùc axit töông öùng RH + NaCl  RNa + HCl 2RH + Na2SO4  2RNa + H2SO4 2RH + Ca(HCO3)2  R2Ca + 2CO2 + 2H2O Vaø khi loïc tieáp nöôùc ñaõ ñöôïc khöû cation ôû beå H + – cationit qua beå loïc anionit, caùc haït anionit seõ haáp thuï töø öôùc caùc anion cuûa caùc axit maïnh nhö Cl -, SO42vaø nhaû vaøo nöôùc moät löôïng töông ñöông anion OH[An]OH + HCl  [An]Cl + 2H2O 2[An]OH + H2SO4  [An]2SO4 + 2H2O Hình 1.1: Sô ñoà traïm xöû lyù nöôùc nhieãm maën baèng trao ñoåi ion Nöôùc caàn khöû maën Nöôùc ñaõ khöû maën 1-Beå loïc H-cationit; 2-thuøng ñöïng dung dòch axit hoaøn nguyeân; 3- thaùp laøm thoaùng khöû khí CO2; 4-Beå taäp trung nöôùc; 5-quaït gioù; 6-maùy bôm; 7-beå loïc anionit; 8-thuøng ñöïng dung dòch xuùt hoaøn nguyeân OH Tuy nhieân, ñeå xöû lyù ñaït hieäu quaû cao ngöôøi ta thöôøng duøng nhieàu beå loïc keát hôïp vôùi nhau, caùch laøm naøy coù theå giaûm toång haøm löôïng muoái xuoáng ñeán 0,1 – 0,2 mg/l trong ñoù haøm löôïng axit silixic giaûm ñeán 0,02 – 0,1 mg/l. Vieäc khöû hoaøn toaøn muoái hoøa tan trong nöôùc coù theå ñaït ñöôïc treân caùc traïm loïc ion ba baäc. Ngoaøi ra, ngöôøi ta vaãn coù theå xöû lyù nöôùc nhieãm maën baèng phöông phaùp thaåm thaáu ngöôïc. Cuøng vôùi vieäc khöû muoái, khi loïc nöôùc qua maøng baùn thaám, caùc chaát höõu cô hoøa tan, vi khuaån, viruùt cuõng ñöôïc loaïi tröø. Nhö vaäy, so vôùi caùc phöông phaùp khöû muoái khaùc, phöông phaùp naøy coù öu ñieåm laø chaát löôïng nöôùc tinh khieát hôn vaø quaù trình saûn xuaát an toaøn hôn. 2. Xöû lyù nöôùc ngaàm nhieãm pheøn: GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 6 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Nöôùc nhieãm pheøn thöôøng coù maøu trong xanh, khi haøm löôïng saét trong nöôùc cao thì seõ coù maøu vaøng ñuïc, pH thaáp do trong nöôùc coù toàn taïi ion SO 42-. Theo ñaùnh giaù cuûa nhaân daân trong khu vöïc nöôùc bò nhieãm pheøn, haàu heát ngöôøi daân ñeàu maéc beänh ñau bao töû, caùc duïng cuï chöùa trong nhaø ñeàu bò aên moøn, taém röûa bò roäp da, loaïi nöôùc vaøng ñuïc do chöùa nhieàu saét gaây myõ quan khoâng toát. Loaïi nöôùc trong xanh coù chöùa nhieàu pheøn nhoâm, pH thaáp. Neáu duøng seõ hö men raêng, heä tieâu hoùa vì nöôùc quaù chua. Qua kinh nghieäm cuûa nhaân daân trong khu vöïc, veà muøa khoâ, khi löôïng nöôùc ít thì hoï loïc nöôùc nhieãm pheøn qua tro beáp ñeå duøng. Lieàu löôïng tro thay ñoåi töø 5 – 10 mg/l. tro beáp coù khaû naêng laøm taêng pH, giöõ laïi moät phaàn saét, nhoâm. Tuy nhieân nöôùc vaãn coøn phaûng phaát muøi tanh. Theo caùc taøi lieäu xöû lyù nöôùc, vieäc xöû lyù nöôùc chua pheøn chöa ñöôïc ñaët ra. Do tính chaát nguoàn nuôùc quaù xaáu, khoù xöû lyù ñöôïc hoaëc coù ñieàu kieän ñeå choïn löïa nguoàn nöôùc khaùc toát hôn neân xöû lyù nöôùc nhieãm pheøn chöa ñöôïc caùc nhaø khoa hoïc quan taâm. Ñeå xöû lyù nöôùc nhieãm pheøn, ta caàn kieàm hoùa ñeå naâng pH nöôùc leân, khöû nhoâm vaø saét. Tro beáp coù khaû naêng naâng pH vaø xöû lyù moät phaàn nhoâm, saét. Tuy nhieân do chaát löôïng tro beáp khoâng ñoàng ñeàu, thôøi gian laéng neân nöôùc sau xöû lyù coù bieán ñoäng veà haøm löôïng khoaùng, pH, ñoä kieàm. Vì vaäy, ngöôøi ta toång hôïp hoùa chaát goàm FeCl3, Na2CO3, PAC coù taùc duïng taïo moâi tröôøng ñeå ion Al 3+ chuyeån qua daïng keo nhö Al(OH)SO4, Al2(OH)4SO4. Sau khi xöû lyù, löôïng SO 42- trong nöôùc giaûm ñi, naâng hieäu quaû keo tuï vaø laéng. Ñaëc bieät hoùa chaát naøy taïo ñöôïc boâng caën to, naëng vaø deã laéng. Nöôùc sau khi laéng ñaït tieâu chuaån nöôùc caáp cho aên uoáng sinh hoaït. Tuy nhieân khi trong nöôùc nhieãm pheøn coù haøm löôïng sunfat cao thì hieän nay caùc nhaø khoa hoïc chöa tìm ñöôïc caùch xöû lyù trieät ñeå. 3. Xöû lyù nöôùc ngaàm nhieãm saét: Tuøy thuoäc vaøo haøm löôïng Fe2+ coù trong nöôùc ngaàm maø ta coù theå löïa choïn caùc phöông phaùp khöû saét khaùc nhau: a. Laøm giaøu oxy cho nöôùc, taïo ñieàu kieän ñeå oxy hoùa Fe2+ thaønh Fe3+ + Laøm thoaùng ñôn giaûn treân beà maët loïc: daøn phun möa cao 0.7m, loã phun ñöôøng kính 5- 7mm; löu löôïng 10m3/m2h. Löôïng oxy hoøa tan sau laøm thoaùng = 40% löôïng oxy hoøa tan baõo hoøa (ÔÛ 250C löôïng oxy baõo hoøa = 8.4 mg/l). + Laøm thoaùng baèng daøn möa töï nhieân : daøn moät baäc hay nhieàu baäc vôùi saøn raûi xæ hoaëc tre goã. Löôïng oxy hoøa tan sau laøm thoaùng = 55% löôïng oxy hoøa tan baõo hoøa. Haøm löôïng CO2 giaûm 50%. Hình 1.2: Daøn laøm GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 1-oáng daãn nöôùc 2-maùng phaân phoái chung 3-maùng traøn thoaùngraêtöï ng nhieâ cöa n 4-lôùp vaät lieäu tíeáp xuùc 5-saøn thu nöôùc 6-oáng thu nöôùc 7-nan chôùp laáy khoâng khí Trang: 7 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït + Laøm thoaùng cöôõng böùc: thaùp laøm thoaùng cöôõng böùc löu löôïng 30 – 40 3 m /h, löôïng khoâng khí tieáp xuùc 4 – 6 m3/m3 H2O. Löôïng oxy hoøa tan sau laøm thoaùng = 70% löôïng oxy hoøa tan baõo hoøa. Haøm löôïng CO2 giaûm 75%. Trong nöôùc ngaàm, ngoaøi Fe2+ coøn coù HS-, S2- (H2S) coù taùc duïng khöû ñoái vôùi saét neân aûnh höôûng ñeán quaù trình oxy hoùa saét. 2H2S + O2  2S + 2H2O Neáu trong nöôùc coù oxy hoøa tan thì phaûn öùng oxy hoùa S 2- xaûy ra tröôùc sau ñoù môùi tieáp tuïc oxy hoùa Fe2+ thaønh Fe3+. Vì vaäy, ta phaûi tính toaùn löôïng oxy cung caáp ñeå ñuû oxy hoùa Fe2+ thaønh Fe3+ ñeå ñaït tieâu chuaån caáp nöôùc. b. Khöû saét baèng hoùa chaát: Nguoàn nöôùc coù haøm löôïng taïp chaát höõu cô cao, caùc hôïp chaát höõu cô naøy taïo lôùp maøng daïng keo baûo veä ion saét neân caàn phaù vôõ maøng höõu cô baûo veä baèng chaát oxy hoùa maïnh. Trong nöôùc ngaàm, haøm löôïng Fe 2+ quaù cao, toàn taïi ñoàng thôøi caû H2S thì löôïng oxy thu ñöôïc baèng laøm thoaùng khoâng ñuû ñeå oxy hoùa toaøn boä H 2S vaø saét neân caàn duøng hoùa chaát ñeå khöû boå sung. + Khöû saét baèng voâi: Khi cho voâi vaøo, pH cuûa dung dòch taêng, Fe 2+ thuûy phaân thaønh Fe(OH)2, theá oxy hoùa khöû tieâu chuaån cuûa Fe(OH)2/Fe(OH)3 giaûm, Fe2+ chuyeån thaønh Fe3+. Fe(OH)3 keát thaønh boâng caën, laéng trong beå laéng vaø ñöôïc taùch rieâng. Phöông phaùp naøy ñoøi hoûi thieát bò pha cheá coàng keành, quaûn lyù phöùc taïp. Tuy nhieân coù theå keát hôïp khöû saét vôùi quaù trình xöû lyù khaùc (OÅn ñònh nöôùc baèng kieàm hoùa, laøm meàm nöôùc baèng voâi keát hôïp soâña …) + Khöû saét baèng Clo: Khi cho clo vaøo nöôùc, clo seõ oxy hoùa saét (II) thaønh saét (III) 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O  2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6H+ + 6HCO3Quaù trình oxy hoùa baèng clo taêng nhanh khi giaûm [H +], töùc laø pH taêng. Do clo laø chaát oxy hoùa maïnh neân phaûn öùng vaãn xaûy ra nhanh ôû pH  5. GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 8 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Haøm löôïng Fe²+ trong nöôùc (mg/l) Hình 1.3: Toác ñoä oxy hoùa saét II trong nöôùc baèng oxy cuûa khoâng khí, clo, cloramin O2 2 2 Thôøi gian oxy hoùa (phuùt) Ngoaøi ra, trong nöôùc coøn coù amoni hoøa tan, clo seõ keát hôïp taïo thaønh cloramin laøm quaù trình oxy hoùa chaäm laïi. ÔÛ pH =7, quaù trình oxy hoùa saét (II) baèng cloramin keát thuùc sau 60 phuùt. Vì vaäy, vôùi nöôùc coù haøm löôïng hôïp chaát amoni hoøa tan noàng ñoä ñaùng keå, söû duïng clo ñeå khöû laø hoaøn toaøn khoâng hieäu quaû. Lieàu löôïng clo caàn thieát phuï thuoäc haøm löôïng chaát höõu cô coù trong nöôùc, caàn boå sung löôïng clo ñeà khöû taïp chaát höõu cô. MCl = 0.5 [O2] (mg/l) [O2]: ñoä oxy hoùa baèng kali permanganat cuûa muoái tính chuyeån ra oxy. + Khöû saét baèng KMnO4: Khi khöû saét baèng KMnO4, quaù trình khöû saét keát thuùc raát nhanh vì caën mangan (IV) hyñroxit vöøa ñöôïc taïo thaønh laø nhaân toá xuùc taùc cho phaûn öùng khöû. 5Fe2+ + MnO4- + 8H+  5Fe3+ + Mn2++ 4H2O Trong quaù trình oxy hoùa saét, caùc ion Fe 3+ ñöôïc taïo thaønh seõ bò thuûy phaân vaø taïo boâng caën ngay neân noàng ñoä Fe3+ hoøa tan trong nöôùc coøn laïi khoâng ñaùng keå. Do ñoù, phaûn öùng treân laø phaûn öùng khoâng thuaän nghòch, xaûy ra nhanh vaø trieät ñeå. Vì vaäy, khöû saét baèng KMnO4 laø quaù trình khöû saét toát nhaát, tuy nhieân, noù coù nhöôïc ñieåm laø gaây ra nöôùc coù maøu, neân ít ñöôïc moïi ngöôøi duøng. GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 9 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Ngoaøi ra, coøn coù nhieàu phöông phaùp khöû saét khaùc nhau nhö phöông phaùp ñieän phaân, trao ñoåi ion. Caùc coâng ngheä naøy khöû saét toát hôn, xöû lyù nhieàu hôn nhöng coù nhöôïc ñieåm laø ñaét tieàn neân ñoái vôùi nhaø maùy coù coâng suaát nhoû ít söû duïng. GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 10 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït CHÖÔNG II: LÖÏA CHOÏN COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ —– I. CÔ SÔÛ LÖÏA CHOÏN COÂNG NGHEÄ: Ñeå löïa choïn coâng ngheä xöû lyù nöôùc caáp coù theå döïa vaøo caùc ñieàu kieän sau : - Döïa vaøo löu löôïng, thaønh phaàn, tính chaát nguoàn nöôùc. - Yeâu caàu möùc ñoä xöû lyù ñaït tieâu chuaån caáp nöôùc cho aên uoáng sinh hoaït cuûa boä y teá. - Caùc ñieàu kieän töï nhieân, khí töôïng vaø thuyû vaên taïi khu vöïc. - Tình hình thöïc teá vaø khaû naêng taøi chính. - Qui moâ vaø xu höôùng phaùt trieån - Khaû naêng ñaùp öùng thieát bò cho heä thoáng xöû lyù. - Chi phí ñaàu tö xaây döïng, quaûn lyù, vaän haønh vaø baûo trì. - Taän duïng toái ña caùc coâng trình saün coù. - Quyõ ñaát, dieän tích maët baèng saün coù cuûa caùc nhaø maùy. II. ÑEÀ XUAÁT DAÂY CHUYEÀN COÂNG NGHEÄ XÖÛ LYÙ: Tieâu chuaån chaát löôïng nöôùc caáp cho aên uoáng sinh hoaït (QÑ 505 BYT/QÑ ngaøy 13/04/1992) STT Yeáu toá Ñôn vò Tieâu chuaån Noàng ñoä ño ñöôïc 1 Ñoä maøu mg/l Pt 15 18 2 Ñoä ñuïc NTU 2 30 3 Ñoä oxy hoùa mg/l O2 0,5 – 2 4 4 Ñoä cöùng toaøn phaàn mg/l 300 20 5 Ñoä kieàm meq/l 1,9 6 PH 6,5 – 8,5 6,0 7 Saét (II) mg/l 15 8 Saét (III) mg/l 5 9 Saét toång mg/l 0,3 20 10 Mangan mg/l 0,1 1 11 Nitrat (N) mg/l 10,0 9,0 12 Amoniac mg/l 3,0 0,5 13 Sunfat mg/l 400 200 14 H2S mg/l 0,05 0,1 3 Vôùi coâng suaát nhaø maùy laø 500 m /ngñ vaø noàng ñoä caùc chaát ño ñöôïc, ta ñeà xuaát daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù caàn thieát ñeå khöû saét, mangan GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 11 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Hình 2.1: Sô ñoà coâng ngheä xöû lyù nöôùc ngaàm Hoùa chaát khöû truøng Nöôùc ngaàm Daøn möa Tieáp xuùc Clo Chænh pH Beå troän ñöùng Beå laéng ñöùng Beå loïc Beå chöùa Traïm bôm caáp II Beå neùn buøn Maïng löôùi caáp nöôùc Ñem ñi ñoå Maùy eùp buøn III. Caùc coâng trình ñôn vò: 1. Daøn möa: Nhieäm vuï cuûa daøn möa laø: - Hoøa tan oxy töø khoâng khí vaøo nöôùc ñeå oxy hoùa saét II thaønh saét III, mangan II thaønh mangan hoùa trò IV ñeå deã daøng keát tuûa deå laéng ñoïng ñeå khöû ra khoûi nöôùc baèng laéng vaø loïc. - Khöû khí CO2, H2S coù trong nöôùc, laøm taêng pH cuûa nöôùc, taïo ñieàu kieän thuaän lôïi vaø ñaåy nhanh quaù trình oxy hoùa vaø thuûy phaân saét vaø mangan, naâng cao naêng suaát cuûa caùc coâng trình laéng vaø loïc. - Taêng löôïng oxy hoøa tan trong nöôùc, naâng cao theá oxy hoùa khöû cuûa nöôùc ñeå thöïc hieän deã daøng caùc quaù trình oxy hoùa. 2. Beå troän ñöùng: Nhieäm vuï cuûa beå troän laø taïo ñieàu kieän phaân taùn nhanh vaø ñeàu hoùa chaát vaøo toaøn boä khoái löôïng nöôùc caàn xöû lyù. So vôùi khoái löôïng nöôùc xöû lyù, löôïng hoùa chaát söû duïng thöôøng chæ chieám moät tæ leä raát nhoû, khoaûng vaøi chuïc trieäu. Maët khaùc phaûn öùng cuûa chuùng laïi xaûy ra raát nhanh ngay sau khi tieáp xuùc vôùi nöôùc. Vì vaäy, caàn phaûi khuaáy troän ñeå phaân phoái nhanh vaø ñeàu hoùa chaát ngay sau khi cho chuùng vaøo nöôùc, nhaèm ñaït hieäu quaû xöû lyù cao nhaát. 3. Beå laéng: GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 12 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Laéng laø khaâu quan troïng trong daây chuyeàn coâng ngheä xöû lyù nöôùc. Caùc loaïi beå laéng ñöôïc thieát keá ñeå loaïi tröø ra khoûi nöôùc caùc haït caën lô löûng coù khaû naêng laéng xuoáng döôùi ñaùy beå laéng baèng troïng löïc. Nhieäm vuï cuûa beå laéng laø taïo ñieàu kieän toát ñeå laéng caùc haït caùt kích thöôùc lôùn hôn hoaëc baèng 0,2 mm vaø tyû troïng lôùn hôn hoaëc baèng 2,6, ñeå loaïi tröø hieän töôïng baøo moøn caù cô caáu chuyeån ñoäng cô khí vaø giaûm löôïng caën naëng tuï laïi trong beå laéng. 4. Beå loïc: Loïc laø quaù trình khoâng chæ giöõ laïi caùc haït caën lô löûng trong nöôùc coù kích thöôùc lôùn hôn kích thöôùc caùc loã roãng taïo ra giöõa caùc haït loïc maø coøn giöõ lai keo saét, keo höõu cô gaây ñoä ñuïc ñoä maøu. Beå loïc thöôøng ñöôïc duøng ñeå loïc moät phaàn hay toaøn boä caën baån coù trong nöôùc tuøy thuoäc vaøo yeâu caàu ñoái vôùi chaát löôïng nöôùc. Beå loïc ñaây ñöôïc thieát keá goàm hai lôùp: lôùp caùt thaïch anh vaø lôùp soûi. Nöôùc caáp khi qua beå laéng haàu heát caùc caën lô löûng ñeàu ñöôïc giöõ laïi, chæ coøn khoaûng 20% caën lô löûng khoâng laéng ñöôïc ôû beå laéng maø tieáp tuïc ñi vaøo beå loïc. Beå loïc coù nhieäm vuï giöõ laïi taát caû caùc caën khoâng theå laéng ñöôïc. 5. Beå chöùa nöôùc saïch: Duøng ñeå chöùa nöôùc sau khi loïc, taïi ñaây ta chaâm theâm moät löôïng clo ñuû nhaèm baûo ñaûm chæ tieâu vi sinh vaø khöû truøng trong ñöôøng oáng, ngaên chaën taûo phaùt trieån trong ñöôøng oáng laøm taéc ngheõn ñöôøng oáng. Beå chöùa nöôùc saïch ñöôïc ñaët gaàn beå loïc vaø traïm bôm caáp II. Ngoaøi ra, coát möïc nöôùc trong beå choïn phuø hôïp vôùi ñieàu kieän ñòa hình, cao ñoä möïc nöôùc ngaàm vaø coù theå töï moài cho caùc maùy bôm caáp II. 6. Traïm bôm caáp II: Nhieäm vuï phaân phoái nöôùc ra maïng tieâu thuï, bôm nöôùc röûa loïc, maùy gioù röûa loïc…. Traïm bôm caáp II phaûi ñaûm baûo vieäc phaân phoái nöôùc theo yeâu caàu veà coâng suaát vaø ñoä tin caäy. Khi boá trí traïm bôm caáp II caàn caùc yeâu caàu: - Dieän tích choaùn choã vaø chieàu cao traïm bôm. - Cao ñoä truïc bôm so vôùi coát möïc nöôùc thaáp nhaát trong beå bôm. - Coát neàn traïm bôm. - Vò trí traïm bôm thuaän tieän vaø an toaøn cho vieäc boá trí caùc tuyeán caáp ñieän, oáng huùt vaø oáng ñaåy, chöøa haønh lang söõa chöõa thieát bò oáng. - Tröôùc traïm bôm phaûi coù vò trí ñeå ñaët caùc thieát bò hoaëc thaùp choáng va. - Traïm bôm vaø nhaø ñieàu haønh laø hai coâng trình taïo daùng kieán truùc vaø caûnh quan chung cho nhaø maùy xöû lyù nöôùc. GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 13 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït CHÖÔNG III: TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ CAÙC COÂNG TRÌNH ÑÔN VÒ —– I. LAØM THOAÙNG: Coâng suaát nhaø maùy: 500 m3/ngñ  21 m3/h.  Fe 2  Ta coù ñoä oxy hoùa = 4   28    5   mg/l = 5.54. - Nhu caàu oxy: Xeùt phaûn öùng: 4Fe2+ + O2 + 2H2O + 8OH-  4Fe(OH)3 Ta coù ñeå oxy hoùa 1mg saét (II) thaønh saét (III) tieâu toán khoaûng 0,143 mg O 2. Ngoaøi ra: 2H2S + O2  2S + 2H2O Do H2S coù tính khöû hôn saét neân H2S seõ taùc duïng vôùi O2 tröôùc, ñeå oxy hoùa 1mg H2S caàn khoaûng 0,47 mg O2.  Nhu caàu oxy: 4 + 0,47x0,1 + 0,15x15 = 6,3 mg/l. Ñoä kieàm nöôùc ngaàm :1,9 meg/l > 6,8.  Fe 2     28  1  =   1,54 meq/l; pH = 6,0 < Haøm löôïng Fe2+ = 15 mg/l. Saét toång = 20 mg/l. - Xaùc ñònh toång haøm löôïng CO2 coù trong nöôùc = Co + 1,6Fe2+, trong ñoù: 1,6Fe2+ laø löôïng CO2 boå sung do thuûy phaân saét taïo ra, cöù 1mg Fe 2+ bò thuûy phaân taïo ra 1,6mg CO2 vaø laøm giaûm ñoä kieàm moät löôïng baèng 0,036 meq/l. Co: haøm löôïng CO2 ban ñaàu trong nöôùc ngaàm. Co  44K ( meq / l ) K1x10 pH   mg / l K: ñoä kieàm cuûa nöôùc nguoàn (meq/l) : löïc ion cuûa dung dòch,  = 22.10-6P. P: toång haøm löôïng muoái khoaùng (mg/l); neáu haøm löôïng muoái khoaùng  1000   = 0,022. K1: haèng soá phaân ly baäc 1 cuûa axit cacbonic Baûng 3.1: Haèng soá phaân ly baäc 1 cuûa axit cacbonic o tC 10 20 25 30 -7 -7 -7 K1 3,34.10 4,05.10 4,31.10 4,52.10-7 (Nguoàn: Caáp nöôùc taäp 2 – Trònh Xuaân Lai)  Noàng ñoä CO2 trong nöôùc ngaàm caàn xöû lyù: C CO  2 44x1,9 4,31.10  7 x10 6  0 , 022  1,6x15  162mg / l Khöû khí oxy vaø CO2 trong nöôùc baèng phöông phaùp laøm thoaùng töï nhieân theo nguyeân taéc rôi troïng löïc (hình 1.2). Daøn möa coù cöôøng ñoä töôùi 10 m 3/m2h. Daøn GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 14 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït möa coù ba saøn oáng vaø moät saøn tung cuoái cuøng rôi xuoáng saøn thu nöôùc. Chieàu cao giöõa caùc saøn laø 0,8 m. Noàng ñoä CO2 ban ñaàu laø 162 mg/l, noàng ñoä oxy laø 0 mg/l. Noàng ñoä baõo hoøa CO2 = 1 mg/l, cuûa oxy laø 9 mg/l. Haøm löôïng CO2 coøn laïi sau daøn möa theo coâng thöùc C  CS   CS  CO e K t 2 Baûng 3.2: Heä soá K2t vôùi khí O2 vaø CO2 K2t ñoái vôùi khí O2 CO2 Kieåu daøn laøm thoaùng Phun qua loã, qua khe keïp rôi tröïc tieáp xuoáng saøn h = 1,12 0,357 0,6 m Phun qua loã hoaëc khe heïp rôi xuoáng daøn oáng nhöïa 25 mm caùch nhau 25 mm thaønh 10 lôùp, lôùp treân vuoâng 1,21 0,431 goùc vôùi lôùp döôùi, vôùi toång chieàu cao lôùp oáng nhöïa 250 mm Khi cöôøng ñoä töôùi khaùc a = 10 m 3/m2h vaø chieàu cao rôi khaùc h = 0,6 m, thì laáy heä soá K2t trong baûng 3.1 nhaân vôùi chieàu cao thöïc ( töôùi thöïc ( a1 ) 10 h1 ) vaø chia cho cöôøng ñoä 0,6 (Nguoàn: Caáp nöôùc taäp 2 – Trònh Xuaân Lai) Döïa vaøo baûng treân ta coù trò soá K2t cuûa toaøn daøn laøm thoaùng: - Ñoái vôùi CO2: 0,8 1 0,6 1 x x K = 3 saøn x 0,431 x 0,6 10 + 1 saøn x 0,357 x 0,6 10 = 2,081. 10 10 t 2 Noàng ñoä CO2 coøn laïi trong nöôùc sau laøm thoaùng: C CO  1  (1  162)e 2,081  21mg / l 2 Vôùi noàng ñoä naøy phuø hôïp vôùi tieâu chuaån laø noàng ñoä CO 2 sau laøm thoaùng khoâng ñöôïc thaáp hôn 5 – 6 mg/l. - Ñoái vôùi khí oxy: 0,8 1 0,6 1 x x K = 3 saøn x 1,21 x 0,6 10 + 1 saøn x 1,12 x 0,6 10 = 5,96. 10 10 t 2 Noàng ñoä O2 coøn laïi sau laøm thoaùng: C CO  9  (9  0)e 5,96  8,98mg / l 2 - Dieän tích maët baèng daøn möa F  Xaùc ñònh pH sau laøm thoaùng: C  44K K1 .10 pH   21m 3 / h  2,1m 2 . 10m 3 / h 44K  pH  lg K C   1 Vôùi: GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 15 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït C: Haøm löôïng CO2 sau laøm thoaùng, C = 21 mg/l K: Ñoä kieàm sau laøm thoaùng, K = 1,9 – (21 x 0,036) = 1,144 pH  lg 44x1,144  4,31x10  7 x21 0,022  6,6 Ta coù pH = 6,6 khoâng phaûi laø ñieàu kieän thuaän lôïi cho quaù trình oxy hoùa mangan. Vì vaäy ta phaûi cho theâm hoùa chaát vaøo, ôû ñaây ta söû duïng voâi, voâi ñöôïc hoøa troän vaøo trong nöôùc sau khi qua daøn möa vaø ñi vaøo beå troän ñöùng. II. BEÅ TROÄN ÑÖÙNG: Söû duïng voâi söõa ñeå kieàm hoùa nöôùc, naâng pH leân, taïo ñieàu kieän ñeå oxy hoùa 2+ Mn thaønh Mn4+ deã daøng laéng ñöôïc trong beå laéng ngang. Hình 3.1: Caáu taïo moät beå troän ñöùng: 4 2 1-oáng daãn nöôùc vaøo 2-oáng daãn nöôùc sang beå phaûn öùng 3-oáng daãn hoùa chaát 4-maùng thu nöôùc 5-oáng xaû 3 1 5 Beå troän ñöùng coù hình daïng maët baèng coù theå hình vuoâng hoaëc troøn, phaàn döôùi caáu taïo hình choùp hay noùn vôùi ñaùy 30 – 40o vaø cho nöôùc chaûy töø döôùi leân. Toác ñoä doøng nöôùc ra khoûi oáng daãn ñi vaøo ñaùy beå troän baèng 1 – 1,5 m/s. Toác ñoä ôû choã thu nöôùc treân baèng 25 mm/s. Vieäc thu nöôùc coù theå thöïc hieän baèng daøn oáng hoaëc maùng coù khoan loã. Toác ñoä nöôùc ôû cuoái oáng hoaëc maùng thu nöôùc laáy baèng 0,6 m/s. Thôøi gian löu nöôùc trong beå troän khoâng vöôït quaù 2 phuùt. (Theo TCXD 33 : 1985). Vôùi traïm xöû lyù nöôùc coù coâng suaát 500 m3/ngñ. Q = 500 m3/ngñ  21 m3/h = 0,006 m3/s. Dieän tích tieát dieän ngang ôû phaàn treân cuûa beå troän tính vôùi vaän toác nöôùc daâng baèng 25 mm/s = 0,025 m/s laø: ft  Q 0,006   0,24 m2. vd 0,025 Neáu maët baèng phaàn treân cuûa beå troän coù hình daïng vuoâng, thì chieàu daøi moãi caïnh laø: bt  0,24  0,5m GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 16 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Do beå troän coù kích thöôùc nhoû neân ta seõ keát hôïp beå troän vôùi beå laéng. Töùc laø ta seõ cho dung dòch kieàm hoùa vaøo chung moät oáng daãn vôùi nöôùc ngaàm caàn xöû lyù vaøo trong beå laéng ñeå phaûn öùng trong beå laéng. III. BEÅ LAÉNG ÑÖÙNG: Trong beå laéng ñöùng nöôùc chuyeån ñoäng theo phöông thaúng ñöùng töø döôùi leân, coøn caùc haït caën rôi ngöôïc chieàu chuyeån ñoäng cuûa doøng nöôùc töø treân xuoáng. Khi xöû lyù nöôùc khoâng duøng hoùa chaát keo tuï, caùc haït caën coù toác ñoä rôi lôùn hôn toác ñoä daâng cuûa doøng nöôùc seõ laéng xuoáng ñöôïc. Coøn caùc caït caën coù toác ñoä rôi nhoû hôn hoaëc baèng toác ñoä daâng cuûa doøng nöôùc, seõ chæ lô löûng hoaëc bò cuoán theo doøng nöôùc leân treân phía treân beå. Khi söû duïng nöôùc coù duøng chaát keo tuï, töùc laø trong nöôùc coù chöùa caùc caën keát dính, thì ngoaøi caùc haït caën coù toác ñoä rôi ban ñaàu lôùn hôn toác ñoä rôi cuûa doøng nöôùc laéng xuoáng ñöôïc coøn coù caùc haït caën khaùc cuõng rôi xuoáng ñöôïc. Nguyeân nhaân laø do trong quaù trình caùc haït caën coù toác ñoä rôi nhoû hôn toác ñoä doøng nöôùc bò ñaåy leân treân, chuùng ñaõ keát dính laïi vôùi nhau vaø taêng daàn kích thöôùc, cho ñeán khi naøo coù toác ñoä chuyeån ñoäng cuûa doøng nöôùc seõ rôi xuoáng. Beå laéng ñöùng thöôøng coù hình vuoâng hoaëc hình troøn vaø ñöôïc söû duïng cho nhöõng traïm xöû lyù coù coâng suaát nhoû (ñeán 3000 m 3/ngñ). Beå laéng ñöùng hay boá trí keát hôïp vôùi beå phaûn öùng xoaùy hình truï. Beå coù theå xaây döïng baèng beâ toâng coát theùp hoaëc baèng gaïch. OÁng trung taâm coù theå laø theùp cuoán haøn ñieän hay beâ toâng coát theùp. Hình 3.2: Caáu taïo beå laéng ñöùng 1-Ngaên phaûn öùng xoaùy 2-Vuøng laéng 3-Vuøng chöùa caën 4-OÁng nöôùc vaøo 5-Voøi phun 6-Taám höôùng doøng 7-Maùng thu 8-OÁng nöôùc ra 9-OÁng xaû caën Tính toaùn beå laéng ñöùng: - Haøm löôïng caën trong nöôùc khi ñöa vaøo beå laéng ñöùng: C = Cn + KP + 0,25M + V (mg/l) Vôùi: Cn: Haøm löôïng caën nöôùc nguoàn (mg/l) P: lieàu löôïng pheøn tính theo saûn phaåm khoâng chöùa nöôùc (g/m3) GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 17 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït Khi xöû lyù nöôùc coù maøu: P = 4 M (mg / l) Baûng 3.3: Lieàu löôïng pheøn ñeå xöû lyù nöôùc Lieàu löôïng pheøn khoâng chöùa nöôùc duøng ñeå xöû lyù nöôùc ñuïc (mg/l) Ñeán 100 25 – 35 101 – 200 30 – 45 201 – 400 40 – 60 401 – 600 45 – 70 601 – 800 55 – 80 801 – 1000 60 – 90 1001 – 1400 65 – 105 1401 – 1800 75 – 115 1801 – 2200 80 – 125 2201 – 2500 90 – 130 Ghi chuù: trò soá nhoû duøng cho nöôùc coù nhieàu caën lôùn. (Nguoàn: TCXD 33 – 1985) K: heä soá vôùi pheøn nhoâm laáy saïch = 0,55 vôùi pheøn nhoâm khoâng saïch = 1,0 vôùi saét clorua = 0,8 M: ñoä maøu nöôùc nguoàn tính baèng ñoä thang maøu Pt-Co. V: lieàu löôïng voâi cho vaøo nöôùc (mg/l). - Tính toaùn haøm löôïng caën khi vaøo beå laéng: Ta coù: Haøm löôïng caën trong nöôùc nguoàn: Cn = 200 mg/l. M = 18 mg/l ÔÛ ñaây ta khoâng söû duïng pheøn ñeå xöû lyù nöôùc maø chæ söû duïng voâi ñeå naâng pH cuûa nöôùc nguoàn leân. Lieàu löôïng voâi ñeå kieàm hoùa nöôùc: Haøm löôïng caën (mg/l)  Fe 2  CO 2  mg / l D V  128  22   28 Trong ñoù: Fe2+: löôïng saét hoùa trò II trong nöôùc ngaàm (mg/l); Fe2+ = 15 mg/l. CO2: haøm löôïng CO2 töï do trong nöôùc nguoàn (mg/l); CO2 = 21 mg/l.  Lieàu löôïng voâi cho vaøo ñeå kieàm hoùa nöôùc: 21   15 D V  128    191mg / l 22   28  Haøm löôïng caën coù trong nöôùc khi ñöa vaøo beå laéng ñöùng: C = 200 + 0 + 0,25.18 + 191 = 395,5 mg/l  396 mg/l. - Dieän tích tieát dieän ngang cuûa vuøng laéng cuûa beå laéng ñöùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 18 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït F   Q 3,6.v tt .N (m2) Trong ñoù: Q: löu löôïng nöôùc tính toaùn (m3/h) vtt: Toác ñoä tính toaùn cuûa doøng nöôùc ñi leân (mm/s) Toác ñoä naøy khoâng ñöôïc laáy lôùn hôn toác ñoä laéng u o cuûa caën trong baûng döôùi. Baûng 3.4: Toác ñoä rôi cuûa caën Ñaëc ñieåm nöôùc nguoàn vaø phöông phaùp xöû lyù Toác ñoä rôi cuûa caën uo (mm/s) 1. Xöû lyù nöôùc duøng pheøn - Nöôùc ñuïc ít (haøm löôïng caën < 50 mg/l) 0,35 – 0,45 - Nöôùc ñuïc vöøa (haøm löôïng caën 50 – 250 mg/l) 0,45 – 0,5 - Nöôùc ñuïc (haøm löôïng caën 250 – 2500 mg/l) 0,5 – 0,6 2. Xöû lyù nöôùc khoâng duøng pheøn, nöôùc ñuïc 0,12 – 0,15 (Nguoàn: Xöû lyù nöôùc caáp – Nguyeãn Ngoïc Dung) N: Soá beå laéng ñöùng, khoâng ñöôïc laáy nhoû hôn 2 beå. : Heä soá keå ñeán vieäc söû duïng dung tích beå laáy trong giôùi haïn töø 1,3 – 1,5. Giôùi haïn döôùi laáy khi tyõ soá giöõa ñöôøng kính vaø chieàu cao beå laéng baèng 1 ( = 1 khi D/H = 1); coøn giôùi haïn treân khi tyû soá naøy baèng 1,5 ( = 1,5 khi D/H = 1,5)  Dieän tích tieát dieän ngang vuøng laéng: F   Q 3,6.v tt .N vôùi: Q= 21 m3/h; vtt = 0,13 mm/s; N = 2 21  F  1,4 3,6.0,13.2  31,4 m2 - Dieän tích ngaên phaûn öùng xoaùy hình truï tính theo coâng thöùc: f  Q.t 60.H.N (m2) Trong ñoù: t: thôøi gian löu nöôùc trong ngaên phaûn öùng, laáy trong khoaûng 15 – 20 phuùt. Laáy t = 20 phuùt. H: Chieàu cao ngaên phaûn öùng laáy baèng 0,9 chieàu cao vuøng laéng cuûa beå laéng. Theo quy phaïm chieàu cao vuøng laéng töø 2,6 – 5 m. Tæ soá giöõa ñöôøng kính beå laéng vaø chieàu cao vuøng laéng laáy khoâng quaù 1,5.  Dieän tích ngaên phaûn öùng xoaùy hình truï: Choïn chieàu cao vuøng laéng 5m  H = 0,9.5 = 4,5 m. f  21.20 60.4,5.2  0,8 m2.  Ñöôøng kính beå laéng: D  F  f 4    31,4  0,8 4  6,5 m. 3,14 GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 19 Ñoà aùn moân hoïc xöû lyù nöôùc ngaàm caáp cho sinh hoaït D 6,5 Vaäy tæ soá: H  5  1,3  1,5 , ñaït yeâu caàu. Phaàn chöùa eùp caën cuûa beå laéng ñöùng phaûi xaây thaønh hình noùn hay choùp vôùi goùc giöõa caùc töôøng nghieâng laø 70 – 80 %. Phaûi döï kieán khi xaû caën beå khoâng ngöøng hoaït ñoäng. Thôøi gian laøm vieäc giöõa hai laàn xaû caën khoâng ñöôïc nhoû hôn 6 giôø ñoái vôùi haøm löôïng caën ñeán 1000 mg/l. Khi haøm löôïng caën lôùn hôn 1000 mg/l khoâng ñöôïc laáy quaù 24 giôø. - Thôøi gian laøm vieäc giöõa hai laàn xaû caën: T Wc .N. (h) Q C max  c Trong ñoù: Wc: Dung tích phaàn chöùa caën neùn cuûa beå (m3); tính theo coâng thöùc: Wc  .h n 3  D 2  d 2  D.d      4   (m3) hn: Chieàu cao phaàn hình noùn chöùa neùn caën (m) hn  Dd (m) 2.tg 90 o     : Goùc nghieâng cuûa phaàn noùn so vôùi maët phaúng naèm ngang ( = 50o – 55o) D: Ñöôøng kính cuûa beå laéng (m) d: Ñöôøng kính phaàn ñaùy hình noùn hoaëc choùp (m); laáy baèng ñöôøng kính oáng xaû caën. Ñöôøng kính oáng xaû cuûa beå laéng laáy töø 150 –200 mm. N: Soá beå laéng ñöùng, laáy theo soá beå phaûn öùng xoaùy hình truï. : Noàng ñoä trung bình caën ñaõ neùn chaët, laáy theo baûng döôùi ñaây: Baûng 3.5: Haøm löôïng caën neùn chaët: Noàng ñoä trung bình cuûa caën ñaõ neùn tính Haøm löôïng caën coù trong nöôùc nguoàn theo g/m3 sau khoaûng thôøi gian (mg/l) 6h 8h 12h 24h ñeán 50 6000 6500 7500 8000 treân 50 ñeán 100 8000 8500 9300 10000 treân 100 ñeán 400 24000 25000 27000 30000 treân 400 ñeán 1000 27000 29000 31000 35000 treân 1000 ñeán 2500 34000 36000 38000 41000 (Khi xöû lyù khoâng duøng pheøn) 150000 Khi laøm meàm nöôùc coù ñoä cöùng magieâ nhoû hôn 25% ñoä cöùng toaøn phaàn baèng voâi vôùi soña - Nhö treân, nöôùc coù ñoä cöùng magieâ 28000 30000 32000 35000 lôùn hôn 75% ñoä cöùng toaøn phaàn C: Haøm löôïng caën coøn laïi trong nöôùc sau khi laéng, laáy khoaûng 10 – 12 mg/l. Cmax: haøm löôïng caën trong nöôùc ñöa vaøo beå laéng (mg/l) GVHD: Phan Xuaân Thaïnh SVTH: Leâ Thoáng Nhaát - MSSV: 90101831 Trang: 20