›
›

Bài giảng Công nghệ xử lý nước cấp - Chương 2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước, các phương pháp xử lý nước

pdf 122 trang hapham 1680
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Công nghệ xử lý nước cấp - Chương 2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước, các phương pháp xử lý nước", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_cong_nghe_xu_ly_nuoc_cap_chuong_2_so_do_cong_nghe.pdf

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ xử lý nước cấp - Chương 2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước, các phương pháp xử lý nước

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP TS. Trần Văn Quy 1
  2. Chương 2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước, các phương pháp xử lý nước
  3. CÁC NGUYÊN TẮC LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC • Xử lý nước là quá trình làm thay đổi thành phần, tính chất nước tự nhiên theo yêu cầu của các đối tượng sử dụng phụ thuộc vào thành phần, tính chất của nước nguồn và yêu cầu chất lượng của nước, của đối tượng sử dụng. 3
  4. Lựa chọn công nghệ xử lý nước Cơ sở: - Chất lượng của nước nguồn (nước thô) trước khi xử lý - Chất lượng của nước yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tượng sử dụng. - Công suất của nhà máy nước - Điều kiện kinh tế kỹ thuật - Điều kiện của địa phương. 4
  5. Các biện pháp xử lý cơ bản 1. Biện pháp cơ học: sử dụng cơ học để giữ lại cặn không tan trong nước. Các công trình: Song chăn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc. 2. Phương pháp hóa học: dùng các hóa chất cho vào nước để xử lý nước như keo tụ bằng phèn, khử trùng bằng clo, kiềm hóa nước bằng vôi, dùng hóa chất để diệt tảo (CuSO4, Na2SO4) 3. Biện pháp lý học: khử trung nước bằng tia tử ngoại, sóng siêu âm. Điện phân nước để khử muối 5
  6. Công trình lắng sơ bộ • Công trình lắng sơ bộ dùng trong trường hợp nước nguồn có nhiều cặn (> 2500 mg/l) để lắng bớt những cặn nặng gây khó khăn cho việc xả cặn, giảm bớt dung tích vùng chứa cặn bể lắng và giảm liều lượng chất phản ứng. • Các công trình lắng sơ bộ  Bể lắng ngang sơ bộ;  Hồ lắng tự nhiên hay kết hợp mương dẫn nước từ sông vào trạm bơm cấp I 6
  7.  Bể lắng ngang sơ bộ: Tốc độ lắng cặn từ 0,5 ÷ 0,6 m/s. Các chi tiết tính toán và thiết bị giống bể lắng ngang thu nước cuối bể.  Hồ lắng tự nhiên: Khi dùng hồ tự nhiên để lắng nước sơ bộ không dùng chất phản ứng thì lấy chiều sâu hồ 1,5 - 3,5m, thời gian lưu nước 2 - 7 ngày (trị số lớn dùng cho nước có độ màu cao). Tốc độ nước chảy trong hồ không quá 1mm/s. Dự kiến 1 năm tháo rửa hồ 1 lần và có biện pháp cũng như thiết bị tháo rửa hồ như chia hồ làm 2 ngăn xả riêng biệt, lắp đặt bơm hút bùn và đường ống hút bùn. Bờ hồ phải cao hơn mặt đất bên ngoài 0,5m. 7
  8. Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt 1 Thông số Nước ngầm Nước bề mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Chất rắn lơ Rất thấp, hầu như không có Thường cao và Thay đổi theo mùa lửng Chất khoáng Ít thay đổi, cao hơn so với nước mặt. Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng đất, hoà tan lượng mưa. Hàm lượng Thường xuyên có trong nước Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát dưới Fe2+ , Mn2+ đáy hồ. Khí CO2 hoà Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0 tan Khí O2 hoà tan Thường không tồn tại Gần như bão hoà Khí NH3 Thường có Có khi nguồn nước bị nhiễm bẩn Khí H2S Thường có Không có SiO2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình - Có ở nồng độ cao, do bị nhiễm bởi NO3 Thường rất thấp phân bón hoá học 8 Vi sinh vật Chủ yếu là các vi trùng do sắt gây ra Nhiều vi trùng, virut gây bệnh và tảo.
  9. Phương pháp keo tụ  Bản chất lý hóa của quá trình keo tụ • Cặn bẩn: hạt cát, sét, bùn, sinh vật phù du, sản phẩm phân hủy của các chất hữu cơ Các hạt cặn lớn có khả năng tự lắng trong nước (kích thước 10-4mm) có thể loại bỏ bằng xử lý cơ học (lắng tĩnh, lọc), còn cặn bé ở trạng thái lơ lửng (d<10 - 4mm) - xử lý bằng phương pháp lý hóa. • Các hạt cặn bé có bề mặt tiếp xúc rất lớn trên một đơn vị thể tích; dễ hấp thụ, kết bám với các chất xung quanh hoặc lẫn nhau để tạo bông cặn to hơn. • Các hạt cặn đều mang điện tích; có khả năng liên kết với nhau hoặc đẩy nhau bằng lực điện từ. Trong môi trường nước, do các loại lực tương tác giữa các hạt cặn lực đẩy do chuyển động nhiệt Brown nên các hạt cặn luôn luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. • Bằng việc phá vỡ trạng thái cân bằng động tự nhiên của môi trường nước, sẽ tạo các điều kiện thuận lợi để các hạt cặn kết dính với nhau thành các hạt cặn lớn hơn và dễ xử lý hơn. Trong công nghệ xử lý nước là cho theo vào nước các hóa chất làm nhân tố keo tụ các hạt cặn lơ lửng. 9
  10.  Các phương pháp keo tụ • Keo tụ bằng các chất điện ly ở dạng các ion ngược dấu. Khi nồng độ của các ion ngược dấu tăng lên, thì càng nhiều ion được chuyển từ lớp khuếch tán vào lớp điện tích dẫn tới việc giảm độ lớn của thế điện động, đồng thời lực đẩy tĩnh điện cũng giảm đi. Nhờ chuyển động Brown các hạt keo với điện tích bé khi va chạm dễ kết dính bằng lực hút phân tử tạo nên các bông cặn ngày càng lớn. 10
  11. • Keo tụ bằng hệ keo ngược dấu tạo ra trong nước một hệ keo mới tích điện ngược dấu với hệ keo cặn bẩn trong nước thiên nhiên và các hạt keo tích điện trái dấu sẽ trung hòa lẫn nhau. Chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, đưa vào nước dưới dạng hòa tan, sau phản ứng thủy phân chúng tạo ra hệ keo mới mang điện tích dương có khả năng trung hòa với các loại keo mang điện tích âm 11
  12. 3+ 2- Al2(SO4)3 → 2Al + 3SO4 (1) 3+ - FeCl3 → Fe + 3Cl (2) 3+ + Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3H (3) 3+ + Fe + 3H2O → Fe(OH)2 + 3H (4) Các ion kim loại mang điện tích dương một mặt tham gia vào quá trình trao đổi với các cation nằm trong lớp điện tích kép của hạt cặn mang điện tích âm, làm giảm thế điện động ξ, giúp các hạt keo dễ liên kết lại với nhau bằng lực hút phân tử tạo ra các bông cặn. Mặt khác, các ion kim loại tự do lại kết hợp với nước bằng phản ứng thủy phân, các phân tử nhôm hydroxit và sắt hydroxit là các hạt keo mang điện tích dương, có khả năng kết hợp với các hạt keo tự nhiên mang điện tích âm tạo thành các bông cặn. Đồng thời các phân tử Al(OH)3 và Fe(OH)3 kết hợp với các anion có trong nước và kết hợp với nhau tạo ra bông cặn có hoạt tính bề mặt cao. Các bông cặn này khi lắng sẽ hấp thụ cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn, các hợp chất hữu cơ, các chất mùi vị tồn tại ở trạng thái hòa tan hoặc lơ lửng trong nước. 12
  13.  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ: pH, nhiệt độ, hàm lượng và tính chất của cặn • pH nồng độ Al(OH)3 và Fe(OH)3 trong nước sau quá trình thủy phân các chất keo tụ là yếu tố quyết định quá trình keo tụ. Từ phản ứng (3), (4) - phản ứng thủy phân giải phóng H+, pH của nước giảm làm giảm tốc độ phản ứng thủy phân do đó phải khử H+ để điều chỉnh pH. Ion H+ thường được khử bằng độ kiềm tự nhiên của nước, khi độ kiềm tự nhiên không đủ để trung hòa H+ phải pha thêm vôi hoặc sô đa vào nước để kiềm hóa. 13
  14. • Nhiệt độ: T tăng, chuyển động nhiệt của các hạt keo tăng lên làm tăng tần số va chạm và kết quả kết dính tăng. Do đó, T nước tăng làm lượng phèn cần keo tụ giảm, thời gian và cường độ khuấy trộn giảm. • Hàm lượng và tính chất của cặn Hàm lượng cặn tăng thì lượng phèn cần thiết cũng tăng. Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào tính chất cặn tự nhiên như kích thước, diện tích, mức độ phân tán 14
  15.  Các loại hóa chất dùng để keo tụ nước a. Phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O (bánh, cục, bột). Al2(SO4)3 + Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Al(OH)3 + 3CaSO4 Hiệu quả keo tụ cao nhất ở pH = 5,5 - 7,5 b. Phèn sắt: FeSO4.7H2O tinh thể màu vàng chứa: (47 ÷ 53%) FeSO4 ; (0,25 ÷1%)H2SO4. Hoặc FeCl3: dung dịch màu nâu chứa FeCl3: 98 ÷ 96%. 2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2 + 6CO2 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2 Hiệu quả keo tụ cao nhất ở pH: 3,5 - 6,5 và 8-9 15
  16. c. Vôi chưa tôi dạng cục và bột - Khi tôi vôi cho dư nước (3,5m3 nước cho một tấn vôi) thu được vôi nhão, 1 tấn vôi cục tạo ra 1,6 ÷ 2,2 m3 vôi. - Khi tôi vôi không cho dư nước (0,7m3 nước cho 1 tấn vôi) thu được vôi tôi ở dạng bột sệt. Vì vôi có độ hòa tan thấp nên thường định lượng để cho vào nước dưới dạng sữa vôi. d. Sô đa: Là bột màu trắng dễ hút ẩm chứa 95% Na2CO3; 1% NaCl e. Xút NaOH: là bột màu trắng đục bay hơi trong không khí có chứa (92 ÷ 95%) NaOH; (2,5 ÷ 3%) Na2CO3; (1,5 ÷ 3,75%)NaCl và 0,2% Fe2O3. 16
  17. Thiết bị, công trình pha chế, định lượng dung dịch hóa chất 1. Công trình hòa phèn: pha thành dung dịch 10 ÷ 20%, loại bỏ tạp chất (Bề hòa phèn). 2. Công trình chuẩn bị dung dịch phèn công tác. Dung dịch nồng độ 5 ÷ 10% (bể tiêu thụ) 3. Thiết bị định lượng: định lượng phèn công tác vào nước tùy thuộc vào chất lượng nước nguồn. 4. Công trình trộn: tạo điều kiện phân tán hóa chất vào nước xử lý, yêu cầu nhanh, đều, thời gian khuấy trộn t = 1,5 ÷3’ (tùy thuộc vào loại công trình). 5. Công trình phản ứng: tạo điều kiện cho quá trình dính kết các hạt cặn với nhau (keo tụ, hấp phụ) để tạo thành các tập hợp cặn có kích thước lớn. Thời gian phản ứng t = 6 ÷30’ (tùy thuộc loại công trình phản ứng). 17
  18. Sơ đồ công nghệ quá trình keo tụ nước 18
  19. • Chuẩn bị dung dịch vôi: a. Bể tôi vôi: Xây gạch hoặc bê tông cốt thép có dung tích đủ lượng vôi dùng cho trạm 30 - 45 ngày, với lượng nước 3 ÷ 3,5 m3 cho 1 tấn vôi cục. Bể chia thành nhiều ngăn để luân phiên tôi và thau rửa. b. Bể pha vôi sữa: Vôi sữa ở dạng khuếch tán không bền. Các hạt vôi nhỏ có thể lắng xuống trong môi trường khuếch tán. Do đó phải được khuấy trộn để các hạt vôi không lắng xuống. Có thể dùng một trong các biện pháp sau để khuấy trộn. + Khuấy trộn bằng bơm tuần hoàn 2 + Khuấy trộn bằng khí nén Wkk = 8-10l/m + Khuấy trộn bằng máy khuấy với số vòng quay không nhỏ hơn 40 vòng/phút. 20
  20. Công trình trộn: Mục tiêu của quá trình trộn là đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước trước khi phản ứng keo tụ xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các thành phần tham gia phản ứng. Hiệu quả của quá trình trộn phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn. Thời gian khuấy trộn hiệu quả được tính cho đến lúc hóa chất đã phân tán đều vào nước và đủ để hình thành các nhân keo tụ nhưng không quá lâu làm ảnh hưởng đến các phản ứng tiếp theo. Trong thực tế thời gian hòa trộn hiệu quả từ 3 giây đến 2 phút. Quá trình trộn được thực hiện bằng các công trình trộn, theo nguyên tắc cấu tạo và vận hành được chia ra: * Trộn thủy lực: về bản chất là dùng các vật cản để tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy của hỗn hợp nước và hóa chất. Trộn thủy lực có thể thực hiện trong: - Ống đẩy của trạm bơm nước thô - Bể trộn có vách ngăn - Thiết bị trộn trong ống dẫn - Bể trộn đứng * Trộn cơ khí: dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối.21
  21. Ưu nhược điểm của phương pháp trộn thủy lực: * Ưu: - Cấu tạo công trình đơn giản, không cần máy móc và thiết bị phức tạp. - Giá thành quản lý thấp * Nhược: - Không điều chỉnh được cường độ khuấy trộn khi cần thiết. - Do tổn thất áp lực lớn nên công trình xây dựng phải cao. Trường hợp áp lực nguồn nước còn dư (nguồn nước trên cao tự chảy hoặc áp lực bơm nước nguồn còn dư) nên chọn bể trộn thủy lực. 22
  22. Trộn cơ khí là dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối. Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể trộn hình vuông hoặc hình tròn với tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2:1. Nguyên tắc: Nước và hóa chất đi vào phía đáy bể, sau khi hòa trộn đều sẽ thu dung dịch trên mặt bể để đưa sang bể phản ứng. Cánh khuấy có thể là cánh tuốc bin hoặc cách phẳng gắn trên trục quay. Tốc độ quay của trục chọn theo kiểu cánh khuấy và kích thước cánh khuấy. - Cánh khuấy kiểu tuốc bin có tốc độ quay trên trục là 500 - 1500 vòng/phút. - Cánh khuấy phẳng: n = 50 - 500 vòng/phút. Thời gian khuấy trộn 30 - 60s. Cách khuấy làm bằng hợp kim hoặc thép không rỉ. Bộ phận truyền động đặt trên mặt bể, trục quay đặt theo phương thẳng đứng. 23
  23. • Ưu nhược điểm của trộn cơ khí: - Ưu: + Thời gian khuấy trộn nhỏ (t = 30 ÷ 60 giây) nên dung tích bể nhỏ. + Điều chỉnh được cường độ khuấy trộn theo yêu cầu. - Nhược: + Thiết bị phức tạp, yêu cầu có trình độ quản lý cao + Tốn điện năng, thường khoảng 0,8 ÷ 1,5kW/h/1000m3 nước. Áp dụng: cho các nhà máy nước có mức độ cơ giới hóa cao, thường là nhà máy có công suất vừa và lớn. 24
  24. Dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối trong bể trộn hình vuông hoặc hình tròn với tỷ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2:1. Cánh khuấy có thể là cánh tuốc bin hoặc cách phẳng gắn trên trục quay. 25
  25. • Yêu cầu chung về cấu tạo: Bể trộn thường được xây dựng thành 1 hoặc nhiều ngăn, tùy theo công suất xử lý và qui trình công nghệ của nhà máy nước. Không cần xây dựng bể hoặc ngăn dự phòng nhưng phải có biện pháp đề phòng sự cố. Khi bể chỉ có 1 ngăn,phải có ống hoặc mương dẫn nước vòng qua bể sang khâu xử lý tiếp theo để dây chuyền xử lý không bị gián đoạn nếu bể trộn ngừng làm việc để sửa chữa. Vận tốc nước từ bể trộn sang khâu xử lý tiếp theo v = (0,8 - 1)m/s 26
  26. Phản ứng tạo bông cặn • Nguyên lý chung: Hiệu quả quá trình keo tụ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Với mỗi nguồn nước cụ thể sau khi đã xác định liều lượng và loại phèn sử dụng thì hiệu quả keo tụ chỉ phụ thuộc vào cường độ khuấy trộn G và thời gian hoàn thành phản ứng tạo bông cặn T. Thực tế 2 đại lượng này được xác định bằng thực nghiệm. • Quá trình hình thành bông cặn thường cần có G = 30 - 70s-1, thời gian phản ứng từ 15 - 35’. • Tùy theo phương pháp khuấy trộn, bể phản ứng tạo bông cặn được phân thành 4 loại: - Thủy lực - Cơ khí - Khí nén - Bể phản ứng có lớp hạt tiếp xúc 27
  27. Bể phản ứng xoáy gồm 2 kiểu: a. Bể phản ứng xoáy hình trụ thường đặt trong bể lắng đứng, áp dụng cho các nhà máy nước có công suất nhỏ. Bể gồm một ống hình trụ đặt ở tâm bể đi vào phần trên của bể lắng đứng. Nước từ bể trộn được dẫn bằng ống rồi qua 2 vòi phun cố định đi vào phần trên của bể. Hai vòi đặt đối xứng qua tâm bể, với hướng phun ngược nhau và chiều phun nằm trên phương tiếp tuyến với chu vi bể. Do tốc độ vòi phun lớn, nước chảy quanh thành bể tạo thành chuyển động xoáy từ trên xuống. Các lớp nước ở bán kính quay khác nhau có tốc độ chuyển động khác nhau, tạo điều kiện tốt cho các hạt cặn, keo va chạm kết dính với nhau tạo thành bông cặn. - Đường kính vòi phun chọn theo tốc độ nước ra khỏi vòi v = 2-3m/s 28
  28. 1) Ống dẫn nước vào bể: v = 0,7 ÷ 1,2m/s; (2) Vòi phun (3) Sàn khử vận tốc xoáy Nước chứa bông cặn đi ra từ bể phản ứng. Ở đây theo đường chu kỳ bể đặt các vách ngăn hướng dòng xếp hình nan quạt để dập tắt chuyển động xoáy và phân phối đều nước vào bể lắng. Khoảng cách giữa các vách ngăn từ 0,1 - 0,6m 29
  29. b. Bể phản ứng xoáy hình côn (hình phễu). - Nước đi vào ở đáy bể và dâng dần lên mặt bể. Trong quá trình đi lên do tiết kiệm dòng chảy tăng dần nên tốc độ nước giảm dần. Do ảnh hưởng quán tính, tốc độ của dòng nước phân bố không đều trên cùng mặt phẳng nằm ngang ở tâm bể, tốc độ càng lớn hơn và dòng chảy ở tâm có xu hướng phân tán dần ra phía thành bể. Ngược lại, do ma sát các dòng chảy phía ngoài lại bị các dòng bên trong kéo lên. Sự chuyển đông thuận nghịch tạo ra các dòng xoáy nước nhỏ phân bố đều trong bể làm tăng hiệu quả khuấy 30
  30. 1). Đường dẫn nước vào bể (2). Máng thu nước xung quanh bể (3). Máng tập trung (4). Nước ra khỏi bể (5). Van xả cặn 31
  31. Các bông cặn được tạo ra có kích thước tăng dần theo chiều nước chảy, đồng thời tốc độ giảm dần sẽ không phá vỡ, bông cặn lớn đó. Nước với bông cặn đã hình thành được thu trên mặt bể và đưa sang bể lắng. - Dung tích bể phản ứng xoáy hình côn tính với thời gian nước lưu lại t = 6- 10’ - Góc giữa các tường nghiêng 50-700 - Tốc độ nước đi vào đáy bể: V1 = 0,6 - 1,2m/s - Tốc độ nước tại điểm thu nước trên bề mặt bể V2 = 4-10mm/s - Để thu nước trên bề mặt bể dùng máng hoặc ống khoan lỗ đặt ngập (bể có bề mặt lớn) hay dùng phễu đặt ngập (bể có bề mặt nhỏ). Tốc độ nước chảy trong bộ phận dẫn nước từ bể phản ứng sang bể lắng không được lớn hơn 0,1m/s đối với nước đục và không được lớn hơn 0,05m/s đối với nước màu để đảm bảo cho bông cặn đã hình thành không bị phá vỡ. Khoảng cách dẫn nước sang bể lắng càng nhỏ càng tốt. Lưu ý: Dùng bể phản ứng xoáy nước trước khi vào bể cần phải được tách hết khí hòa tan trong nước để tránh hiện tượng bọt khí dâng lên trong bể sẽ làm phá vỡ các bông kết tủa vừa tạo thành. • Ưu nhược điểm của bể - Ưu: Hiệu quả cao, tổn thất áp lực và dung tích bể nhỏ. - Nhược: Khó tính toán bộ phận thu nước bề mặt vì phải đảm bảo 2 yêu cầu là thu nước đều và không phá vỡ bông cặn. + Hình dáng cấu tạo đặc biệt nên khó xây dựng bằng bê tông cốt thép. Thực tế: áp dụng cho nhà máy có công suất nhỏ. 32
  32. Bể phản ứng có vách ngăn: thường kết hợp với bể lắng ngang. Dùng vách ngăn để tạo sự thay đổi liên tục của dòng nước tạo ra hiệu quả khuấy trộn làm cho các hạt cặn vận chuyển lệch nhau sẽ va chạm và kết dính với nhau tạo bông cặn. Bể có cấu tạo hình chữ nhật, trong bể có các vách ngăn hướng dòng nước chuyển động ziczắc theo phương ngang hoặc đứng. Số vách ngăn tính theo 2 chỉ tiêu: - Dung tích bể: phụ thuộc thời gian nước lưu lại bể cần thiết. + t = 20 phút khi xử lý nước đục + t = 30-35 phút khi xử lý nước có màu và độ đục thấp - Tốc độ chuyển động của dòng nước giữa hai vách ngăn: Tốc độ chuyển động của dòng nước giảm dần từ 0,3m/s ở đầu bể xuống 0,1m/s ở cuối bể. Hiệu quả phản ứng có thể điều chỉnh theo chất lượng nước nguồn bằng cách giảm chiều dài dòng chảy (giảm thời gian phản ứng) khi các cửa đi nước ra ở các ngăn khác nhau. Bể phản ứng có vách ngăn thường có từ 8 - 10 chỗ ngoặt đổi chiều dòng nước. Khoảng cách giữa các vách ngăn không nhỏ hơn 0,7m đối với bể có vách ngăn ngang và có thể nhỏ hơn 0,7m đối với bể có vách ngăn đứng. Chiều sâu trung bình của bể: H thiết bị = 2 ÷ 3m 33
  33. 1. Mương dẫn nước 4. Cửa đưa nước ra 2. Mương xả cặn 5. Van xả cặn 3. Cửa đi nước vào 6. Vách ngăn hướng dòng. 34
  34. - Ưu: Đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành. - Nhược: Khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và có đủ chiểu cao thỏa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể. * Áp dụng: - Bể phản ứng có vách ngăn ngang thường được sử dụng cho các trạn xử lý có Q ≥ 30.000m3/ngđêm. - Bể phản ứng có vách ngăn đứng áp dụng cho trạm cho công suất Q ≥ 6000m3/ngđêm. 35
  35. Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng: thường đặt ngay trong phần đầu của bể lắng ngang. Bể có chiều rộng bằng chiều rộng của bể lắng ngang. • Bể thường được chia thành nhiều ngăn dọc. Nước vào bể qua các ống phân phối đều đặt dọc theo đáy bể. Đáy bể có tiết diện hình phễu với các vách ngăn ngang nhằm mục đích giảm dần tốc độ dâng lên của dòng nước, đồng thời phân bố đều dòng đi lên trên toàn bộ bề mặt bể, giữ cho lớp cặn được ổn định. • Khi qua hết phần đáy nước được khuấy trộn sơ bộ và bông cặn nhỏ đã hình thành, nước và bông cặn nhỏ tiếp tục đi lên hấp thu các hạt cặn nhỏ và lớn dần lên. Trong lượng bông cặn lớn dần làm cho tốc độ đi lên của nó giảm dần, trong khi tốc độ dòng nước không đổi. Sự lệch pha đó giúp cho các hạt cặn nhỏ trong dòng nước va chạm và kết dính với bông cặn. Lên đến bề mặt bể các bông cặn sẽ bị cuốn đi theo dòng chảy ngang sang bể lắng. - Hệ thống phân phối nước vào bể có thể dùng máng có lỗ (lỗ của máng hướng ngang) hoặc ống có lỗ (thường dùng ống nhựa khoan lỗ, lỗ xuôi xuống tạo với phương thẳng đứng 1 góc 450). - Khoảng cách giữa trục máng và ống không lớn hơn 3m (thường 2m). - Tốc độ nước chảy ở đầu máng hoặc ống phân phối V = 0,5 ÷ 0,6m. - Tổng diện tích lỗ bằng 30 ÷ 40% diện tích tiết diện của máng hoặc ống phân phối. - Đường kính lỗ d ≥ 25mm 36
  36. - Tốc độ trung bình của dòng nước đi lên qua lớp cặn lơ lửng (V1) phụ thuộc hàm lượng cặn của nước nguồn. + Nước có độ đục thấp: Co < 20mg/l → V1 = 0,9mm/s Co = 20 ÷ 50mg/l → V1 = 1,2m/s + Nước có độ đục trung bình: Co = 50-250mg/l → V1 = 1,6mm/s + Nước có độ đục lớn Co = 250 - 2500mg/l → V1 = 2,2mm/s - Nước từ bể phản ứng sang bể lắng phải chảy qua tường tràn ngăn cách giữa 2 bể, tốc độ tràn V2 ≤ 0,05m/s. - Tốc độ nước chảy giữa tường tràn và vách ngăn lửng V3 ≤ 0,03m/s - Chiều cao lớp cặn lơ lửng ≥ 3m - Thời gian lưu nước trong bể t ≥ 20 phút * 37
  37. - Ưu: + Hiệu quả cao + Cấu tạo đơn giản + Không cần máy móc cơ khí + Không tốn chiều cao xây dựng - Nhược: Khởi động chậm, thường lớp cặn lơ lửng được hình thành và làm việc có hiệu quả chỉ sau 3 ÷ 4 giờ làm việc. 38
  38. Phản ứng tạo bông cơ khí * Nguyên lý: dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Cách khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và toàn bộ được đặt theo phương nằm ngang hay thẳng đứng. Kích thước cánh khuấy chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo bể phản ứng. 40
  39. - Bể phản ứng nên chia thành các ngăn với mặt cắt ngang dòng chảy có dạng hình vuông, kích thước cơ bản: 3,6m x 3,6m ; 3,9m x 3,9m; 4,2m x 4,2m - Dung tích bể tính cho thời gian nước lưu lại 10 - 30’ - Theo chiều dài, mỗi ngăn lại được chia làm nhiều buồng bằng cách vách ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng. Trong mỗi buồng đặt 1 guồng cánh khuấy. - Các guồng cánh khuấy được cấu tạo sao cho có cường độ khuấy trộn giảm dần từ buồng đầu tiên đến buồng cuối cùng, tương ứng với sự lớn dần của bông cặn. * Guồng cánh khuấy có cấu tạo gồm trục quay và các bản cánh đặt đối xứng ở 2 hoặc 4 phía quanh trục. - Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3-0,4m. - Kích thước bản cánh khuấy được tính với tỷ lệ của tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là 15-20%. - Tốc độ quay của guồng khuấy 3-5v/p’ 41
  40. - Ưu: Có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn. - Nhược: Cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác; Điều kiện quản lý vận hành phức tạp. * Áp dụng: cho các nhà máy nước công suất lớn, có mức độ cơ giới hóa cao trong sản xuất. 43
  41. LẮNG NƯỚC (Buổi sau) Cơ sở lý thuyết của quá trình lắng Là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Dựa trên nguyên lý rơi theo trọng lực, việc làm lắng có thể loại bỏ từ 90-99% lượng chất bẩn chứa trong nước 44
  42. Lắng tĩnh Dưới tác dụng của trọng lực các hạt cặn rơi xuống theo phương thẳng đứng Lắng trong môi trường động Trong kỹ thuật xử lý nước hiện nay các bể lắng tĩnh không còn được áp dụng mà phổ biến rộng rãi phương pháp lắng trong dòng chảy liên tục. Theo phương chuyển động của dòng nước quá trình lắng được phân thành lắng đứng và lắng ngang. 45
  43. a. Lắng đứng Nước chuyển động tự do theo phương chuyển động từ dưới lên, ngược chiều với hướng rơi của hạt cặn. Ở điều kiện dòng chảy tầng lý tưởng, nếu gọi tốc độ dòng nước là u0, chỉ các hạt cặn có tốc độ u > u0 mới lắng xuống được đáy bể. Các hạt tốc độ rơi u ≤ u0 sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên phía trên. • Nước chứa cặn kết dính (cặn tự nhiên hoặc do keo tụ) hiệu quả lắng cao hơn. Ban đầu các hạt cặn có tốc độ rơi tốc độ dòng nước sẽ bị đẩy dần lên, trong quá trình đi lên các hạt cặn kết dính với nhau và tăng dần kích thước cho đến khi tốc độ lắng tốc độ nước và rơi xuống. • Khi lắng keo tụ bằng bể lắng đứng, hiệu quả lắng phụ thuộc vào diện tích bể và chiều cao lắng. Chiều cao lắng thường được xác định bằng thực nghiệm theo hiệu quả lắng yêu cầu. 46
  44. b. Lắng ngang So với lắng đứng, hiệu quả lắng với dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang đạt hiệu quả cao hơn. Xét trường hợp bể lắng ngang với điều kiện tối ưu nhất: - Dòng nước chuyển động theo phương ngang trong chế độ chảy tầng, tốc độ dòng chảy tại mọi điểm trong bể đều bằng nhau. Thời gian lưu lại của mọi phân tử nước đi qua bể đều bằng nhau - Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các hạt cặn có cùng kích thước tại mọi điểm đều bằng nhau. - Hạt cặn lắng ngừng chuyển động khi chạm đáy bể. Để thỏa mãn các điều kiện trên, trong bể lắng ngang tối ưu phải tồn tại 4 vùng riêng biệt: vùng phân phối đảm bảo đưa nước vào và phân phối đều nước,cặn trên toàn bộ mặt cắt ngang đầu bể; vùng lắng; vùng chứa cặn; vùng thu nước. 47
  45. Chuyển động của cặn ở bể lắng đứng trong môi trường động 48
  46. Các loại cặn lắng: - Cặn rắn: các hạt phân tán riêng lẻ, có độ lớn, bề mặt và hình dáng không thay đổi trong suốt quá trình lắng. - Cặn lơ lửng: có bề mặt thay đổi, có khả năng dính kết và keo tụ với nhau trong quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn tăng dần theo thời gian và chiều cao lắng. - Các bông cặn: có khả năng dính kết với nhau, khi nồng độ >1000ng/l tạo thành các đám cặn, khi đám mây cặn lắng xuống, nước từ dưới đi lên qua các khe rỗng giữa các bông cặn tiếp xúc với nhau, lực ma sát tăng lên làm hạn chế tốc độ lắng của đám bông cặn nên gọi là lắng hạn chế. 49
  47. Các loại bể lắng - Lắng tĩnh và lắng theo từng mẻ kế tiếp: + Hồ chứa nước: + Trong công nghiệp sau 1 mẻ sản xuất nước được xả ra, để lắng bớt cặn, được bơm tuần hoàn lại để tái sản xuất. - Bể lắng ngang: bể lắng có dòng nước chảy ngang, cặn rơi thẳng đứng. - Bể lắng đứng: bể lắng có dòng nước chảy đi từ dưới lên, cặn rơi từ trên xuống. - Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: nước đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng được hình thành trong quá trình lắng cặn, cặn dính bám vào lớp cặn, nước trong thu trên bề mặt, cặn thừa đưa sang ngăn nén cặn, từng thời kỳ xả ra ngoài. - Lắng trong các ống tròn hoặc trong các hình trụ vuông, lục lăng đặt nghiêng so với phương ngang 60o : Nước đi từ dưới lên, cặn trượt theo đáy ống. 50
  48. Bể lắng đứng: • Bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên,còn các hạt cặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. • Bể lắng đứng thường có mặt bằng hình vuông hoặc hình tròn, được sử dụng cho trạm có công suất nhỏ (Q ≤3000 m3/ngđ). Bể lắng đứng thường kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. • Bể có thể xây bằng gạch hoặc bêtông cốt thép. Ống trung tâm có thể là thép cuốn hàn điện hay bê tông cốt thép. • Nguyên tắc làm việc: Nước chảy vào ống trung tâm giữa bể (ngăn phản ứng) đi xuống dưới vào bể lắng. Nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể. Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và đưa sang bể lọc. Cặn tích lũy ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van xả cặn. 51
  49. Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng 52
  50. Bể lắng ngang: • Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật, có thể làm bằng gạch hoặc bêtông cốt thép. • Sử dụng cho các trạm xử lý có Q > 300 m3/ngđ đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với công suất bất kỳ cho trạm xử lý không dùng phèn. * Ưu: Có khả năng tự động hóa, cơ giới hóa * Nhược: Chi phí điện năng. Ít kinh tế. 53
  51. (1) Ống dẫn nước từ bể phản ứng sang (2) Mỏng phõn phối nước (3) Vỏch phõn phối đầu bể (4) Vựng lắng (5) Vựng chứa cặn (6) Vỏch ngăn thu nước cuối bể (7) Mỏng thu nước (8) Ống dẫn nước sang bể lọc (9) Ống xả cặn. 54
  52. * Cấu tạo bể lắng ngang gồm 4 bộ phận chính: - Bộ phận phân phối nước vào bể - Vùng lắng cặn - Hệ thống thu nước đã lắng - Hệ thống thu xả cặn * Căn cứ vào biện pháp thu nước đã lắng người ta chia bẻ lắng ngang làm 2 loại: - Bể lắng ngang thu nước cuối bể: thường kết hợp với bể phản ứng có vách ngăn hoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. - Bể lắng ngang thu nước bề mặt: thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Bể lắng ngang thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn từ 3 ÷6m. Chiều dài bể không qui định. Khi bể có chiều dài quá lớn có thể cho nước chảy xoay chiều. Để giảm bớt diện tích bề mặt xây dựng có thể xây dựng bể lắng nhiều tầng (2,3 tầng). 55
  53. Bể lắng lớp mỏng: Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng 1 góc 45o - 60o so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau. * Ưu: Do cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất lắng cao hơn bể lắng ngang. • Nhược: Lắp ráp phức tạp và tốn vật liệu làm vách ngăn; Do bể có chế độ làm việc ổn định nên đòi hỏi nước đã hòa trộn chất phản ứng cho vào bể phải có chất lượng tương đối ổn định. Theo chiều của dòng chảy bể lắng lớp mỏng được chia làm 3 loại” 1. Bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngang 2. Bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiên ngược chiều 3. Bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiên cùng chiều 56
  54. • Bể lắng li tâm (Radian) • Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên. Thường dùng để sơ lắng nguồn nước có hàm lượng cặn cao, Co > 2000 mg/l. Áp dụng cho trạm có công suất lớn Q ≥ 30.000 m3/ngđ. 59
  55. Nguyên tắc làm việc của bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng • Nước cần xử lý sau khi đã trộn đều chất phản ứng ở bể trộn (không qua bể phản ứng) theo đường ống dãn nước vào, qua hệ thống phân phối với tốc độ thích hợp vào ngăn lắng. Ở đây sẽ hình thành lớp cặn lơ lửng. • Một hạt cặn trong lớp cặn lơ lửng chịu tác dụng của lực đẩy của dòng nước đi lên và trọng lượng của bản thân. Khi dòng nước đi lên có vận tốc thích hợp thì hạt cặn sẽ tồn tại ở trạng thái lơ lửng hay còn gọi là trạng thái cân bằng động. • Mỗi hạt cặn không ngừng hoạt động, nó chuyển động hỗn loạn nhưng toàn bộ lớp cặn ở trạng thái lơ lửng • Khi đi qua lớp cặn ở trạng thái lơ lửng, các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng và được giữ lại. Kết quả nước được làm trong. 61
  56. • Khi làm việc hạt cặn lơ lửng không ngừng biến đổi về độ lớn và hình dạng do kết dính các hạt cặn trong nước nên lớn dần, mặt khác do tác dụng dòng nước đi lên và do va chạm lẫn nhau nên hạt cặn bị phá vỡ. Như vậy, nếu xét ở 1 thời điểm nào đấy, lớp cặn lơ lửng là 1 hệ phân tán không đồng nhất. • Có thể coi kích thước trung bình của cặn lơ lửng không tăng khi giữ nguyên tốc độ của dòng nước đi lên và tính chất của nước nguồn cũng như liều lượng phèn đưa vào nước luôn không đổi. • Trong quá trình làm việc, thể tích lớp cặn không ngừng tăng lên. Để có hiệu quả làm trong ổn định phải có biện pháp giữ cho thể tích cặn lơ lửng ổn định. Do đó khi thiết kế bể phải có kết cấu hợp lý để đưa cặn thừa ra khỏi thể tích cặn lơ lửng. Cặn thừa tràn qua cửa sổ sang ngăn nén cặn. Cặn lắng xuống đáy được đưa ra ngoài còn nước bong được thu bằng ống đưa ra ngoài. • Thông thường bể lắng trong tầng cặn lơ lửng gồm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn chứa nén cặn. Lớp nước ở phía trên tầng cặn lơ lửng gọi là tầng bảo vệ - không cho cặn lơ lửng bị cuốn theo dòng nước qua máng tràn. 62
  57. Để bể lắng trong làm việc tốt cần lưu ý: - Lưu lượng nước đưa vào bể phải ổn định hoặc thay đổi dần dần trong phạm vi không quá ± 15% trong 1 giờ và nhiệt độ nước đưa vào thay đổi không quá ± 1oC trong 1 giờ. - Nước trước khi đưa vào bể lắng phải qua ngăn tách khí. Nếu không trong quá trình chuyển động từ dưới lên trên, các bọt khí sẽ kéo theo các hạt cặn tràn vào máng thu nước trong làm giảm chất lượng nước sau lắng. * Ưu nhược điểm: - Ưu + Hiệu quả xử lý cao + Ít tốn diện tích xây dựng + Không cần bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. - Nhược: + Kết cấu phức tạp + Chế độ quản lý chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm. + Nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. * Áp dụng: Theo TCXD - 33: 1985 nên áp dụng cho trạm có Q ≤3000 m3/ngđ. 63
  58. có tầng cặn lơ lửng 64
  59. * Các loại bể lắng trong • Loại 1: Làm việc theo nguyên tắc: Sự ổn định của tầng cặn lơ lửng được đảm bảo đồng thời với thiết bị khuấy trộn cơ học. • Bể lắng trong kiểu hành lang có mặt bằng hình chữa nhật hoặc hình vuông, được chia làm 3 ngăn: ngăn nén cặn ở giữa, 2 ngăn lắng 2 bên. 65
  60. Sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kiểu hành lang (có mặt bằng hình chữ nhật hoặc hình vuông, được chia làm 3 ngăn: ngăn nén cặn ở giữa, 2 ngăn lắng 2 bên) h0 = Chiều cao không có cặn, h1 = Chiều cao lớp cặn , h2 = Chiều cao lắng a. Ngăn lắng, b. Ngăn nén cặn 1- Ống nước vào, 2- Ống phân phối, 3- Lớp cặn, 4- Máng thu, 5- Cửa sổ thu cặn 6- Lá chắn, 7- Ống xả cặn; 66 8- Ống thu nước cưỡng bức
  61. Công trình lắng sơ bộ Công trình lắng sơ bộ dùng trong trường hợp nước nguồn có nhiều cặn (> 2500 mg/l) để lắng bớt những cặn nặng gây khó khăn cho việc xả cặn, giảm bớt dung tích vùng chứa cặn bể lắng và giảm liều lượng chất phản ứng. Các công trình lắng sơ bộ như: Bể lắng ngang sơ bộ, hồ lắng tự nhiên hay kết hợp mương dẫn nước từ sông vào trạm bơm cấp I để làm công trình lắng sơ bộ. 1 Bể lắng ngang sơ bộ: Tốc độ lắng cặn từ 0,5 ÷ 0,6 m/s. Các chi tiết tính toán và thiết bị giống bể lắng ngang thu nước cuối bể. 2 hồ lắng tự nhiên: Khi dùng hồ tự nhiên để lắng nước sơ bộ không dùng chất phản ứng thì lấy chiều sâu hồ 1,5 - 3,5m, thời gian lưu nước 2-7 ngày (trị số lớn dùng cho nước có độ màu cao). Tốc độ nước chảy trong hồ không quá 1mm/s. Dự kiến 1 năm tháo rửa hồ 1 lần và có biện pháp cũng như thiết bị tháo rửa hồ như chia hồ làm 2 ngăn xả riêng biệt, lắp đặt bơm hút bùn và đường ống hút bùn. Bờ hồ phải cao hơn mặt đất bên ngoài 0,5m. 67
  62. QUÁ TRÌNH LỌC VÀ BỂ LỌC Khái niệm chung: Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tuỳ thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của đối tượng dùng nước. Bể lọc gồm: vỏ bể, lớp vật liệu lọc, hệ thống thu nước lọc và phân phối nước rửa , hệ thống dẫn nước vào bể lọc và thu nước rửa bể lọc. Tốc độ lọc tính bằng m/h là đại lượng biểu thị số lượng nước (m3) lọc qua 1m2 diện tích của lớp vật liệu lọc trong thời gian 1 giờ. 68
  63. Phân loại bể lọc: * Theo đặc điểm vật liệu lọc được chia ra: - Vật liệu lọc dạng hạt: hạt cát, thạch cát, thạch anh nghiền, than antraxit, đá hoa macnetit (Fe3O4) được ứng dụng rộng rãi và phổ biến nhất - Lưới lọc: lớp lọc có lưới có mắt lưới đủ bé để giữ lại các cặn bẩn trong nước. Dùng làm sạch sơ bộ hoặc để lọc ra khỏi nước phù su, rong - Màng lọc: lớp lọc là vải bong, sợi thuỷ tinh, sợi nilông, màng nhựa xốp. Màng lọc dùng trong bể cấp nước lưu động. 69
  64. • Tuỳ theo tốc độ lọc, bể lọc có hạt vật liệu lọc hạt chia ra - Bể lọc chậm: Với tốc độ lọc 0,1- 0,5m/h - Bể lọc nhanh: Với tốc độ lọc 2 - 15 m/h - Bể lọc cực nhanh: Với tốc độ lọc > 25m/h * Theo độ lớn của hạt vật liệu lọc chia ra: - Bể lọc hạt bé (ở bể lọc chậm) kích thước hạt của lớp trên cùng d 0,8mm dùng để lọc sơ bộ Bể lọc nhanh có thể là hạt đồng nhất về kích thước và trọng lượng riêng (cát thạch anh) hoặc có thể vật liệu hạt không đồng nhất (bể lọc 2 lớp: lớp trên là than antraxit, lớp dưới là cát thạch anh). Bể lọc chậm nước chảy từ trên xuống dưới. Bể lọc nhanh hướng hướng chuyển động thuộc nước qua vật liệu lọc có thể khác nhau (trên →xuống dưới, dưới lên ở bể lọc tiếp xúc, từ trong ra, từ trên xuống ở bể lọc 2 chiều). Khi lọc nước, tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc tăng lên, còn độ chênh áp lực của bể lọc không đổi nên vận tốc lọc giảm dần. Bể lọc có thể làm việc với tốc độ lọc tăng dần (tốc độ lớn ở đầu chu kỳ, tốc độ bé ở cuối chu kỳ) hoặc vận tốc cố định trong suốt chu kỳ lọc (cố định tốc độ bằng thị điều chỉnh tốc độ lọc). 70
  65. Vật liệu của bể lọc hạt Yêu cầu: - Đảm bảo thành phần hạt theo yêu cầu phân loại - Đảm bảo mức đồng nhất về kích thước hạt - Đảm bảo độ bền cơ học - Đảm bảo độ bền hoá học đối với nước lọc - Rẻ, thuận tiện trong khai thác, vận chuyển Độ lớn và độ đồng nhất của hạt trong lớp vật liệu lọc xác định bằng phân tích rây trên 1 số cỡ rây khác nhau. 71
  66. Vật liệu đỡ: Vật liệu đỡ đặt giữa lớp vật liệu lọc và hệ thống thu nước lọc. Chức năng của lớp đỡ là ngăn không cho hạt vật liệu lọc chui qua lỗ của hệ thống ống thu nước ra ngoài; vật liệu đỡ còn có tác dụng phân phối đều nước rửa theo diện tích của bể lọc. Sỏi và đá dăm dùng làm lớp đỡ phải có độ bền cơ học và hóa học và không chứa ≥ 10% hạt là đá vôi. D maxVL đỡ ≤ 2 D min VL đỡ Dmin của lớp trên cùng vật liệu đỡ ≤ 2 D vật liệu lọc 72
  67. Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bể lọc chậm 1. Đường dẫn nước vào bể; 2. Cát lọc; 3. Lớp vật liệu đỡ 4. Máng phân phối; 5. Máng thu nước rửa 6. Tháo nước rửa bể; 7. Hệ thống thu nước sau lọc 8. Xả khô bể 73
  68. 1. ống dẫn nước vào (từ bể lắng sang) 2. Máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc 3. Máng phụ phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc 4. Lớp vật liệu lọc 5. Lớp vật liệu sỏi 6. Sàn đỡ chụp lọc 7. Ống thu nước trong vào bể chứa 8. Ống cấp nước rửa bể lọc 9. Ống xả nước rửa lọc 10. Van xả nước lọc đầu 11. Cửa quản lý (D = 500- 600mm) 12. Hầm thu nước (cao 1m) 13. Ống cấp gío khi rửa lọc 74
  69. Bể lọc tiếp xúc • Bể lọc tiếp xúc sử dụng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng đối với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l và độ màu đến 150o (nước hồ) với công suất bất kỳ hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10.000m3/ngđ • Khi dùng bể lọc tiếp xúc, dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sẽ không cần bể phản ứng và bể lắng. Còn dây chuyền khử sắt không cần lắng tiếp xúc. • Trong bể lọc tiếp xúc, quá trình lọc xảy ra theo chiều từ dưới lên. Nước đã pha phèn theo ống dẫn nước vào bể qua hệ thống phân phối nước lọc, qua lớp cát lọc rồi tràn vào máng thu nước và theo đường ống dẫn nước sạch sang bể chứa. • Chất bẩn giữ lại trong khe rỗng và bám trên bề mặt hạt vật liệu lọc 75
  70. Bể lọc áp lực • Là một loại bể lọc nhanh kín, thường được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng (cho công suất nhỏ) và hình trụ ngang (cho công suất lớn). • Được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn đến 50mg/l, độ màu đến 80o với công suất trạm xử lý đến 3000m3/ngày, hay dùng trong dây chuyền khử sắt khi dùng ezéctơ thu khí với công suất nhỏ hơn 500m3/ngày và dùng máy nén khí cho công suất bất kỳ • Do bể làm việc dưới áp lực, nên nước cần xử lý được đưa trực tiếp từ trạm bơm cấp I vào bể, rồi đưa trực tiếp vào mạng lưới không cần trạm bơm cấp II. 77
  71. Các phương pháp xử lý sắt Thực chất các phương pháp khử sắt bằng làm thoáng là làm giàu oxi cho nước,tạo điều kiện oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, sau đó Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3, rồi dùng bể lọc giữ lại. 1. Khử sắt bằng làm thoáng a. Phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường tự do (đây là trường hợp khử sắt bằng giàn mưa hay thùng quạt gió). b. Phản ứng ôxi hoá Fe2+ và thuỷ phân Fe3+ trong môi trường dị thể của lớp vật liệu lọc (Khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc) c. Phản ứng oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ khi có mặt lớp màng xúc tác là oxit mangan Lớp màng oxit mangan là chất xúc tác làm tăng quá trình oxihoá Fe2+ thành Fe3+ ngay cả trong trường hợp pH thấp (pH<5) MnOMn2O7 + 4Fe(HCO3)2 + H2O →3MnO2 + 4Fe(OH)3 + 8CO2 3MnO2 + O2 → MnOMn2O7 79
  72. 2. Khử sắt bằng phương pháp dùng hoá chất a. Khử sắt bằng các chất oxi hoá mạnh: Cl2, KMnO4, O3 So với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng, dùng chất oxi hoá mạnh phản ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH<6). Trong nước có tồn tại các hợp chất như: H2S, NH3 sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt b. Khử sắt bằng vôi: thường kết hợp với quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước. 80
  73. 3. Các phương pháp khử sắt khác a. Khử sắt bằng trao đổi cation Cho nước đi qua lớp vật liệu lọc có khả băng trao đổi iôn. Các ion H+ và Na+ có trong thành phần vật liệu lọc sẽ trao đổi với ion Fe2+ có trong nước, kết quả Fe2+ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc. 2[K]Na + Fe(HCO3)2 → [K]2Fe + 2NaHCO3 2[K]H + Fe(HCO3)2 → [K]2Fe + H2CO3 Cation được tái sinh bằng HCl, NaCl HCl + [K]2Fe → [K]H + FeCl2 NaCl + [K]2Fe → [K]Na + FeCl2 Phương pháp này đem lại hiệu quả khử sắt cao, thường sử dụng cho nguồn nước có chứa Fe2+ ở dạng hòa tan. Dùng kết hợp với làm mềm nước. Chi phí cho khử Fe2+ bằng trao đổi cation khá đắt. b. Khử sắt bằng điện phân: Dùng cực âm bằng sắt, nhôm, cực dương bằng đồng, bạch kim hay đồng mạ nikien. c. Khử sắt bằng phương pháp vi sinh vật: Cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cát lọc của bể lọc. d. Khử sắt ngay trong lòng đất: Dựa trên nguyên tắc, các ion Ca2+, Fe2+ gắn trên khoáng vật của tầng đất đá chứa nước có khả năng trao đổi ion với các ion Fe2+ của nước ngầm. 81
  74. Công nghệ khử sắt trong nước ngầm 1. Khử sắt bằng làm thoáng a. Sơ đồ 1: Làm thoáng đơn giản và lọc Sơ đồ làm thoáng đơn giản dùng giàn ống khoan lỗ Cho nước phun hoặc tràn trên bề mặt bể lọc với chiều cao ≥ 0,6m, rồi lọc trực tiếp qua lớp vật liệu lọc. Có thể dùng giàn ống khoan lỗ hay máng để phân phối nước. 82
  75. b. Sơ đồ 2: Giàn mưa - lắng tiếp xúc - lọc Giàn mưa là công trình làm thoáng tự nhiên, có khả năng thu được lượng ôxi hòa tan bằng 5% lượng ôxi bão hòa và có khả năng khử được 75-80% lượng CO2 trong nước, nhưng lượng CO2 còn lại sau làm thoáng không xuống thấp hơn 5 ÷ 6mg/l. Sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt bằng giàn mưa- lắng tiếp xúc lọc83
  76. Hệ thống máng phân phối bao gồm: 1 máng chính hình chữ nhật, các máng phụ vuông góc với máng chính có tiết diện hình chữ V với các răng cưa ở mép trên máng 1- Nước vào máng; 2 - Máng chính; 3 - Máng phụ; 4 - Răng cưa trên máng phụ 84
  77. Bể lắng tiếp xúc  Chức năng chính: để cho Fe2+ tiếp xúc với ôxi của không khí tạo điều kiện cho quá trình oxi hóa và thủy phân sắt diễn ra hoàn toàn, đồng thời giữ lại 1 phần bông cặn nặng trước khi đưa sang bể lọc.  Thời gian nước lưu trong bể t = 30 - 45 phút  Khi công suất trạm xử lý nhỏ hơn 30.000m3/ngđ → sử dụng bể lắng đứng tiếp xúc. Cấu tạo giống như bể lắng đứng dùng để xử lý nước mặt. Nhưng ống trung tâm của bể lắng tiếp xúc nhỏ hơn vì chỉ làm nhiệm vụ dẫn nước từ giàn mưa xuống, vận tốc tính toán V = 0,8 ÷1,2m/s. Chu kỳ xả cặn dao động từ 7 ÷ 30 ngày.  Khi công suất trạm xử lý nước ngầm Q > 30.000m3/ngđ thì dùng bể lắng ngang tiếp xúc. Cấu tạo của bể lắng ngang tiếp xúc về cơ bản giống bể lắng ngang làm trong nước, nhưng người ta phải bố trí thêm các ngăn ngang theo chiều dọc của bể. Khoảng cách giữa các vách ngăn từ 2 ÷ 4m. Trên vách ngăn có bố trí cửa sổ hướng dòng chảy theo chiều dích dắc lên xuống. Diện tích cửa sổ thường lấy từ 30 - 50% diện tích vách ngăn. Mép dưới cửa sổ hướng dòng cao hơn lớp cặn tối thiếu 0,5m. Chiều dày lớp lấy tối thiểu 0,5m. Chiều cao vùng lắng lấy từ 1,5 ÷3,5m. Tốc độ nước dâng trong bể không lớn hơn 1mm/s. 85
  78. c. Sơ đồ 3: Thùng quạt gió - lắng tiếp xúc - lọc Thùng quạt gió là công trình làm thoáng nhân tạo (làm thoáng cưỡng bức). Theo TCXD - 33: 1985 thùng quạt gió giải phóng được 85 - 90% CO2 hòa tan trong nước, lượng ôxi hòa tan lấy bằng 70% lượng bão hòa. 86
  79. 2. Công nghệ khử sắt bằng hóa chất Khi sắt tồn tại dưới dạng các chất không tan, dùng biện pháp khử sắt bằng làm thoáng không mạng lại hiệu quả, mới dùng khử sắt bằng hóa chất. a. Khử sắt bằng vôi: khi sắt ở dạng keo, PH, độ kiềm thấp →dùng vôi khử sắt. Dây chuyền công nghệ tương tự xử lý nước mặt (bể trộn, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc). Do thiết bị pha chế cồng kềnh phức tạp nên người ta chỉ áp dụng khử sắt bằng vôi kết hợp với quá trình xử lý ổn định nước hay làm mềm với nước. b. Khử sắt bằng Clo: Áp dụng khi sắt ở dạng hợp chất hữu cơ, ở dạng keo và pH thấp (pH≥ 5 ) c. Khử sắt bằng KMnO4: Thực tế: Khử sắt dùng hóa chất thường kết hợp với làm thoáng 87
  80. Khử Mn trong nước ngầm  Mn thường tồn tại song song với sắt ở dạng iôn Mn2+ trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do đó việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt.  Mn ở dạng hòa tan Mn2+ khi bị ôxi hóa chuyển dần thành Mn3+ và Mn4+ ở dạng hyđroxit kết tủa: + 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O → 2Mn(OH)4 + 4H + 4HCO3 Quá trình khử mangan phụ thuộc vào PH của nước. Thực nghiệm cho thấy nếu PH <8 và không có chất xúc tác thì quá trình oxi hóa Mn2+ rất chậm. Độ PH tối ưu: 8,5 ÷ 9,0.  Tương tự như với sắt, qui trình khử mangan cơ bản cũng bao gồm các khâu làm thoáng, lắng, lọc. 88
  81. Công nghệ khử Mangan 1. Khử Mangan bằng làm thoáng Sơ đồ 1: làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng cưỡng bức, lắng tiếp xúc, lọc 1 lớp vật liệu lọc. Áp dụng: hàm lượng mangan trong nước nhỏ và tồn tại dưới dạng Mn2+ hòa tan. Vật liệu lọc dùng cát thạch anh dày 1,2 ÷ 1,5m. Sơ đồ 2: làm thoáng tự nhiên hoặc cưỡng bức - lắng tiếp xúc lọc 1 hay 2 lớp vật liệu lọc. Một lớp vật liệu là cát đen dày 1,5m; hoặc 2 lớp vật liệu lọc là lớp vật liệu lọc. Một lớp vật liệu lọc là cát đen dày 1,5m; hoặc 2 lớp vật liệu lọc là than Angtraxit và cát dày ≥ 1,5m. Áp dụng: hàm lượng mangan trong nước nguồn cao. Sơ đồ 3: Làm thoáng cưỡng bức - lắng tiếp xúc - lọc 2 bậc. Khử sắt được thực hiện ở làm thoáng - lắng tiếp xúc - lọc. Sau đó nâng PH lên 8 - làm thoáng - lọc ở bể lọc bậc 2 để khử mangan. Phương pháp này tốn kém nhưng đem lại hiệu quả xử lý ổn định. 89
  82. 2. Phương pháp dùng hóa chất: Sử dụng các chất có tính ôxi hóa mạnh như Clo, ozôn, Kali permanganat. Clo oxihóa Mn2+ ở PH = 7 trong t = 60 ÷ 90 phút 2+ ClO2 và Ôzôn oxihóa Mn cần 1,35 ClO2 hay 1,45mg O3 KMnO4 ôxi hóa Mn2+ ở mọi dạng tồn tại kể cả keo hữu cơ để tạo thành Mn(OH)4 3. Phương pháp sinh học: Cấy 1 loại vi sinh vật có khả năng hấp thụ mangan trong quá trình sinh trưởng lên bề mặt vật liệu lọc. xác vi sinh vật sẽ tạo thành lớp màng oxit mangan trên bề mặt hạt vật liệu lọc có tác dụng xúc tác quá trình khử Mangan. 90
  83. 2 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CƠ BẢN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM Quá trình xử lý Mục đích - Làm thoáng - Lấy oxy từ không khí để oxy hoá sắt và mangan hoá trị II hoà tan trong nước. - Khử khí CO2 nâng cao pH của nước để đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thuỷ phân sắt và mangan trong dây chuyền công nghệ khử sắt và mangan. - Làm giàu oxy để tăng thế oxy hoá khử của nước, khử các chất bẩn ở dạng khí hoà tan trong nước. - Clo hoá sơ bộ - Oxy hoá sắt và mangan hoà tan ở dạng các phức chất hữu cơ. - Loại trừ rong, rêu, tảo phát triển trên thành các bể trộn, tạo bông cặn và bể lắng, bể lọc. -Trung hoà lượng amoniac dư, diệt các vi khuẩn tiết ra chất nhầy trên mặt lớp cát lọc. - Quá trình khuấy - Phân tán nhanh, đều phèn và các hoá chất khác vào nước cần xử lý trộn hoá chất - Quá trình keo tụ - Tạo điều kiện và thực hiện quá trình dính kết các hạt cặn keo phân và phản ứng tạo tán thành bông cặn có khả năng lắng và lọc với tốc độ kinh tế cho 91 thành bông cặn phép
  84. 2 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CƠ BẢN XỬ LÝ NƯỚC NGẦM Quá trình xử lý Mục đích - Quá trình lắng - Loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn và bông cặn có khả năng lắng với tốc độ kinh tế cho phép, làm giảm lượng vi trùng và vi khuẩn. - Quá trình lọc - Loại trừ các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng, nhưng có khả năng dính kết lên bề mặt hạt lọc. - Hấp thụ và hấp - Khử mùi, vị, màu của nước sau khi dùng phương pháp xử lý phụ bằng than hoạt truyền thống không đạt yêu cầu. tính - Flo hoá nước - Nâng cao hàm lượng flo trong nước đến 0,6 - 0,9 mg/l để bảo vệ men răng và xương cho người dùng nước. - Khử trùng nước - Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng còn lại trong nước sau bể lọc. - Ổn định nước - Khử tính xâm thực và tạo ra màng bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt trong thành ống dẫn để bảo vệ ống và phụ tùng trên ống - Làm mềm nước - Khử ra khỏi nước các ion Ca2+ và Mg2+ đến nồng độ yêu cầu. - Khử muối - Khử ra khỏi nước các cation và anion của các muối hoà tan đến nồng độ yêu cầu. 92
  85. Một số dây chuyền xử lý nước ngầm Sơ đồ 1 93
  86. Một số dây chuyền xử lý nước ngầm Sơ đồ 2 Sơ đồ 3 94
  87. Một số dây chuyền xử lý nước ngầm Sơ đồ 4 95
  88. dDwtNTgy • Một số sơ đồ dây chuyền xử lý nước mặt với hàm lượng cặn < 2500 mg/l • Sơ đồ 1 • • Sơ đồ 2 96
  89. dDwtNTgy • Sơ đồ 3 Một số sơ đồ áp dụng xử lý nước mặt với hàm lượng cặn > 2500mg/l • Sơ đồ 4 97
  90. dDwtNTgy • Sơ đồ 5 • 98
  91. KHỬ TRÙNG NƯỚC Là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước ăn uống, sinh hoạt để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh. Các biện pháp bằng các chất ôxi hóa mạnh đang đuợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam - Khử trùng bằng tia vật lý - Khử trùng bằng siêu âm - Khử trùng bằng các iôn kim loại nặng 99
  92. Khử trùng bằng các chất ôxi hóa mạnh  Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo: Dùng Clo nguyên chất, clorua vôi, natrihypoclorit (nước javen) hoặc canxi hyđrôclorit và Clođioxit.  Theo TCXD - 33: 1985: Lượng Clo dư ở đầu mạng lưới tối thiểu 0,5 mg/l; ở cuối mạng lưới tối thiểu 0,5 mg/l và không lớn hơn mức có mùi khó chịu.  Liều lượng Clo đưa vào nước để khử trùng thường được xác định bằng thực nghiệm. Khi cần thiết sơ bộ có thể lấy hàm lượng Clo để khử trùng đối với nước ngầm là 0,7 ÷1,0 mg/l; đối với nước mặt 2,0 ÷3,0 mg/l Khi lượng Clo dư trong nước quá lớn, cần khử clo dư trong nước xuống dưới mức cho phép. Có thể áp dụng các biện pháp sau: - Clo hóa nước kết hợp với amoniac hóa: Liều lượng amoniac hay muối amôni lấy từ 0,5 ÷ 1,0g tính theo ion NH 4 cho 1g Cl. Sau đó cho Clo vào nước PH>7. - Dùng than hoạt tính hấp thụ Clo dư: lọc nước có Clo dư qua lớp than hoạt tính dày 2 ÷ 2,5 m, kích thước hạt từ 1,5 ÷2,5 mm, tốc độ lọc 20 ÷ 30 m/h. - Hoàn nguyên lại độ hấp thụ của than hoạt tính bằng dung dịch canxihypôdorit hoặc dung dịch kiềm nóng. 100
  93. 1. Khử trùng bằng Clo lỏng Clo lỏng là dạng Clo nguyên chất có màu vàng xanh, trọng lượng riêng là 1,47 kg/l. Clo lỏng sản xuất trong nhà máy đựng trong các bình có dung tích từ 50 - 500 lít, áp suất trong bình 6÷8at hoặc thùng có dung tích lớn từ 800÷4000 lít, khi sử dụng để pha Clo lỏng dưới áp suất cao vào nước, người ta dùng thiết bị giảm áp suất, Clo bốc thành hơi và hòa vào trong nước. Khi dùng Clo hóa lỏng để khử trùng nước, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Cloratơ, Cloratơ có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi nước 101
  94. 2. Khử trùng bằng Clorua vôi và canxihypôclorit: Trong Clorua vôi lượng Clo hoạt tính chiếm 20-25% Clorua vôi Trong Canxihypolorit hàm lượng Clo hoạt tính chiếm 30- 40%. Hai loại hóa chất trên được bảo quản dưới dạng bột. Khi đưa vào sử dụng pha chế theo qui trình: cho hóa chất vào thùng hòa trộn đạt nồng độ 10%, để lấy tách cặn bẩn và tạp chất. Sau đó đưa vào dung dịch này vào thùng tiêu thụ → nồng độ 0,5-1,0% 3. Khử trùng bằng nước Javen (NaClO) NaClO là sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn. Nước Javen có chứa nồng độ clo hoạt tính từ 6-8g/l Áp dụng: Cho nhà máy có công suất nhỏ 102
  95. Các phương pháp khử trùng khác 1. Khử trùng bằng tia tử ngoại: Các tia tử ngoại tác dụng lên phần tử prôtit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thế chúng bị tiêu diệt 2. Khử trùng bằng siêu âm: Dòng siêu âm với cường độ tác dụng lớn trong khoảng 5 phút có thể tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật có trong nước 3. Khử trùng bằng iôn bạc: Đây là phương pháp khử cổ truyền. Đun sôi nước ở 1000C có thể tiêu diệt phần lớn vi sinh vật. Với hàm lượng 2-10 ion g/l bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Tuy nhiên, trong môi trường có độ màu cao, có chất hữu cơ và nhiều muối thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng. Để thu được ion bạc có thể sử dụng các biện pháp sau: - Tăng diện tích tiếp xúc trực tiếp giữa nước và bạc; - Sản xuất viên ôxit bạc để hòa vào nước; - Điện phân với điện cực bằng hạt. 103
  96. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẶC BIỆT Khử mùi và vị trong nước Thông thường các quá trình xử lý nước đã khử được hết mùi vị có trong nước. Chỉ khi nào các biện pháp trên không đáp ứng được yêu cầu cần khử mùi, vị thì mới áp dụng các biện pháp khử mùi vị độc lập. 1. Khử mùi bằng làm thoáng Dựa trên nguyên tắc: Các công trình làm thoáng có thể bay hơi các loại khí gây mùi cho nước và đồng thời ôxi hóa các chất có nguồn gốc hữu cơ và vô cơgây mùi. Các công trình làm thoáng khử mùi cũng tương tự như các công trình làm thoáng để khử sắt: dàn mưa, phun mưa, bể làm thoáng cưỡng bức. 104
  97. 2. Khử mùi bằng các chất ôxi hóa mạnh - Các chất ôxi hóa mạnh để khử mùi có thể là: Clo và các hợp chất của Clo, ôzôn, permangannat kali - Dùng Clo và ôzôn để khử mùi, vị gây nên bởi các vi sinh có nguồn gốc động, thực vật là biện pháp tương đối thông dụng. Đa số các trường hợp đều dùng Clo để khử mùi, vị trong nước. Tuy nhiên còn một số trường hợp, dùng clo không hiệu quả, cần phải thay thế bằng ôzôn. - Dùng Kali permanganats KMnO4 để khử mùi mới xuất hiện trong quá trình Clo hoá nước. Ưu điểm của việc dùng KmnO4 là ngoài việc khử mùi Clo, nó còn khử được mùi dầu thầu dầu, là một trong những mùi khó khử nhất. 105
  98. 3. Khử mùi bằng phương pháp dùng than hoạt tính Than ăngtraxít, than cốc, than bạch dương hay than bùn dạng bột để cho vào nước. Than hoạt tính dùng trong các bể lọc khử mùi có kích thước d = 1÷3mm, chiều dày lớp than ι = 1,5÷4m. Tốc độ lọc có thể đạt 50m/h. Các bể lọc than hoạt tính thường bố trí sau bể lọc trong và khử trùng. Để phục hồi khả năng hấp thụ của than hoạt tính dùng dung dịch kiềm nóng. Khi nước có mùi không liên tục, mà chỉ xảy ra vào từng thời kỳ nhất định, thì phương pháp dùng bể lọc than sẽ không kinh tế. Khi đó có thể khử mùi bằng bột than với liều lượng không quá 12mg/l. Có thể dùng 5 ÷7mg/l cho vào bể trộn, còn lại không quá 5mg/l cho vào ngay trước bể lọc để tránh rút ngắn chu kỳ lọc do ảnh hưởng của bột than. Khối lượng than hoạt tính lấy từ 0,06÷0,12m3 cho 1m3 nước trong 1 giờ. 106
  99. Làm mềm nước Làm mềm nước hay khử độ cứng trong nước là khử các loại muối Ca và Mg có trong nước. Thường nước cấp cho một số lĩnh vực công nghiệp cần làm mềm là: công nghiệp dệt, sợi nhân tạo, hoá chất, chất dẻo, giấy và nước cấp cho các loại nồi hơi. Các phương pháp làm mềm nước: Phương pháp nhiệt; Phương pháp hoá học; Phương pháp trao đổi ion 1. Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt Khi đun nước, khí CO2 tự do bốc hơi, làm phá vỡ sự cân bằng của hợp chất CO2, dẫn đến sự phân li của các bicácbônát và các chất khó tan như CaCO3. Mg(OH)2 sẽ lắng đọng. Đun nước lên đến 100oC, có thể khử toàn bộ độ cứng cácbônát và 1 phần nhỏ độ cứng không cácbônát. Có thể biểu diễn sự làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt theo các phương trình phân li sau: Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O Mg(HCO3)2 → MgCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O Sau đó MgCO3 + H2O → Mg(OH)2 ↓ + CO2 ↑ Phương pháp nhiệt chỉ áp dụng cho các hệ thống cấp nước nồi hơi, vì tận dụng được lượng nhiệt thừa của nồi hơi. 107
  100. 2. Làm mềm nước bằng phương pháp hoá học Cơ sở của phương pháp là đưa vào nước các hoá chất có khả năng kết hợp với các ion Ca2+ và Mg2+ để tạo ra các chất không tan và loại trừ khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc. a.Khử độ cứng cácbônát và làm mềm nước bằng vôi + xôđa Khi khử độ cứng cácbônát và làm mềm nước bằng vôi + xôđa, phải dùng vôi ở dạng vôi sữa. Khi lượng vôi dùng hàng ngày ít hơn 0,25 tấn tính theo CaO, thì được phép cho vôi vào nước ở dạng dung dịch vôi bão hoà. b. Khi làm mềm nước bằng vôi hoặc xôđa 108
  101. c. Làm mềm nước bằng phốt phát Khi cần làm mềm nước triệt để, sử dụng vôi và xôđa vẫn chưa hạ độ cứng của nước xuống được đến mức tối thiểu. Để đạt được hiệu quả, cho vào nước Na3PO4 sẽ khử được hết các ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước ở dạng các muối không tan. Quá trình làm mềm nước bằng phốt phát chỉ diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ lớn hơn 100oC. Do giá thành của Na3PO4 cao, nên chỉ dùng với liều lượng nhỏ và sau khi đã làm mềm nước bằng vôi và xôđa. 109
  102. 3. Phương pháp làm mềm nước bằng natricationit Phương pháp Natri - cationit dùng để làm mềm nước ngầm và nước mặt có hàm lượng chất lơ lửng không vượt quá 5÷8mg/ι và độ màu không quá 30o. Khi dùng phương pháp này, độ kiềm của nước không thay đổi. 4. Phương pháp làm mềm nước bằng hyđrônatri - Cationit Phương pháp hyđrônatri - cationít dùng để khử các cation Ca và Mg có trong nước, đồng thời làm giảm độ kiềm của nước. Dùng phương pháp này để xử lí nước ngầm và nước mặt có hàm lượng chất lơ lửng không quá 5÷8 mg/ι . 110
  103. KHỬ MẶN NƯỚC  Khử mặn là giảm hàm lượng muối trong nước đến trị số thoả mãn yêu cầu đối với nước dùng cho ăn uống.  Khử muối là giảm triệt để lượng muối hoà tan trong nước dến trị số thoả mãn yêu cầu công nghệ sản xuất quy định.  Các phương pháp khử mặn hiện nay: tuỳ thuộc vào hàm lượng muối - Nước có hàm lượng muối dưới 2 ÷ 3 g/ι dùng theo phương pháp trao đổi ion - Nước có hàm lượng muối từ 2,5 ÷ 15 g/ι dùng theo phương pháp điện phân hay lọc qua màng lọc bán thấm. - Nước có hàm lượng ,muối lớn hơn 10 g/ι, dùng phương pháp chưng cất, đông lạnh, hay lọc qua màng bán thấm 111
  104. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ĐẶC BIỆT KHÁC: 1. Flo hóa nước: Khi nước cấp cho ăn uống sinh hoạt có hàm lượng flo < 0,5 mg/ι thì cần phải pha thêm flo vào nước. Để flo hóa có thể dùng các hóa chất sau: silíc florua natri, florua natri ; silíc florua amôni 2. Khử Flo trong nước: Trong nước ăn uống sinh hoạt, nếu hàm lượng flo lớn hơn giới hạn cho phép, sẽ sinh ra bệnh hỏng men răng. Vì vậy phải khử bớt flo trong nước. 3. Khử sunfua (H2S) và hyđrôsunfit (HS) trong nước: Dùng các phương pháp: clo hóa ; làm thoáng rồi clo hóa - axít hóa, làm thoáng - keo tụ - lọc. 4. Khử axít silic hòa tan trong nước: 2 − Để giảm hàm lượng phèn nhôm. SiO4 đến 3 ÷ 5 mg/ι, dùng keo tụ bằng phèn sắt 2- hoặc Để giảm hàm lượng SiO3 đến 1 ÷ 1,5 mg/ι khi độ kiềm của nước ≤ 2 mgđι/ι, xử lý bằng magiê ôxít kiềm và phải đun nóng nước trên 350C. Để giảm hàm lượng 2- SiO3 đến 0,1 ÷ 0,3 mg/ι thì lọc nước qua chất hấp thụ ôxít magiê theo sơ đồ 2 bậc 5. Khử ôxi hòa tan: Phun nước trong chân không. Liên kết giữa ôxi hòa tan và chất khử. 112
  105. Xử lý nước sinh hoạt bị đục • Nước đi qua vòi sen để tạo mưa (hạt nhỏ - khỏi làm sói mòn lớp cát trên cùng). Qua lớp cát trên cùng, nước đã được lọc sơ các loại bụi bẩn, sinh vật, phèn. Nước sẽ thấm qua lớp than hoạt tính hấp phụ các chất độc hại, các loại vi sinh vật nguy hiểm và trung hòa các khoáng chất khó hoàn tan trong nước. Nước tiếp tục thấm qua lớp cát lớn, lớp sỏi nhỏ và lớp sỏi lớn nhất để đi ra bể chứa nước sạch. • Sử dụng ống nước bằng nhựa, có khoan lỗ đường kính khoảng 5 li (0,5 cm) dọc thân ống, còn đầu ống phía trong được bịt lại. Nước sẽ thấm qua các lỗ nhỏ rải đều trên ống chứ không chảy trực tiếp vào đầu ống. Tránh ống bị nghẹt và lượng nước vào ống đều hơn. • Tất cả vật liệu cho vào bể nước (ngoại trừ than hoạt tính) như cát, sỏi, đều được rửa sạch trước. • Tùy theo điều kiện thực tế và tình trạng nguồn nước, cứ 3-6 tháng, phải lọc bỏ lớp phèn đóng trên bề mặt lớp cát trên cùng bằng cách: khuấy đều lớp nước mặt (để nước khoảng 2-3 cm), rồi mở van xả phèn phía trên.Tất cả lớp phèn đọng sẽ bị trôi ra ngoài. Làm lại một hai lần để nước sạch hoàn toàn. • Nếu nước nhiễm bẩn, nhiễm phèn quá nặng, nên thay lớp cát trên cùng sau vài tháng sử dụng Lưu ý khi thay cát, nhớ nạo từ từ, đừng để ảnh hướng đến lớp than hoạt tính phía dưới (vì nó còn được sử dụng lâu dài). Sau 9 tháng đến 1 năm, nên thay toàn bộ cát và than hoạt tính. 113
  106. Xử lý nước sinh hoạt bị đục 114
  107. Tài liệu tham khảo 1. Nguyễn Thị Thu Thủy. Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp. Nxb. KH&KT. Hà Nội 2006 2. Trần Ngọc Lan - Giáo trình Hoá học nước tự nhiên, nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, 2007 3. Trần Văn Quy, Tập bài giảng Ô nhiễm nước tự nhiên và biện pháp xử lý 4. Abel, P.D. Water pollution biology. CRC Press, 1996. 5. Bartram, Jamie. Water quality monitoring: Practical guide to the design and implementaion of freshwater quality studies and monitoring programe. Spon Press, 1996 6. Nguyễn Thị Phương Loan - Giáo trình tài nguyên nước. ĐHQG Hà Nội, 2004 115
  108. TÀI LIỆU THAM KHẢO [5]. Lê Trình. Quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường nước, NXB KH&KT (1997). [8]. Anil Kumar De. Environmental Chemistry, Wiley Eastern Ltd, 2nd ed. (1989). [11]. Howard S. Peavy, Donald R. Rowe, George Tchobanoglous. Environmental Engineering, McGraw-Hill Book Co., 1st ed. (1985). [15]. Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal, and Reuse, McGraw-Hill, Inc., 3rd ed. (1991). 116
  109. Hóa chất BVTV là những hợp chất có nguồn gốc tự nhiên hay chất tổng hợp nhân tạo được dùng để phòng trừ các sinh vật hại cây trồng 118
  110. Sau khi sử dụng thuốc cũn lại, vỏ bao bỡ được vứt bừa bói trờn đồng ruộng, kờnh mương làm ụ nhiễm MT. Đõy là mối nguy hiểm tiềm tàng cho sức khoẻ con người. 120
  111. NƯỚC SẠCH VÀ VỆ SINH MễI TRƯỜNG Nhà tiờu 121
  112. Hiện trạng sử dụng nước sạch Cho đến thời điểm hiện nay, vẫn còn trên 60% dân số nông thôn chưa có nước sạch để dùng. Nước mặt ở các sông, hồ, suối, ao đã nhiễm bẩn, nhiễm mặn. Tình hình khô hạn, thiếu nước SX đang diễn ra gay gắt. 122