Thiết kế dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm

hồ và nước ngầm, băng ở các cực của trái đất chiếm thể tích khoảng 25 triệu km3 cũng là nước ngọt. Cuối cùng có 50.000 km3nước trong khí quyển có dạng hơi và mây. lượng nước hoá hơi hằng năm khoảng 500.000 km3 và quay trở lại. Các lục địa khoảng 120.000 km3/năm. Hiện nay nước sử dụng trong công nghiệp nông nông nghiệp và sinh hoạt chiếm 250m3/năm cho một đầu người. - Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao hụt và ô nhiễm dẫn. Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn cấp để có được đủ số lượng và đảm bảo chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất công nghiệp cho chính mình và giải quyết hậu quả của chính mình. Tổng quan về một vùng tuần hoàn nước cấp được trình bày ở hình 1-1, trong đó người ta khai thác nước từ nước tự nhiên (chủ yếu là nước ngầm và nước bề mặt) dùng các biện pháp lý hoá, sinh để xử lý nhằm đạt được lượng và chất lượng nước mong muốn, sau đó cấp đều hệ thống phân phối cho người tiêu dùng. Nước sau khi sử dụng để thu gom và xử lý ở hệ thống xử lý nước thải, rồi thả vào các nguồn nước tự nhiên, thực hiện vòng tuần hoàn mới Các nguồn nước tự nhiên Khai thác và xử lý Phân phối và sử dụng Thu gom và xử lý Hình 1-1: tổng quan vòng tuần hoàn nước cấp. Tuỳ thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức độ sinh hoạt cao thấp của mỗi cộng đồng mà nhu cầu về nước với chất lượng khác nhau cũng rất khác nhau. ở các nước phát triển nhu cầu về nước có thể gặp nhiều lần so với các nước đang phát triển. Việt nam nằm ở vùng nhiệt đới, có khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều, nhiều sông suối với lưu lượng lớn.Nước ngầm cũng khá phong phú , hầu như ở đau cũng có nguồn nước này. Ngày nay khi nền kinh tế càng phát triển với tốc độ đô thị hoá ngày càng nhanh, các nguồn nước càng dễ tiếp nhận các chất ô nhiễm. Nguồn gốc chất ô nhiễm có rất nhiều. Đó là các loại rác thải, nước thải từ thành phố, từ các khu công nghiệp, khu khai khoáng, từ bệnh viện, từ khu chăn nuôi. Nói chung, dân số càng tăng, các hoạt động kinh tế càng phát triển thì nguy cơ thiếu nước sạch càng tăng. Do đó, để bảo đảm tiêu chuẩn về sức khoẻ và vệ sinh, nước dùng cho mục đích sinh hoạt của nhân dân bắt buộc phải qua các quá trình xử lý. ở Hà Nội, nguồn nước mặt khá phong phú với lắm sông, nhiều hồ, nhưng bị ô nhiễm nặng nề. Vì thế, nếu dùng nước mặt để xử lý nước làm nước uống thì sẽ rất tốn kém về mặt kinh tế. Do nguyên nhân trên mà hiện nay, tất cả các nhà máy nước ở Hà Nội đều dùng nước ngầm để xử lý. Phần I: Tài nguyên nước ở Việt Nam Tài nguyên nước phân bố rất rộng rãi trên địa cầu. Nó có mặt ở tất cả các quyền của trái đất như khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển và nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển tự nhiên và đời sống trên hành tinh của chúng ta. Cuộc sống của con người, các hoạt động kinh tế xã hội và văn hoá của xã hội ngày nay có liên quan rất chặt chẽ với tài nguyên nước. Thiếu nước không một ngành kinh tế nào có thể phát triển được. Không có nước thì không có sự sống trên trái đất. Không có nước thì không có sự sống trên trái đất. Hơn 2/3 trọng lượng cơ thể sống là nước, còn các vi sinh vật sống trong môi trường nước thì tỷ lệ đó là 99%. Nước chiếm 44% trọng lượng cơ thể con người. “Nước được coi là khoáng sản quý hơn tất cả các loại khoáng sản”. Nó liên quan chặt chẽ tới các quá trình địa chất xảy ra trong vỏ trái đất. Có thể khẳng định chắc chắn rằng, nước là nhân tố quyết định sự phát triển nền văn minh nhân loại trên trái đất. Với trình độ phát triển của nền văn minh hiện đại, ngày nay, trên trái đất, mặc dù con người đã chế tạo ra nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau có thể thay thế được, riêng nước chưa có gì thay thế được. Tuy nhiên, hiện nay sự khan hiếm và lạm dụng nước dẫn đến một sự đe doạ nghiêm trọng và ngày một gia tăng đối với sự phát triển lâu bền và bảo vệ môi trường. Sức khỏe và hạnh phúc của loài người, chất lượng của lương thực, thực phẩm, sự phát triển của công nghiệp và hệ sinh thái mà trong đó con người phụ thuộc… tất cả đều đang bị đe doạ chỉ trừ khi tài nguyên nước được quy hoạch, quản lý và sử dụng hữu hiệu hơn. Tài nguyên nước của Việt Nam bao gồm nước mưa, nước mặt (nước ao hồ, sông, ngòi…), nước dưới đất (kể cả nước khoáng, nước nóng…) và nước biển. Tài nguyên nước trên lãnh thổ Việt Nam rất phong phú, nhưng chúng phân bố không đều theo không gian và thời gian. Chính vì vậy việc cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt và phát triển kinh tế dân sinh gặp không ít khó khăn. Một đặc điểm đáng lưu ý là với đường bờ biển dài trên 3200 km, hầu hết các thành phố lớn của Việt Nam nằm sát biển hoặc cách không xa bờ biển, vấn đề cung cấp nước có chất lượng tốt cho sinh hoạt và công nghiệp là vấn đề phức tạp đòi hỏi phải có sự nghiên cứu kỹ lưỡng về quy định phân bố của tài nguyên nước, nhất là tài nguyên nước ngầm… Mặt khác ở lãnh thổ Việt nam, đã quán sát thấy sự nhiễm bẩn, nhiễm mặt và cạn kiệt tài nguyên nước. Đánh giá đúng thực trạng tài nguyên nước phân bố ở lãnh thổ Việt Nam theo thời gian cũng như theo không gian, chất lượng và trữ lượng của chúng, cũng như khả năng khai thác chúng phục vụ cho cuộc sống của con người và phát triển kinh tế xã hội là vấn đề rất quan trọng và cấp bách. I.1 Nước ngầm ở Việt nam I.1.1. Chu trình của nước trong tự nhiên. Dưới tác dung của năng lượng mặt trời thì nước từ các đại dương, ao, hồ, sông, suối,… bay hơi kết lại thành mây. Mây được gió di chuyển vào các vùng đất liền, đồng thời sự thoát hơi nước của các loại động, thực vật cũng tạo thành trong không khí một độ ẩm nhất định. Khi lạnh, hơi nước ngưng tụ thành giọt và rơi xuống tức là mưa. Nước mưa, nước ao hồ lại thấm vào lòng đất tạo nên nguồn nước ngầm. Nước mưa, nước ao hồ lại thấm vào lòng đất tạo nên nguồn nước ngầm. Nước ngầm do con người khai thác lại được trả về bề mặt. ở đó nước bay hơi do năng lượng mặt trời lại tạo lên mâu, mưa… Nước biển tuy không sử dụng trực tiếp được để làm nước sinh hoạt nhưng lại là nguồn chủ yếu cung cấp hơi nước để tạo nên mây mưa. Đó là chu trình tuần hoàn của nước trong tự nhiên nhưng đồng thời cũng là mối quan hệ mật thiết giữa các nguồn nước. I.1.2. Tính chất nước ngầm. Nước ngầm được dự trữ trong phần xốp của bề mặt trái đất hoặc trong các kẽ nứt của đá. Nước này có khả năng di chuyển tạo thành mạch ngầm. Mức nước ngầm tuỳ thuộc vào địa hình, lượng mưa và nước sông. Hầu hết mọi nơi đều có nước ngầm, chất lượng của nước ngầm thì phụ thuộc vào thành phần đất đá tại đó và độ sâu của mạch nước. Nét đặc biệt của nước ngầm là chứa ít chất hữu cơ nhưng có thể nhiều sắt, mangan và một vài nguyên tố khác. Các thông số cơ bản của nước ngầm: a. Chất lượng về vi sinh vật. Đó là loại và mật độ các vi khuẩn gây bệnh và các vi sinh vật có nguồn gốc chủ yếu từ phân người, súc vật và các chất hữu cơ thối rữa, để đặc trưng cho thông số này, người ta thường dùng các đại lượng như tổng vi khuẩn hiếu khí (TVKHK) tổng Coliform, E.coli. b. Lượng oxy hoà tan DO. Dựa theo tiêu chuẩn này, phân ra hai loại nước ngầm cơ bản: - Nước ngầm chủ yếm khí: lượng oxy trong nước giảm dần qua quá trình thấm vào đất. Khi lượng oxy (chất nhận điện tử) hoàn toàn bị tiêu hao một số hợp chất khác có thể sẽ nhận, điện tử tạo thành các chất hoà tan như Fe2+, Mn2+, thậm chí có sự chuyển đổi NO3- thành NH4+, SO42- thành H2S thành CH4. - Nước ngầm hiếu khí: trong loại nước ngầm này không thể xẩy ra biến đổi các chất như ở nước ngầm yếm khí. c.Sắt. Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hoà tan của các muối Bicabonat, clorua, đôi khi dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic. Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy hoá, sắt (II) bị oxy hoá thành sắt (III) và kết tủa ở dạng bông cặn Fe(OH)3 màu đỏ nâu. Với hàm lượng sắt lớn hơn 0,5mg/l, nước đã có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm lỏng sản phẩm của các ngành dệt, sản xuất giấy, phim ảnh, đồ hộp. Các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc làm giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước. d. Mangan: Cũng như Fe(II), Mn thường có trong nước ngầm, nhưng với hàm lượng nhỏ hơn, ít khi vượt quá 2mgl. Tuy vậy với hàm lượng Mn trong nước lớn hơn 0,5 mg/l sẽ gây nhiều trở ngại trong việc sử dụng, giống như khi nước chứa sắt có hàm lượng cao. e. Amoniac: Quá trình phân các chất hữu cơ, phân rác trong tự nhiên tạo thành amoniac, nitrit và nitrat. Do đó các hợp chất này thường được xem như là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi mới bị nhiễm bẩn bởi nước thải, trong nước có cả amoniac, nitrat, nitrit. Sau một thời gian amoniac, nitrit bị oxy biến thành nitrat. - Nếu nước chứa NH3 và nitơ hữu cơ thì được coi là bị nhiễm bẩn nặng. - Nếu chủ yếu là NO2 thì nước đã bị ô nhiễm thời gian dài hơn, ít nguy hiểm hơn. - Nếu chủ yếu là NO3 thì quá trình oxy hoá đã kết thúc, không còn nguy hiểm nữa. Khi ở điều kiện yếm khí NO3 nhanh chóng bị khử thành N2. Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón nhân tạo cũng làm cho hàm lượng amoniac trong nước tự nhiên tăng lên, trong nước ngầm hay gặp nitrit và amoniac. Amoniac là chất gây nhiễm bẩn trầm trọng cho nước, ảnh hưởng tới đời sống cá nhân. Quá trình oxy hoá xảy ra như sau: Protein đ NH3 Û NO2- Û NO3- đ N2 ôxy hoá nitrobacter Nitrosomonas Quá trình khử nitơ g. H2S và CH4: H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, phân rác, H2S làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu, với nồng độ cao nó có tính ăn mòn vật liệu. CH4 là sản phẩm phân huỷ yếm khí chất hữu cơ. h. Hợp chất hữu cơ gây nên độ màu: Màu của nước do các chất bẩn có trong nước tạo lên. các hợp chất sắt không hoà tan làm cho nước có màu đỏ, các chất mùn humic gây ra mầu vàng, còn các loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước thải hoạt và công nghiệp tạo ra mầu xám hoặc đen cho nước. i. Độ cứng - các hợp chất của axit cacbonic - pH- tính ổn định. - Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng canxi, magiê có trong nước. Dùng nước có độ cứng cao cho sinh hoạt gây lãnh phí xà phòng do canxi và magiê trong nước cứng có thể tham gia các phản ứng kết tủa khác nhau gây nên trở ngại cho các quy trình sản xuất. - Các hợp chất của axit cacbonic. Các hợp chất này có một vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên. Chúng có thể tồn tại dưới dạng phân tử không phân ly của H2CO3, phân tử CO2 hoà tan, dạng phân ly thành ion HCO3- , CO3-. - pH: Trong môi trường riêng của mình, một phần các phân tử phân ly theo phương trình: H2O Û H+ + OH- . Nồng độ các ion H+ và OH- là những đại lượng biểu thị tính chất kiềm, axit của nước. Sự tương quan giữa nồng độ các ion H+ và OH- được biểu thị bằng biểu thức. KW = [H+] .[OH-] Trong đó: KW: tích số ion của nước. Nước tinh khiết ở nhiệt độ 250C có nồng độ ion H+ bằng nồng độ ion OH- [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l Trong thực tế tính axit cũng như tính kiềm của nước ít khi được biểu thị bằng nồng độ các ion H+ và OH- theo mol/l bằng đại lượng pH. Đại lượng pH có giá trị tính theo phương trình sau: pH= -lg[H+] Tính chất của nước được xác định theo các giá trị pH khác nhau. Khi pH = 7 nước có tính trung tính. pH < 7 nước có tính axit. pH> 7 nước có tính kiềm I.1.3. Trữ lượng nước ngầm ở Việt Nam. 1- Trữ lượng động thiên nhiên nước dưới đất. Tiềm năng nước dưới đất ở nước ta khá lớn, tổng trữ lượng động thiên nhiên toàn lãnh thổ chưa kể phần hải đảo là 1.513, 445 m3/s. Tuy nhiên chúng phân bố không đều theo các miền địa chất thuỷ văn cũng như các thành hệ địa chất khác nhau. Thí dụ: trữ lượng động thiên nhiên của miền địa chất thuỷ văn Bắc Trung Bộ lên tới 466,99m3/s, của miền địa chất thuỷ văn Nam trung bộ là 318,85 m3/s, như vậy so với tổng trữ lượng động thiên nhiên toàn lãnh thổ hai miền trên chiếm tương ứng bằng 31% và 21%. Xét theo các thành hệ địa chất, trữ lượng động thiên nhiên trong các thành tạo bở rời là 389,915 m3/s, trong các thành tạo Cacbonat 76,09m3/s, trong các thành tạo phun trào là 66,992m3/s. Cần lưu ý rằng, trữ lượng động thiên nhiên của nước dưới đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện địa lý tự nhiên (lượng mưa, bốc hơi), địa hình, thảm thực vật… và điều kiện địa chất thuỷ văn, do đó các kết quả khảo sát ở trên chưa thể đặc trưng hoàn toàn cho mức độ giàu nước và khả năng khai thác nước dưới đất ở các miền địa chất thuỷ văn cũng như các thành hệ địa chất của lãnh thổ. 2- Trữ lượng khai thác nước dưới đất. Trữ lượng nước khai thác dưới đất được tính bằng mét khối trong một ngày đêm có thể thu được các công trình lấy nước một cách hợp lý về mặt kinh tế - kỹ thuật với chế độ khai thác nhất định và chất lượng nước đáp ứng nhu cầu sử dụng trong thời gian tính toán sử dụng nước. Trữ lượng khai thác nước dưới đất được đánh giá trên cơ sở các kết quả tìm kiếm thăm dò ở 150 vùng trong toàn quốc chủ yếu do Tổng cục Mỏ - Địa chất tiến hành và được thống kê theo từng thành hệ địa chất (tính đến tháng 12/ 1989). Người ta chia thành các cấp trữ lượng. - Cấp A + B là trữ lượng đã được thăm dò tỉ mỉ có thể đưa vào khai thác được ngay. - Cấp C1 là trữ lượng chưa được thăm dò chi tiết, mới ở giai đoạn tìm kiếm. - Cấp C2 là trữ lượng mới được thăm dò sơ bộ, muốn đưa vào khai thác cần được điều tra tỉ mỉ hơn. Phần lớn trữ lượng khai thác được tìm kiếm thăm dò trong các phức hệ chứa nước trầm tích aluvi 855.000m3/ngày (cấp A + B) tức là 71% tổng trữ lượng khai thác cấp công nghiệp trên toàn lãnh thổ. Tiếp đến là trữ lượng nước dưới đất trong các thành hệ đá cacbonat 138.000m3/ngày (11%). Còn trữ lượng nước dưới đất trong các biến chất chiếm tỉ lệ không đáng kể (8.600 m3/ngày - chiếm 0,7%), một phần bản thân các đá này nghèo nước, một phần vì công tác tìm kiếm thăm dò nước dưới đất trong đối tượng này còn ít. Với cấp C2 đạt gần 15 triệu m3/ngày, cho phép chúng ta khẳng định rằng, nguồn dự trữ nước ngầm lãnh thổ Việt nam khá dồi dào. Đồng thời với cấp C1 đạt 2,7 triệu m3/ngày có thể nâng cấp công nghiệp để thiết kế mở rộng và nâng công suất của các công trình khai thác trong thời gian tới. Trên cơ sở cấp trữ lượng khai thác (A + B) đạt 1,2 triệu m3/ngày có thể thiết kế trực tiếp các công trình khai thác nước tập trung. Mặc dù trữ lượng nước dưới đất được thăm dò khá lớn, nhưng chúng ta vẫn chưa đưa được vào khai thác, sử dụng triệt để. Trong thời gian qua, các địa bàn thăm dò nước dưới đất chủ yếu được tiến hành ở các thành phố, thị xã lớn, các trung tâm công nghiệp tập trung như: Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Thái Nguyên, Việt Trì, Phổ Yên (Bắc Thái), Phả Lại, Bỉm Sơn, Thanh Hoá, Vinh, Biên Hoà, thành phố Hồ Chí Minh, Buôn Mê Thuột, và một số khu kinh tế mới, nông trường trọng điểm của Tây Bắc, Ba Vì, Đồng Giao, Phủ Quỳ, Vĩnh Linh, Tây Nguyên, Thuận Hải, Đông Nam Bộ, đồng bằng sông Cửu Long. Nước dưới đất trong các đới đứt gẫy kiến tạo trẻ và trong các trần tích lục nguyên. Tuy nhiên để hiệu quả khoan khai thác thành công cần chú ý đến các thành phần thạch học của các đối tượng chứa nước và địa hình phân bố của chúng. I.2 Các nguồn nước khác ở Việt nam và mối quan hệ với nước ngầm. I.2.1 Nước mưa 1.Vai trò của nước mưa đối với cuộc sống và phát triển kinh tế dân sinh. * Mặt tích cực nước mưa đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống của con người và phát triển dân sinh. Mưa là một mắt xích quan trọng và không thể thiếu được của vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên. Nhờ có mưa mà nguồn nước mặt, nước ngầm, và trong lớp phủ thổ nhưỡng được bổ cập thường xuyên. Đối với các núi và cao nguyên, nước mưa là nguồn nước sinh quan trong, là nguồn nước bổ sung cho nước ngầm và nước sông, ở nước ta, 50% lượng nước mưa đã sinh ra dòng chảy sông ngòi và đạt 324km3/năm. Nước mưa có tầm quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp. Mưa thuận gió hoà nông nghiệp phát triển, năng suất cây trồng tăng cao. Mưa thường xuyên tạo điều kiện cho độ ẩm trong thổ nhưỡng tăng lên và duy trì, giúp cho cây trồng tồn tại và phát triển. * Mặt tiêu cực. Tính bất thường của mưa trên lãnh thổ Việt nam đã kéo theo sự không ổn định của chế độ thủy văn, mưa nhiều gây lũ nghiêm trọng, mưa ít gây bệnh hạn hán đều ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống, đến sự phát triển kinh tế dân sinh. Thí dụ: Năm 1990, mưa bão làm chết 350 người, bị thương 942 người, 170.000 ngôi nhà bị đổ và hư hại, 173.000 ha bị ngập, có 46.000 ha mất trắng, nhiều công trình thủy lợi bị hư hại nặng, ước tính thiệt hại khoảng 20 tỷ đồng. Năm 1983, cả nước bị hạn: miền Bắc có 42 ngày liên tục ít mưa, miền Nam 120 ngày, tây Nguyên 43- ngày ít mưa, gây hạn hán kéo dài ảnh hưởng nghiêm trọng đến phát triển và đời sống. Rõ ràng, mưa đóng vai trò rất lớn đối với cuộc sống và phát triển kinh tế dân sinh, đồng mưa quá nhiều hoặc quá ít sẽ có tác dụng rất lớn không chỉ sống mà còn gây những tổn thất đáng kể về kinh tế. 2. Sự phân bố nước mưa trên lãnh thổ Việt nam. Theo bản đồ phân bố lượng mưa hàng năm của toàn thế giới, Việt Nam có thể xếp vào khu vực lượng mưa phần lớn trên lãnh thổ từ 750 đến 3.200 mm. Đó là lượng nước do hoàn lưu gió mùa gây ra. Lượng mưa trung bình ở Việt Nam theo bản đồ phân bố mưa là 1,960 mm, gấp 2,6 lần lượng mưa trung bình toàn lục địa. Mưa ở Việt Nam là mưa ở vùng nhiệt đới, có tính mùa rõ rệt: - Một mùa mưa nhiều: từ tháng 4-5 đến tháng 10 - 11. - Một mùa mưa ít: từ tháng 11 - 12 năm trước đến tháng 3- 4 năm sau. Riêng vùng duyên hải Trung bộ, do tác dụng độc đáo của dãy núi Trường Sơn nên mùa mưa bắt đầu muộn hơn vào các tháng 8- 9 và kết thúc vào các tháng 12 -1. Địa hình Việt Nam phần lớn là đồi núi, với 80% diện tích có độ cao từ 300m trở nên, đó là nhân tố quan trọng gây ra mưa. Những sườn núi đón gió, mang ẩm là nơi thường có mưa lớn, còn những nơi khuất gió là nơi có lượng mưa bé, nhiều nơi có lượng mưa đạt đến 4.000 - 5.000 mm, nhưng lại có nơi mưa chỉ đạt dưới 1.000 mm, chênh lệch lượng mưa giữa vùng và giữa vùng có lượng mưa lớn và vùng có lượng mưa bé đạt tới 7 - 8 lần. I.2.2 Nước mặt. 1. Hệ thống sông ngòi ở Việt Nam. Hệ thống sông ngòi ở Việt nam tuy khá dày, nhưng phân bố không đều và đa số là các sông nhỏ và vừa. Nếu chỉ tính các sông suôí dài từ 10 km trở lên thì nước ta có khoảng 2.500 sông, trong đó có 85 đến 0% là các sông có diện tích lưu vực 500km2 trở xuống. Dọc bờ biển trung bình cứ khoảng 20 km lại có một cửa sông. Các vùng có mật độ sông rất dày từ 1,5 km đến 2,0 km/km2 trùng với các vùng có lượng mưa lớn, như các vùng núi cao. Mật độ hình dạng của mạng lưới sông suối ở nước ta đã tạo điều kiện cho giao thông đường thuỷ phát triển thuận lợi, và rất nhiều thành phố, thị xã, thị trấn đã hình thành trên các bờ dòng sông. Một số sông chính ở Việt Nam có diện tích lưu vực trên 10.00 km2 như sau: Bảng 1- 1: Lượng dòng chảy mặt của các sông. TT Hệ thống Diện tích lưu vực (km2) Chiều dài sông (km) Lượng nước sông (km3) Toàn bộ Trong nước Toàn bộ Trong nước Toàn bộ Trong nước 1 Bằng - Kỳ cùng 12.880 10.902 249 243 8,92 7,19 2 Hồng - Thái Bình 168.700 86.500 1.126 556 137 93,0 3 Mã - Chu 28.400 17.600 512 410 20,1 15,76 4 Cả 27.200 17.730 530 360 24,2 19,46 5 Thu Bồn 10.350 10.350 205 205 19,3 19,3 6 Ba 13.800 13.800 338 388 10,36 10,36 7 Đồng Nai 44.100 37.400 635 635 30,6 29,2 8 Mê Kông 795.000 71.000 5.200 230* 520 20.5* Cả nước 331.689 880 324 * Không tính ở Tây Nguyên. 2- Quan hệ giữa nước sông và nước dưới đất. Nước sông và nước dưới đất ở lãnh thổ Việt Nam có mối quan hệ rất chặt chẽ. Về mùa mưa, khi mực nước sông dâng cao, nước sông là nguồn cung cấp chủ yếu cho nước ngầm và ngược lại về mùa khô, chính nước ngầm lại là nguồn cung cấp cho nước sông. Đặc biệt, tại một số nơi ở đồng bằng Bắc Bộ, nhất là tại các vùng sông Hồng, sông Đuống chảy qua, có nhiều nơi tồn tại các “cửa sổ địa chất thuỷ văn”, là những nơi rất thuận tiện cho việc nước sông cung cấp cho nước ngầm (ví dụ: sông Hồng tại bến phà Đen ở mặt cắt thị xã Sơn Tây hoặc ở chân cầu Long Biên, và sông Đuống ở ngang đoạn cầu Đuống và ở Đáp Cầu). Điều đáng chú ý là trong các vùng ven sông, dao động mực nước ngầm thường có cùng chu kỳ với dao động mực nước sông ở các lỗ khoan quan trắc gần sông Hồng (cách sông Hồng 500m) đồ thị dao động mực nước sông và mực nước dưới đất là những hình đồng dạng phối cảnh, ở đồng bằng Bắc bộ, nước ngầm tồn tại trong các thành tạo bờ rời của các sông già thường có nguồn bổ cập chủ yếu là nước sông. Chính vì vậy, mực nước ngầm dao động mạnh theo mùa. Biên độ dao động mực nước đạt đến 3-4 m, nhất là ở vùng ven sông, mực nước dao động với biên độ lớn hơn. Điều đáng chú ý là, hầu hết các vùng ven biển nước ta, cũng như các vùng cửa sông ven biển, nước ngầm chẳng những có quan hệ thủy lực với nước biển mà cả nước sông, do ảnh hưởng của thuỷ triều nên nước ngầm ở dải ven biển thường có độ khoáng hoá rất cao nhiều khi đạt tới 15 - 16 g/l như ở vùng Hải Phòng, Tam Điệp, thành phố Vinh, Quảng Bình, Quảng Trị, Đà Nẵng. I.3 - Vấn đề ô nhiễm tài nguyên nước ở Việt nam. I.3.1. Hiện tượng nhiễm bẩn nước mặt: Hiện nay ở nước ta tuy công nghiệp phát triển chưa đạt được trình độ cao nhưng do nhiều hệ thống máy móc đã cũ kỹ, nhiều nhà máy không có hệ thống có hệ thống xử lý nước thải trước khi thải vào sông cho nên đã gây ô nhiễm bẩn nguồn nước sông khá nhiều. Khu công nghiệp Việt Trì hàng ngày xả xuống sông Hồng hàng chục nghìn mét khối nước thải của nhà máy hoá chất, thuốc trừ sâu, giấy, làm cho nước sông bị nhiễm bẩn kéo dài. Các chất gây ô nhiễm nước đều có hàm lượng rất cao, vượt quá giới hạn cho phép hàng chục lần cũng có khi hàng trăm lần làm cho các chết hàng loạt. Nhiều khu công nghiệp khác nhau cũng gây ô nhiễm năng cho nguồn nước mặt dẫn đến ô nhiễm nước ngầm như: Khu công nghiệp thành phố Thái Nguyên, thị xã Bắc giang, khu mỏ than Na Dương, các nhà máy giấy ở Thanh Hoá, Hà Nam Ninh, khu vực thành phố Hồ Chí Minh, khu công nghiệp Biên Hoà… Việc dùng thuốc trừ sâu, phân bón hoá học ở nước ta ngày một tăng, cũng gây ô nhiễm nặng cho nguồn nước mặt. Sự cần thiết phải quan trắc nước mặt cũng là cấp bách. Chính ô nhiễm nước mặt đã dẫn đến sự ô nhiễm nước ngầm ở nhiều nơi do tồn tại các “cửa sổ địa chất thủy vắn”. I.3.2. Hiện tượng ô nhiễm tài nguyên nước ngầm. Theo những kết quả nghiên cứu gần đây nhất cho thấy nước ngầm ở nhiều nơi đã bị ô nhiễm bởi các nguyên tố hoá học khác nhau. Tầng chứa nước chủ yếu ở đồng bằng Bắc Bộ hiện nay đã bị ô nhiễm bởi các chất: Mn, Hg, As, H2S, NO2, NH4 và cả ô nhiễm vi sinh. Đối với Hà Nội, về mùa khô, ở nhiều khu vực nước dưới đất có hàm lượng NO2> 1,0mg/l là nội thành Hà Nội, Hồ Tây, Mai Động, Gia Lâm, Thịnh Liệt, Yên Sở, Hoàng Văn Thụ. Khu vực có hàm lượng NH4 > 10 mg/l là ở Pháp Vân. Tình trạng ô nhiễm vi sinh ở nhà máy nước Ngô Sĩ Liên khá trầm trọng, có lúc hàm lượng Ecoli trong nước ngầm vượt quá tiêu chuẩn cho phép hàng nghìn lần. Ngoài ra tài nguyên nước dưới đất còn bị ô nhiễm ở nhiều nơi nhưng chưa có điều kiện nghiên cứu đến. Phần II: Lựa chọn công nghệ xử lý nước. II.1- Nguyên tắc chọn công nghệ xử lý nước. Lựa chọn CNXL nước phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô, yêu cầu chất lượng nước cấp và công suất trạm nước cấp cần xử lý. Hầu hết các chất bẩn trong nước có kích thước hạt từ milimet đến nanomet hoặc nhỏ hơn. Các hạt có kích thước nhỏ hơn gọi là hạt keo (10-4 - 10-6mm). Hệ kín virút, polyme sinh học và các phần tử lớn. Các hạt có kích thước nhỏ hơn 10-6mm là các chất hoà tan gồm có ion, các phần tử vô cơ đơn giản và các tổ hợp. Hình 2-1 đưa ra phương án lựa chọn quá trình xử lý dựa vào kích thước hạt. 10-5 10-4 10-3 10-1 10-2 1 10 102 103 104 105 10-8 10-7 10-6 10-4 10-5 10-3 10-2 10-1 1 10 102m Kết tủa Hoá học Chất vô cơ Lắng động - tuyển nổi Lọc - siêu lọc Keo tụ hoá học Chất vô cơ Ôxi hoá sinh học Chất vô cơ Trao đổi khí Dung dịch Keo lơ lửng Chất rắn lơ lửng và nổi Tách cơ học Hình 2-1: Phương án lựa chọn quá trình xử lý dựa vào kích thước hạt cặn có trong nước. Chất lượng của nguồn nước thay đổi theo vị trí và thời gian từ chỗ này đến chỗ khác, từ mùa này qua mùa khác hay thay đổi theo địa hình, khoáng chất mà nước chảy qua (nước ngầm). Do vậy CNXL nước và quá trình vận hành cũng phải thay đổi dựa vào tính chất lý, hoá, sinh của nước thô. Trong một nguồn nước người ta cố gắng giữ chất lượng nước đưa vào xử lý không thay đổi theo mùa bằng các quá trình xử lý sơ bộ. Các vấn đề cần được đề cập đến khi thiết kế quá trình xử lý nước bao gồm: chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn của nước sau xử lý. Dựa vào các số liệu đã có so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần tách gì ra khỏi nước, chọn các thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể, chọn hoá chất và liều lượng hoá chất cần dùng, tối ưu hoá các điều kiện vận hành cho từng bước xử lý và sắp xếp các bước xử lý cho thật hợp lý. Bảng II-1: Trình bày hiệu suât tách của các quá trình xử lý. Quá trình xử lý Các thông số Làm thoáng Keo tụ tạo bông Lọc cát Lắp nhanh Lọc cát chậm Clo hoá Do + 0 0 0 - - + CO2 + + + + + + 0 + + + + Giảm độ đục 0 + + + + + + + + + + 0 Giảm độ màu 0 + + + + + + + Khử mùi vị + + + + + + + + + Khử trùng 0 + + + + + + + + + + + + + Khử sắt, Mn + + + + + + + + + + + + 0 Khử tạp chất hữu cơ + + + + + + + + + + + + + + Ghi chú: + + + +: Tách triệt để +: Tách một phần + + + : Tách rất tốt 0: Không tách được. + +: tách tốt nhưng không hết -: ảnh hưởng ngược lại. Bảng II.2: Cho phân loại nước thô và quá trình xử lý kèm theo Loại Lượng cdiform trung bình Độ đục mg/l Độ màu mg Pt/Co Sắt Mg/l Tổng chất rắn Mg/l Clo Mg/l Độ cứng mg/l Phát triển tảo Khả năng xử lý tối thiểu tương ứng chất lượng nước thô Ví dụ nguồn 1 < 1 <25 <50 1,0 <1500 <600 <250 Không ảnh hưởng Không Suối được bảo vệ 2 < 2 <25 <50 1,0 <1500 - - - Clo hoá Suối 3 < 50 < 2 < 50 <25 <50 1,0 <1500 Vượt quá Xử lý hoá chất ban đầu và clo hoá Hồ xây 4 < 50 <25 <50 1,0 <1500 Không ảnh hưởng Tách sắt và clo hoá Nước ngầm 5 < 50 <25 <50 1,0 <1500 Lọc cất chậm và clo hoá Nước ngầm 6 < 1000 <50 <70 2,5 <1500 Xử lý ban đầu, lọc và clo hoá Suối từ trên núi 7 < 5000 <75 - 2,5 <1500 Xử lý ban đầu, lọc và clo hoá Nước hồ trong 8 < 2000 <250 - 2,5 <1500 Keo tụ lắng lọc, clo hoá 2 chiều và clo hoá Nước sông 9 < 2000 <250 - 2,5 <1500 Sục khí, khử khí, lắng lọc, clo hoá Sông, hồ ít oxy 10 < 2000 <250 - 2,5 <1500 Xử lý ban đầu, keo tụ lắng , lọc, clo hoá Nước đục 11 < 2000 <250 - 2,5 <1500 < 600 Keo tụ, lắng lọc làm mềm và clo hoá Nước sông II.2-Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt Nước cấp cho sinh hoạt phải không màu, không mùi vị, không chứa các chất độc hại, các vi trùng và tác nhân gây bệnh. Hàm lượng các chất hoà tan không được vượt quá giới hạn nguy hiểm. Theo tiêu chuẩn Việt Nam tài chính- 20 TCN, chất lượng nước cấp cho sinh hoạt phải có các chỉ tiêu chất lượng như ở bảng II- 3 dưới đây: Chỉ tiêu chất lượng Đối với đô thị Đối với nông thôn Độ trong Schneller, sm >30 > 25 Độ màu, thang màu cobait <10 <10 Hàm lượng cặn không tan Ê 3 Ê 20 Cặn sấy khô, mg/l < 103 < 103 Độ pH 6,5 á 8,5 6,5 á 9,5 Độ cứng toàn phần, dH < 12 < 15 Độ oxy hoá KMnO4, mg/l 0,5 á 2 2á 6 Hydro sunfua, mg/l 0 0 Amoniac, mg/l Nước mặt 0 0 Nước ngầm < 3 < 3 Clorua, mg/l 70 á 100 70 á 100 Nitrit, mg/l 0 0 Nitrat, mg/l < 8 < 8 Florua, mg/l 0,7 á 1,5 0,7 á 1,5 Indua, mg/l 0,005 á 0,007 0,005 á 0,007 Photphat, mg/l 1,2 á 2,5 1,2 á 2,5 Sunfat, mg/l 250 300 Canxi, mg/l 75á100 75á100 Sắt, mg/l Ê 0,3 Ê 0,5 Mangan, mg/l Ê 0,2 Ê 0,3 Đồng, mg/l < 3 < 3 Chì, mg/l < 0,1 < 0,1 Kẽm, mg/l < 5 < 5 Asen, mg/l < 0,05 < 0,05 Crôm, mg/l 0 0 Xianua, mg/l 0 0 Clo dư, mg/l 0,5 0,5 Chỉ số coli < 20 < 20 Vi khuẩn kị khí trong 1ml 0 0 II.3. Nguyên nhân chọn nước ngầm để xử lý II.3.1. Tình hình môi trường nước thành phố Hà Nội Hiện nay tại thành phố Hà nội nhu cầu sử dụng nước, cấp cho sinh hoạt cũng như công nghiệp rất lớn. Tuy nhiên lượng nước sạch cấo cho sinh hoạt nhất là về mùa hè đang thiếu trầm trọng. Hà Nội có các nguồn nước rất phong phú với hệ thống sông hồ dày đặc và trữ lượng nước ngầm theo điều tra khảo sát của Trung tâm nước sạch và Môi trường – Bộ nông nghiệp là rất lớn. Tuy nhiên, đối với nguồn nước mặt thì vài năm trở lại đây, với sự công nghiệp hoá, đô thị hoá nhanh chóng, mật độ dân số tăng nhanh nên đã bị ô nhiễm rất nhiều do các nguyên nhân khác nhau như nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp không hề qua qua xử lý mà đỡ thẳng vào các hồ chứa hay sông ngoài làm chúng hết khả năng tự làm sạch. Ngoài ra ở Hà Nội còn có nguồn nước mặt rất lớn là sông Hồng nhưng do không ổn định về lưu lượng cũng như chất lượng. Về mùa mưa lưu lượng quá lớn còn mùa hè có thể khô cạn lượng phù sa ở đây rất cao. Vì vậy xử lý nước này rất tốn kém mà hiệu quả xử lý không cao. II.3.2. Chất lượng nước ngầm của thành phố Hà Nội Qua các phân tích ở trên, ta thấy đối với Hà Nội sử dụng nguồn nước ngầm để xử lý nước cấp là tốt nhất. Theo khảo sát thăm dò của Bộ xây dựng thì ở độ sâu 100m nước ngầm ở thành phố Hà Nội có chất lượng như ở bảng sau: Bảng II- 4: Thông số chất lượng nước thô Đơn vị Giá trị + Nhiệt độ (T) + PH + Sắt (Fe2+) + Mangan (Mn2+) + Can xi (Ca2+) + Magiê (Mg2+) + NH4+ + Oxy (O2) + HCO3- + SO42- + Cl- + NO3- + PO43- + Độ trong + Độ đục 0C 0C mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l sm Co 20 7,5 3 0,6 160 12 0,2 0 427 64 30 0 2 15 25 II.3.3. So sánh đánh giá chất lượng nước ngầm và nước mặt . So sánh về chất lượng: Nguồn nước chủ yếu của nước bề mặt là nước sông ,chất lượng nước sông phụ thuộc vào các yếu tố xung quanh như mức độ phát triển công nghiệp ,mật độ dân số trong lưu vực ,hiệu quả quản lý các dòng thải vào sông . Ngoài ra ,chất lượng nước sông còn phụ thuộc vào điều kiện thuỷ và tốc độ dòng chảy ,thưòi gian lưu và thời tiết trong khu vực . Nơi có mật độ dân s._.ố cao ,công nghiệp phát triển mà công tác quản lý các dòng thải công nghiệp ,dòng thaỉ nước sinh hoạt không được chú trọng (Điển hình là thành phố Hà Nội ) Nên nước sông thường bị ô nhiễm bởi các chất độc hại ,các chất hữu cơ ô nhiễm … Ngoài ra lượng mưa nhiều ,điều kiện xói mòn ,phong hoá dễ dàng nên nước sông thường bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan ,độ đục cao do các chất huyền phù và các chất rắn ,chất mùn có trong nguồn nước . Không giống như nước bề mặt ,nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng các yếu tố tác động của con người .chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt rất nhiều .Trong nước ngầm hầu như không chứa rong tảo là những thứ rễ gây ô nhiễm nguồn nước . Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là những tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện điạ tầng ,thời tiết nắng mưa ,các quá trình phong hoá sinh hoá trong khu vực. ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất thải bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa thấm vào nguồn nước. Bảng II-5. Trình bày một số thành phần có trong nước ngầm, trong nước bề mặt và những điểm khác nhau giữa hai nguồn nước này. Thông số Nước bề mặt Nước ngầm Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định Hàm lượng chất rắn lơ lửng Thường cao và thay đổi theo mùa Thấp hoặc hầu như không có Chất khoáng hoàn toàn Thay đổi theo chất lượng đất, lượng mưa ít thay đổi, cao hơn nước bề mặt ở cùng một vùng Hàm lượng sắt (Fe+2) mangan (Mn+2) Rất thấp, trừ dưới đáy hồ Thường xuyên có Khí CO2 hoà tan Thường rất thấp hoặc gần bằng không Thường xuất hiện ở nồng độ cao Khí O2 bão hoà Thường gần bão hoà Thường không tồn tại KHí NH3 Xuất hiện ở các nguồn nước nhiễm bẩn Thường có Khí H2S Thường ở nồng độ trung bình Thường có ở nồng độ cao NO3- Thường thấp Thường có Các vi sinh vật Vi trùng là loại gây bệnh virút các loại và tảo Các vi trùng do sắt gây ra thường xuất hiện So sánh về kinh tế : Do nước bề mặt thường bị nhiễm bẩn nặng hơn nước ngầm, nên việc xử lý cũng khó khăn hơn. Dây chuyền bề mặt xử lý nước bề mặt thường là dài hơn và phức tạp hơn so với xử lý nước ngầm. Cụ thể là nước bề mặt thường có độ đục cao và chứa nhiều loại vi khuẩn gây bệnh nên phải có quá trình tiền xử lý. Quá trình này được thực hiện bằng việc đào các hố chứa. Nước bề mặt trước khi đưa đi xử lý sẽ được lưu lại trong hồ này một thời gian dài nhằm lắng hầu hết các ion kim loại nặng và các chất không thể tách được bằng quá trình keo tụ như : Co, Ni, CN- , Pb, Cd,v.v…, giảm hàm lượng các chất hữu cơ và vô cơ có kích thước bé. Trong hồ này, để hạn chế sự phát triển của tảo người ta thổi khí bằng cách bơm khí xuống đáy hồ tại một số điểm. Việc đào hồ đòi hỏi nhiều công sức và rất tốn kém, thời gian lưu của nước trong hồ phải tương đối dài. Do đó giá thành cho một 1m3 nước sạch được xử lý từ nước bề mặt sẽ tăng lên. Đối với nước bề mặt, thường phải có quá trình khử trùng ban đầu để khử phenol mà keo tụ không thể được, giảm nồng độ tảo trong nước để tăng hiệu suất tách trong quá trình lọc tiếp theo, giảm lượng tích tụ cặn bẩn trong cột lọc, tăng cường độ quá trình keo tụ tạo bông với các chất như đất, vi trùng, tảo, chất mùn. Mặt khác quá trình khử trùng ban đầu này không nên dùng Clo thì nó sẽ kết hợp với các chất hữu cơ tạo thành các chất độc gây bệnh ung thư. Vì thế hiện nay trên thế giới người ta thường dùng ozon cho quá trình tiền xử lý. Tuy nhiên ở Việt Nam, nếu dùng ozon thì sẽ là quá tốn kém, giá nước vì thế sẽ phải tăng lên rất nhiều, buộc nhà nước phải chi phí trợ giá nhiều hơn cho người dân. Điều này là rất khó khăn khi nước ta vẫn còn là một nước nghèo. Ngoài ra trong quá trình xử lý tiếp theo của nước bề mặt thông thường phải có công đoạn keo tụ tạo bông bởi cóđộ đục cao. Tóm lại, vì lý do kinh tế nên nước ta vẫn chủ yếu dùng nước ngầm để xử lý làm nước sạch. Tuy nhiên, do có sự nhiễm mặn nước dưới đất và sự suy thoái cũng như lún sụt đất khi khai thác nước nên đã có một số vùng phải dùng song song nước ngầm và nước mặt. Trong tương lai gần, ở nước ta vẫn chủ yếu dùng nước ngầm bởi các tính ưu việt hơn so với nước mặt khi khai thác và xử lý. II.2.4. Đánh giá CL nước thô 1. Kiểm tra sự phù hợp về cân bằng điện tích của các thành phần trong nước ngầm đã cho: Việc kiểm tra này được tiến hành dựa trên nguyên tắc tổng đương lượng các ion dương bằng tổng đương lượng các ion âm. Như vậy dựa vào chất lượng nước đã cho phải kiểm tra sự cân bằng của phương trình: T+ = T- (XII-1) Trong đó: T+ - Tổng đương lượng các ion dương ở đây : là hàm lượng của ion dương Men+ thứ i trong nước thô là đương lượng gam của ion dương Men+ thứ i k- số các ion dương T - tổng đương lượng các ion âm ở đây - là hàm lượng của ion âm Rn - thứ j trong nước thô là đương lượng gam của ion âm Rn – thứ j l – số các ion âm Các thông số của phương trình trên đã biết, cụ thể là: Với đã cho trong chất lượng nước thô Với đã cho trong chất lượng nước thô Thay các giá trị trên vào vế trái và vế phải của phương trình (1-1) ta có: mgđl/l mgđl/l Như vậy thấy rằng T+ = T- , nên các chỉ tiêu về chất lượng nước thô đã cho là hợp lý về mặt cân bằng điện tích. 2. Xác định hàm lượng CO2 tự do trong nước Khi pH <8,4 thì trong nước bao giờ cũng có một lượng CO2 tồn tại tương ứng với lượng ion HCO3- có trong đó. Lượng CO2 đó gọi là lượng CO2 tự do, được tính theo công thức: [CO2] = Trong đó: K: độ kiềm của nước nguồn, K = [HCO3-] = 427/61 = 7mgđl/l m: Lực ion của dung dịch, khi tổng hàm lượng muối < 1000mg/l thì m = 0,022 K1: Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic, ở 200C, K1 = 4,05.10-7 [CO2] = 3. Xác định độ cứng toàn phần của nước thô Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi và magiê có trong nước và được xác định theo công thức: C0 = mgđl/l Đổi đơn vị đo: 1mgđl/l = 2,80dH (độ Đức) C0 = 9.2,8 = 25,20dH > 120dH (chỉ tiêu nước cấp) Vậy so với tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt thì ta phải làm giảm độ cứng của nước thô. 4. Nhận xét về hàm lượng sắt, mangan và các ion khác trong nước thô So sánh giữa hàm lượng các chất có trong nước ngầm với tiêu chuẩn của Việt Nam thì thấy rắng hàm lượng sắt và mangan đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước sinh hoạt. Do vậy ta phải xử lý sắt và mangan Các thành phần khác có hàm lượng thoả mãn chỉ tiêu cho phép. II.2.5. Lựa chọn CNXL Từ các nhận xét trên, rút ra kết luận như sau: công nghệ xử lý thiết kế phải thực hiện được 2 nhiệm vụ chính là: Giảm độ cứng Khử sắt và mangan Ngoài ra, nước sau xử lý phải được khử trùng, ổn định nước và có trị số pH theo tiêu chuẩn Giếng khoan Làm mềm Làm thoáng Bể lắng tiếp xúc Bể lọc Khử trùng Kiểm tra pH Phân phối - Tăng hàm lượng O2 - Oxy hoá Fe2+, Mn2+ - Tách Fe, 1 phần Mn - Lắng bông cặn làm mềm - Tách Mn, cặn nhỏ - Oxy hoá NH4 đ NO2- đ NO-3 - Tiêu diệt vi trùng - Đảm bảo 1 lượng clo dư để chống sự nhiễm vẩn trong đường ống - Bảo đảm pH theo tiêu chuẩn - Nước phải ổn định Bể lắng bùn Sân phơi bùn Bãi thải bùn Chọn dây chuyền công nghệ như sau: Hình II.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ Thuyết minh dây chuyền công nghệ : Nước ngầm khai thác được bơm lên từ những giếng khoan vào đường ống dẫn chính rồi lên hệ thống làm mềm nước. ở đây sữa vôi được hoà trộn với nước trong bể khuấy trộn cơ khí để kết tủa CaCO3, nhằm làm giảm độ cứng của nước. Sau đó nước được đi vào các đập tràn làm thoáng để khử sắt và mangan, ở đây sắt và 1 phần mangan được oxy hoá nhờ oxy hoà tan trong nước. Tiếp theo nước được đi vào bể lắng tiếp xúc có ngăn phản ứng ở giữa bể. Bể này có nhiệm vụ lắng cặn làm mềm và lắng cặn Hydro xit sắt Fe(OH)3, 1 phần Mn(OH)4 . Từ đây nước đi vào bể lọc, tại đây những cặn nhẹ, 1 phần kết tủa sắt mangan còn lại được tách ra. Một hợp chất của Mangan không thể oxy hoá bằng oxy trong không khí trong phạm vi nồng độ pH hiện có . Mangan được oxy hoá nhờ xúc tác diễn ra trong suốt quá trình lọc, oxit sắt và oxit mangan được giữ lại trong lớp cát lọc. Nước được lọc rồi đi vào đường ống chạy tới quá trình Clohoá . Sự Clo hoá sẽ tiêu diệt những vi sinh vật gây bệnh nếu không sẽ làm lây lan đến dịch bệnh. Sau quá trình clo hoá nước chảy tới bể chứa nước sạch rồi được bơm trực tiếp vào mạng lưới cấp nước thành phố Phần III. Tính toán thiết kế dây chuyền công nghệ Để thiết kế được một dây chuyền công nghiệp thì ngoài các yếu tố có thể tính được qua chất lượng nước thô, qua phương trình phản ứng, các công thức lý thuết thì còn có nhiều thông số phải dựa vào thực nghiệm mới xác định được một cách chính xác. Thí dụ như các thông số về loại hoá chất, liều lượng của chúng , trị số pH tối ưu, thời gian lưu, các thông số vận hành… Do điều kiện hạn chế, bản thiết kế ở đây được thực hiện chỉ dựa trên tính toán theo các công thức và một số thông số lựa chọn theo kết quả các thực nghiệm sẵn có trong các giáo trình. III.1. Công trình thu nước thô Lưu lượng nước thô cần để xử lý được 10.000m3/ng Q = ( 1 + a1 + a2 + a3 ).10.000m3/ng Trong đó: a1: hệ số tính đến lượng nước thất thoát (rò rỉ, bay hơi) lọc a1 = 0,1 a2: hệ số tính đến lượng nước rửa bể lọc, dùng trong nhà máy a2 = 0,05 a3: hệ số dự trữ a3 = 0,1 Vậy Q = 1,25 . 10.000 = 12.500m3/ng III.1.1. Giếng khoan Dùng 4 giếng khoan, khi đó công suất mỗi giếng là Với lưu lượng như trên ta chọn: ống vách ống vách là ống để gia cố, bảo vệ giếng tránh sạt lở thành giếng trong quá trình khai thác và ngăn không cho chất lượng những xấu từ phiá trên chảy vào trong giếng phần ống vách cũng là nơi để lắp đặt máy bơm. ống vách sử dụng ở đây là thép đen ống gòm nhiều đoạn được nối lại với nhau. Chiều dày thành ống 10mm. ở đây giếng khoan sâu khoảng 100m ta dùng một cỡ đường kính (270mm) Đường kính trong của ống vách: dT = 250 mm (IV-16) ống lọc: ống lọc là bộ phận quan trọng nhất của giếng khoan địa chất của giếng là cát thô pha sỏi, nếu sử dụng ống lọc cắt khe sẽ dễ bị tắc giếng. ống lọc quấn dây là các ống không rỉ. Dây quấn có tiết diện tròn d = 1,5mm, Khoảng cách giữa các vòng dây khoảng 1,5mm. Xác định kích thước ống lọc: Lưu lượng giếng được xác định theo công thức: Q = P.D.L.V (IV-21) Với D: đường kính ống lọc, m L: chiều dài công tác của ống lọc, m V: vận tốc nước chảy qua ống lọc vào giếng đảm bảo nước chảy trong tầng chứa nước đến giếng luôn ở trong trạng thái chảy tầng V = 60m.ngày (IV-22) K: hệ số thấm của tầng chứa nước, m/ng K = 70m/ng: địa chất là cát thô pha sỏi V = 60m/ngày Tính được : D.L = Từ bảng tiêu chuẩn ống lọc ta chọn được Chiều dài công tác ống lọc này phù hợp giếng khoan không hoàn chỉnh thu nước có áp. Tổn thất mực nước qua ống lọc: Tổn thất này tính từ khi nước chảy từ tầng chứa nước vào ống lọc, dọc theo ống vách rồi đến bơm sử dụng công thức thực nghiệm Abramôp: , cm (IV-24) Trong đó: DS: Tổn thất mực nước qua ống lọc, cm S: Độ hạ mực nước trong giếng khi bơm, m K: hệ số thấm của tầng chứa nước ,m/ng a: Hệ số phụ thuộc vào kết cấu ống lọc, ống lọc lưới, quấn dây: a= 17 w: Diện tích xung quanh của ống lọc, m2 DS = 17 ống lắng: Nằm kế tiếp ống lọc, có đường kính bằng đường kính ống lọc. Cấu tạo là một đoạn ống thép trơn, đầu dưới được bịt kín. Chiều dài ống lắng 5m. ống lắng là bộ phận cuối cùng của giếng để giữ lại cặn, cát lọt theo nước vào trong giếng. MNĐ MNT S H h L m 2r R 2r 5 4 3 2 1 H.III-2: Sơ đồ cấu tạo giếng khoan H.III- 1 Sơ đồ tính giếng khoan hoàn chỉnh thu nước có cáp 1. Miệng giếng 4. ống lọc 2. ống vách 5. ống lắng 3. Đai liên kết Tính toán giếng khoan: + Bán kính ảnh hưởng R: giá trị của bán kính ảnh hưởng phụ thuộc cấu tạo địa chất của tầng chứa nước , tra theo bảng 2-2 Cát thô pha sỏi: k = 70m/ng; R = 400m (IV-23) + Độ hạ mực nước giới hạn Trong tính toán giếng khoan, ứng với mỗi trị số Q bơm ra sẽ có một trị số độ hạ mực nước S tương ứng. Ta phải chọn được phương án hợp lý nhất về lưu lượng khai thác và độ hạ mực nước để nhóm giếng khoan thiết kế ra kinh tế và làm việc ổn định. Phải đảm bảo: S Ê Sgh (IV-36) Trong đó: S: Độ hạ mực nước trong giếng thiết kế Sgh: Độ hạ mực nước cho phép lớn nhất của giếng thiết kế. Với giếng khai thác nước ngầm có áp: Sgh = H – (0,3á0,5) m - DS - DHb (IV - 37) Với H: Chiều dâu mực nước tĩnh tính đến đáy cách thuỷ khi chưa bơm, m H = 95m m: Chiều dày tầng chứa nước có áp , m DS: Tổn thất mực nước qua ống lọc, m DS = 4 m DHb: Độ sâu đất bơm dưới mực nước động lấy DHb = 4 m Sgh = 95 – 0,5 – 4 – 4 = 86,5m Như vậy, độ hạ mực nước trong giếng so với mặt đất là S Ê 100- 86,5 = 13,5m 2a 2a R0 Hình III.3- Sơ đồ bố trí giếng khoan + Thiết kế 4 giếng bố trí trên 4 đỉnh một hình vuông. Như vậy lưu lượng của một trong 4 giếng có thể cung cấp là : (IV- 48) Trong đó: r : bán kính giếng, m R0: bán kính ảnh hưởng của nhóm giếng tính từ tâm đến rìa mặt ảnh hưởng, m a: Một nửa chiều dài cạnh của hình mà trên đó bố trí các giếng, m S: Độ hạ mực nước , m m3/ng Như vậy, lưu lượng này thừa đủ để đáp ứng cho công suất giếng thiết kế (3125m3/ng) III.1.2. Hệ thống đường ống thu nước thô Đường sóng thu nước từ các giếng khoan Mỗi giếng có 1 đường ống thu nước , sau đó được thu về 1 đường ống dẫn chính để dẫn về trạm xử lý. Giếng có lưu lượng thiết kế: 3125 m3/ng = 36,2 l/s Tra bảng II tính toán thuỷ lực của Sê-vê-lep, chọn được Đường kính dẫn trong ống: D = 200mm Vận tốc nước chảy trong ống: v = 1,05m/s Kiểm tra lưu lượng theo công thức Q = Q = Từ 4 giếng nước được gộp về 1 đường ống dẫn chính nên ta phải tính cho trường hợp 4 bơm cũng làm việc song song, khi đó lưu lượng ở 4 giếng cần nhân với một hệ số b = 1,05. Tức, lưu lượng mỗi giếng là: 1,05.36,2 = 38,1 l/s Tra bảng như trên ta chọn được : Đường ống dẫn chính: Tra bảng tương tự như trên đối với lưu lượng 12.500m3/ng = 144,8l/s ta chọn được : II.1.3. Bơm trong giếng khoan Sử dụng loại bơm chìm, 4 giếng mỗi giếng 1 bơm. Trạm bơm này cấp 1 này bơm nước lên trạm xử lý , cột áp toàn phần của máy bơm được xác định theo công thức H = Hđh + hdđ + hcb, m (IV –114) Trong đó: Hđh: chiều cao bơm nước địa hình bằng tổng chiều cao của mực nước cao nhất trên trạm xử lý ( Đập tràn làm thoáng 8,5m) và được hạ mực nước thấp nhất trong giếng khoan khi bơm (độ hạ 13,5m) Hđh = 13,5 + 8,5 = 21 m Hdđ : Tổn thất áp lực dọc đường dọc đường trên đường ống dẫn nước thô tính từ giếng khoan về trạm xử lý Hdđ = i1.L1 + i2.L2 Với i1, L1: tổn thất theo đơn vị chiều dài và chiều dài đường ống từ giếng khoan đến ống dẫn chính L1 = 200m. i2, L2 : Tổn thất đơn vị theo chiều dài và chiều dài đường ống dẫn chỉnh tính từ điện góp nước các giếng về đến giàn mưa của trạm xử lý . L2 = 4000 m. Tra bảng tính toán thủy lực của Sêvê-lép 10001i1 = 10,2 ứng D = 200 mm V = 1,15 m/s 1000 i2 = 4,03 ứng D = 400 V = 1,11m/s Tính được : hđđ = (m) h đđ = 18,16 m hcb : tổn thất áp lực cục bộ do van, đột mở, đột thu, các đoạn ống cong, nối. hcb rất nhỏ so với Hđh và hđ đ nên ta có thể bỏ qua. Vậy cột áp toàn phần của máy bơm cần phải tạo ra là: H = 21 + 18,16 = 39,16 (m) Chọn loại bơm chìm K86 : áp lực 4,0 - 4,5at Lưu lượng ~ 40 l/s h = 0,85 - Công suất của máy bơm N = , Kw (V-89) Với : Q - lưu lượng bơm, l/s H - áp lực bơm, m h: Hiệu suất của máy bơm , h = 0,85 N = - Công suất của động cơ điện: Nđc = 1,3 N = 1,3 . 20 = 26 Kw III.2. Hệ thống xử lý. III.2.1. Tính toán công nghệ làm mềm nước 1. Mục đích Lựa chọn phương pháp làm mềm Các phương pháp làm mềm gồm có: làm mềm bằng phương pháp hoá học phương pháp nhiệt, phương pháp trao đổi ion. - Phương pháp nhiệt dựa trên nguyên tắc đun nóng nước để các phản ứng phân huỷ của Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2 xảy ra, tạo thành các kết tủa CaCO3, MgCO3 và Mg(OH)2. Phương pháp này chỉ áp dụng cho các hệ thống cấo nước công nghiệp như nồi hơi để kết hợp sử dụng lượng nhiệt dư của nồi hơi. - Phương pháp trao đổi ion là phương pháp làm mềm có sử dụng cột trao đổi ion. Phương pháp này có giá thành xử lý cao và chỉ nên áp dụng ở quy mô nhỏ. - Phương pháp hoá học là việc sử dụng các hoá chất thêm vào nước để tạo ra các phản ứng hoá học có thể tách được các ion Ca2+ và Mg2+ ở dạng kết tủa. Có 3 biện pháp chủ yếu được sử dụng là dùng vôi, dùng vôi kết hợp sô đa và dùng phốt phát. Đối với nước cấp cho sinh hoạt thì không cần phải dùng tới 2 biện pháp dùng vôi kết hợp sôđa và dùng phốt phát bởi không yêu cầu giảm triệt để độ cứng. Hai loại hoá chất này thường giảm độ cứng đến mức tối thiểu, chỉ thích hợp với quy mô công nghiệp. Để cấp nước cho sinh hoạt nếu dùng hai biện pháp này sẽ gây tốn kém, không kinh tế . Vậy phương pháp làm mềm được đề xuất ở đây là dùng vôi sữa b- Xác định liều lượng vôi sữa. Trong phần này sẽ tính toán lượng vôi cần thiết để giảm độ cứng của nước thô tới đạt tiêu chuẩn (<120dH) Khi cho vôi vào nước sẽ xảy ra các phản ứng theo trình tự sau: 2CO2 + Ca(OH)2 đ Ca(OH3)2 (1) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 đ 2CaCO3¯ + 2H2O (2) Theo phản ứng (1) để giảm 1 mol CO2 cần 0,5mol Ca(OH)2 và tạo thành 0,5mol Ca(HCO3)2. -> để giảm 0,769nmol CO2 cần a mol Ca(OH)2 và tạo thành b mol Ca(HCO3)2 Mục tiêu của quá trình làm mềm ở đây là giảm độ cứng của nước xuống dưới 120dH nên sẽ chỉ dùng một lượng vôi vừa đủ để không gây hao phí hoá chất và tạo nhiều cặn làm khó khăn cho các quá trình xử lý tiếp sau. Trong nước thô có hàm lượng canxi là 160mg/l hay 4mmol/l (160/40 = 4). Nếu giảm được 2,5mmol Ca2+ thì sẽ đạt được độ cứng phù hợp tiêu chuẩn (vì khi đó độ cứng toàn phần là : C0 = mgđl/l = 11,20dH Với giả thiết cần kết tủa 2,5 mmol/l , lượng Ca(OH3)2 sẽ tham gia phản ứng (2) là: 0,3845 + 2,5 = 2,8845 mmol/l Theo phản ứng (2): Để giảm 1 mol Ca(HCO3)2 cần 1 mol Ca(OH)2 và tạo 2 mol CaCO3¯ -> Để giảm 2,7845 mmol Ca(HCO3)2 cần cmmol Ca(OH)2 và tạo d mmol CaCO3¯ c = d = Như vậy, lượng vôi đã thêm vào nước được tính bằng tổng lượng vôi đã tham gia hai phản ứng (1) và (2) và có giá trị là: 0,3845 + 2,8845 = 3,269 mmol Ca(OH)2 cho 1 lít nước Với phần tử lượng của Ca(OH)2 là 74 và của CaO là 56, ta có: - Khối lượng Ca(OH)2 cần thêm vào 1 lít nước là: 3,269 x 74 = 241,9 mg Ca(OH)2 /l hoặc khối lượng CaO là: 3,269 x 56 = 183,0 mg/l Nồng độ dung dịch vôi sữa thường lấy từ 5 á 10% với trọng lượng riêng của dung dịch lấy bằng trọng lượng riêng của nước [II-37] ở đây chọn dung dịch vữa vôi có nồng độ 10%. Từ đó thấy rằng với lượng Ca(OH)2 tinh khiết tính toán ở trên thì khối lượng dung dịch sữa vôi cần phải thêm vào 1 l nước xử lý là: mdd = Khối lượng riêng của nước ở 200C: r = 998,23 kg/cm3 [V-11] = 998,23g/l [V-5] Theo công thức r = Trong đó: r - khối lượng riêng, kg/.cm3 V- thể tích , m3 m- khối lượng, kg suy ra được V = m/p ở đây m = mdd = 2,42g/l r = 998,23g/l -> Thể tích dung dịch sữa vôi cần dùng cho 1 lít nước xử lý là: V = Vậy: khối lượng vôi cần dùng tính theo Ca(OH)2 tinh khiết là 241,9 mg/l tính theo CaO là 183 mg/l Thể tích dung dịch sữa vôi 10% cần dùng cho 1 lít nước xử lý là 2,424ml c. Thiết kế thiết bị Lựa chọn công trình làm mềm: Công trình làm mềm bằng vôi bao gồm bộ phận trộn hoá chất, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc. Để thực hiện quá trình làm mềm trước tiên cần phải cho nước và vôi sữa hoà trộn với nhau. Như thế, công đoạn này sẽ được tiến hành trong bể trộn. Theo nguyên lý cấu tạo và vận hành, các quá trình trộn được chia thành trộn thuỷ lực và trộn cơ khí. Trộn thuỷ lực về bản chất là phương pháp dùng các vật cản để tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy của hỗn họp nước và hoá chất. Tuy nhiên phương pháp này có những nhược điểm không khắc phục được khi dùng hoá chất là vôi (bể trộn vách ngăn) do sự lắng đọng thành các lớp trước vách ngăn; mặt khác, không điều chỉnh được cường độ khuấy trộn nên hiệu quả xử lý sẽ không cao. Với trộn cơ khí, thay bằng dùng năng lượng dùng nước trộn cơ khí dùng năng lượng cách khuấy để tạo ra dòng chảy rối. Năng lượng đi quay cách khuấy hoặc năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn phụ thuộc vào thiết diện bản cách và tốc độ chuyển động của cách khuấy. Như vậy, bằng cách điều chỉnh tốc độ quay của cách khuấy sẽ sẽ điều chỉnh được năng lượng tiêu hao và cường độ khuấy trộn. Cách khuấy có thể là cách tua bin hoặc cách phẳng gắn trên trục quay. Có thể gắn nhiều cách trên một trục quay tuỳ theo chiều sâu bể. Cách khuấy làm bằng hợp kim, thép không gỉ hoặc gỗ. Bộ phận truyền động được đặt trên mặt bể và trục quay theo phương thẳng đứng. So với phương pháp trộn thuỷ lực, trộn cơ khí có nhiều ưu điểm hơn như có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn, thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể trộn nhỏ, tiết kiệm được vật liệu xây dựng. Nhược điểm chính là cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí khác, đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành cao. Vì vậy, bể trộn cơ khí được áp dụng cho các nhà máy nước có mức độ cơ giới cao, thường là các nhà máy vừa và lớn. Công suất thiết kế của nhà máy là xử lý nước thô 12.500m3/ngđ, quy mô vừa nên đối với công trình làm mềm ở đây lựa chọn bể khuấy trộn cơ khí. Tính toán các thông số cơ bản của bể trộn cơ khí. *Các thông số cần phải lựa chọn và tính toán Thời gian khuấy trộn từ 3-30s [I-100] Chiều rộng và chiều sâu bể Kích thước cơ bản của cách khuấy Tốc độ quay của trục cánh khuấy Gradien vận tốc G thường lấy 800á1000s-1 [II-100] *Tính toán: Chọn thời gian khuấy trộn trong bể là t = 20s Dung tích bể: V = Q. t m3 Trong đó: V – dung tích của bể khuấy trộn, m3 Q- lưu lượng nước xử lý , m3/s t -thời gian lưu, s V = Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể trộn vuông với tỷ lệ chiều cao và chiều rộng là 2:1 Tính được thông số bể: a x a x h = 1,2m x 1,2m x 1,2 m ống dẫn những cho vào ở đáy bể , dung dịch sữa vôi cho ngay vào của ống dẫn vào bể, nước đi từ dưới lên, tràn qua máng tràn là một giá của thành bể để dẫn sang ngăn phản ứng Bể trộn cơ khí hình III- 11 Dùng máy khuấy tua bin 4 cánh nghiêng góc 450 hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. Đường kính máy khuấy : D = 1/2 a = 1/2.1,2 = 0,6m Đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoay của nước Chiều cao tấm chắn: 2,1m Chiều rộng tấm chắn: 1/10 . a = 1/10.1,2 = 0,12 m Máy khuấy đặt cách đáy : h = D = 0,6m Chiều rộng cánh khuấy ; 1/5 D = 1/5.0,6 = 0,12m Chiều dài cánh khuấy : 1/4D = 1/4.0,6 = 0,15m Năng lượng cần truyền vào tính theo công thức: P = G2.V.m, KW [II.1.-102] Trong đó: G- Gradien vận tốc (s-1), G = 103 s-1 V- Thể tích bể (m3) ; V = 2,9m3 m- Độ nhớt động lực của nước (Ns/m2) m = 10-3Ns/m2 ở 200C Suy ra: P = (103)2.2,9.10-3 = 2,9 KW Hiệu suất động cơ h = 0,8, công suất động cơ 2,9: 0,8 = 3,625 KW Số vòng quay của máy khuấy n = K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy k = 1,08 đối với tuabin 4 cánh nghiêng 450 n = Phải có hộp giảm tốc cho động cơ d. Xác định các thông số khác Khi cho lượng vôi như trên vào nước , sau phản ứng sẽ có một số thành phần thay đổi. *Hàm lượng các ion có trong nước sau khi làm mềm là: [CO2] = [CO2]tr - [CO2]pư = 0,769 – 0,769 = 0 [HCO3-] = [HCO3-]tr - [HCO3-]pư = 427-61.5 = 122mg/l [Ca2+] = [Ca2+]tr - [Ca2+]pư = 4-2,5 = 1,5mmol/l = 60mg/l Trong đó [CO2]tr, [CO2]pư, [HCO3-], [HCO3-]pư, [Ca2+]tr, [Ca2+]pư là nồng độ CO2, HCO3-, Ca2+ trong nước thô và lượng các chất này đã tham gia phản ứng (1) và (2) Còn hàm lượng các ion khác không thay đổi *Xác định độ cứng của nước sau khi làm mềm mgđl/l = 4mgđl = 4 x 2,80dH = 11,20dH < 120dH Như vậy là độ cứng toàn phần thoả mãn tiêu chuẩn cho phép * Xác định giá trị pH sau khi làm mềm: Giá trị pH của nước sau khi làm mèm được xác định pHs- là trị số pH của nước ứng với trạng thái cân bằng các hợp chất của axit cacbonic. Khi cho vôi vào nước, phản ứng sẽ diễn ra triệt để đạt tới sự cân bằng bão hòa của CaCO3 trong nước. Tương ứng với trạng thái báo hòa đó, độ ổn định của nước phải được thể hiện ở một giá trị pH nào đó gọi là độ pH bão hoà của nước ở cuối quá trình làm mềm. Tại trạng thái bão hoà tự nhiên ứng với pHs của nước, tốc độ phản ứng lắng cặn diễn ra rất chậm. Để tăng tốc độ lên, cần phải có một lượng dư DpH. pH = pHs + DpH [III-78] DpH = 0,5 trong trường hợp khử độ cứng cacbonat. pHs được xác định theo biểu đồ Hoover. [I-138] Xác định pHs cần dựa vào các thông số: tổng lượng muối hòa tan, độ kiểm toàn phần, hàm lượng canxi và nhiệt độ. - Tổng lượng muối hoà tan được tính bằng tổng hàm lượng các ion âm và ion dương có trong nước sau khi làm mềm. P = [Fe2+] + [Mg2+] +[NH4+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [HCO3-] + [SO42-] + [Cl-] + [NO3-] + [PO43-] P = 3 + 0,6 + 2 + 60 + 12 + 122 + 64 + 30 + 2 = 295,6 mg/l - Độ kiềm toàn phần: Ktf : 100 {[CO32-] + 0,5 x [HCO3 -] + 0,5[OH-]} (1-4)[XII- 137] ở pH <8,4 thì [CO32-] = 0 pH < 9 thì [OH-] = 0 Các nồng độ [CO32-], [HCO32-], [OH-] tính bằng mmol/l [HCO32-] = 122 mg/l = 122/61 = 2mmol/l. => Ktf= 100 x 0,5 x 2 = 100 - Hàm lượng canxi [Ca2+] = 60 mg/l. - T = 200C. Với các thông số đã tính toán như trên ta tra biểu đồ Hoover có pHs = 7,85 Vậy pH = pHs+ DpH = 7,85 + 0,5 = 8,35. pH = 8,35 III.2.2 Tính toán công trình khử sắt, mangan. 1- Mục đích: Công trình khử sắt và mangan gồm có thiết bị làm thoáng, bể lắng tiếp xúc và bể lọc. Trong phần này, nhiệm vụ đặt ra là: - Tính toán, lựa chọn loại thiết bị làm thoáng cho hàm lượng oxy hoà tan cao nhất. - Sau khi phản ứng, tính toán lại hàm lượng các thành phần trong nước. - Tính pH và kiểm tra sự phù hợp của công trình làm thoáng. - Tính toán kích thước thiết bị làm thoáng. Bể lắng tiếp xúc và bể lọc sẽ được tính ở các phần tiếp sau. 2- Các tính toán. a. Lựa chọn công trình làm thoáng: Để khử sắt và mangan, biện pháp đơn gian và được dùng phổ biến là oxy hoá sắt (II) và mangan (II) bằng oxy của không khí. Để tăng hàm lượng oxy trong nước, biện pháp được sử dụng là làm thoáng. Có thể làm thoáng bằng nhiều cách: - Đập tràn làm thoáng: Có thể là 1 bậc, có thể là nhiều bậc. - Làm thoáng bằng dàn phun. - Làm thoáng cưỡng bức. Hai phương pháp dưới là đưa nước qua dàn ống khoan lỗ tạo thành dòng chảy tia, ở phương pháp thứ hai là phun mưa tự nhiên, còn ở phương pháp thứ ba còn dùng thêm quạt gió. Đối với nước đã qua mềm, không dùng hai phương pháp này được bởi trong nước có cặn vôi có thể gây tắc ống hoặc lỗ phun. Bởi vậy biện pháp làm thoáng ở đây được thực hiện thông qua đập tràn. a.1- Nguyên lý của đập tràn. Khi nước tràn qua đập rơi xuống các ngăn chứa nước trung gian, quá trình làm tràn được xảy ra. ở đây phân biệt hai cơ chế làm thoáng: - Trong quá trình rơi tự do của nước đã tạo nên bề mặt tiếp xúc giữa nước với không khí. Tổng bề mặt tiếp xúc phụ thuộc vào hình dạng của từng loại đập tràn. - Cơ chế thứ hai: là khi cột nước rơi xuống ngăn chứa nước trung gian, một lượng khí lớn được cuốn theo vào nước. Lượng khí này sau đó phân tán trong khắp ngăn chứa dưới dạng các bọt khí. Lượng khí cuốn theo phụ thuộc vào vận tốc rơi của cột nước khi rơi qua bề mặt nước của ngăn chứa trung gian. Do vậy lượng khí chuyển dịch chủ yếu phụ thuộc vào chiều cao đập tràn. Chiều sâu của ngăn chứa nước trung gian cũng ảnh hưởng tới lượng khí chuyển dịch. Qua thực nghiệm, chiều sâu lớp nước ở ngăn trung gian nên lấy bằng hoặc lớn hơn 2/3 chiều cao đập tràn. Do cơ chế làm thoáng thứ hai, “làm thoáng bằng bọt khí cuộn trong nước” mà đập tràn làm thoáng là công trình tối ưu cho việc làm giầu ôxy cho nước. Đập tràn làm thoáng có thể có một bậc hoặc nhiều bậc. Khi chiều cao của đập tràn được chia nhỏ thành nhiều bậc sẽ được lượng khí chuyển dịch. a.2- Các yếu tố ảnh hưởng. * ảnh hưởng của áp suất tới độ hoà tan của chất khí. ảnh hưởng của áp suất riêng phần của một chất khi tới tốc độ hoà tan của nó trong nước được mô tả bằng định luật Henry: Cs = Ks.P (m3 khí/m3 nước ) Trong đó: Cs - nồng độ bão hoà của một chất khí trong nước. Ks - hệ số hấp thụ của chất khí. P - áp suất riêng phần của khí đó trong pha khí. * ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ hoà tan của các chất khí trong nước: Theo nguyên lý của Le Chatelier thì khi tăng nhiệt độ sẽ làm giảm độ hoà tan của các chất khí trong nước. Công thức thực nghiệm biểu thị sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự hoà của các chất khí trong nước như sau: [I-12] Công thức này đúng trong khoảng 40C < T < 300C. * ảnh hưởng của tạp chất chứa trong nước tới độ hoà tan của các khí: Khi nước có chứa tạp chất thì độ hoà tan của các khí sẽ được phản ánh qua hệ số ảnh hưởng “f” như sau: [XII-13] Đối với nước sạch f = 1. f nói chung tăng khi nồng độ các tạp chất hoà tan răng, do đó làm giảm độ hoà tan của các chất khí. a.3 - Các hệ số ứng dung đặc biệt trung cho vận tốc chuyển dịch khí: * Hệ số chuyển dịch tổng quát của khí : Vận tốc chuyển dịch của một loại khí, được thể hiện bằng tốc độ thay đổi nồng độ của khí đó và có thể biểu diễn như sau: g/m2s [XII-14] trong đó: K2- là hệ số chuyển dịch tổng quát của khí. C - là nồng độ khí hoà tan. Tích phân với C0 ở thời điểm C = 0, có: C = Cs - (Cs - C0).e-K2.t. Hay * Hệ số hiệu suất: Trong công đoạn làm thoáng của trạm xử lý nước ở điều kiện vận hành ổn định, thời gian làm thoáng sẽ là hằng số “Tk”. Gọi C0 và Ce là nồng độ khí ở thời điểm đưa nước vào công trình làm thoáng và thời điểm đưa nước ra khỏi công trình. Khi đó: = hằng số. Chọn K = K được gọi hệ số hiệu suất của công trình làm thoáng. a.4- Lựa chọn các thông số của đập tràn. Như đã trên ở trên, đập tràn khi được chia thành nhiều bậc thì lượng khí chuyển dịch sẽ tăng lên. Theo khảo sát, nghiên cứu với đập tràn có chiều cao tổng cộng 1,5m nếu chia thành hai bậc thì nồng độ oxy sau bậc thứ hai sẽ là lớn nhất [XII-23]. Vậy ở đây, đập tràn làm thoáng được lựa chọn là loại đập tràn hai bậc, mỗi bậc có chiều cao h = 0,75 m. Chiều cao ngăn nước h1= 2/5h = 0,3 m [XII-21] ở 200C nồng độ bão hoà Cs = 9,2 mg/l. Với h = 0,75 m, tra biểu đồ (I-23) Nồng độ O2 sau bậc thứ 2 sẽ là: [XII-23] Trong đó: C2: là nồng độ oxy sau bậc thứ hai. Cs: là nồng độ oxy bão hoà của nước. C0: là nồng độ oxy ban đầu. Đã có: C0 = 0; Cs = 9,2 mg/l; n = 2 [XII-23] ị C2= 9,2 - (9,2 - 0).(1-0,54)2 = 7,25 mg/l. Vậy với công trình làm thoáng hai bậc, mỗi bậc có chiều cao h = 0,75 thì nồng độ oxy trong nước đạt được sau làm thoáng là C2 = 7,25 mg/l. Đập tràn làm thoáng trên ._.