Thiết kế hệ thống xử lý nước uống đóng chai công suất 4m3 h

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI 2.1.1. Định nghĩa nước uống đóng chai 2.1.2. Phân biệt nước uống đóng chai với các nước uống khác 2.1.3. Các tiêu chuẩn chất lượng nước uống đóng chai 6 • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6096 – 2004 6 • Quy định tạm thời về quản lý chất lượng 9 2.1.4. Công nghệ sản xuất nước uống đóng chai 12 2.1.4.1. Các nguồn nước có thể dùng để sản xuất nước uống đóng chai 12 2.1.4.2. Công nghệ tiêu biểu ứng với mỗi nguồn nước 13 2.1.4.3. Công nghệ sản xuất nước uống đóng chai của một số cơ sở trong thực tế 16

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG BỘ MÔN KỸ THUẬT

WX

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ

GVHD : TS Đặng Viết Hùng SVTH : Lê Đức Trúc Quỳnh

Tp Hồ Chí Minh, 01/2007

Trang 2

CHƯƠNG 1

1.1 Tổng quan về tình hình sản xuất và tiêu thụ nước uống đóng chai tại

thành phố Hồ Chí Minh:

1.1.1 Định nghĩa “nước uống đóng chai”

Theo TCVN 6096:2004 thì “ nước uống đóng chai (Bottled/packaged

drinking water) là nước đóng chai được sử dụng để uống trực tiếp và có thể chứa

khoáng chất và cacbon dioxit (CO2) tự nhiên hoặc bổ sung nhưng không phải là

nước khoáng thiên nhiên đóng chai và không được chứa đường, các chất tạo ngọt,

các chất tạo hương hoặc bất kỳ loại thực phẩm nào khác.”

Theo Quy định tạm thời về quản lý nước khoáng thiên nhiên đóng chai và

nước uống đóng chai của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường thì “ nước uống

đóng chai (Bottled drinking water) là nước dùng để uống được đóng chai không

phải nước khoáng thiên nhiên và có các đặc điểm sau:

- lấy từ các giếng khoan của các mạch nước ngầm hoặc từ nguồn nước cấp đô thị và qua xử lý bằng phương pháp phù hợp

- đóng chai tại nguồn nước nếu được sản xuất từ nước ngầm và bảo đảm các yêu cầu về chất lượng vệ sinh quy định tại Phụ lục 3 (Yêu cầu kỹ thuật

của nước uống đóng chai).”

Theo General Standard for Bottled/packaged drinking waters (other than

natural mineral water) của FAO thì “ nước uống đóng chai, không phải nước

khoáng thiên nhiên, là nước được con người sử dụng và có thể chứa chất khoáng tự

nhiên hay bổ sung; có thể chứa carbon dioxide tự nhiên hay bổ sung; nhưng không

chứa đường, chất tạo ngọt, hương liệu hay bất kì thực phẩm nào khác.”( Packaged

water, other than mineral water, are waters for human consumption and may contain

minerals, naturally occurring or intentionally added; may contain carbon dioxide

1

Trang 3

Chương 1: Tổng quan

, naturally occurring or intentionally added; but shall not contain sugars, sweeteners, flavourrings or other foodstuff.)

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ nước uống đóng chai tại Việt Nam nói chung và thành phố Hồ Chí Minh nói riêng:

Nước uống tinh khiết đã trở thành một mặt hàng quen thuộc, cần thiết với nhiều người Việt Nam Và nhiều thương hiệu nước uống đóng chai tinh khiết cũng lần lượt ra đời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường Hiện nay, trên thị trường có khoảng trên 200 nhãn hiệu nước uống đóng chai các loại, riêng ở địa bàn thành phố Hồ Chí Minh cũng đã có trên 100 cơ sở sản xuất mặt hàng này (Diễn đàn doanh nghiệp, số 86, ngày 24/ 02/2003, tr.11)

Ngày nay, xu hướng chung của các cơ quan xí nghiệp và hộ gia đình là dùng nước tinh khiết đóng bình (20 l) thay cho việc phải đun nước hằng ngày lấy nước nguội uống Do đó thị trường nước uống đóng chai trở nên rất sôi nổi và năng động với sự ra đời của nhiều thương hiệu khác nhau, nổi bật nhất vẫn là những thương hiệu lớn và chiếm được niềm tin của khách hàng như: Aquafina, La Vie, Joy, Sapuwa, Dapha,… ngoài ra, còn rất nhiều những nhãn hiệu mới khác như Icy, Asagiri, Top, Lucy, Tina… Giá cả giữa các loại nước cũng không chênh lệch nhau nhiều đối với loại 500ml: Aquafina là 3.300 đ/chai, Joy là 2.700 đ/chai, Sapuwa là 2.800 đ/chai, Dapha là 2.800 đ/chai Riêng đối với bình 20 l, đối với những nhãn hiệu lớn như Aquafina, Icy, Joy, … thì giá trong khoảng từ 23.000 đ/bình đến 28.000 đ/bình; còn với những nhãn hiệu nhỏ, sản xuất kiểu hộ gia đình thì giá cả hỗn loạn và chênh lệch khá lớn: giá cao nhất là Evitan, Hello với 12.000 đ/bình, kế đến là Alive, Aquaguada 10.000 đ/ bình, rẻ hơn thì có I Love 7.500 đ/bình, Lave 6.000 đ/bình

1.2 Một số quy trình sản xuất nước uống đóng chai:

1.2.1 Các nguồn nước có thể sử dụng để sản xuất nước uống đóng chai:

1.2.1.1 Nước thủy cục:

Nước thủy cục đã được qua các quá trình xử lý sơ bộ như keo tụ, tạo bông, lắng, lọc, khử trùng Đây là nguồn nước thường được ưu tiên sử dụng nhiều nhất cho việc sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai bởi do chi phí sản xuất thấp, dễ sử dụng, mức độ ô nhiễm thấp, tiện cho việc sử dụng Tuy nhiên, không phải nơi

2

Trang 4

nào cũng có nguồn nước này nên nước thủy cục không được sử dụng nhiều cho

những nhà máy có quy mô lớn

1.2.1.2 Nước ngầm:

Xếp sau nguồn nước thủy cục là nguồn nước ngầm do nguồn nước ngầm dễ khai thác và hiện nay được xem là không hạn chế Nước ngầm là nước được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Do vậy, nước chảy qua địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng; nước chảy

qua địa tầng có chứa đá vôi thì thường nước có chứa độ cứng và độ kiềm khá cao

Ngoài ra, đặc trưng chung của nước ngầm là:

- Độ đục thấp

- Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định

- Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S…

- Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo…

- Không có hiện diện của vi sinh vật

1.2.1.3 Nước mặt:

Bao gồm các nguồn nước trong ao, đầm, hồ chứa, sông suối Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên đặc trưng

của nguồn nước mặt là:

- Chứa khí hòa tan, đặc biệt là Oxy

- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước chứa trong các

ao, hồ, đầm do quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

- Chứa nhiều vi sinh vật

3

Trang 5

Nước mặt rất hiếm khi được sử dụng cho việc sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai do tốn chi phí rất cao trong việc tiền xử lý để đạt tiêu chuẩn nước ăn uống Như vậy, sản phẩm sản xuất ra sẽ không thu được lợi nhuận

1.2.2 Một số quy trình sản xuất nước uống đóng chai:

Hiện nay, trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và trên toàn quốc nói chung, quy trình sản xuất nước tinh khiết phổ biến là:

1.2.2.1 Nước thủy cục:

được lấy vào bồn lọc thô, nhằm loại bớt cặn Sau đó được chuyển sang bồn lọc than hoạt tính nhằm khử các hợp chất gây mùi vị và Clo dư trong nước Tiếp đó, nước được chuyển sang bộ lọc tinh 5μm, 1μm và diệt khuẩn bằng tia cực tím Tiếp tục

qua bộ lọc tinh 0,2μm và cho tiếp xúc Ozone để diệt khuẩn

Sơ đồ 1.1: Quy trình xử lý nước uống đóng chai nói chung từ nguồn nước

thuỷ cục

UV

Đóng chai

Bồn chứa nước tinh

Lọc tinh

1 μm

Lọc tinh

5 μm Lọc than hoạt tính

Nguồn nước

thủy cục

Ozone

Lọc tinh 0,2 μm

Lọc cát: lọc cơ học nhằm loại bỏ cặn bẩn

Lọc than hoạt tính: khử màu, mùi của nước

4

Trang 6

- Khử khoáng/ khử cứng – Lọc tinh: nếu nước bị nhiễm sắt sẽ tiến hành làm thoáng khử sắt Sau đó, nước được đưa qua hệ trao đổi ion nhằm lọc bỏ các ion dương như Ca2+, Mg2+, Fe3+, Fe2+… và các ion âm như Cl-, NO3-… Sau đó được đưa qua hệ thống lọc tinh bao gồm hai giai đoạn lọc: lọc 1μm và lọc 0,2μm để loại bỏ các vi khuẩn và oxit kim loại

- Khử trùng: nước mềm được đưa qua hệ thống tiệt trùng bằng tia UV hoặc Ozone để diệt khuẩn và tiệt trùng

Sơ đồ 1.2: Quy trình xử lý nước uống đóng chai nói chung từ nguồn nước

ngầm

Đóng chai

Bồn chứa nước tinh

Lọc tinh

1 μm Lọc than hoạt tính

Ozone/UV

Lọc tinh 0,2 μm Lọc cát

Giếng

Quạt Làm thoáng

Trao đổi ion (Cation) Trao đổi ion(Anion)

Quy trình cụ thể của một số nhà máy

• Công ty Sapuwa:

Giai đoạn 1: Nước thô được xử lý lọc qua hệ trao đổi ion (Cation – Anion ), có tác dụng lọc những ion dương (Cation): Ca2+, Mg2+, Fe3+, Fe2+ … và những ion âm (Anion) như: Cl-, NO3-, NO2- … Nước được xử lý qua hệ thống này sẽ được đưa vào hồ có thể tích 72 m3

Giai đoạn 2: Nước được bơm từ hồ chứa lên xử lý 3 lần như sau:

- Lọc Anthracite: Lọc cơ học để loại bỏ cặn

- Lọc than hoạt tính: Khử màu, mùi của nước

- Lọc trao đổi Cation (lần hai)

5

Trang 7

Sau khi nước đã qua các quy trình lọc thô sẽ được bơm vào bồn chứa nước mềm

Giai đoạn 3: Nước mềm được đưa qua hệ thống tiệt trùng bằng tia UV (Ultra – Violet) để diệt khuẩn Sau đó đưa qua hệ thống lọc tinh bao gồm hai giai đoạn lọc: lọc 1 μm và lọc 0,2μm, để loại bỏ vi khuẩn, các oxyt kim loại…

Giai đoạn 4: Nước được tiếp tục đi qua hệ thống xử lý Ozon: Từ máy sản xuất, Ozon được đưa vào hệ thống trộn với nước tinh để tiệt trùng, sau đó, ozon sẽ tự chuyển hoá thành oxy Ozon có khả năng diệt khuẩn cao, đảm bảo vệ sinh, không lưu lai mùi vị trong nước, làm nước ngọt hơn, tinh khiết hơn

Sau khi qua tất cả quy trình trên, nước được bơm vào bồn chứa nước tinh (nước thành phẩm) và chuẩn bị đưa vào sản xuất

Sơ đồ 1.3: Quy trình xử lý nước uống đóng chai của công ty Sapuwa

Nước

V= 72 m3

Lọc cation lần 2

Anion

Lọc than hoạt

Lọc Athracite

Lọc 0,2μm

Tiếp xúc Ozone

Bồn chứa nước thành phẩm Đóng chai

Giai đoạn 1

Giai đoạn 2

Giai đoạn cuối

Giai đoạn 3

6

Trang 8

• Công ty TNHH Alpha Việt Nam:

Đây là quy trình được thiết kế theo công nghệ mới, hoạt động tự động Từ nguồn nước thủy cục, qua thiết bị lọc thô những cặn và chất bẩn lơ lửng trong nước, có kích thước trên 100 μm sẽ được giữ lại Sau đó, nước được tiếp tục đưa sang thiết bị khử mùi có chứa than hoạt tính để loại bỏ các chất độc hại gây mùi có trong nước nguồn Khi qua thiết bị làm mềm, nước được mềm hóa, khử ion Ca2+,

Mg2+ Tại thiết bị lọc tinh 5 μm, chất cặn có kích thước lớn hơn 5 μm sẽ được giữ lại nhờ lõi lọc 5 μm

Thiết bị lọc thẩm thấu ngược – RO được sử dụng, với hiệu suất xử lý ion

>95% Nước qua hệ RO đã đạt tiêu chuẩn hóa lý Trước khi đưa vào công đoạn thành phẩm, nước được đưa vào tiệt trùng bằng phương pháp ozon Dưới tác dụng oxy của ozon trong nước, các tế bào vi sinh vật còn lại trong nước sẽ bị tiêu diệt Xác vi sinh vật được lọc sạch qua thiết bị lọc tinh bằng lõi lọc 0,2μm

Với công nghệ xử lý nước sạch thành nước tinh khiết của Mỹ, cho thấy nước thành phẩm do công ty ALPHA Việt Nam sản xuất đạt tiêu chuẩn chất lượng là nước tinh khiết, nước an toàn trong sử dụng ăn uống và nước sinh hoạt

Sơ đồ 1.4: Quy trình xử lý nước uống đóng chai của công ty Alpha Việt Nam

Nước thủy

cục

Lọc thô

Trao đổi ion làm mềm

Lọc tinh (lõi lọc 5μm)

Lọc thẩm thấu ngược (RO)

Tiếp xúc Ozone

Lọc tinh (lõi lọc 0,2μm) Đóng chai

1.2.3 Chất lượng nước đóng chai:

(Xem phụ lục “Kết quả xét nghiệm chất lượng nước uống đóng chai trên địa bàn tp Hồ Chí Minh” được cung cấp bởi Viện Vệ sinh Y tế Công cộng)

7

Trang 9

• Nhận xét, đánh giá:

- Về dây chuyền công nghệ: tùy vào điều kiện kinh tế và nguồn nước cụ

thể ở từng khu vực sản xuất mà có những dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai khác nhau đôi chút nhưng nhìn chung đều qua các công đoạn lọc cát, lọc than, trao đổi ion, lọc tinh và khử trùng, có nơi còn có thể có thêm lọc RO Các công đoạn trên dù khác hay giống nhau đều có chung mục đích là đạt chất lượng nước yêu cầu (theo TCVN 6096:2004 và Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y tế) và nâng cao chất lượng nước tốt hơn nữa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người

- Về chất lượng sản phẩm:

Về kết quả xét nghiệm lý hóa: theo bảng “Kết quả xét nghiệm chất lượng nước uống đóng chai trên địa bàn tp Hồ Chí Minh” được cung cấp bởi Viện Vệ sinh Y tế Công cộng, ta có thể thấy được chất lượng nước có sự dao động rất lớn đối với các cơ sở sản xuất, đặc biệt là hàm lượng TDS – từ 10 mg/L đến 104 mg/L Tuy không vượt tiêu chuẩn nước uống đóng chai nhưng điều đó cho thấy được dây chuyền công nghệ ở những nơi này hoặc có sự khác biệt (để đạt hàm lượng TDS là 10 mg/L cần phải qua lọc màng RO) hoặc thiết bị làm việc không hiệu quả (tắt nghẽn màng, hư màng, làm việc quá công suất…)

Yếu tố thứ hai có sự chênh lệch có thể thấy đó là nồng độ Cl- - dao động từ 1 mg/L đến 15 mg/L – ion Cl- đánh giá độ mặn của nước

Yếu tố thứ ba quan tâm đó là nồng độ F- - dao động từ 0 mg/L đến 0,2 mg/L – theo phương diện dịch tễ học thì hàm lượng Flo tốt nhất trong nước ăn uống là từ 0,7 – 1 mg/L; nếu hàm lượng quá cao (1 – 1,5 mg/L) hoặc hoàn toàn thiếu Flo trong nước thì khi sử dụng trong thời gian dài sẽ gây ra bệnh hoại men răng

Về kết quả xét nghiệm độc chất (như Fe tổng, Mn2+, Al3+, Cr6+, Cu2+,

Pb2+, Zn2+, As, Cd2+, Hg2+, Phenol) thì hầu hết hoàn toàn bằng 0

Về kết quả xét nghiệm vi sinh, thì trên tổng số 12 kết quả có 2 kết quả

không đạt chỉ tiêu Coliform tổng số (Aguavida là 15/100ml và Apollo là 2/100ml) Chỉ tiêu Coliform tổng số cho thấy mức độ vệ sinh trong quá trình sản xuất, đóng chai, vận chuyển, chỉ tiêu này không đạt biểu hiện mức độ vệ sinh an toàn thực phẩm trong quá trình sản xuất không bảo đảm Tuy nhiên, điều này có thể khắc

8

Trang 10

phục bằng cách đảm bảo vệ sinh trong quá trình sản xuất như: nhân viên làm việc cần đeo bao tay, khẩu trang, tránh tiếp xúc trực tiếp với nước và các dụng cụ đã được khử trùng, đảm bảo vệ sinh sạch sẽ nhà xưởng…

Các chỉ tiêu còn lại (E.coli, Clostridium khử sunfit, Streptococcus feacalis, Pseudomonas aeruginosa) thường đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước do thông thường các dạng vi sinh vật này tồn tại sẵn có trong nước nguồn, không phát sinh trong quá trình sản xuất Nếu trong nước đóng chai có những loại

vi sinh vật này nguyên nhân có thể do khử trùng không triệt để Vì vậy, ta cần xem xét lại thiết bị, liều lượng khử trùng, đồng thời cũng nên xem lại hiệu quả khử SS của các cột lọc vì SS cũng làm ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình khử trùng

• Nhiệm vụ đề tài: trước tình hình sôi nổi của thị trường nước uống tinh khiết đóng chai như vậy, công ty Hồng Vĩnh Phát, với nguồn nước sử dụng là nước

giếng được khai thác ở độ sâu 220m và đã có phần tiền xử lý đạt yêu cầu tiêu chuẩn nước ăn uống sinh hoạt, đang có nhu cầu thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết đóng chai công suất 4 m3/h Đây cũng chính là nhiệm vụ đặt ra cho luận văn này

1.3 Tổng quan về các biện pháp xử lý nước tinh khiết:

1.3.1 Tiền xử lý: nguồn sử dụng là nước ngầm

1.3.1.1 Khử sắt: ta có các phương pháp khử sắt sau

1.3.1.1.1 Phương pháp làm thoáng : với mục đích

- Đuổi CO2 Ỉ tăng độ kiềm Ỉ tăng pH

- Khuếch tán oxy vào nước Ỉ tăng DO

Phương pháp làm thoáng có các dạng sau:

o Làm thoáng đơn giản:

- Ứng dụng khi Fe ≤ 10 mg/L, Amonia < 1mg/L pH sau làm thoáng >6,8

- Nước được phun hoặc để tràn trên bề mặt lọc có chiều cao từ đỉnh tràn đến mực nước cao nhất >0,6m

- Khử được 30 – 35% CO2

9

Trang 11

- Tốc độ lọc 5 – 7m/h, đường kính hạt vật liệu lọc d = 0,9 –1,3mm, chiều cao lớp vật liệu lọc H = 1 – 1,2m

- Cường độ rửa lọc: nước 10 –12 l/s.m2, khí 20l/s.m2

1: Ống khoan lỗ phân phối nước 2: Bể lọc nhanh

Nước ra 2 Nước vào

Hình 1.1: Dàn làm thoáng đơn giản

o Dàn mưa:

- Làm thoáng tự nhiên

- Khử 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa)

- Cấu tạo bao gồm: hệ thống phân phối nước; sàn tung nước (1 – 4 sàn, mỗi sàn cách nhau 0,8m); sàn đỡ vật liệu tiếp xúc (than, cốc, sỏi, cuội), khe/lỗ chiếm 30 –40% diện tích sàn, lớp vật liệu tiếp xúc dày 30 –40 cm; hệ thống cửa chớp lấy và thoát khí; sàn và ống thu nước

- Cường độ tưới: 5 – 10m3/m2.h

10

Trang 12

1: Hệ thống phân phối nước 2: Vùng thu nước

3: Cửa chớp lấy và thoát khí 4: Sàn tung nước (có thể có thêm vật liệu tiếp xúc như sỏi, cuội )

Dòng nước

BỂ LẮNG

4 3

2 1

Hình 1.2: Dàn mưa

o Thùng quạt gió:

- Làm thoáng tải trọng cao/ làm thoáng cưỡng bức: gió và nước đi ngược chiều

- Khử được 85 –90% CO2, tăng DO (70 –85% DO bão hòa)

- Cấu tạo gồm: thùng kín; hệ thống phân phối nước; lớp vật liệu tiếp xúc (thanh gỗ/ tre sắp xen kẽ, thẳng góc hoặc vòng sứ, nhựa), chiều cao 1,5 – 4m tùy thuộc độ kiềm; máy quạt gió (10 m3/m3 nước, tổn thất áp lực qua lớp vật liệu tiếp xúc là 30 mm/ m chiều cao, áp lực sơ bộ là 100 –150 mm cột nước

- Cường độ tưới: 40 – 50m3/m2.h

1.3.1.1.2 Phương pháp hóa chất

o Điều kiện áp dụng:

Khi trong nước có các chất hữu cơ, các tổ hợp chất hữu cơ tạo thành keo bảo vệ của ion sắt, chúng ngăn cản quá trình thuỷ phân và oxy hóa sắt Trong nhiều trường hợp, muốn khử sắt trước hết phải phá vỡ màng bảo vệ hữu cơ bằng tác dụng của các chất oxy hóa mạnh Đối với nước ngầm, khi hàm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng oxy thu được bằng làm thoáng không đủ để oxy hóa toàn bộ H2S và sắt do đó cần sử dụng hóa chất để khử sắt

11

Trang 13

o Các loại hóa chất sử dụng:

- Chất oxy hóa mạnh như Chlorine, KMnO4, O3

2Fe2+ + Cl2 + 6H2O Ỉ 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+

Để oxy hóa 1mg Fe cần 0,64 mgCl2 và độ kiềm giảm đi 0,018 meq/L

- Vôi (có kết hợp với quá trình làm mềm nước): khi sắt và độ cứng cao

Trường hợp có DO:

4Fe(HCO3)2 + O2 + Ca(HCO3)2 + 9Ca(OH)2 Ỉ 4Fe(OH)3↓ + 10CaCO3↓ + 12H2O

Trường hợp không có DO:

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 Ỉ FeCO3↓ + CaCO3↓ + H2O

1.3.1.1.3 Trao đổi ion 1.3.1.1.4 Vi sinh (bể lọc chậm)

1.3.1.2 Lắng

Lắng nước là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Trong công nghệ xử lý nước, quá trình lắng xảy ra rất phức tạp Chủ yếu lắng ở trạng thái động (trong quá trình lắng, nước luôn chuyển động), các hạt cặn không tan trong nước là những tập hợp hạt không đồng nhất (kích thước, hình dạng, trọng lượng riêng khác nhau) và không ổn định (luôn thay đổi hình dạng, kích thước trong quá trình lắng do dùng chất keo tụ)

Theo phương chuyển động của dòng nước qua bể, người ta chia ra thành các loại bể lắng sau:

Bể lắng ngang: nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể

12

Trang 14

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: lắng qua môi trường hạt, nước chuyển động từ dứơi lên

1.3.1.3 Lọc

Mục tiêu:

- Khử các hạt mịn vô cơ và hữu cơ

- Trong xử lý nước, loại bỏ bông cặn mịn không lắng được ở bể lắng

Cơ chế lọc:

- Cơ chế bắt giữ: giữ cặn trên bề mặt vật liệu lọc, khi cặn bám lên bề mặt làm cho khoảng cách giữa các hạt vật liệu lọc giảm Ỉ có thể bắt giữ các hạt nhỏ hơn Khi bề mặt lớp lọc bị bít làm cho tổn thất áp lực tăng và thủy lực kéo các hạt mịn qua lớp lọc làm tăng độ đục, khi đó cần tiến hành rửa ngược để làm sạch lớp vật liệu lọc

- Cơ chế hấp phụ: bao gồm

• Cơ chế tiếp xúc: khi hạt cặn theo dòng nước đến gần sát bề mặt hạt vật liệu lọc thì sẽ bị dính vào hạt vật liệu lọc

• Cơ chế lắng: cặn tách khỏi dòng dưới tác động của trọng lực dẫn đến sự khác nhau của trọng lực và lực đẩy nổi làm cho hạt cặn có thể dính trên hạt vật liệu lọc

• Cơ chế khuếch tán: do chuyển động Brown (chảy tầng), hiệu quả tiếp xúc và lắng làm gia tăng kích thước hạt Hiệu quả Brown tăng khi kích thước hạt giảm

• Cơ chế hấp dẫn điện tích: hạt vật liệu lọc có thể mang điện tích trái dấu với hạt cặn trong nước

• Cơ chế tạo bông: hai hạt cặn mịn trên quỹ đạo lắng có thể kết dính tạo thành hạt to hơn Ỉ tăng hiệu quả tiếp xúc và lắng

Phân loại:

Theo tốc độ lọc chia ra:

-

• Bể lọc chậm (SSF): có tốc độ lọc 0.1- 0.5 m/h

• Bể lọc nhanh (RSF): có tốc độ lọc 5- 15 m/h

13

Trang 15

• Bể lọc cao tốc: có tốc độ lọc 25 m/h trở lên

Theo chế độ dòng chảy chia ra:

-

• Bể lọc trọng lực : là bể lọc hở, không áp

• Bể lọc áp lực: là bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ áp lực nước phía trên lớp vật liệu lọc

Theo chiều của dòng nước chia ra:

• Bể lọc một lớp vật liệu lọc (single medium)

• Bể lọc hai lớp vật liệu lọc (double medium)

• Bể lọc nhiều lớp vật liệu lọc (multi medium) Theo cỡ hạt vật liệu lọc chia ra: (tính theo lớp trên cùng)

-

• Bể lọc có cỡ hạt nhỏ: d< 0.4 mm

• Bể lọc có cỡ hạt vừa: d= 0.4 –0.8 mm

• Bể lọc có cỡ hạt thô: d> 0.8 mm

Theo cấu tạo của vật liệu lọc chia ra:

-

• Bể lọc có vật liệu lọc ở dạng hạt gồm các hạt cát, thạch anh ngiền, than anthraxit…, đây là vật liệu lọc được ứng dụng phổ biến nhất trong lãnh vực xử lý nước

• Bể lọc lưới: lớp lọc là lưới có mắt lưới đủ bé để giữ lại các cặn bẩn trong nước Lưới lọc dùng để làm sạch sơ bộ hoặc để lọc rong tảo, chất phù du, sinh vật ra khỏi nước

• Bể lọc có màng lọc: lớp lọc là vải bông, vải sợi thủy tinh, vải sợi nilon, màng nhựa xốp…Màng lọc dùng trong các bể lọc để cấp nước lưu động

14

Trang 16

- Theo vật liệu lọc:

• Lọc vật liệu cố định

• Lọc vật liệu nổi: hạt có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của nước, thường là nhựa tổng hợp, kích thước lớn hơn vài mm áp dụng cho bể lọc phá, có thể làm vật liệu tiếp xúc cho xử lý sinh học

1.3.2 Hấp phụ

1.3.2.1 Nguyên tắc hấp phụ:

Nguyên tắc của hấp phụ là sự chuyển hóa khối lượng (chất bẩn được giữ lại trên bề mặt chất rắn) Khả năng hấp phụ của một chất phụ thuộc vào:

- diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g): diện tích tăng Ỉ khả năng hấp phụ tăng

- hàm lượng chất bị hấp phụ

- đặc tính thủy động học: vận tốc tương đối giữa hai pha rắn và lỏng

- cơ chế cầu nối lý/hóa

Các loại chất hấp phụ:

- Tự nhiên: sét/ Alumina, zeolite, silica gel

- Tổng hợp: nhựa cao phân tử, than hoạt tính

Ứng dụng:

- Xử lý bổ sung: nước uống tinh khiết

- Xử lý chất ô nhiễm vi lượng:

• Nguồn nước mặt: mùi và vị

• Ô nhiễm tai nạn: sự cố tràn dầu,…

- Xử lý bậc cao nước thải sinh hoạt, công nghiệp: chất hữu cơ khó oxy hóa sinh học, khử COD còn lại sau quá trình sinh học

15

Trang 17

Loại hấp phụ:

- Hấp phụ lý học:

• Khi phân tử qua bề mặt chất hấp phụ sẽ đi vào khe rỗng và dính kết trên bề mặt chất hấp phụ bằng các lực lý học: lực Van-der-Waals

• Hấp phụ nhiều lớp: lớp hạt mới bị hấp phụ lên lớp hạt đã bị hấp phụ trước đó

- Hấp phụ hóa học:

• Lực hóa học có thể gây nên sự dính bám do các phản ứng hóa học xảy ra đối với chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

1.3.2.2 Than hoạt tính:

1.3.2.2.1 Cấu tạo:

Than hoạt tính sau khi được hoạt hóa sẽ có nhiều khe rỗng bên trong giúp than hoạt tính có tính hấp phụ tốt

Hình 1.3: Cấu tạo than hoạt tính

Macropores có kích thước >25 nm

Mesopores có kích thước >1 nm và < 25nm

Micropores có kích thước < 1 nm

16

Trang 18

1.3.2.2.2 Các loại than hoạt tính:

Hiện nay, trong công nghệ xử lý nước có hai dạng than hoạt tính được sử dụng là GAC (Granule Activated Carbon) và PAC (Powder Activated Carbon)

Hình 1.4: GAC và PAC

1.3.2.2.3 Sản xuất than hoạt tính:

Than hoạt tính được sản xuất bởi nhiều loại vật liệu khác nhau, thường gặp nhất là các loại như gỗ, than đá, than bùn, lignin, mạt cưa, vỏ trái dừa Quá trình sản xuất bao gồm hai giai đoạn: carbon hóa và hoạt hóa

Giai đoạn carbon hóa: thỉnh thoảng còn được gọi là giai đoạn than hóa Đây là giai đoạn gia nhiệt chậm vật liệu gốc trong điều kiện không có không khí đến nhiệt độ 6000C để tạo thành than

Giai đoạn hoạt hóa: xử lý than bằng các tác nhân oxi hóa như hơi nước, CO2

hoặc O2 ở nhiệt độ 800 - 9000C Sau giai đoạn này than sẽ có những lỗ rỗng to, nhỏ để đạt khả năng hấp phụ tốt

Hình 1.5: Chu trình sản xuất than hoạt tính

17

Trang 19

1.3.3 Trao đổi ion

1.3.3.1 Định nghĩa

Trao đổi ion là quá trình hóa lý trong đó các ion chuyển đổi từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại

1.3.3.2 Nhựa trao đổi ion

Nhựa trao đổi là loại nhựa tổng hợp được trùng ngưng từ Styren và Divinylbenzen, liên kết trong nhựa là liên kết 3 chiều tạo nên tính chất rỗ

Sơ đồ 1.5: Các loại nhựa trao đổi ion

Nhựa trao đổi ion

Kiềm mạnh

R-OHR-Cl

Cation-exchange resin Anion-exchange resin

Hình 1.6: Nhựa Cation và nhựa Anion

18

Trang 20

1.3.3.3 Ứng dụng

- Khử cứng (Ca, Mg): cho nước ăn uống, nước cấp nồi hơi

- Khử khoáng: cho nước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, điện tử…

- Khử sắt, nitrat, nitrit cho nước uống

- Xử lý nước thải: xi mạ (Cr, Zn, Cu, Pb)…

- Thu hồi kim loại quí: vàng bạc, uranium

1.3.4 Quá trình màng

1.3.4.1 Cấu trúc màng:

Màng được chế tạo từ cellulose acetate, polymer hữu cơ, polymer vô cơ Màng có cấu trúc không đối xứng gồm:

- lớp màng polymer rất mỏng nhằm giảm lực cản qua màng

- lớp màng dày có cấu trúc rỗ, cùng vật liệu với lớp mỏng, tạo nên kết cấu khung đỡ chịu được áp suất cao

1.3.4.2 Các loại màng:

19

Trang 21

Hình 1.7: Dãy kích thước hạt ứng dụng màng 1.3.4.3 Các dạng màng:

Hình 1.8: Dạng màng sợi rỗng (hollow fiber membrane)

Hình 1.9: Dạng màng xoắn (spiral-wound membrane)

20

Trang 22

Hình 1.10: Đơn nguyên màng xoắn (spiral-wound membrane elements)

Hình 1.11: Dạng màng đĩa (plate and frame membrane)

Hình 1.12: Dạng màng ống (tubular membrane)

21

Trang 23

1.3.4.4 Ứng dụng màng:

Xử lý nước cấp:

- Sản xuất nước có hàm lượng Na+ thấp và nước tinh khiết đóng chai,

- Sản xuất nước có TDS thấp dùng cho nồi hơi, thiết bị lạnh,

- Khử mặn,

- Khử màu, mùi, acid humid,

- Khử vi khuẩn, virus,

- Xử lý sơ bộ trước khi trao đổi ion

Xử lý nước thải:

- Thu hồi đường hoặc các sản phẩm khác trong chất thải ngành nước giải khát hoặc công nghiệp hóa học,

- Cô đặc nước thải

1.3.5 Khử trùng

1.3.5.1 Bằng tia UV:

Tia cực tím (UV) là tia bức xạ điện từ có bước sóng 4 – 400 nm Độ dài sóng của tia cực tím nằm ngoài vùng phát hiện, nhận biết của mắt thường Dùng tia cực tím để khử trùng không làm thay đổi tính chất hóa học và lý học của nước

Tia cực tím có tác dụng làm thay đổi DNA của tế bào vi khuẩn, ta cực tím có độ dài bước sóng 254nm có khả năng diệt khuẩn cao nhất Trong các nhà máy xử lý nước, người ta dùng đèn thủy ngân áp lực thấp để phát tia cực tím, loại đèn này phát ra tia cực tím có bước sóng 253,7 nm, bóng đèn đặt trong hộp thủy tinh không hấp thụ tia cực tím ngăn cách đèn và nước Đèn được lắp thành bộ trong hộp đựng có vách ngăn phân phối để khi nước chảy qua hộp được trộn đều để cho số lượng vi khuẩn đi qua đèn trong thời gian tiếp xúc ở hộp là cao nhất Lớp nước đi qua đèn có độ dày 6mm, năng lượng tiêu thụ từ 6000 đến 13000 mW/s Các loại đèn áp lực thấp sản xuất hiện nay có thể phát ra công suất 30000 mW/s, độ bền 3000 giờ đến

8000 giờ (Trịnh Xuân Lai, 2002)

- Ưu điểm:

• Nhỏ gọn, dễ lắp đặt và vận hành

22

Trang 24

• Không sản sinh ra các chất độc hại và sản phẩm phụ

• Không nguy hiểm khi quá liều

• Cần thời gian tiếp xúc rất ngắn (vài giây)

• Không gây mùi, không ảnh hưởng đến các khoáng chất trong nước

• Không yêu cầu chỗ chứa các hóa chất độc hại

- Nhược điểm:

• Chi phí vận hành cao

• Độ vẩn đục của nước và chất nhờn bám vào đèn có thể ngăn cản tia cực tím tác dụng vào vi khuẩn, do đó hiệu quả khử trùng thấp

Hình 1.13: Hệ thống diệt khuẩn bằng UV

Germicidal lamp in quartz sleeve : đèn sát trùng trong vỏ bọc

Stainless steel chamber : vỏ ngoài bằng thép không gỉ

23

Trang 25

1.3.5.2 Bằng ozone:

Ozone là chất khí không màu, có mùi giống như mùi không khí sau có hiện tượng sấm chớp Ozone có công thức hóa học là O3, ở điều kiện bình thường ozone là chất khí không bền vững, dễ bị phân hủy thành oxy

Thiết bị tạo ozone: trong xử lý nước, ozone được sản xuất bằng cách cho máy phát tia lửa điện gồm hai điện cực kim loại đặt cách nhau một khoảng cho không khí chạy qua Cấp dòng điện xoay chiều vào các điện cực để tạo ra tia hồ quang, đồng thời với việc thổi luồng không khí sạch đi qua khe hở giữa hai điện cực để chuyển hóa một phần oxy thành ozone Nguồn không khí vừa là nguồn cấp oxy vừa là chất điện môi để san đều điện tích phóng ra trên toàn bề mặt điện cực, ngăn cản hiện tượng quá tải cục bộ Sản phẩm phụ của quá trình là nhiệt lượng, ozone rất dễ phân hủy thành oxy khi ở nhiệt độ cao Luồng không khí đi qua khe hở không đủ để hạ nhiệt điện cực, do đó cần lắp thêm thiết bị làm lạnh ở máy sản xuất ozone Có hai loại thiết bị làm lạnh điện cực: làm lạnh bằng không khí và làm lạnh bằng nước

Dưới tác dụng của tia lửa điện, một phần Nito phản ứng với nước thành acid nitric có tác dụng ăn mòn điện cực Do đó, không khí trước khi qua máy tạo ozone cần phải được làm sạch để loại trừ hoàn toàn độ ẩm

Để khuấy trộn hòa tan ozone vào nước ta có các biện pháp:

- đi qua lớp lọc nổi

- dùng ejector

- dùng cánh khuấy để hòa tan khí

24

Trang 26

Liều lượng ozone cần để khử trùng nước là từ 0,2 – 0,5mg/L, tùy thuộc vào chất lượng nước đã xử lý Ozone có tác dụng tiêu diệt virus rất mạnh khi thời gian tiếp xúc đủ dài, khoảng 5 phút (Trịnh Xuân Lai, 2002)

Hình 1.14: Sự oxy hóa vi khuẩn và virus của ozone

- Ưu điểm:

• Quá trình oxy hóa diễn ra nhanh, mạnh, có thể tiêu diệt được cả mầm bệnh bao gồm cả virus

• Không gây mùi, vị

• Làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ chất hữu cơ, giảm nồng độ các chất hoạt tính bề mặt

• Không có sản phẩm phụ gây độc hại

• Tăng nồng độ oxy hòa tan

- Nhược điểm:

• Vốn đầu tư ban đầu cao

• Tiêu tốn năng lượng điện

• Việc lắp đặt và vận hành phức tạp

• Tạo ra chất độc hại nếu để vượt quá liều lượng và thời gian tiếp xúc

25

Trang 27

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

2.1 Các thông số:

Nguồn nước sử dụng là nước giếng khoan

Công suất Q = 4m3/ h, sản xuất được khoảng 2 m3/h nước thành phẩm

Thời gian làm việc: 2 ca/ ngày, mỗi ca 8h

Bảng 2.1: Các thông số

Đầu ra Tên chỉ tiêu Đơn vị

tính Đầu vào

Sau khi qua quá trình tiền xử lý 6096:2004 TCVN Yêu cầu chất lượng của công ty

Trang 28

Chương 2: Lựa chọn công nghệ

2.2 Lựa chọn công nghệ xử lý:

2.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ:

Bồn chứa nước đã qua tiền xử lý

Làm mềm nước

Hấp phụ bằng than hoạt tính

Lọc RO

Bồn tiếp xúc ozone

Dung dịch

hoàn nguyên

Than được tái sinh

bằng hơi nước

Nước thải bỏ Vệ sinh nhà xưởng

ozone

Lọc vi sinh (lõi lọc 0,2μm)

Bồn chứa nước thành phẩm

Lọc cát

sơ bộ

Bồn chứa nước mềm

Đóng chai

Trang 29

Chương 2: Lựa chọn công nghệ

Đường hóa chất Đường chất thải

2.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước sau khi qua quá trình tiền xử lý sẽ được đưa vào cột lọc sơ bộ với vật liệu lọc là cát để loại bỏ cặn còn sót lại sau quá trình tiền xử lý, đảm bảo an toàn cho nhựa trao đổi ion Sau đó, nước được đưa qua cột hấp phụ bằng than hoạt tính để hấp phụ mùi và các chất hữu cơ có trong nước Tiếp theo, nước tiếp tục qua cột trao đổi ion làm mềm nước, nhựa sử dụng là nhựa R-Na để loại bỏ các ion Ca2+,

Mg2+ và các ion dương khác Sau đó, nước được qua hệ thống lọc tinh 5 μm, 1 μm để loại bỏ cặn rất nhỏ, đồng thời hạn chế việc gây đóng cặn tắc nghẽn RO Tiếp sau đó nước được đưa qua hệ thống RO để giảm lượng TDS trong nước, và tiếp tục được đưa vào bồn tiếp xúc ozone, tại đây ozone được bơm vào nước để tiêu diệt vi khuẩn tồn tại trong nước Sau đó, nước được đưa qua lọc tinh một lần nữa để loại bỏ xác vi khuẩn Cuối cùng, trước khi đi đóng chai nước sẽ được khử trùng bằng tia

UV để đảm bảo độ tinh khiết

28

Trang 30

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ

3.1 Bồn lọc cát áp lực:

3.1.1 Nhiệm vụ:

Bồn lọc cát có nhiệm vụ loại bỏ những cặn lơ lửng có thể có trong nước,

đảm bảo không gây tắt nghẽn cột trao đổi ion và ảnh hưởng đến nhựa trao đổi

• Ưu điểm của lọc cát áp lực:

- Gọn, dễ chế tạo, cắp ráp nhanh, tiết kiệm đất xây dựng, thích hợp cho

nơi chật hẹp

- Nước có áp nên không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc,

chiều cao lớp nước trên mặt cát chỉ cần 0,4 – 0,6 m đủ để thu nước rửa không kéo

cát lọc ra ngoài

- Vận tốc lọc lớn:

Lọc trong: v = 8 – 12m/h Lọc nước tuần hoàn: v = 20 –35m/h Lọc sơ bộ và khử sắt trong nước ngầm: v = 8 – 20m/h

• Khuyết điểm của lọc cát áp lực:

- Thích hợp với công suất nhỏ (≤ 5000 m3/ngày)

- Do bể lọc làm việc trong hệ kín nên không theo dõi được hiệu quả của

quá trình rửa ngược

3.1.2 Cấu tạo:

- Vật liệu chế tạo bồn: thép không gỉ

- Tốc độ lọc v = 8 –20m/h

- Lớp nước trên mặt cát 0,4 – 0,6 m

29

Trang 31

Chương 3: Tính toán – Thiết kế

- Lớp vật liệu lọc dày 0,7 – 1,2 m

- Hệ số giãn nở lớp vật liệu lọc: 10 – 50%

3.1.3 Tính toán:

3.1.3.1 Kích thước bồn lọc:

Diện tích bề mặt lọc:

Diện tích bề mặt lọc: F = Dπ.4 2 =3,144.0,62 = 0,2826 m2

Vận tốc lọc: = = 0,28264

hsđ : chiều cao lớp sỏi đỡ, chọn hạt kích thước 2- 5mm dày 0,2m

hln : chiều cao lớp nước phía trên, hln = 0,4 – 0,6m (Trịnh Xuân Lai, 2002), chọn hln = 0,4m

hvl : chiều cao lớp vật liệu lọc, chọn hvl = 1,2m

30

Trang 32

hat : chiều cao an toàn, hat = e x hvl = 0,3 x 1 = 0,3m

Vậy chiều cao của bồn lọc là:

H = 0,2 + 0,4 + 1,2 + 0,3 = 2,1m

3.1.3.2 Thu nước lọc và rửa lọc:

Bảng 3.1: Sự phân bố kích thước hạt

Tỉ lệ phần trăm của hạt

(tính theo khối lượng)

Cát có: d10 = 0,56 mm; hệ số đồng dạng U = 1,35

Đường kính lớn nhất của cát là: d90 = d10.U1,67 = 0,56.1,351,67 = 0,924mm Số Reynold:

mf mf

mf

s m kg

mm

m mm m

kg v

d

924

10

10001.924,0.1000

d

31

Trang 33

35 , 12769

10

81 , 9 1000

2650 1000

10001924

, 0

2 3

3

3 3

s

m m

kg m

kg mm

m mm

Lưu lượng nước cần thiết cho quá trình rửa ngược:

h m F

v

Q r = b = 35 , 47 0 , 2826 = 10 , 023 3 / =2,784 l/s Ống thu nước lọc và phân phối nước rửa lọc

Vận tốc có thể chọn như sau:(Nguồn: Physical – Chemical Treatment Processes)

- ống dẫn nước rửa lọc 2,4 – 3,7m/s

Chọn đường kính ống thu nước lọc và phân phối nước rửa lọc là φ34 Tiết diện ống chính là

2 4 2

2

10.0746,94

034,0.14,3

Q v

ong

r

10.0746,9

10.784,2

• Tính toán chụp lọc thu nước:

Số lượng chụp lọc: 25 – 50 cái/m2 bể lọc

Diện tích bồn F = 0,2826 m2, chọn 16 cái chụp lọc

Lưu lượng nước đi qua một chụp lọc là

32

Trang 34

s l s

l

15 784 , 2

=

3.1.3.3 Hệ thống phân phối nước vào:

Chọn ống dẫn nước vào có φ34

Tiết diện ống vào là

2 4 2

2

10.0746,9

4,0340.14,3

Q v

ong

10 0746 ,

Bán kính đáy nhỏ : r = 17 mm (= đường kính ống phân phối /2)

Bán kính đáy lớn : R = 150 mm

PHỄU THU NƯỚC

Þ240 Þ200 Þ34

Hình 3.1: Phểu thu nước

33

Trang 35

3.1.3.4 Bơm:

3.1.3.4.1 Bơm nước từ bồn chứa đến bồn lọc:

Trong đó

h1 : tổn thất áp lực ban đầu (hL)

Theo công thức Carman – Kozeny:

g d

v e

e L f

ψ : hệ số hình dạng

d : đường kính hạt cát chọn cát thạch anh có e = 42%, ψ = 0,82, d = 0,56mm

s m F

Q

2826,

10 56 , 0 82 , 0 10 93 , 3 1000

.

Re = ρv Sμψ d = −3−3 −3 =

ft : hệ số ma sát

k e

10.93,342

,0

42,01.2,1.937,

2 3

Trang 36

h3 : tổn thất trong đường ống, bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

Tổn thất dọc đường

g

v D

L

h d

2 2

λ

=

với L là chiều dài đoạn ống L = 20m

vận tốc chảy trong ống v = 1,22 m/s

đường kính ống D = 34 mm

độ nhớt của nước ν = 0,01.10-4 m2/s

41480 10

01 , 0

034 , 0 22 , 1

21,22

034 ,

020 021 ,

=

Tổn thất cục bộ qua các co, cút, van, lấy hc = 1m

h3 = hd + hc = 0,937 +1 =1,937m Tổng tổn thất là :

H = 1,6 + 6 +1,937 = 9.54m Vậy chọn bơm có lưu lượng Q = 4 m3/h

cột áp H = 10m Công suất bơm:

(kW q g H

- qb : lưu lượng bơm, qb = 1,11.10-3 m3/s

- ρ : khối lượng riêng của dung dịch, ρ=1000 kg/m3

- g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

- H : cột áp bơm, H =10m

35

Trang 37

- η : hiệu suất chung của bơm η = 0,72 – 0,93 Chọn η = 0,8

kW

8 , 0

1000.1000.9,81.1010

11 ,

1 3

=

3.1.3.4.2 Bơm nước rửa lọc:

Cột áp của bơm:

H = h1 + h2 + h3 + h4

h1 : tổn thất áp lực giới hạn h1 = 6m

h2 : tổn thất áp lực qua hệ thống phân phối nước rửa lọc

Khi dùng chụp lọc thì tổn thất áp lực là

m g

v

5,0.81,9.2

5,1

2 2

μ : hệ số lưu lượng của chụp lọc, đối với chụp lọc khe hở μ = 0,5

h3 : tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc và sỏi đỡ

hs : tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ

m w

H

h s =0,061 s =0,061.0,2.35,47=0,432

Hs : chiều dày lớp sỏi đỡ

w : cường độ rửa lọc

hc : tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc

.

1 − − = − − =

= ρ ρ ρ

ρc : khối lượng riêng của cát, ρc = 2650 kg/m3

ρ : khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3

L : chiều dày lớp cát, L = 1 m

m h

h

h3 = s+ c =0,432+0,957=1,389

h4 : tổn thất trong đường ống bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

36

Trang 38

Tổn thất dọc đường

g

v D

L

h d

2 2

λ

=

với L là chiều dài đoạn ống L = 10m

vận tốc chảy trong ống v = 3,07m/s

đường kính ống D = 34 mm

độ nhớt của nước ν = 0,01.10-4 m2/s

104380 10

01 , 0

034 , 0 07 , 3

23,07

034 ,

010 018 ,

=

Tổn thất cục bộ qua các co, cút, van, lấy hc = 1m

h4 = hd + hc = 2,543 +1 =3,543 m Tổng tổn thất là :

H = h1 + h2 + h3 + h4 = 6 + 0,46 + 1,389 + 3,543 = 11,392m Vậy chọn bơm có lưu lượng Q = 12 m3/h

cột áp H = 12m Công suất bơm:

(kW q g H

- qb : lưu lượng bơm, qb = 2,784.10-3 m3/s

- ρ : khối lượng riêng của dung dịch, ρ=1000 kg/m3

- g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2

- H : cột áp bơm, H =12 m

- η : hiệu suất chung của bơm η = 0,72 – 0,93 Chọn η = 0,8

37

Trang 39

kW

8 , 0

1000.1000.9,81.1210

784 ,

2 3

=

3.1.3.5 Thời gian rửa ngược:

Tính sơ bộ thời gian rửa ngược lớp cát dựa trên khả năng chứa cặn của lớp vật liệu lọc Xem SS trước khi vào bồn lọc cát là 4 mg/L Ta có các thông số của cát sau:

Đường kính tương đương: 0,56 mm

Hệ số đồng dạng: 1,35

Độ rỗng: 42%

Chiều dày lớp cát: 1,2 m

Với vận tốc lọc v = 14,1543 m/h > 8m/h thì cặn chứa được 1/6 – 1/5 thể tích các lỗ rỗng (Trịnh Xuân Lai,2002)

Thể tích cát V cat = H cat.F = 1 , 2 0 , 2826 = 0 , 34m3

Thể tích chứa cặn của cát lọc

3

024,034,0.42,0.6

1.42,0.6

m kg

G=60 / 3.0,024 3 =1,424Khối lượng cặn cát phải giữ lại được

h

g m

g h

m

m= 4 3 1 3 = 4

Để đảm bảo chất lượng thì chu kỳ lọc là:

ngày h

h kg

kg

T chatluong 356 14,8

/10.4

424,1

Vậy nên chọn thời gian rửa ngược < 14 ngày

38

Trang 40

3.2 Bồn lọc than hoạt tính:

3.2.1 Nhiệm vụ:

Bồn lọc than hoạt tính có nhiệm vụ khử các chất ô nhiễm như: hợp chất Clo hóa, dẫn xuất phenol hoặc hydroxyl, hợp chất sinh mùi vị, chất ô nhiễm vi lượng, kim loại nặng… , đảm bảo nước có độ tinh khiết nhất định

Loại than hoạt tính sử dụng là GAC (Granule activated carbon), sử dụng trong cột lọc vật liệu cố định với dòng chảy từ trên đi xuống, tương tự bể lọc áp lực

3.2.2 Cấu tạo:

- Vật liệu chế tạo bồn: thép không gỉ

- Tốc độ lọc v = 5 –15m/h

- Lớp than dày 0,8 – 1,2 m

- Hệ số giãn nở lớp vật liệu lọc: 10 – 50%

3.2.3 Tính toán:

3.2.3.1 Kích thước thiết bị:

Chọn EBCT (Empty bed contact time) = 10 phút

Thể tích than cần thiết là:

3

66,010

60