NGHIÊN CỨU SỐ LIỆU VÀ CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN

7.1 NGHIÊN CỨU SỐ LIỆU VÀ CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Do có hàm lượng cặn lơ lửng cao lên đến hàng nghìn mg/l nên ta sẽ làm mương dẫn cho cả hai trạm xử lý Cẩm Thượng và Minh Tân nhằm sơ lắng 1 phần cặn trước khi đưa vào trạm xử lý.

Kết quả phân tích chất lượng nguồn nước mặt của sông Thái Bình sau khi sơ lắng qua mương dẫn cho thấy nguồn nước có các đặc tính sau :

Stt Các chỉ tiêu Đơn vị Kêt quả phân

tích Tiêu chuẩn

1 pH 7,4 6,5 ÷ 8,5

2 Nhiệt độ oC 24,1 23

3 Độ dẫn điện àS 206

4 Độ màu MgPt/Co 3 < 10

5

Hàm lượng Cặn lơ lửng

Cmax mg/l 322 ≤ 3

Ctb mg/l 113

Cmin mg/l 30

6 Độ Oxy hoá KMnO4 mg/l - O2 3 0,5 ÷ 2,0

7 Độ đục NTU 34

8 Độ cứng tổng cộng mgđl/l 3,67 <4,285

9 Độ kiềm toàn phần mgđl/l 2,43

10 Ca2+ mg/l 60,12 75÷100

11 Mg2+ mg/l 8,19 0,2

12 Na+ mg/l 46

13 Fe2+ mg/l 0,22 ≤ 0,3

14 Mn2+ mg/l 0 0,1

15 NH4+ mg/l 1,5 0

16 SiO32- mg/l 0,7

17 HCO3- mg/l 148

18 Cl- mg/l 71

19 SO42- mg/l 75

20 NO2- mg/l 1,2 0

21 NO3- mg/l 1 < 6

22 PO43- mg/l 0,3 1,2÷2,5

23 Tổng số coliform MPN/100ml 10 0

7.1.1 Xác định các chỉ tiêu còn thiếu và đánh giá mức độ chính xác các chỉ tiêu nguồn nước.

7.1.1.1 Xác định các chỉ tiêu * Tổng hàm lượng muối hòa tan

Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được tính theo công thức sau:

[ ] [ ] [ ]

∑ + +∑ − + + + − + −

= M A 1,4.Fe2 0,5HCO3 0,13SiO32 P

Trong đó:

+∑M+là tổng hàm lượng các ion dương trong nước nguồn không kể Fe2+ : ∑M+ =[ ] [ ] [Na+ + Ca2+ + Mg2+] [+ NH4+]

= 46 + 60,12 + 8,19 + 1,5 = 115,81 (mg/l)

+∑A− là tổng hàm lượng các ion âm không kể HCO3- và SiO32-: ∑ − =[ ] [ ] [ ] [ ]− + − + 2− + 3−

2

4 Cl NO NO

SO A

= 75 +71+ 1,2+1 = 148,2 (mg/l) Như vậy:

P = 115,81 + 148,2 + 1,4.0,22 + 0,5.148 + 0,13.0,7 (mg/l) P = 338,409 (mg/l)

*

Xác định hàm lượng CO2 hoà tan

Lượng CO2 tự do có trong nước nguồn phụ thuộc vào P, t0, Ki, pH và được xác định theo biểu đồ Langlier.

Với: P = 338,409 (mg/l), t0 = 24,10C, pH = 7,4 , Ki = 2,43 (mg/l).

Tra biểu đồ ta xác định được hàm lượng [CO2] tự do là: 7,5 (mg/l).

7.1.1.2 Đánh giá chất lượng nước nguồn *Độ kiềm toàn phần

Theo giả thiết, độ kiềm toàn phần bằng 2,43 (mgđlg/l) Theo tính toán: KiTP =[OH−] [+ HCO3−] [+ CO32−] (mgđlg/l)

pH = 7,4 → [ ]OH− rất nhỏ có thể coi bằng 0

pH = 7,4<8,4 → trong nước có CO2 và HCO3−, không có CO32−nên [CO32−] = 0 , độ kiềm trong nước do HCO3- gây ra.

→ KItp = [HCO3−]/61,02 = 148/61,02 = 2,425 (mgđlg/l) Sai số là 0,2% < (3÷5)% là sai số cho phép.

* Độ cứng toàn phần

Theo giả thiết, độ cứng toàn phần bằng 3,67 (mgđlg/l) Theo tính toán:

CTP =[ ] [ ]

16 , 12 04 , 20

2

2+ +

+ Mg

Ca =

16 , 12

19 , 8 04 , 20

12 ,

60 + = 3,65 (mgđlg/l)

Sai số 0,5% < (3÷5)% là sai số cho phép.

* Độ cứng Cacbonat

Theo giả thiết độ cứng Cacbonat bằng 2,43 (mgđlg/l) Theo tính toán:

Ck = [ ]

02 , 61

3−

HCO = 02 , 61

148 = 2,425 (mgđlg/l)

Sai số 0,5% < (3÷5)% là sai số cho phép.

- Độ kiềm tổng cộng = 2,43 (mgđlg/l) - Độ cứng cacbonat = 2,43 (mgđlg/l)

→ Độ kiềm tổng cộng = Độ cứng cacbonat.

Như vậy , các độ chính xác của các chỉ tiêu chất lượng nước đã đạt yêu cầu.

Kết luận: Đánh giá chất lượng nước nguồn:

Nguồn nước là nước mặt nên khi đánh giá ta chú trọng đến các chỉ tiêu quan trọng như độ đục , độ màu, độ oxi hóa của nước và một số chỉ tiêu khác.

Dựa vào tiêu chuẩn chất lượng nước mặt cấp cho các trạm xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt và tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt (theo quyết định của bộ y tế số: 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 ), ta có:

+ Hàm lượng cặn lớn (322 mg/l) lớn hơn chỉ tiêu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt nên cần phải làm trong nước.

+ Coliform tổng số 10 khuẩn lạc/100 ml > 0 khuẩn lạc/100 ml nên phải khử trùng bằng clo. Hơn nữa trong nước nguồn tồn tại các hợp chất của nitơ NH+4 = 1,5 mg/l>0 mg/l; NO−2 = 1,2 mg/l > 0 mg/l ; NO3− = 1 mg/l > 0 mg/l nên phải xử lý.

+ Các chỉ tiêu khác:

pH = 7,4 đạt tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt (6,5 ÷ 8,5).

Các ion Na+ , K+ , Fe2+ ... nằm trong giới hạn cho phép.

Độ cứng toàn phần của nước Ctp = 3,67 mgđlg/l = 10,270dH thoả mãn yêu cầu nước dùng cho sinh hoạt (Ctp ≤ 120dH) nên không cần phải xử lý.

Tóm lại :

Nguồn nước chưa đảm bảo vệ sinh để cấp cho sinh hoạt : các chỉ tiêu hàm lượng cặn lơ lửng , hàm lượng các hợp chất chứa nitơ, chỉ số coliform tổng số lớn và cần được xử lý.

• Để làm trong nước và khử màu ta sử dụng hóa chất phèn để keo tụ.

• Trước khi đưa nước vào các công trình xử lý , ta phải tiến hành clo hóa sơ bộ để oxy hóa một phần cá hợp chất hữu cơ có thể làm ảnh hưởng đến các quá trình keo tụ và các quá trình tiếp theo.

• Sau cùng phải khử trùng nước bằng clo trước khi dẫn nước đến bể chứa nước sạch.

7.1.2 Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ

+Do công suất một đơn nguyên xử lý lớn Q = 50000 m3/ngđ nên dùng bể lắng ngang và bể lọc Aquazur V để xử lí.

+Hàm lượng cặn lơ lửng lớn .Vì vậy phải dùng mương dẫn nước để lắng sơ bộ, sau đó dùng phèn nhôm Al2(SO4)3 để keo tụ.

+Do có dùng phèn nên trong dây chuyền công nghệ phải có thêm công trình trộn và phản ứng.

- Công trình trộn dùng bể trộn cơ khí.

- Công trình phản ứng dùng bể phản ứng cơ khí.

Như vậy sơ bộ ta chọn được dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt như sau:

7.1.3 Xác định liều lượng các hóa chất đưa vào trong nước 7.1.3.1 Xác định lượng Clo hóa sơ bộ

Ta phải clo hóa sơ bộ trong hai trường hợp sau:

- [O2] > 0,15×[Fe2+] +3

- Nước nguồn chứa NH3 , NO2

+ Do [O2] = 3,0 (mg/l) < 0,15×[Fe2+] +3 = 0,15×0,22+3 = 3,033 (mg/l) nên không cần phải clo hóa sơ bộ

+ Lượng clo để khử NH4+ , NO2-

LCl = 6. NH4+ + 1,5.NO2- + 3 = 6.1,5 + 1,5.1,2 + 3 = 13,8 (mg/l) 7.1.3.2 Xác định liều lượng phèn LP

Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al2(SO4)3 khô.

 Liều lượng phèn để xử lý nước đục được xác định theo hàm lượng cặn lơ lửng: Tính toán với C = 322 mg/l , theo tiêu chuẩn ngành 33-85, bảng 6-3 ta được Lp1 = 39,2 mg/l.

 Liều lượng phèn để xử lý độ màu của nước được xác định theo độ màu M:

LP2 = 4 M = 4 20 = 17,889 (mg/l).

So sánh ta thấy Lp1> LP2 nên lấy LP = 39,2 mg/l để xử lý nước.

- Kiểm tra độ kiềm của nước theo yêu cầu keo tụ:

Khi cho phèn vào nước pH giảm. Đối với phèn nhôm , giá trị pH thích hợp để quá trình keo tụ xảy ra đạt hiệu quả là từ 5,7 đến 6,8.

Giả sử cần phải kiềm hóa nước để nâng pH lên giá trị phù hợp với yêu cầu xử lý, lượng kiềm được tính:

Trộn Bể p/ư Cơ khí

Bể lắng Lamen

Bể lọc Aquazur

V

BCNS Hợp chất keo tụ

Khử trùng

Nước nguồn Sau sơ lắng Clo hóa sơ bộ

Lk = ek (

p P

e

L - Kio + 1) . C

100 (mg/l) Trong đó

Lp , ep : liều lượng và đương lượng phèn đưa vào trong nước Lp = 39,2 mg/l

ep (Al2(SO4)3 = 57 mgđlg/l

ek : đương lượng kiềm , chọn chất kiềm hóa là CaO (vì kinh tế nhất) nên ek = 28 mgđlg/l Kio : độ kiềm của nước nguồn , Kio = 2,43 mgđlg/l

C : nồng độ CaO trong sản phẩm sử dụng , C = 80%

1 : độ kiềm dự trữ

→ Lk = 28 



 



 −2,43+1 57

2 ,

39 .

80

100 = -25,98 < 0

Như vậy độ kiềm của nước đảm bảo keo tụ , không cần phải kiềm hóa.

7.1.4 Xác định các chỉ tiêu cơ bản của nước sau xử lý

Sau khi đưa phèn vào trong nước mà không cần kiềm hóa , các chỉ tiêu của nước thay đổi , nước sau xử lý sẽ có pH , Ki giảm , CO2 và cặn lơ lửng tăng.

7.1.4.1 Độ kiềm Ki*

Ki* = Kio -

p P

e

L (mgđlg/l)

Kio : độ kiềm của nước nguồn , Kio = 2,43 mgđlg/l

Lp , ep : liều lượng và đương lượng phèn : Lp= 39,2 mg/l, ep= 57 Ki* = 2,43 -

57 2 ,

39 = 1,742 (mgđlg/l)

7.1.4.2 Hàm lượng CO2* CO2* = CO02 + 44

p P

e L

= 7,5 + 44.

57 2 ,

39 = 37,76 (mg/l)

7.1.4.3 Độ Ph*

Xác định bằng cách tra biểu đồ Langelier , dựa vào tْ , P , Ki* , CO2* (coi như nhiệt độ và tổng hàm lượng muối là không đổi ).

Ta có tْ = 24,1ْC ; P = 338,409 mg/l ; Ki* = 1,742; CO2* = 37,76 mg/l

→ pH* = 6,6

7.1.4.4 Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi keo tụ bằng phèn.

Độ ổn định của nước được đánh giá qua chỉ số ổn định của nước : I = pH*- pHs

Trong đó, pH* : độ pH của nước sau khi keo tụ ( = 6,6 )

pHs : độ pH của nước ở trạng thái cân bằng bão hòa (bởi CaCO3) được xác định theo hàm số :

pHs = f1(tْ) – f2(Ca2+) – f3(Ki*) + f4(P)

Các hàm f1,2,3,4 tra theo biểu đồ để xác định chỉ số pHs

tْ = 24,1C suy ra f1(tْ) = 2,02 Ca2+ = 60,12 suy ra f2(Ca2+) = 1,7 Ki* = 1,742 suy ra f3(Ki*) = 1,22 P = 338,409 mg/l suy ra f4(P) = 8,816

→ pHs = 2,02 -1,7 -1,22 + 8,816 = 7,916 Chỉ số ổn định của nước

I = pH* - pHs = 6,6 -7,916 = -1,316 < 0 ; tức lượng CO2 tự do sau sử lý lớn hơn lượng CO2 cân bằng.

→ Nước có tính xâm thực, phải ổn định nước bằng phương pháp kiềm hóa, sử dụng vôi.

Lượng vôi được tính theo hàm lượng CaO trong trường hợp pH* < pHs < 8,4 là Lv = ev. β. Ki*.

Cv

100 (mg/l)

Trong đó:

ev: đương lượng vôi, ev = 28 mgđlg/l

β: hệ số phụ thuộc pH* và I. Tra biểu đồ ta có β = 0,57 Ki*: độ kiềm của nước sau xử lý, Ki* = 1,742

Cv: độ tinh khiết của vôi, Cv = 80%

→ Lv = 28.0,57.1,742.

80

100 = 34,75 (mg/l)

Khi đó, vôi sẽ được đưa vào nước cùng với hóa chất keo tụ (phèn nhôm) ở công trình đầu của đây truyền công nghệ.

7.1.4.5 Hàm lượng cặn lớn nhất sau xử lý.

C*max = C0max + K.Lp + 0,25M + Lv , mg/l

Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vào loại phèn và độ tinh khiết của phèn. Với phèn nhôm sạch, K = 0,55

C*max = 322 + 0,55.39,2 + 0,25.3 + 34,75 = 379,06 (mg/l)

Từ đó, ta thiết kế dây chuyền công nghệ cho trạm xử lý Tóm tắt dây truyền công nghệ:

Nước nguồn được thu vào công trình thu, qua trạm bơm cấp một, được clo hóa sơ bộ rồi dẫn đến các công trình trong trạm xử lý: qua bể trộn cơ khí, ở đây nước được hòa trộn với phèn và vôi, dẫn sang bể phản ứng cơ khí, các bông cặn được hình thành và dính kết được lắng tại bể lắng ngang, các bông cặn nhỏ cùng với một ít chất bẩn và vi khuẩn không được lắng trong bể lắng ngang sẽ được loại trừ phần lớn tại bể lọc nhanh. Lúc này, nước đã được làm trong và khử màu. Công đoạn cuối là châm clo vào đường ống dẫn nước tới bể chứa nước sạch đẻ khử trùng nước và đảm bảo một lượng clo dư cho nước để đề phòng những vi sinh vật xâm nhập vào nước sạch trong quá trình vận chuyển tới các hộ tiêu thụ.

Phèn+ vôi

Nước nguồn sau khi qua

mương dẫn

Bể trộn cơ khí

Bể phản ứng cơ

khí Bể lắng

ngang

Bể lọc Aquazur V Bể chứa

nước sạch

Clo Trạm bơm

cấp 2 Mạng lưới

tiêu thụ