Đề tài Nghiên cứu công nghệ và thiết bị hệ thống xử lý nước sinh hoạt phù hợp cho hộ gia đình tại thị trấn Bến Quan, huyện Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị

aCO3 mg/l 350 - TCVN 6224-1996 Hàm lượng clorua mg/l 300 - TCVN 6194-1996 Hàm lượng Florua mg/l 1.5 - TCVN 6195-1996 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0.01 0.05 TCVN 6626-2000 Coliforms tổng số Vi khuẩn/100ml 50 150 TCVN 6187 – 1,2: 1996 E-coli hoặc coliform chịu nhiệt Vi khuẩn/100ml 0 20 TCVN 6187 – 1,2: 1996 Ghi chú: Giới hạn tối đa cho phép I áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước. Giới hạn tối đa cho phép II áp dụng đối với các hình thức khai thác nước cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước bằng đường ống chỉ qua xử lý đơn giản như giếng khoan, giếng đào, bể mưa, đường ống tự chảy). 4.3. Tổng quan về chất lượng nước[3] Để cung cấp nước sạch có thể khai thác các nguồn nước thiên nhiên như nước mặt ( sông, suối, ao, hồ...), nước ngầm và nước biển. + Nước mặt: Là nguồn nước được kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên đặc trưng của nước mặt là: chứa khí hòa tan, chứa nhiều chất rắn lơ lửng, có hàm lượng chất hữu cơ cao, có sự hiện diện của tảo. Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước mặt dùng để làm nước cấp sinh hoạt theo bảng (4.1). + Nước ngầm: Được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nó chảy qua. Đặc trưng chung của nước ngầm là: Độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định, không có ôxy, chứa nhiều khí H2S, CO2, chứa nhiều chất khoáng hòa tan (mangan, sắt, fluor...), không có sự hiện diện của vi sinh vật. + Nước biển: Có độ mặn cao, phụ thuộc vào vị trí địa lý như gần bờ hay xa bờ, gần cửa sông hay xa cửa sông. 4.3.1. Tính chất lý học của nước [3] 4.3.1.1. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước dùng làm nguồn nước cấp phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện khí hậu môi trường, trong đó nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý và nhu cầu tiêu thụ nước. Nước mặt có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường, ví dụ: Miền Bắc nhiệt độ nước mặt dao động từ 1334oC, còn ở miền Nam nhiệt độ nguồn nước mặt dao động từ 26 29oC. 4.3.1.2. Độ màu Do các chất bẩn trong nước tạo nên, các hợp chất sắt, mangan không hòa tan trong nước làm cho nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, các loại thủy sinh tạo cho nước có màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Đơn vị đo độ màu của nước là Platin-Coban. Độ màu biểu kiến của nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo nên và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Độ màu thực của nước do các chất hòa tan trong nước tạo nên và loại bỏ bằng phương pháp hóa lý kết hợp. 4.3.1.3. Độ đục Nước là môi trường truyền ánh sáng tốt. Khi trong nước có các chất rắn, cạn, huyền phù thì khả năng truyền ánh sáng giảm đi. Đơn vị đo độ đục là NTU hoặc FTU. Nước cấp cho ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU. 4.3.1.4. Mùi, vị Mùi trong nước do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ quá trình phân hủy vật chất tạo nên. Nước thiên nhiên có mùi tanh, mùi đất, mùi thối. Trong quá trình xử lý tiệt trùng nước bằng các hợp chất Clo thì nước bị nhiễm mùi Clo hoặc Clophenol. Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan mà nước có thể có các vị ngọt, đắng, chát, mặn. 4.3.1.5. Độ nhớt Là đại lượng biểu thị lực ma sát nội sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Độ nhớt là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước. Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng. 4.3.1.6. Độ dẫn điện Nước có tính dẫn điện kém, độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. Độ dẫn điện dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước. 4.3.1.7. Tính phóng xạ Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ có trong nước tạo nên. Nước ngầm thường bị nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, tuy nhiên các chất phóng xạ này có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nước thường vô hại. Khi nước bị nhiễm bẩn từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép. 4.3.2. Tính chất hóa học của nước[3] 4.3.2.1. Độ pH Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, dùng để biểu thị tính acid và tình kiềm của nước. Độ pH có liên quan đến sự hiện diện cả một số kim loại và khí hòa tan trong nước. Ở độ pH < 5, tùy vào điều kiện địa chất trong một số nguồn nước có thể chứa sắt, mangan và nhôm ở dạng hòa tan và một số loại khí như CO2, SO2 ở dạng tự do trong nước. Tính chất này được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng. Ngoài ra, khi tăng pH và có tác nhân oxy hóa, các kim loại hòa tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng, lọc 4.3.2.2. Độ kiềm Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion bicacbonat, cacbonat, hydroxit và các anion của các muối acid yếu. Ở nhiệt độ nhất định độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước. Độ kiềm bicacbonat, cacbonat góp phần tạo nên tính đệm cho dung dịch nước, nguồn nước có tính đệm cao, trong quá trình xử lý có dùng thêm các hóa chất như phèn thì độ pH của nước ít thay đổi nên sẽ tiết kiệm được các hóa chất dùng để điều chỉnh pH. 4.3.2.3. Độ cứng Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magie có trong nước. Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng 3 khái niệm độ cứng là độ cứng toàn phần, độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu. Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lẵng phí xà phòng. Còn trong sản xuất, nước cứng tạo thành lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 4.3.2.4. Độ oxy hóa Độ oxy hóa là đại lượng đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước, đó là lượng oxy cần để oxy hóa hết các hợp chất hửu cơ trong nước. Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là KMnO4 . Trong thực tế, nguồn nước có độ oxy hóa >10 mgO2/l đã có thể bị nhiễm bẩn. Nếu trong quá trình xử lý nếu dùng háo chất clo ở dạng tự do hay hợp chất hypoclorit thì sẽ tạo thành hợp chất clo hữu cơ là Trihalometan (THM) có khả năng gây ưng thư. Tổ chức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1mg/l. 4.3.2.5. Các hợp chất chứa nito Quá trình phân hủy các chất hửu cơ tạo ra NH3, NO3, NO2. Các hợp chất này dùng để làm chất chỉ thị để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi nước mới bị nhiễm bẩn ngoài các chỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hóa, amoniac trong nước còn có một ít nitrat và nitrit. Sau một thời gian, amoniac và nitrit bị oxy hóa thành nitrat. Nồng độ nitrat cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho rong tảo phát triển gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt. Tổ chức Y tế thế giới quy định nồng độ nitrat trong nước uống không được vượt quá 10 mg/l (tính theo N). 4.3.2.6. Các hợp chất chứa phospho Trong nước tự nhiên thường gặp nhất là phosphat, đây là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Phosphat là chất dinh dưỡng cho sự phát triển của rong tảo, nguồn phosphat đưa vào môi trường nước là từ nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp và lượng phân bón dùng trên đồng ruộng. Phosphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt động của các bể lắng. Đối với các nguồn nước có hàm lượng cặn hữu cơ cao như nitrat và phosphat thì các bông cặn kết cợn ở bể tạo bông không lắng được ở bể lắng mà có khuynh hướng tạo thành dám nỗi lên mặt nước. 4.3.2.7. Các hợp chất silic Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất silic. pH 11 silic tồn tại dạng HSiO, SiO. Trong quá trình xử lý nước Silic có thể được loại bỏ một phần khi dùng các hóa chất keo tụ để làm trong nước. 4.3.2.8. Clorua Clorua làm cho nước có vị mặn, ion này xâm nhập vào nước qua sự hòa tan các muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở đọan sông gần biển. 4.3.2.9. Sunfat Ion sunfat (SO) thường có trong nước có nguồn gốc hữu cơ hoặc nguồn gốc khoáng chất. Với hàm lượng sunfat cao hơn 400 mg/l có thể gây mất nước trong cơ thể và làm tháo ruột. 4.3.2.10. Florua Trong nước thiên nhiên các hợp chất của florua khá bền vững và khó loại bỏ trong quá trình xử lý thông thường. Nồng độ thấp từ 0,5 đến 1 mg/l giúp bảo vệ men răng nhưng nếu nồng độ >4 mg/l trong một thời gian dài có thể gây đen răng và hủy hoại răng vĩnh viễn. 4.3.2.11. Sắt Trong nước mặt thường chứa các ion Fe3+ dạng keo hữu cơ hoặc là cặn huyền phù. Trong nước thiên nhiên chủ yếu là nước ngầm thì hàm lượng sắt là 40 mg/l hoặc cao hơn nữa. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo, làm hỏng sản phẩm các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Cặn sắt kết tủa trong đường ống làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của đường ống. 4.3.2.12. Mangan Tồn tại chủ yếu trong nước ngầm dưới dạng ion Mn2+ nhưng với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Khi hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l thì sẽ gây ra các tác hại như sắt. 4.3.2.13. Nhôm Vào mùa mưa, ở những vùng đất phèn, đất trong điều kiện không có oxy các chất như Jarosite và Fe2O3 tác động qua lại, lất oxy của nhau và tạo thành sắt, nhôm sunfat hòa tan trong nước làm cho nước ở các vùng này rất chua. Khi chứa nhiều nhôm, nước thường có màu xanh và vị chua. Nhôm có độc tính đối với con người, uống nước chứa nhiều nhôm gây ra các bệnh về não. 4.3.2.14. Khí hòa tan Các loại khí hòa tan thấy nhiều trong nước thiên nhiên như là khí cacbonic, oxy, sunfua hydro. Trong nước mặt các hợp chất sunfua thường bị oxy hóa thành dạng sunfat. Do vậy mà sự có mặt của khí H2S chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và có quá thừa chất hữu cơ chưa phân hủy đang tích tụ ở đáy. Khi pH tăng H2S chuyển sang các dạng HS và S. 4.3.2.15. Các hóa chất bảo vệ thực vật Đều có độc tính cao đối với con người, việc sử dụng khối lượng lớn các loại hóa chất trên đồng ruộng đang đe dọa làm ô nhiễm nguồn nước. 4.3.2.16. Các chất hoạt động bề mặt Một số chất hoạt động bề mặt như xà phòng, chất tẩy rửa, chất tạo bọt trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp đang xả vào các nguồn nước. Đây là những hợp chất khó phân hủy sinh học nên tích tụ lại gây hại cho cơ thể con người khi sử dụng. Ngoài ra, các chất này tạo thành lớp màng ngăn cản quá trình hòa tan oxy vào nước làm chậm quá trình làm sạch của nguồn nước. 4.3.3. Các chỉ tiêu vi sinh Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các bào tử của chúng. Chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quang hoặc sống và phát triển trong nước. Trong thực tế không thể xác định được tất cả các loại vi sinh vật gây bệnh qua đường nước vì phức tạp và tốn thời gian. Mục đích của việc kiểm tra vệ sinh nước là xác định mức độ an toàn của nước đối với sức khỏe con người. Ecoli là nhóm trực khuẩn đường ruột có thời gian bảo tồn trong nước gần giống những vi sinh vật gây bệnh khác. Sự có mặt của E.coli chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn phân rác và có khả năng tồn tại các vi trùng gây bệnh khác. Số lượng E.coli nhiều hay ít tùy thuộc vào mức độ nhiễm bẩn phân rác của nguồn nước. 4.3.4. Tính ổn định của nước Nước ổn định sẽ không làm ăn mòn đường ống hoặc đóng cáu cặn trong quá trình vận chuyển và dự trữ. 4.4. Xử lý nước Sự cần thiết phải xử lý nước thiên nhiên: Nước cấp cho nhu cầu ăn uống, sinh hoạt cũng như công nghiệp có thành phần, tính chất vật lý, hóa học và vi trùng nằm trong giới hạn nhất định. Trong khi đó nguồn cấp nước lại có thành phần, tính chất vật lý, hóa học và vi trùng đa dạng và hầu hết các chỉ tiêu lại lớn gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn quy định. Vì vậy cần xử lý nước đến một mức độ nhất định trước khi cấp cho nhu cầu sinh hoạt và công nghiệp. 4.4.1. Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nước[7] Chọn lựa công nghệ xử lý 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. Chất bẩn trong nước bao gồm các hạt keo (10 10mm), hệ keo gồm các khoáng chất, các chất keo phù du, vi trùng, vi rút, polyme sinh học và các phân tử lớn. Các hạt có kích thước nhở hơn 10mm là các chất hòa tan gồm có ion, các phân tử vô cơ đơn giản và các tổ hợp. Phương án lựa chọn quá trình xử lý nước là dựa vào kích thước hạt. Để có được thông số chính xác về chất lượng và đặc trưng của nguồn nước, người ta sử dụng các phương pháp phân tích khác nhau để phân tích các kích thước hạt trong nước. Chất lượng nguồn nước thay đổi theo vị trí và thời gian, từ chỗ này sang chỗ khác và từ mùa này sang mùa khác. Do vậy, công nghệ xử lý nước và quá trình vận hành cũng thay đổi dựa vào tính chất lý, hóa, sinh của nước thô. Lựa chọn công nghệ xử lý nước trước hết cần tiến hành trong phòng thí nghiệm để tìm ra các thông số tối ưu và hóa chất sử dụng, liều lượng sử dụng, chất xúc tác, độ pH... Sau đó đánh giá các thông số và điều kiện vận hành tối ưu, thử nghiệm công nghệ trên mô hình thực tế. Các vấn đề được đề cập đến khi thiết kế quá trình xử lý nước bao gồm: chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn 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 tách gì trong nước, chọn thông số chính về chất lượng và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể, chọn hóa chất và liều lượng hóa chất cần dùng, tối ưu hóa điều kiện vận hành cho tưng bước xử lý và sắp xếp chúng cho hợp lý. Bảng 4.5. Hiệu suất có thể đạt được trong các quá trình xử lý thông dụng Quá trình xử lý Thông số Làm thoáng Keo tụ, tạo bông Lọc cát Lắng nhanh lọc cát chậm Clo hóa DO + 0 0 - - + CO +++ 0 0 + + + + Giảm độ đục 0 +++ + +++ + + + 0 Giảm độ màu 0 ++ + + + + ++ Khử mùi vị ++ + + ++ + + + Khử trùng 0 + ++ ++ + + + + ++++ Khử sắt, mangan ++ + + ++++ + + + + 0 Khử tạp chất hữu cơ + + ++ + + + + + + + +++ Ghi chú: + + + +: Tách triệt để; + + + : Tách rất tốt; + + : Tách tốt nhưng không hết; +: Tách một phần; 0 : Không tách đươc; - : Ảnh hưởng ngước lại; Nhận xét: Từ bảng trên ta thấy, mỗi quá trình xử lý chỉ tách tối đa được một số ít chất cặn bẩn trong nước nên hiệu suất xử lý chung là không cao. Do đó trong quá trình xử lý nước, tùy theo chất lượng nguồn nước, cần kết hợp nhiều quá trình xử lý một cách phù hợp để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất. 4.4.2. Quy trình công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt tại thị trấn Bến Quan 4.4.2.1. Sơ đồ công nghệ 4.4.2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ +) Nước nguồn Là nguồn nước mặt khai thác từ dòng sông Sa Lung, qua hệ thống bơm ở trạm bơm I, nước được đưa lên bể phản ứng tạo bông cặn. Hóa chất sử dụng để tạo bông kết tủa là phèn nhôm hoặc bột PAC đã được hòa trộn trước tại thùng hòa trộn dưới dạng dung dịch. Dung dịch phèn nhôm được châm trực tiếp vào đường ống dẫn nước vào bể phản ứng. Lưu lượng phèn châm vào đường ống tùy thuộc vào độ đục của nước, nếu độ đục của nước vào bể cao thì lượng hóa chất sử dụng cho quá trình tạo bông kết tủa sẽ lớn và ngược lại. Định lượng hóa chất vào nước dưới dạng dung dịch đã được hòa trộn ở bể hòa trộn phèn, nồng độ dung dịch phèn từ 1020%. Nước nguồn Phản ứng tạo bông, kết tủa Lắng Lọc Bể chứa Châm phèn Châm Clo +) Phản ứng tạo bông kết tủa Nước và hóa chất sau khi đã trộn đều thì được dẫn lên bể phản ứng. Bể phản ứng có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo bông cặn đủ lớn và được giữ lại trong bể lắng. +) Lắng nước - Nhiệm vụ của quá trình lắng nước: Loại ra khỏi nước những hạt cặn có kích thước và trọng lượng lớn để giảm tải cho bể lọc phía sau, kéo dài chu kì lọc của lớp vật liệu lọc, để vừa đảm bảo về kỹ thuật vừa đảm bảo về kinh tế cho việc xử lý nước. - Nguyên tắc lắng nước: Nước sau khi xảy ra quá trình keo tụ và tạo bông tại bể phản ứng thì được dẫn sang bể lắng. Trong quá trình lắng, các hạt sẽ va chạm vào nhau, hấp thụ và kết dính với nhau tạo thành hạt có kích thước lớn hơn, và vận tốc lắng sẽ lớn hơn. Kết quả là ở phần trên của bể lắng vận tốc lắng nhỏ hơn, càng xuống dưới đáy vận tốc càng cao do kích thước hạt tăng lên. Các bông cặn lớn dần lên nên lực cản ma sát do nước chuyển động ngược chiều với hạt cũng tăng lên, tỷ lệ thuận với kích thước của bông cặn. Ngoài ra, khi bông cặn lớn lên thì lực kéo trên một đơn vị diện tích tiết diện bông cặn cũng lớn lên và tỷ lệ thuận với kích thước bồng cặn. Khi bông cặn lớn đến một kích thước nhất định, lực kéo đủ lớn để phá vỡ bông cặn làm cho kích thước bông cặn không thể tăng thêm được nữa. Từ thời điểm đó, vận tốc lắng sẽ không thay đổi và hiệu quả lắng sẽ không tăng, dù thời gian lắng kéo dài hơn. Phần nước trong sau khi lắng được thu qua máng thu nước dẫn sang bể lọc. +) Lọc nước - Nguyên tắc lọc nước: Hình 4.1. Nguyên tắc lọc nước Cho nước có cặn đi qua lớp vật liệu bằng cát thạch anh có đường kính hạt từ 0,51 mm với chiều dày 0,81,2 m. Các hạt cặn được giữ lại trong các khe rỗng của lớp vật liệu và nước được làm trong. - Cấu tạo bể lọc: Hình 4.1 vẽ sơ đồ cấu tạo của bể lọc chậm - Lọc: Tất cả các khóa đều đóng, mở khóa (1) và khóa (13) cho nước chảy vào từng bể lọc, chờ mức nước trong bể đạt đến độ cao thiết kế thì mở khóa (12) để xả nước lọc đầu (chừng 35 phút). Sau đó đóng khóa (12), mở khóa (7) để nước sạch chảy về bể chứa. - Rửa lọc: Sau quá trình lọc với thời gian nhất định tùy vào từng loại bể lọc, chất lượng nước ra khỏi bể lọc không đảm bảo chất lượng tiêu chuẩn nước dùng, đồng thời công suất bể lọc giảm xuống người ta tiến hành rửa bể lọc. Đóng khóa 13, chờ cho mức nước trong bể lọc hạ xuống cách mặt cát khoảng 200mm thì khóa van (7) lại. Mở van (9) cấp gió sục tơi cát và cặn (chừng 35 phút). Sau đó đóng lại. Mở van (8) cấp nước rửa lọc và mở van (11) để xả nước rửa lọc (chừng 710 phút). Sau đó đóng khóa (8) lại. Hình 4.2. Cấu tạo bể lọc 1 – Ống dẫn nước từ bể lắng sang 2 – Mương dẫn nước để phân phối cho các bể lọc 3 – Mương lấy nước cho bể 4 – Máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc 5 – Lớp vật liệu lọc bằng cát thạch anh 6 – Chụp lọc bằng sứ hoặc ống nhựa (25 chụp/1m2) 7–Ống thu nước lọc để dẫn về bể chứa 8 – Van cấp nước rửa lọc 9 – Van cấp gió rửa lọc 10 – Van xả khô bể 11 – Van xả nước rửa lọc 12 – Van xả nước lọc đầu 13 – Van mở nước vào từng bể lọc 14 – Sàn bê tông có gắn chụp lọc +) Khử trùng nước: [7] Trong nước thiên nhiên, ngoài các tạp chất vô cơ, hữu cơ còn có nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, vi trùng, vi rút gây bệnh tả, lỵ, thương hàn... Tiêu chuẩn của một nguồn nước cấp tốt là phải loại trừ được các nguồn gây bệnh đó và do vậy khử trùng nước là một quá trình không thể thiếu trong công nghệ xử lý nước cấp, nhất là nước cấp dùng cho sinh hoạt, ăn uống, công nghệ chế biến thực phẩm, đồ uống. Dựa vào nguyên lý của quá trình, có 2 phương pháp khử trùng nước: Phương pháp lý học(gồm: phương pháp nhiệt, phương pháp dùng tia tử ngoại, khử trùng bằng siêu âm, khử trùng bằng phương pháp lọc) và phương pháp hóa học(gồm: khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo, khử trùng bằng Ozon, khử trùng bằng Iot và bằng ion kim loại nặng). Phương pháp khử trùng bằng hóa học có hiệu suất cao nên được sử dụng rộng rãi và cho mọi quy mô. Cơ sở của phương pháp khử trùng bằng hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Trong công nghệ xử lý nguồn nước sông cấp cho sinh hoạt tại trạm xử lý nước thị trấn Bến Quan, người ta sử dụng Clo làm chất khử trùng nước. Nước sau khi lọc sạch ở bể lọc được dẫn qua bể chứa nước, Clo hơi ở bình chứa Clo được hóa lỏng rồi châm trực tiếp vào nước. Khi cho Clo vào nước, Clo tác dụng với nước phản ứng đặc trưng xảy ra là quá trình thủy phân Clo tạo thành acid clohydric(HCl) và acid hypocloric (HClO): Cl + HO HClO + HCl HClO 2H + ClO Khả năng tiệt trùng của Clo phụ thuộc vào sự tồn tại của ion HClO có trong nước, mà quá trình phân ly HClO phụ thuộc vào nồng độ ion H+ tức phụ thuộc vào pH của môi trường. Bảng 4.6. Mức độ phân ly của HClO phụ thuộc vào pH ở 20oC pH 5 6 7 8 9 10 11 HClO,% 99,95 99,5 97,5 79 3,00 0,50 0,70 HClO là thành phần khử trùng chính trong nước, thành phần này có giá trị cao khi ở pH thấp, điều đó nói lên rằng quá trình dùng Clo để khử trùng nước chỉ có được hiệu quả cao khi tiến hành ở pH thấp. Ngoài pH, thì các yếu tố như nhiệt độ, nồng độ chất khử trùng cũng ảnh hưởng đến quá trùng khử trùng nước bằng Clo. Sử dụng hóa chất nói chung và clo nói riêng để khử trùng nước cần đảm bảo nồng độ hóa chất trong nước cấp theo tiêu chuẩn Bộ Y tế, với chất khử trùng là clo thì nồng độ clo trong nước là 0,30,5 mg/l. Nếu vượt quá nồng độ này cần phải khử clo dư trong nước. Khử clo dư trong nước khi clo hóa với liều lượng cao có thể sử dụng phương pháp hóa học, khử clo thành clorit hoặc dùng phương pháp vật lý, hấp thụ clo bằng than hoạt tính hoặc làm thoáng bề mặt. Khử clo bằng hóa chất như dùng SO2, Na2SO3, Na2S2O3 theo các phản ứng sau: Cl2 + SO2 + H2O 2HCl + H2SO4 Cl2 + Na2SO3 + H2O 2HCl + Na2SO4 Cl2 + Na2S2O3 + H2O 2NaCl + 6HCl + 2H2SO4 Acid clohydric và acid sunphuric hình thành được trung hòa bằng độ kiềm dư của nước. +) Bể chứa nước sạch: Nước sau khi đã lọc trong thì theo đường ống được dẫn sang bể chứa để phân phối sử dụng. Chức năng của bể chứa: - Điều hòa chế độ làm việc của trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II - Dự trữ nước cho nhu cầu của thị trấn (thành phố) hoặc khu công nghiệp - Dự trữ một lượng nước cho bản thân trạm xử lý (chủ yếu nước cho nhu cầu rửa bể lọc) - Dự trữ một lượng nước cho nhu cầu chửa cháy của thị trấn hoặc khu công nghiệp trong thị trấn trong thời gian 3 giờ. Cần thường xuyên kiểm tra thời gian lưu nước trong bể, đáp ứng thời gian tiếp xúc để khử trùng (khi khử trùng bằng clo). Dung tích bể được tính toán trên cơ sở chế độ vận hành trạm bơm cấp I, II, chế độ rửa lọc...và các quy phạm về chữa cháy. +) Cấu tạo của bể chứa: Bể chứa nước sạch tại trạm cấp nước sinh hoạt của thị trấn Bến Quan: Gồm 2 bể nối tiếp nhau, nước sau khi đã được lọc sạch và châm Clo thì chảy vào 2 bể chứa. Dung tích mỗi bể là 300 m3 và được thiết kế bằng bê tông cố thép. Hình 4.2 thể hiện cấu tạo bể chứa nước sạch Hình 4.3. Cấu tạo bể chứa nước sạch 1 - Khóa trên đường ống dẫn nước vào bể; 2 - Van phao chống tràn bể 3 - Phểu thu xả tràn; 4 - Ống hút của bơm sinh hoạt 5 - Ống hút của bơm sinh hoạt; 6 - Van xả khô bể 7 - Nắp bể; 8 - Thang sắt để lên xuống quản lý 10 - Lớp đất trồng cỏ để bảo ôn cho bể 9 - Ống thông hơi; Hình 4.4. Mặt bằng công nghệ bể chứa 300m3 +) Một số yêu cầu đối với bể chứa Wb = Wđh + W + Wbt Trong đó: Wb – Dung tích toàn phần của bể; W – Dung tích chữa cháy của bể Wđh – Dung tích phần điều hòa của bể; Wbt – Dung tích nước cho bản thân trạm - Dung tích bể chứa phải tính sao cho thời gian lưu lại nước trong bể 30 phút - Không được bố trí ống nước vào và ra gần nhau để tạo vũng nước chết trong bể - Thau rửa bể theo định kỳ 4.4.3. Các biện pháp khử tạp chất và các khí hòa tan trong nước [3]. 4.4.3.1. Khử sắt và mangan trong nước mặt Trong nước thiên nhiên, sắt tồn tại dưới dạng: - Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị II: FeS, Fe(OH), Fe(HCO), FeSO. - Các hợp chất vô cơ của ion sắt hóa trị III: Fe(OH)3, FeCl3 ...Trong đó keo Fe(OH)3 là chất keo tụ, rất dễ dàng lắng đọng hoàn toàn trong các bể lắng, bể lọc. Vì thế các hợp chất vô cơ của sắt hòa tan trong nước có thể xử lý bằng phương pháp lý học: Làm thoáng lấy oxy của không khí để oxy hóa sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III và quá trình thủy phân, keo tụ Fe(OH)3 xảy ra hoàn toàn trong bể lắng, bể lọc. - Các phức chất hữu cơ của ion sắt với acid humic, acid fulvic... - Các ion sắt hòa tan FeOH, Fe(OH) Các loại phức chất và hỗn hợp của các ion sắt hòa tan không thể khử được bằng phương pháp lý học mà phải kết hợp cả phương pháp hóa học. Quá trình khử sắt ở dạng này tiến hành đồng thời với quá trình khử độ đục của nước. Cho chất oxy hóa (Clo) vào nước để phá vỡ liên kết và oxy hóa sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III hoặc cho vào nước các chất keo tụ như FeCl3, Al2(SO4)3 và kiềm hóa để có giá trị pH thích hợp cho các loại keo tụ các keo sắt và phèn xáy ra triệt để trong các bể lắng, bể lọc. Mangan tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Quá trình khử mangan trong nước cũng được tiến hành song song với quá trình khử sắt. Công nghệ khử mangan bao gồm các phương pháp: Phương pháp oxy hóa(xử lý có xúc tác hoặc xử lý không có xúc tác), phương pháp hóa học, phương pháp sinh học. 4.4.3.2. Khử khí hydrosunfua hòa tan trong nước Phương pháp phổ biến nhất là làm thoáng Trong nước thiên nhiên, khí H2S tồn tại dưới nhiều dạng tùy thuộc vào độ pH của nước. pH 10: hydrosunfua tồn tại dưới dạng phân tử HS, S. Bằng phương pháp làm thoáng, các dạng phân tử H2S được tách ra khỏi nước. Như vậy muốn quá trình làm thoáng đạt hiệu quả cần tạo điều kiện cho dạng phân tử tồn tại trong nước ở