Các quá trình hóa lý trong xử lý nước thải - Xử lý nước cấp, chọn lựa công trình đơn vị và giải pháp kết hợp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG CHỦ ĐỀ: XỬ LÍ NƯỚC CẤP: CHỌN LỰA CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ GIẢI PHÁP KẾT HỢP GVHD: Dương Hữu HuyLỚP: 09CMTNhóm thực hiện: Nhóm 3 TÀI LIỆU THAM KHẢO Xử lý nước cấp – TS Nguyễn Ngọc Dung, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội – 2010 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội – 2004. Giáo trình Xử lý nước cấp – TS Đặng Viết Hùng, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh – 2010. Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Nguyễn Thị Thu Thủy, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội – 2000. Xử lý nước cấp – Nguyễn Thị Lan Phương, Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Đà Nẵng. Giáo trình Cấp thoát nước – Nguyễn Đình Huấn & Nguyễn Lan Phương, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Đà Nẵng – 2007. Water and wastewater engineering – Mackenzie L. Davis, chapter 16: Drinking water plant process selection and integration. Website Tổng Công ty cấp nước Sài Gòn: www.sawaco.com.vn   tainguyennuoc.vn Danh sách thành viên Trịnh Thiên An Trần Minh Duy Nguyễn Thị Thanh Hải Lê Phụng Hiểu Trịnh Minh Mẫn Hoàng Thị Oanh Nguyễn Đăng Quang Trác Hữu Quốc 0922009 0922039 0922065 0922087 0922148 0922182 0922001 0922005 Mục lục I. Tổng quan 1. Định nghĩa 2. Tiêu chuẩn 3. Các biện pháp xử lý 4. Dây chuyền công nghệ 5. sơ đồ tổng quát II. Các công nghệ trong xử lý nước cấp 1. Lắng 2. Lọc 3. Keo tụ, tạo bông 4. Khử trùng 5. Các quá trình khác III. Các công trình xử lý nước cấp 1. Xử lý nước mặt 2. Xử lý nước ngầm 3. Xử lý nước thải thành nước cấp 4. Lọc nước mặn ra nước ngọt I.1 Định nghĩa Nước cấp là nước sau khi được xử lý tại cơ sở xử lý nước đi qua các trạm cung cấp nước và từ các trạm này nước sẽ được cung cấp cho người tiêu dùng I.2 Tiêu chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT: Nước mặt QCVN 09:2008/BTNMT: Nước ngầm QCVN 10:2008/BTNMT: Nước biển ven bờ QCVN 01:2009/BYT: Chất lượng nước ăn uống QCVN 02:2009/BYT: Chất lượng nước sinh hoạt 3.Các biện pháp xử lí Cơ học: song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc,… Hóa học: dùng phèn, dùng vôi, dùng clo,… Lí học: tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân,... 4. Dây chuyền công nghệ Theo mức độ xử lí: triệt để và không triệt để. Theo biện pháp xử lí: có keo tụ và không keo tụ. Theo số quá trình hoặc bậc xử lí: 1 hay nhiều bậc. Theo đặc điểm dòng chảy: có áp hoặc không áp 5. Sơ đồ tổng quát II. CÁC CÔNG NGHỆ TRONG XỬ LÝ NƯỚC CẤP 1. Lắng. 2. Lọc. 3. Keo tụ, tạo bông. 4. Khử trùng. 5. Các quá trình khác. II.1. LẮNG Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. 1.1 Bể lắng ngang Bể lắng ngang sử dụng khi công suất lớn hơn 3000 m3/ngày đêm. Cấu tạo bể lắng ngang : Bộ phận phân phối nước vào trong bể. Vùng lắng cặn. Hệ thống thu nước đã lắng. Hệ thống thu xả cặn. Bể lắng ngang 1.2 Bể lắng đứng Bể lắng đứng áp dụng khi công suất nhỏ hơn 3000 m3/ngày đêm. Có các bộ phận tương tự như bể lắng ngang. Bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy hình trụ (ống trung tâm). Bể lắng đứng 1.3 Bể lắng lớp mỏng: Có cấu tạo giống như bể lắng ngang nhưng khác ở chỗ trong vùng lắng của bể này có các vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa. 1.4 Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Có cấu tạo giống với bể lắng đứng, nhưng khác ở chỗ nước chảy từ dưới lên trên và tiếp xúc với lớp cặn lơ lửng. II.2. LỌC2.1 Định nghĩa quá trình lọc Lọc là quá trình làm sạch nước thông qua lớp vật liệu lọc nhằm tách các hạt cặn lơ lững, các thể keo tụ và ngay cả vi sinh vật ra khỏi nước. Lọc là sự kết hợp giữa ngăn giữ cơ giới và hấp thụ bề mặt. Chất lượng tốt hơn cả về mặt vật lí, hóa học, sinh học. 2.2 Phân loại bể lọc Đặc điểm vật liệu lọc . Tốc độ lọc. Độ lớn của hạt vật liệu lọc . Chế độ làm việc. 2.3 Vật liệu lọc Cát thạch anh nghiền. Than antraxit (than gầy). Sỏi, đá. Các loại vật liệu tổng hợp (polime). 2.4 Chỉ tiêu vật liệu lọc Độ bền cơ học. Độ bền hoá học. Kích thước hạt. Hình dạng hạt. Hệ số không đồng nhất: K= d80/d10 . 2.5 Các loại bể lọc Bể lọc chậm. Bể lọc nhanh trọng lực. Bể lọc có áp lực. Bể lọc thẩm thấu ngược. Bể lọc tự rửa. Bể lọc chậm Bể lọc chậm Ưu điểm Hiệu quả xử lý cao. Không đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp. Quản lý, vận hành đơn giản. Nhược điểm Diện tích lớn do tốc độ lọc chậm. Khó tự động hóa và cơ giới hóa, quản lý thủ công nặng nhọc. Dễ tắc bể lọc khi hàm lượng cặn lên cao. Bể lọc nhanh trọng lực Bể lọc nhanh trọng lực Ưu Điểm Tốc độ lọc nhanh. Kích thước bể nhỏ. Giá thành rẻ. Nhược điểm Diện tích lớn, khó cơ giới hóa. Không kinh tế. Ảnh hưởng của rong tảo. Rửa vật liệu lọc rất khó khăn. Bảo dưỡng và kinh nghiệm vận hành. Bể lọc áp lực Bể lọc áp lực Ưu điểm Tăng tốc độ lọc, rút ngắn thời gian lọc. Hệ thống gọn, lắp ráp nhanh, không chiếm nhiều diện tích. Tận dụng được áp lực sau bể lọc. Nhược điểm Khi xử lý nước sông. Không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc. Có thể gây hỏng bơm. II.3 Keo tụ - tạo bông Keo tụ : Là quá trình phá tính bền của hạt keo bằng cách trung hòa điện tích bề mặt của chúng. Tạo bông: các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống . Những chất keo tụ thường dùng nhất Phèn nhôm: [Al2(SO4)3.18H2O] Rẻ, dễ tan trong nước. Giảm pH, tăng lượng SO42- Phèn sắt (Fe2SO4)3.nH2O hoặc FeCl3.nH2O (n = 1 – 6) Liều lượng ít, khoảng pH rộng. Ăn mòn đường ống. PAC (Poly Alumina Chloride - [Al2(OH)nCl6.nxH2O]m) pH ổn định, hiệu quả cao. Cho quá liều sẽ làm tan hạt keo. kết hợp phèn sắt và phèn nhôm tỉ lệ1: 1 Chất trợ keo tụ Giảm kiều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc tạo bông keo. Tự nhiên: tinh bột, dextrin( C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). Tổng hợp: polyccrylamit(CH2CHCONH2)n . Các loại bể keo tụ tạo bông Có 2 loại: 3 bể keo tụ - tạo bông - lắng tách riêng. Kết hợp bể lắng với buồng trộn và keo tụ đăt ở tâm. Thiết bị cho quá trình khuấy trộn Khuấy trộn thủy lực: chỉ dựa vào dòng chảy rối. Tấm chắn lắp trong ống Khuấy bằng bơm Bể trộn vách ngăn Trộn khí nén: hệ thống sục khí. Trộn cơ khí: dùng cách khuấy turbin, chân vịt, cánh guồng... Các loại bể tạo bông Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí. Bể tạo bông dùng khí nén. Bể tạo bông tiếp xúc qua lớp vật liệu hạt. II.4.1 Phương pháp lý học4.1.1 Phương pháp nhiệt4.1.2 Phương pháp tia cực tím4.1.3 Phương pháp siêu âm4.1.4 Phương pháp lọc II.4. Giai đoạn khử trùng II.4.2 Phương pháp hóa học: 4.2.1 Khử trùng nước bằng Ozon. 4.2.2 Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó. 4.2.3 Khử trùng nước bằng Iod. 4.2.4 Khử trùng nước bằng ion của kim loại nặng. 4.2.1 Khử trùng nước bằng Ozon: Phá hủy nguyên sinh chất và men tế bào. Ozon cần được sản xuất ngay tại nơi sử dụng. Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất ozon là nhiệt lượng  cần lắp thiết bị làm lạnh. Hiệu suất quá trình phụ thuộc vào chất lượng nước, cường độ khuấy và thời gian tiếp xúc. Khả năng khử trùng của ozon: Mạnh và nhanh gấp 3100 lần Clo Thời gian khử trùng: 3 – 8 giây Liều lượng: 0.2 – 0.5 mg/L Tiêu diệt virus khi thời gian tiếp xúc khoảng 5 phút. Oxy hóa phenol, ion Fe2+, Mn2+, S2-, NO2-,…oxy hóa trực tiếp liên kết C = C. Khử trùng bằng Ozon là một phương pháp tiên tiến, đang được áp dụng rộng rãi Ưu điểm: Không gây mùi, thời gian nhanh, hiệu quả cao Giảm DO, giảm chất hữu cơ Khử màu, phenol, xianua Không có sản phẩm phụ Nhược điểm: Vốn đầu tư cao Tiêu tốn nhiều năng lượng . 4.2.2 Khử trùng nước bằng Clo và các hợp chất của nó 4.2.2.1 Bản chất của quá trình Chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào  phá hoại quá trình trao đổi chất  giết chết vi sinh vật. Tốc độ quá trình tăng khi nồng độ của chất khử trùng tăng và nhiệt độ nước tăng . Các yếu tố ảnh hưởng: pH, nhiệt độ, nồng độ. 5. CÁC QUÁ TRÌNH KHÁC 5.1 Xử lý sắt Lựa chọn công nghệ: Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử sắt. Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt: Xử lý sắt Sơ đồ làm thoáng đơn giản và lọc: 1.Xử lý sắt Sơ đồ làm thoáng + lắng hoặc lọc tiếp xúc + lọc trong: 5.2. Xử lý Mangan (Mn)5.2.1 Phương pháp oxy hóa: Xử lý có xúc tác: Bao gồm làm thoáng, lắng tiếp xúc, bể lọc một hoặc hai lớp. Ưu điểm: là chỉ có một cấp bể lọc, cặn Mn(OH)4 được tạo ra trước sẽ là nhân tố xúc tác cho sự oxy hoá Mn. Nhược điểm: Rửa lọc phức tạp. Xử lý không xúc tác: Khi hàm lượng sắt và mangan trong nước đều lớn hoặc không thoả mãn các yêu cầu của hệ một bậc thì chọn quy trình xử lý hai bậc 5.2.Xử lý Mn 2.2 Phương pháp hóa học: Sử dụng các chất oxy hoá mạnh như clo, ozon. KMnO4 để oxy hoá Mn2+ thành Mn4+. 2.3 Phương pháp sinh học: Sử dụng vật liệu đã được cấy trên bề mặt một loại vi khuẩn có khả năng hấp thụ mangan trong quá trình sinh trưởng. 5.3. Làm mềm nước Nguyên tắc chung: loại bỏ ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước. Các phương pháp thực hiện: Sử dụng vôi và soda Sử dụng nhiệt Sử dụng bari và phosphate Sử dụng nhựa cationit III. Các công trình cụ thể 1. Xử lý nước mặt 2. Xử lý nước ngầm 3. Xử lý nước thải thành nước cấp 4. Lọc nước mặn thành nước ngọt III.1.a Xử lý nước mặt – Nhà máy cấp nước Thủ Đức: Các công trình đơn vị: Keo tụ - tạo bông Lắng Lọc Khử trùng III1.a Hoạt động của nhà máy nước Thủ Đức: Tổng diên tích nhà máy 51,44ha. Diện tích sử dụng: 29ha. Xây dựng năm 1963, đưa vào sử dụng năm 1966. Công suất hoạt động: 750 000 m3/ ngày đêm. Bổ sung thêm 100 000 m3 của Công ty cấp nước Bình An. Sơ đồ công nghệ: III.1b. Xử lý nước mặt – Nhà máy cấp nước Tân Hiệp: III.2. Xử lý nước ngầm – Nhà máy cấp nước Việt Hòa-Hải Dương Sơ đồ công nghệ III.2. Nhà máy xử lý nước ngầmViệt Hòa-Hải Dương Giàn mưa Bể trộn:1 bể,dùng bể trộn đứng. Bể phản ứng:12 bể. Dùng bể phản ứng đứng có vách ngăn. Kích thước bể 10×10(m). Tại bể phản ứng sau khi chất lơ lửng được tiếp xúc với hoá chất tạo bông cặn PAC sẽ hình thành các tầng cặn lơ lửng III.3 NEWater ở Singapore. III.4. LỌC NƯỚC MẶN RA NƯỚC NGỌT Các phương pháp sử dụng Phương pháp chưng nước, cất nước (Distillation) MSF: Multi - stage flash distillation ME: Multiple - effect evaporation VC: Vapor - compression Sử dụng màng thảm thấu RO: Reverse osmosis NF: Nanofiltration Đông thành nước đá Sử dụng năng lượng mặt trời – Solar desalination Sử dụng nhà kính mặt trời Kim tự tháp lọc nước xử dụng năng lượng mặt trời (Solar pyramid) MSF: Multi-stage flash distillation B - Nước biển trong C - Nước uống ra D - Xử lý E - hơi ra F - trao đổi nhiệt G - ngưng tụ H - nước muối nóng RO: Reverse osmosis Các nhà máy lọc nước biển lớn trên thế giới Theo báo cáo của International Desalination Association ngày 17/1/2008, khắp thế giới có 13.080 nhà máy lọc nước biển lớn sản xuất tổng cộng khoảng 45,6 triệu m3/ngày. Nhà máy lọc nước biển lớn nhất thế giới: Nhà máy Shuaiba III Quốc gia: Saudi Arabia Nguyên tắc : MSF Công suất: 880.000 m3/ngày CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE!