!" #
Luận văn
Thiết kế hệ thống xử lý nước
cấp sử dụng nguồn nước
ngầm cho khu dân cư
$%&%'&()*
+%&,-%./0 1
!" #
MỤC LỤC
NTSH: Nước thải sinh hoạt
BYT: Bộ y tế
BOD (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh học.
COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học.
SS (Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng.
NTU: Đơn vị đo độ đục
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng
IE (Ion Exchange): Phương pháp trao đổi ion
$%&%'&()*
+%&,-%./0 2
!" #
DANH MỤC HÌNH
Hình Trang
Hình 1.1: Vòng tuần hoàn nước cấp 5
Hình 2.1: Công trình thu nước bờ sông 17
Hình 2.2: Công trình thu nước lòng sông 17
Hình 2.3: Bể lắng đứng 19
Hình 2.4: Bể lắng ngang 20
Phân phối và sử dụng
Thu gom và xử lý
!" #
nói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu, về mặt chất
lượng cho các đối tượng dùng nước.
Mục tiêu của đồ án này là tính toán, lựa chọn phương án tối ưu để thiết kế và xây
dựng hệ thống cấp nước nhằm đảm bảo cung cấp nước sạch cho nhu cầu dùng nước
đến năm 2032 của Khu Dân Cư A, góp phần cải thiện, nâng cao sức khoẻ của người
dân, hổ trợ phát triển kinh tế xã hội.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NƯỚC MẶT
1.1) TỔNG QUAN VỂ NƯỚC MẶT
Hình 1.1:%1 !"2
Nước mặt là nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày
cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp. trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho
nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa,
phun nước, tưới cây, rửa đường,…
Trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các quá trình làm lạnh,
sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia… Hầu hết mọi ngành công
nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được
$%&%'&()*
+%&,-%./0 4
!" #
trong sản xuất. Với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho
nguồn nước mặt tự nhiên bị cạn kiệt và ô nhiễm dần.
Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có được đủ số lượng và
đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất công nghiệp.
1.2) THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC MẶT
Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: hợp chất sắt, mangan không
hòa tan làm nước có màu đỏ; các chất mùn humic gây ra màu vàng; nước bị nhiễm bẩn
bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen.
Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo màu Platin - Coban.
Nước thiên nhiên có độ màu thấp hơn 200 độ. Độ màu biểu kiến trong nước thường
do các chất lơ lững trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Để
loại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa lí
kết hợp.
• Độ đục
Nước có độ đục lớn chứng tỏ nước có nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo độ đục thướng là
mgSiO
2
/l, NTU, FTU.Nước đục thường có độ đục 20-100 NTU. Nước dùng ăn uống
thường có độ đục không vượt quá 5 NTU. Hàm lượng chất rắn lơ lững cũng là một đại
lượng tương quan đến độ đục của nước.
• Mùi vị
Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay
sản phẩm từ quá trình phân hủy vật chất gây nên. Nước thiên nhiên thường có mùi đất,
mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi khử trùng thường nhiễm mùi clo hay clophenol.
Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vị
mặn, ngọt, chát ,đắng.
$%&%'&()*
+%&,-%./0 6
!" #
• Độ nhớt
Độ nhớt là đại lượng biểu thị sự ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa
các lớp chất lỏng với nhau. Đây 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 hoà tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.
Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hoà tan
trong nước. Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước
có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hoà tan và một số loại khí như CO
2
, H
2
S tồn tại
ở dạng tự do trong nước. Độ pH 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 thêm
tác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ
dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc.
• Độ kiềm
Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion hydrocacbonat (HCO
3
-
),
hyđroxyl (OH
-
) và ion muối của các axit yếu khác. Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ
thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO
2
tự do có trong nước
Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Để xác định độ
kiềm thường dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric ( HCl )
hay axit sunfuric (H
2
SO
4
) và theo dõi theo chất chỉ thị màu, đầu tiên là phenolphatalein
sau dó là metylloran.
- Độ Anh (
o
e ): 1
o
e = 10 mg CaCO
3
/0,7 l nước
$%&%'&()*
+%&,-%./0 8
!" #
- Đông Âu ( mgđl/ l): 1 mgđl/l = 2,8
o
dH.
Tuỳ theo giá trị độ cứng, nước được phân loại thành:
- Độ cứng < 50 mg CaCO
3
/l : nước mềm.
- Độ cứng 50 – 150 mg CaCO
3
/l : nước trung bình.
- Độ cứng 150 – 300 mg CaCO
3
/l : nước cứng.
- Độ cứng > 300 mg CaCO
3
/l : nước rất cứng.
Việt Nam dùng dơn vị đo dộ cứng là mili dương lượng trong 1 lit (mđlg/l) khi đo độ
cứng < 0.001 mđlg/l dùng micro dương lượng gam trong lit µmđlg/l.
Đổi 1 mgđlg/l =1.8
4
+
), nitrit (NO
2
-
) và nitrat
(NO
3
-
).Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận
biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu có
giá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và nitrat. Sau một
thời gian NH
4
+
, NO
2
-
bị oxy hoá thành NO
3
-
.
Phân tích sự tương quan giá trị các đại lượng này có thể dự đoán mức độ ô nhiễm
nguồn nước. Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lượng nitrat
trong nước tự nhiên tăng cao. Ngoài ra do cấu trúc địa tầng tăng ở một số đầm lầy,
nước thường nhiễm nitrat. Nồng độ NO
3
-
cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo,
rong phát triển, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt.
$%&%'&()*
+%&,-%./0 10
!" #
• Sunfat
Ion sunfat thường có trong nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn gốc hữu cơ.
Với hàm lượng sunfat cao hơn 400mg/l, có thể gây mất nước trong cơ thể.
• Florua
Nước ngầm từ các vùng đất chứa quặng apatit, đá alkalic, granit thường có hàm
lượng florua cao đến 10mg/l. Trong nước thiên nhiên, các hợp chất của florua khá bền
vững và khó loại bỏ trong quá trình xử lý thông thường
• Hợp chất sắt
Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng ion Fe
2+
, kết hợp với các gốc
bicacbonat, sunfat, clorua đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic. Khi
tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hoá, ion Fe
2+
bị oxy hóa thành ion Fe
2+
và kết
hợp tủa thành các bông cặn Fe(OH)
3
có màu nâu đỏ.
Nước mặt thường chứa sắt (Fe
3+
), tồn tại ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù.
Trong nước thiên nhiên, chủ yếu là nước ngầm, có thể chứa sắt với hàm lượng đến 40
mg/l hoặc cao hơn. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5mg/l, nước có mùi tanh. Các cặn sắt
kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước.
oxy (O
2
) và sunfua huyđro (H
2
S). Nước ngầm không có oxy. Khi độ pH < 5,5 trong
nước ngầm thường chứa nhiều khí CO
2
. Đây là khí có tính ăn mòn kim loại và ngăn
cản việc tăng pH của nước. Các biện pháp làm thoáng có thể đuổi khí CO
2
, đồng thời
thu nhận oxy hỗ trợ cho các quá trình khử sắt và mangan.
Ngoài ra, trong nước ngầm có thể chứa khí H
2
S có hàm lượng đến vài chục mg/l.
Đây là sản phẩm của quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước. Trong
nước mặt, các hợp chất sunfua thường được oxy hoá thành dạng sunfat. Do vậy, sự có
mặt của khí H
2
S trong các nguồn nước mặt, chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và
có quá thừa chất hữu cơ chưa phân huỷ, tích tụ ở đáy các vực nước. Khi độ pH tăng,
H
2
S chuyển sang các dạng khác là HS
-
và S
-
.
c) Chỉ tiêu vi sinh
• Vi khuẩn
Hàm lượng Florua mg/l 1.5 B
Hàm lượng sắt tổng mg/l 0.3 A
Hàm lượng Nitrat mg/l 50 A
Hàm lượng Nitrit mg/l 3 A
Chỉ số pecmanganat mg/l 2 A
Coliform tổng số VK/100m
l
0 A
E.coli hoặc coliform chiệu
nhiệt
VK/100m
l
0 A
Mức A: ít nhất 1 lần/1 tuần bởi cơ sở cung cấp nước; ít nhất1 lần/1 tháng bởi cơ
quan thẩm quyền.
Mức B: ít nhất 1 lần/6 tháng bởi cơ sở cung cấp nước; ít nhất1 lần/6 tháng bởi cơ
quan thẩm quyền.
Mức C: ít nhất1 lần/2 năm bởi cơ sở cung cấp nước; ít nhất1 lần/2 năm bởi cơ quan
thẩm quyền
1.4) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT
$%&%'&()*
+%&,-%./0 13
!" #
Các nguồn xả thải đó có thể được chia thành 5 nhóm nguồn (i) Ngành công nghiệp,
tiểu thủ công nghiệp và giao thông vận tải; (ii) Ngành chế biến nông sản, thực phẩm và
nuôi trồng thuỷ sản; (iii) Ngành khai thác khoáng sản và vật liệu xây dựng; (iv) Ngành
Y tế và (v) Ngành thương mại và du lịch.
Bảng 1.2: )@ :2 >>
ST
1.7 Các cơ sở sản xuất gốm sứ
Kim loại nặng, độ đục, nhiệt độ,
TSS, F
-
1.8 Các cơ sở sản xuất điện bằng nhiệt
điện, thuỷ điện
TSS, COD, kim loại nặng
1.9 Các cơ sở sửa chữa ô tô, xe máy BOD
5
, COD, kim loại nặng, dầu
mỡ khoáng, tổng coliform
1.10 Các cơ sở sửa chữa tàu thuỷ BOD
5
, kim loại nặng, dầu, tổng
coliform
1.11 Các Khu công nghiệp, Khu KT-
TM Lao Bảo
BOD
5
, COD, TSS
ii. Ngành chế biến nông sản, thực phẩm và nuôi trồng thuỷ sản
2.1 Các cơ sở chế biến tinh bột sắn BOD
5
, COD, TSS, tổng coliform,
xianua, amoni, clo dư, TN, TP,
sunfua, mùi
2.2 Các cơ sở chế biến cà phê BOD
5
, COD, TSS, coliform
khai thác nước ngầm, nước mặt
Kim loại nặng, dầu mỡ khoáng,
TSS, xianua
3.3 Các cơ sở sản xuất gạch, ngói, đá TSS, kim loại nặng
iv. Ngành Y tế
4.1 Bệnh viện đa khoa tỉnh, bệnh viện
đa khoa các huyện và thị xã
BOD
5
, TN, TP, tổng coliform
4.2 Các trạm y tế xã phường. BOD
5
, TN, TP, tổng coliform
v. Ngành thương mại và du lịch
Nhà hàng, khách sạn BOD
5
, TN, TP, tổng coliform,
nhiệt độ
$%&%'&()*
+%&,-%./0 15
!" #
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT
2.1) CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT
Thường đó là công trình thu nước sông, được đặt ở đầu nguồn nước, phía trên khu
dân cư và khu công nghiệp theo chiều chảy của sông. Vị trí hợp lý nhất là nơi bờ sông
và lòng sông ổn định có điều kiện địa chất công trình tốt, có đủ độ sâu cần thiết để lấy
nước trực tiếp từ sông không cần phải dẫn đi xa. Thường công trình thu được bố trí ở
phía lõm của bờ sông, tuy nhiên phía lõm thường bị sói lở nên cần phải gia cố bờ.
nước.
b) 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. Trong bể
lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn
16,3 mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000
$%&%'&()*
+%&,-%./0 17
!" #
m
3
/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới
lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường
thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%.
Bể lắng đứng
B C7"59D
Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên,
còn các hạt rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi
xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của
dòng nước sẻ lắng xuống được. Còn các hạt có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ
dâng của dòng nước sẻ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên phía trên bể.
Khi sử dụng nước có chất keo tụ, tức là trong nước chứa các hạt kết dính, thì ngoài
các hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nước lắng xuống được,
còn các hạt cặn khác cũng lắng xuống được. Tuy nhiên hiệu quả trong lắng đứng
không chỉ phụ thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dòng
nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thi các hạt cặn mới kết dính với nhau
đươc.
Hình 2.3:-EF94
Nước cần xử lý theo ống trung tâm vào giửa ngăn phân phối, rồi được phân phối
vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài. Ở
đây cặn được lắng xuống đáy nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường
ống sang bể lọc. Để thu bùn có thiết bị gạt gồm dầm chuyển động theo ray vòng tròn
dầm reo giàn cào bằng thép có các bàn gạt ở phía dưới. nhở những bàn gạt này, cặn
lắng ở đáy được dẩn vào phểu và xã ra ngoài theo ống cặn
Hình 2.5:-EFC#
$%&%'&()*
+%&,-%./0 20
!" #
c) Lọc
Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào
yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước. Quá trình lọc nước là
cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt
hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước. Sau
một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọc
giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng
nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Tốc độ lọc là
lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời
gian (m/h). Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h).
Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có nguyên tắc làm
việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau. Thiết bị lọc có thể được
phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục;
theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như
lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp
suất thủy tĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không
cần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt.
Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả
than nâu hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều
không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ,
tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở
nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ
do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt
ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển
động Brown và do tác động của sự xáo trộn.
Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ
lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện
tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các
nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện.
Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình
này được gọi là quá trình keo tụ. 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, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo
tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:
Me
3+
+ HOH = Me(OH)
2+
+ H
+
Me(OH)
2+
+ HOH = Me(OH)
+
+ H
+
+ Me(OH)
+
+ HOH Me(OH
Cl, Kal(SO
4
)
2
.12H
2
O, NH
4
Al(SO
4
)
2
.12H
2
O, FeCl
3
,
Fe
2
(SO
4
)
2
.2H
2
O, Fe
2
(SO
4
)
)
3
xảy ra như sau:
Al
3+
+ H
2
O = AlOH
2+
+ H
+
AlOH
+
+ H
2
O = Al(OH)
2+
+ H
+
Al(OH)
2+
+ H
2
O = Al(OH)
3
(s) + H
+
Al(OH)
3
+ H
+ 6CO
2
Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO
2
và Al
2
(SO
4
)
3
theo tỷ lệ (10:1) – (20:1).
Phản ứng xảy ra như sau:
6NaAlO
2
+ Al
2
(SO
4
)
3
= 12H
2
O 8Al(OH)
3
+ 2Na
2
SO
4
Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi
trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông.
3
+ 3H
2
SO
4
Trong điều kiện kiềm hóa:
2FeCl
3
+ 3Ca(OH)
2
+ Fe(OH)
3
= 3CaCl
2
+FeSO
4
+ 3Ca(OH)
2
2Fe(OH)
3
+ 3CaSO
4
=L?)/8MI"
Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ
keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ,
giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo.
Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin
(C
6
H
Copyright: Tài liệu đại học ©