Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2
LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp của mình, đầu tiên em xin gửi
lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo - Thạc sĩ Lê Cao Khải, người trực tiếp
hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện. Bằng kinh nghiệm bản thân và
những vốn kiến thức hiểu biết của người đi trước, thầy đã chỉ bảo tận tình và
cho em những ý kiến đóng góp sát thực nhất.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Khoa Hóa Học - Trường
ĐHSP Hà Nội 2 đã tạo điều kiện tốt nhất cho toàn thể sinh viên tham gia
nghiên cứu hoàn thành tốt khóa luận.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các ban lãnh đạo xã Bối
Cầu – huyện Bình Lục – tỉnh Hà Nam đã giúp đỡ rất nhiều cho tôi để thực
hiện khóa luận này.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, người thân cùng toàn thể bạn bè,
những người luôn cổ vũ, động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Do thời gian có hạn, khối lượng công việc khá lớn nên dù đã nỗ lực cố
gắng hoàn thiện nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Em xin chân
thành cảm ơn những nhận xét và ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầy cô và
các bạn sinh viên để khóa luận được hoàn chỉnh hơn.

Hà nội, ngày 17 tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Lê Thị Thúy Hằng

Lª ThÞ Thóy H»ng

K35A - Hãa



Tr-êng §HSP Hµ Néi 2
2. Danh mục các hình

Hình 1.1. Hình ảnh sông Sắt
Hình 2.1. Các hạng mục công trình
Hình 3.1. Song chắn rác
Hình 3.2. Công trình và thiết bị keo tụ
Hình 3.3. Sơ đồ bể hòa trộn hóa chất
Hình 3.4. Sơ đồ bể trộn đứng
Hình 3.5. Sơ đồ bể trộn cơ khí
Hình 3.6. Bể lắng ngang
Hình 3.7. Bể lọc nhanh trọng lực

Lª ThÞ Thóy H»ng

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

QCVN

:Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

: Đơn vị đánh giá chỉ tiêu vi sinh

TCU (True Clor Units)

: Đơn vị đo độ màu

NTU (Nephelometric Turbidity Unit)

: Đơn vị đo độ đục

Lª ThÞ Thóy H»ng

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 2
4. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 2
CHƯƠNG 1: ĐẶT BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ NƯỚC THÔ
VÀ YÊU CẦU ĐẦU RA ................................................................................. 3
1.1. Tổng quan về nguồn nước sông Sắt ........................................................... 3
1.1.1. Nguồn nước mặt ...................................................................................... 3

3.3.2.2. Thiết bị trộn cơ khí ............................................................................. 36
3.3.2.3. Thiết bị pha chế vôi ............................................................................ 38
3.3.3. Thiết bị phản ứng tạo bông kết tủa ....................................................... 39
3.4. Thiết bị lắng nước - Bể lắng ngang .......................................................... 42
3.4.1. Tính toán thông số bể lắng ngang ......................................................... 42
3.4.2. Tính toán máng thu nước ...................................................................... 46
3.4.3. Tính toán thiết kế vùng chứa cặn .......................................................... 47
3.5. Thiết bị lọc nước - bể lọc nhanh .............................................................. 50
3.5.1. Tốc độ lọc .............................................................................................. 51
3..5.2. Chiều cao bể lọc ................................................................................... 53
3.5.3. Lượng nước rửa lọc cần thiết ................................................................ 54
3.5.4. Tính toán hệ thống dẫn khí rửa lọc ....................................................... 55
3.6. Thiết bị khử sắt và mangan trong nước ................................................... 56
3.7. Thiết bị khử trùng nước bằng Clo lỏng .................................................... 56
3.8. Bể chứa nước sạch .................................................................................. 57
3.9. Trình bày bố trí các hạng mục ................................................................. 58
KẾT LUẬN .................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 60

Lª ThÞ Thóy H»ng

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

Nước là tài nguyên quý giá nhưng không phải là vô tận. Dưới tác động
của tự nhiên và hệ quả hoạt động công nghiệp hóa đã làm cho các nguồn nước bị
ô nhiễm nghiêm trọng. Trong đó, nguồn nước mặt dễ cho khai thác và xử lý.
Nhu cầu sử dụng nước sạch ngày càng tăng cao, chính vì vậy mà con người cần
có biện pháp xử lý nguồn nước mặt thích hợp trước khi đưa vào sử dụng.
Nhận thấy việc sử dụng nước sạch dùng cho sinh hoạt và hoạt động sản
xuất tại địa bàn xã Bối Cầu, nơi mà tôi đang sinh sống, vẫn chưa được đáp
ứng kịp thời. Phần lớn người dân vẫn sử dụng trực tiếp nguồn nước mưa dùng
cho sinh hoạt. Việc có được nguồn nước sạch để sử dụng là vô cùng cấp thiết,
chính vì vậy mà tôi đã lựa chọn đề tài làm khóa luận của mình là: “Tính toán
thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt cho xã Bối Cầu - huyện Bình
Lục - tỉnh Hà Nam”.
2. Mục đích nghiên cứu
Tính toán thiết kế được các hạng mục trong xử lý nước cấp sinh hoạt từ
nguồn nước mặt là nước sông Sắt với công suất 1500m3/ngày đêm.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác định các thông số về chất lượng nước sông Sắt.
- Lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp với chất lượng nước thô đầu vào
và đề ra công suất 1500m3/ngày đêm.
- Tính toán thiết kế các hạng mục công trình.
- Trình bày bố trí các hạng mục.
4. Đối tượng nghiên cứu
- Nguồn nước mặt sông Sắt.
- Tình hình dân cư, các hoạt động kinh tế xã hội tại xã Bối Cầu - huyện
Bình Lục - tỉnh Hà Nam.

nước giếng, nước giếng khoan đường kính nhỏ và nước mặt.

Lª ThÞ Thóy H»ng

3

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

- Hiện trạng sử dụng
+ Nước mưa: 97% số hộ có bể chứa dùng cho ăn uống, 36% số hộ có
bể chứa dự trữ đủ dùng cho mùa khô (bể > 5m3).
+ Nước giếng khoan: Toàn xã có 256 giếng khoan đường kính nhỏ, độ
sâu từ 30m45m. Nước được xử lý qua bể lọc đơn giản trước khi sử dụng do
đó chất lượng nước không đảm bảo.
+ Nước mặt: Diện tích ao hồ tự nhiên chiếm khoảng 5% diện tích xã,
chất lượng nước kém, chủ yếu là nước ao tù và nước thải chưa qua xử lý.
+ Nước giếng đào: Chủ yếu là nước ngầm tầm nông, chưa đảm bảo
tiêu chuẩn vệ sinh.
Như vậy, việc có nước sạch để sử dụng cho ăn uống, sinh hoạt và các
hoạt động khác của người dân tại xã Bối Cầu là hết sức cấp thiết. Cần phải có
một hệ thống xử lý và cung cấp nước sạch cho toàn xã.
1.1.3. Nhu cầu sử dụng nước
- Tính đến năm 2012, dân số của xã Bối Cầu là 5022 người, tỉ lệ gia
tăng dân số hằng năm của xã là 1%, dự đoán trong những năm tới tỉ lệ này
vẫn không thay đổi.

4

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

+ Nước dùng cho các trường tiểu học và trung học cơ sở chiếm 20%
nước sinh hoạt.
+ Nước dùng cho các công trình công cộng khác như Uỷ ban nhân
dân, Bưu điện xã chiếm 10% nước sinh hoạt.
+ Nước dùng cho khu chợ đầu mối và chế biến gia súc miền Bắc là
500m3/ngày đêm.
+ Nước thất thoát rò rỉ tính bằng 5% tổng nhu cầu sử dụng nước.
+ Nước dùng cho trạm xử lý bằng 8% tổng nhu cầu sử dụng nước.
Bảng 1.2. Nhu cầu sử dụng nước của Xã Bối Cầu tính đến năm 2020
STT

Nhu cầu

1

Dân số toàn Xã

2

Nước cấp sinh hoạt
(Qsh)


Nhu cầu
(m3/ngày)

100

544

10% Qsh

54

10%Qsh

54

20%Qsh

109

10%Qsh

54

500
5%
(2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7)
8%
(2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7)



Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

1.2. Xác định các thông số chất lượng nước thô và các yêu cầu đầu ra
Bảng 1.3. Kết quả phân tích nguồn nước song Sắt
STT

Chỉ tiêu

1

Nhiệt độ

2

Màu sắc (*)

Đơn vị

Kết quả

QCVN 02: 2009/BYT

C

25

-

5

5

PH (*)

-

6

6÷8,5

Cmax

mg/l

300

-

Cmin

mg/l

70

-

7


Hàm lượng cặn lơ
6

9

10

lửng (TSS):

Hàm lượng sắt tổng
số (Fe2+ + Fe3+)
Độ cứng
(tính theo CaCO3)

11

Chỉ số pecmanganat

Mg/l

6

4

12

Cl-

Mg/l


150

-

Lª ThÞ Thóy H»ng

6

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

16

SO42-

Mg/l

34,5

-

17

Ca2+

Mg/l


0,06

< 0,1

21

Mg2+

Mg/l

5,1

-

22

Mn2+

Mg/l

0,2

0,1

23

Tổng số Coliform

150

cấp phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của người dân.
Dựa vào kết quả phân tích chất lượng nước sông Sắt cho thấy các chỉ
tiêu cơ bản về mặt lý, hóa học của nguồn nước như pH, độ kiềm, độ oxi hóa,
hàm lượng kim loại Mn, Pb2+, Cu2+,... đều nằm trong giới hạn cho phép của
tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt. Tuy nhiên, mẫu nước có độ
đục, hàm lượng sắt,mangan và tổng hàm lượng vi khuẩn Coliform khá cao.
Đối chiếu với quy chuẩn Việt Nam 08:2008/BTNMT - chất lượng nước
mặt thay thế TCVN 5942:1995 quy định giá trị giới hạn các thông số chất
lượng nước mặt thì chất lượng nước sông Sắt vẫn đủ tiêu chuẩn để khai thác,
xử lý dùng cho nước cấp.
 Các tiêu chuẩn nước uống và nước sinh hoạt
Tình hình cấp nước đối với cụm dân cư và khu vực nông thôn hiện nay
có những bất lợi, đặc biệt là khu vực nông thôn, vấn đề nước sạch vẫn chưa
được quan tâm đúng mức. Nước ngầm mạch nông và nước mưa vẫn là
phương tiện chủ yếu được sử dụng, do đó để đạt được chất lượng nước theo
hai bảng dưới đây là một công việc hết sức phức tạp đối với cả những khu
vực thành phố.
Để đáp ứng yêu cầu cấp nước sinh hoạt và sản xuất, quyết định số
63/1998/QĐ-TT ngày 18/3/1998 của Thủ Tướng Chính Phủ đã phê duyệt

Lª ThÞ Thóy H»ng

8

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2


4

Mùi (đậy kín sau khi đun 50600C)

Không mùi

5

Hàm lượng cặn lơ lửng

mg/l

0

6

Tổng chất rắn hòa tan

mg/l

1000

7

Độ cứng toàn phần

mg CaCO3

500

mg/l

0

Nước ngầm

mg/l

3,0

Amoniac

11

Nitrit

mg/l

0

12

Nitrat

mg/l

10

Lª ThÞ Thóy H»ng



0,3

16

Mangan

mg/l

0,1

17

Natri

mg/l

200

18

Sunfat

mg/l

400

19

Kẽm


Chì

mg/l

0,05

24

Thủy ngân

mg/l

0,001

25

Selen

mg/l

0,01

26

Florua

mg/l

1,5

STT

1.
Tiêu
chuẩn
vi
khuẩn

Chỉ tiêu
A1. Nước đã được làm
sạch tại trạm xử lý
- Faecal coliform,
ecoli/100 ml
- Tổng coliform, ecoli/100 ml

A.
Cung cấp
nước bằng
đường ống

A2. Nước chưa được làm
sạch tại chạm xử lý
- Faecal coliform,
ecoli/100 ml

Tiêu chuẩn
Độ đục 1 NTU
- 0 (diệt khuẩn bằng
clo khi pH = 8)
- 0 (tiếp xúc với clo sau

nguồn nước)
2.
- Protozoa (nguyên sinh
0
Tiêu
động vật gây bệnh)
chuẩn
- Helminth (ký sinh gây bệnh) 0
sinh vật
- Sinh vật tự do (rong tảo) 0

Lª ThÞ Thóy H»ng

11

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

2.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp
Dựa vào kết quả phân tích chất lượng nước sông Sắt, ta thấy có độ đục,
màu sắc, một số chỉ tiêu về kim loại như sắt, mangan là cao hơn so với tiêu
chuẩn, ngoài ra trong nước còn chứa lượng coliform khá cao nên dây chuyền
công nghệ được tập trung xử lý độ đục, độ màu, loại bỏ một số ion kim loại
nặng và khử trùng nước.
Mặt khác, do đặc điểm của sông Sắt có độ đục dao động với biên độ
lớn, về mùa khô độ đục của nước thấp là 70mg/l vào thời điểm mùa mưa hàm


Nước rửa lọc
Bể chứa
nước rửa

Bể khử trùng bằng clo

Bể chứa
hóa chất

Bể chứa nước sạch

Sân phơi
bùn

Trạm bơm cấp II

Mạng lưới phân phối nước

Hình 2.1. Các hạng mục công trình

Lª ThÞ Thóy H»ng

13

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp


Lª ThÞ Thóy H»ng

14

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

b. Quá trình keo tụ
- Khái niệm: Là phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất như phèn
nhôm, phèn sắt làm cho các chất lơ lửng liên kết lại với nhau tạo thành bông
keo có kích thước lớn và có thể tách chúng ra khỏi nước bằng tuyển nổi hoặc
lắng. Quá trình keo tụ có thể tách hoặc làm giảm các thành phần có trong
nước như các kim loại nặng, các chất cặn lơ lửng,... cải thiện độ đục màu sắc
của nước.
- Bản chất lý hóa của quá trình keo tụ: Đặc điểm cơ bản của các hạt
cặn do có kích thước vô cùng nhỏ (d < 10-4mm), các hạt này dễ dàng hấp thụ,
kết bám với các chất xung quanh hoặc lẫn nhau để tạo ra bông cặn to hơn.
Mặt khác, các hạt đều mang điện tích nên có khả năng liên kết với nhau hoặc
đẩy nhau bằng lực điện từ. Tuy nhiên, trong môi trường nước do các loại lực
tương tác giữa các hạt cặn bé hơn lực đẩy do chuyển động nhiệt Brown nên
chúng luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Bằng việc phá vỡ trạng thái cân bằng
động tự nhiên của môi trường nước sẽ tạo điều kiện thuận lợi để các hạt cặn
kết dính với nhau thành hạt cặn to hơn, dễ xử lý hơn.
- Các phương pháp keo tụ
Theo lý thuyết về lớp điện tích kép, nếu hạt muốn keo tụ thì thế điện
động zeta cần phải nằm dưới giá trị tới hạn. Muốn giảm thế năng Zeta của hệ

keo.
+ Quá trình keo tụ do hấp phụ, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng
điện Zeta bằng 0, các hạt keo hấp phụ ion trái dấu lên bề mặt song song với
cơ chế nén lớp điện tích kép nhưng cơ chế hấp phụ mạnh hơn.
+ Quá trình keo tụ do hấp phụ tĩnh điện thành từng lớp các hạt keo đều
tĩnh điện.
+ Quá trình keo tụ do hiện tượng bắc bán cầu: Các polyme vô cơ hay
hữu cơ có thể ion hóa nhờ cấu trúc mạch dài tạo ra cầu nối giữa các hạt keo.
+ Quá trình keo tụ ngay trong quá trình lắng: Hình thành các tinh thể,
các muối không tan, các polyelectrolit. Khi lắng chúng hấp thụ cuốn theo các
hạt keo khác, các cặn bẩn, các chất vô cơ hữu cơ lơ lửng và hòa tan trong nước.
- Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình keo tụ
+ pH: Phải có nồng độ pH thích hợp đối với từng chất keo tụ nhất định,
có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo bông.
+ Nồng độ chất keo tụ: Phải vừa phải không nhiều cũng không ít. Quá
ít hiệu quả tạo bông không tốt. Quá nhiều các hạt bông trở về trạng thái ban
đầu (các hạt keo lơ lửng).

Lª ThÞ Thóy H»ng

16

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

c. Quá trình lắng

17

K35A - Hãa


Khãa luËn tèt nghiÖp

Tr-êng §HSP Hµ Néi 2

+ Cơ chế lắng: Là quá trình các hạt lắng trên bề mặt vật liệu do trọng lực.
Giải thích các quá trình huyền phù lơ lửng có kích thước nhỏ hơn lỗ mao quản.
+ Cơ chế hấp phụ: Là quá trình quan trọng nhất trong quá trình lọc
nhanh để tách các hạt keo, huyền phù lơ lửng, và các tạp chất hòa tan. Quá
trình hấp phụ chỉ xảy ra được khi các cơ chế khác đến gần bề mặt vật liệu lọc
như lực trọng trường, lực quán tính, lực khuếch tán, lực thủy lực, lực xoáy.
+ Cơ chế hoạt hóa: Quá trình biến đổi các chất hòa tan trong nước
thành các chất đơn giản vô hại hoặc các chất không tan sau đó tách ra khỏ
nước bằng cơ chế sàng, lắng, hấp phụ. Có thể tách được chất hữu cơ, tách sắt,
tách magan và kim loại nặng khác.
+ Cơ chế sinh học: Các vi sinh vật trong nước qua chuyển động sẽ hấp
phụ lên bề mặt vật liệu lọc và lấy thức ăn từ các chất vô cơ, hữu cơ trong
nước.
Đối với chất lượng nước sông Sắt, sau khi đã được xử lý qua bể keo tụ
tạo bông và bể lắng ngang có hàm lượng chất rắn lơ lửng và độ đục thấp, ta có
thể kết hợp sử dụng quá trình lọc nhanh cùng với khử trùng để làm sạch nước,
khử tiếp sắt và mangan.
e. Quá trình khử trùng nước
- Nguyên nhân khử trùng nước: Có hai nguyên nhân chính:
+ Theo yêu cầu của tiêu chuẩn Việt Nam về chỉ tiêu an toàn nước cấp
phải kể đến chỉ tiêu vi sinh vật: E.coli không được tồn tại, coliform < 20

động hay chết.
+ Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có
trong nước. Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ hay pH của nước. pH
càng cao hiệu quả khử trùng càng giảm. Khi cho clo vào nước còn khử các
chất hòa tan khác và amoniac.
- Khử trùng bằng ôzon: Ôzon là chất không bền vững, độ hòa tan của
ôzon gấp 13 lần của oxi. Tác dụng khử trùng mạnh nhanh gấp 3100 lần so với
clo. Thời gian tiệt trùng xảy ra trong khoảng 3÷8s. Liều lượng cần thiết cho
nước mặt 1÷3mg/l.
+ Ưu điểm: Không có mùi, không có sản phẩm độc hại, tăng DO, khử
màu, phenol, xianua, tăng vận tốc lắng của hạt lơ lửng, làm giảm nhu cầu oxi
trong nước, giảm chất hữu cơ,...
+ Nhược điểm: Vốn đầu tư cao, tiêu tốn năng lượng, vật liệu dễ bị ăn
mòn.
+ Các yếu tố ảnh hưởng: Một phần nitơ phản ứng với nước tạo thành
axit nitric ăn mòn kim loại của máy phát. Hiệu quả khử trùng còn phụ thuộc
vào chất lượng nước, tốc độ khuấy trộn và thời gian tiếp xúc.

Lª ThÞ Thóy H»ng

19

K35A - Hãa