Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay, số nơi quan, xí nghiệp, nhà trường,… sử dụng nước dùng sinh hoạt sản xuất khai thác nguồn nước ngầm cách khoan giếng công nghiệp, nước giếng khoan có trữ lượng ổn định chất lượng tốt Tuy nhiên trở ngại cho việc dùng nước ngầm thành phần nước ngầm thường bị nhiễm hợp chất kim loại nặng dạng hồ tan như: Fe(OH)2 ; Fe(HCO3)2 ; Mn(HCO3 )2 , cặn lơ lửng Đặc biệt ô nhiễm môi trường ngày tăng nên nguồn nước ngầm bị nhiễm hợp chất Nitơ số hợp chất hữu khác Các kim loại nặng Mn, Cr, gốc NO2, NH4+ đặc biệt nguy hiểm chứa lượng Asen > 0,01mg/l gây nên số bệnh nguy hiểm, dẫn đến tử vong Các điều tra sơ số địa phương cho thấy, hàm lượng asen nước ngầm nhiều nơi vượt tiêu chuẩn cho phép nước ăn uống sinh hoạt, cao tỉnh Đồng Bằng Bắc Bộ Hà Nam, Hà Nội, Hưng Yên, Hà Tây, Phú Thọ Hàm lượng asen số điểm cao gấp nhiều lần mức cho phép Quỳnh Lôi (Hà Nội) gấp 30 lần, Lâm Thao (Phú Thọ) gấp 50-60 lần, Lý Nhân (Bình Lục, Hà Nam) gấp 50 lần Vì việc tiến hành xử lý hợp chất cần thiết Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Chương Nhóm CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Tình hình ô nhiễm Asen nước ngầm Gần đây, tượng nước ngầm bị nhiễm độc Asen báo động, không quốc gia Hoa Kỳ, Băngladesh, Ấn Độ, Trung Quốc, mà Việt Nam bắt đầu xuất ngày nhiều 1.1.1.Trên giới :  Tại Hoa Kỳ Từ hai thập niên qua, Cơ quan Lượng định Địa chất Hoa Kỳ (US Geological Survey) phân tích thẩm định arsenic 18850 giếng khoan toàn quốc gia nầy Nồng độ arsenic mạch nước ngầm miền Tây Hoa kỳ chiếm tỷ lệ cao nhất; miền Trung Tây Đông Bắc Miền Đông Nam nơi có nồng độ thấp Trên 13% giếng khoan có nồng độ arsenic 5ug/l, khoảng 1% có nồng độ 50ug/L  Tại Banglades 1.1.2.Tại Việt Nam (Đồng Bắc Bộ) Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng nước ta nước ngầm bị nhiễm asen Khoảng 13,5% dân số Việt Nam (10-15 triệu người) sử dụng nước ăn từ nước giếng khoan, dễ bị nhiễm asen Theo thống kê chưa đầy đủ, nước có khoảng triệu giếng khoan, nhiều giếng có nồng độ asen cao từ 20-50 lần nồng độ cho phép (0.01mg/l), ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng cộng đồng Tại châu thổ sông Hồng, vùng bị nhiễm nghiêm trọng phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình Hải Dương Ở đồng sông Cửu Long, phát nhiều giếng khoan có nồng độ asen cao nằm Đồng Tháp An Giang Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm Sự ô nhiễm asen miền Bắc phổ biến cao miền Nam 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không xử lý ngoại thành Hà Nội bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều phía Nam thành phố, Thanh Trì Gia Lâm (18,5%) Ở khu vực Hà Nội, Theo kết phân tích Văn phòng đại diện UNICEF Hà Nội Trung tâm nước sinh hoạt vệ sinh môi trường nông thôn trung ương tháng đầu năm 1999 cho thấy, mẫu nước 351 số tổng số 519 giếng khoan Quỳnh Lôi (Hai Bà Trưng - Hà Nội) phân tích có 25% số mẫu có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn cho phép Việt Nam theo tiêu chuẩn Tổ chức y tế giới (WHO 0,01 mg/l) có tới 68% vượt tiêu chuẩn cho phép Tại tỉnh Thanh Hóa tiến hành phân tích Asen nước 201 lỗ khoan nông huyện Hoằng Hóa, Nông Cống, Thiệu Hóa Đa số lỗ khoan có hàm lượng Asen nhỏ 0,05 mg/l Chỉ có 11 giếng khoan Thiệu Nguyên, huyện Thiệu Hóa có Asen lớn 0,05 mg/l, cao đạt 0,1mg/l (4 giếng khoan) Tại tỉnh Quảng Ninh phân tích Asen nước 175 giếng khoan nông huyện Đông Triều, thành phố Hạ Long, thị xã Uông Bí, huyện Hưng Yên Tất 175 mẫu có hàm lượng Asen nhỏ 0,05 mg/l, chất lượng nước nhìn chung tốt Tại tỉnh Hà Tây có 01 kết phân tích Asen nước lỗ khoan nông có hàm lượng Asen lớn 0,05 mg/l Tại thành phố Hải Phòng, phân tích Asen nước 49 lỗ khoan nông huyện An Hải, thị xã Đồ Sơn, quận Ngô Quyền, có 01 mẫu nước lỗ khoan có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn cho phép Việt Nam lần Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm Tại tỉnh Thái Bình, qua phân tích nước ngầm 195 lỗ khoan nông huyện Đông Hưng, Hưng Hà, Kiến Xương, Quỳnh Phụ, Tiền Hải, Vũ Thư thị xã Thái Bình, kết tất 195 mẫu có hàm lượng Asen nhỏ 0,05 mg/l Tại Hà Nam: 1819/1928 (94,3%) giếng khoan có asen > TCCP Việt Nam quốc tế ( 0,01 mg/l nước.Tại Bangladesh, Ấn Độ, Việt Nam Chile, thạch tín (asen) mối đe dọa lớn sức khoẻ người dân Asen chất độc Có thể chết uống lượng nửa hạt ngô (bắp) Nếu bị ngộ độc cấp tính asen có biểu hiện: khát nước dội, Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt thâm tím, bí tiểu tử vong nhanh Nếu bị nhiễm độc asen mức độ thấp, ngày với liều lượng dự nhỏ thời gian dài gây: mệt mỏi, buồn nôn nôn, hồng cầu bạch cầu giảm, da sạm, rụng tóc, sút cân, giảm trí nhớ, mạch máu bị tổn thương, rối loạn nhịp tim, đau mắt, đau tai, viêm dày ruột, làm kiệt sức, ung thư Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại asen tới sức khoẻ khả gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu cục tim não), loại bệnh da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoá, ung thư da ), tiểu đường, bệnh gan vấn đề liên quan tới hệ tiêu hoá, rối loạn hệ thần kinh - ngứa cảm giác chi khó nghe Sau 15 - 20 năm kể từ phát hiện, người nhiễm độc thạch tín chuyển sang ung thư chết Chương CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1.Các nghiên cứu nước 2.1.1 Giải độc thạch tín Đại học Kalyani, Ấn Độ, tìm phương pháp hiệu rẻ tiền giải độc asen thể người sử dụng nước ngầm ô nhiễm thuốc giải độc có tên arsenicum album Tuy nhiên, loại thuốc thời gian thử nghiệm Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm Trong trường hợp bị nhiễm độc asen, muốn giảm bớt triệu chứng bệnh asen, người bệnh cần đảm bảo chế độ ăn uống thật tốt, giảm protein, bổ sung vitamin để giúp thể thải loại asen nhanh Bên cạnh đó, bệnh nhân dựng thuốc giúp gan thải asen khỏi thể thuốc DMPS DMSA Tuy nhiên phải có hướng dẫn bác sĩ loại thuốc gây nhiều phản ứng phụ 2.1.2 Dò nước ô nhiễm asen vi khuẩn phát sáng Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Công nghệ môi trường Thụy Sĩ lợi dụng khả nhạy cảm với asen vi khuẩn Escherichia coli để biến đổi gen cho chúng phát sáng dò thấy asen nước Thành công cứu sống nhiều người sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm loại chất độc tự nhiên E.coli thử nghiệm Việt Nam, chi phí thấp mà không bị giải phóng hoá chất độc hại vào môi trường 2.2.Các nghiên cứu nước 2.2.1.Cách nhận biết Asen Theo Tiến sĩ Trần Hồng Cơn, Bộ môn Công nghệ hoá học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, nhận biết asen nước qua cảm quan Kể nước có cảm giác chứa chất độc Việc đun sôi lọc vi trùng không loại asen, mangan số kim loại nặng khác Với kit thử asen Viện Địa chất, phút để phát có độc chất asen nước hay không Bộ kít có có giá 150.000 đồng, thử 25 lần Với kit này, xác định hàm lượng Asen nước từ 0,005mg/l đến 1,5mg/l Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm Bộ kit bao gồm lọ phản ứng, lọ giấy thị Asen, lọ bột khử cho 25 lần thử, lọ dung dịch As-1 panh gắp Tất chứa túi nhựa có kích cỡ bàn tay Người sử dụng cần đặt giấy thị vào nắp lọ phản ứng, đổ mẫu nước, dung dịch bột khử vào lọ phản ứng theo dẫn đậy chặt nắp lại Nếu giấy thị chuyển sang màu vàng biết nước có nhiễm asen 2.2.2.Chế tạo bình lọc asen nước sinh hoạt Sử dụng đất sét, đá ong, đỏ son (limônit) biến tính, chuyên gia khoa Hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, chế tạo thành công thiết bị xử lý asen nước sinh hoạt, an toàn, tiện lợi cho hộ gia đình Về bản, bình lọc có cấu tạo bình lọc thông thường cột lọc có tính ôxy hoá hấp phụ để giữ lại asen Bình lọc inox nhựa với hai ngăn Ngăn thứ chứa cột hấp phụ làm từ hạt đất sét, đá ong đỏ son biến tính nhiệt biến tính nhiệt hoá Khi nước chảy qua cột này, asen mangan nước bị giữ lại, nước chảy vào ngăn thứ hai để sử dụng Theo tính toán, thiết bị xử lý asen quy mô hộ gia đình inox có dung tích 20 lít có giá thành khoảng 450.000 đồng Thiết bị tương tự nhựa có giá thành khoảng 300.000 đồng Khi sản xuất hàng loạt, giá rẻ Hộ gia đình người sử dụng nước ăn uống trung bình năm phải thay cột hấp phụ lần với chi phí khoảng 20.000 đồng Asen thu hồi triệt để sử dụng vào mục đích khác đem chôn lấp an toàn Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm Bình lọc asen Chương : Chất hấp phụ - đá ong CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Arsenic diện nước ngầm trạng thái yếm khí dạng As(III) (arsenite) trung tính Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) phần lớn As(III) hoán chuyển thành As(V) (arsenate) cho ion âm Do phương pháp xử lý tập trung vào việc khử arsenate 3.1.Phương pháp kết tủa Arsenat, AsO43- có khả tạo thành số hợp chất kết tủa có độ tan thấp sắt arsenat FeAsO4, canxi Arsenat Ca3(AsO4)2, hay mangan arsenat Mn3(AsO4)2 Ion sắt, canxi, mangan, thường gặp nước ngầm cần xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng cho nước phương pháp vôi, sôđa Trong trình xử lý loại bỏ phần arsen bổ xung trực tiếp yếu tố gây kết tủa từ vào Khi đưa Fe III, chủ yếu FeCl3 vào nước, sắt Arsenat hình thành nhanh (khoảng 10 giây) thành không tan Tích số tan sắt arsenat 10 -20 mol2/l2, nồng độ arsen dư nước sau kết tủa theo tính toán lý thuyết 0.0195µg/l Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa arsen 7, môi trường kiềm, song song với tạo thành sắt arsenat phản ứng cạnh tranh tạo sắt hydroxit oxit, môi trường axit arsen nằm dạng hợp chất trung hồ không tham gia phản ứng kết tủa Phản ứng tạo mangan arsenat tiến trình tương tự Kết tủa arsen dạng sản phẩm không tan thực với As(V), tức trước cần oxy hoá triệt để As(III) thành As(V) Sau kết tủa arsen, nước lọc, hợp chất arsen dạng keo giữ lại tầng lọc theo chế hấp phụ vật liệu lọc với bị hấp phụ trước Sơ Trang Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm B Precipitation Nhiều nguồn nước chứa đồng thời sắt hay mangan độ cứng cao, xử lý yếu tố loại bỏ phần arsen KHỬ TRÙNG NGUỒN GIÀN MƯA KẾT TỦA LẮNG CẶN  Ưu điểm o Có thể xử lý triệt để nhanh chóng Asen  Khuyết điểm o Tiêu tốn nhiều hóa chất o Có thể làm tắc nghẽn công trình phía sau o Ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý 3.2.Phương pháp trao đổi ion Trang 10 LỌC NƯỚC RỬA HỒ ỔN ĐỊNH CẤP NƯỚC Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm Cấu tạo nguyên lý làm việc: Lớp phía than ăngtraxit nghiền nhỏ, có đường kính tương đương d td = 1,1mm, hệ số không đồng k = 2, chiều dày L = 400mm Lớp phía cát thạch anh, cỡ hạt dtd = 0,7mm, k = 2, L2 = 400mm Khi lọc: nước dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước đưa bể chứa nước Khi rửa: nước rửa bơm cấp, qua hệ thống nước phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, lớp vật liệu lọc kéo theo cặn bẩn kéo vào máng thu nước rửa chảy cuối bể xả theo mương thoát nước Quá trình rửa tiến hành đến nước rửa hết đục ngưng Sau rửa, nước đưa vào bể đến mực nước thiết kế, cho bể làm việc Do cát rửa chưa xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa qua bể chứa Thời gian xả lọc đầu quy định 10 phút Tổng diện tích bể lọc tính theo công thức: Trong đó: • Q: công xuất trạm xử lý (m3/ngày đêm) • T: thời gian làm việc trạm ngày đêm (giờ) T = 24 • vbt: tốc độ lọc tính toán chế độ làm việc bình thường (m/h), bể lọc nhanh có lớp vật liệu lọc, chọn vbt = 8m/h • a: số lần rửa bể ngày đêm chế độ làm việc bình thường, chọn a = 2, điều kiện rửa lọc hoàn toàn tự động • w: cường độ nước rửa lọc (l/s.m 2) với bể lọc nhanh lớp vật liệu lọc rửa nước tuý 15 – 16 l/s.m2, chọn w = 15 l/s.m2 • t1: thời gian rửa lọc (giờ), chọn phút Trang 24 Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm • t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 Tổng diện tích bể lọc trạm xử lý là: Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: (bể) Chọn N = bể ( N không nhỏ để bể ngưng làm việc vận tốc bể lại không vượt 1,5 lần bình thường) Khi kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện bể để rửa: (Nằm khoảng (8 – 12m), nên đảm bảo) Trong đó: • Vtc: tốc độ lọc tăng cường (m/h) • N1: số bể lọc ngừng làm việc để sữa chữa Diện tích bể lọc là: F = 5,6/3 = 1,9(m2) Chọn kích thước bể 1,38 m 1,38m Chiều cao toàn phần bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hd + hv + hn + hp Trong đó: • Hp: chiều cao lớp bảo vệ bể lọc (0.3 – 0.5m), lấy hp = 0.5m • Hd: chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hđ = 0.7m • Hn: chiều cao lớp nước lớp vât liệu lọc, lấy hn = 2m • Hv: chiều cao lớp vật liệu lọc gồm than ăngtraxit cát thạch anh, h v = L1 + L2 = 0.8m Vậy chiều cao bể là: H = hd + hv + hn + hp = 0.7 + 0.8 + + 0.5 = 4(m) Bảng tóm tắt kết tính toán bể lọc Thông số tính toán Đơn vị bể 1.Số bể lọc Trang 25 Giá trị Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 2.Diện tích bể lọc m2 1,9 3.Chiều dài m 1,38 4.Chiều rộng m 1,38 5.Chiều cao m 6.Chiều cao lớp cát thạch anh m 0,4 7.Chiều cao lớp than Angtraxit m 0,4 4.2.4.Hấp phụ với vật liệu ODM Giới thiệu : Nước sản xuất: Nga Sản phẩm Cơ quan quản lý sáng chế thương hiệu Cộng hòa Liên bang Nga cấp sáng chế số 2141375, ngày 15/12/1998 Vật liệu lọc đa ODM-2F sản phẩm thiên nhiên (thành phần diatomit, zeolit, bentonit) hoạt hóa nhiệt độ cao, đưa vào ứng dụng từ năm 1998 nhiều công trình Nga, Ukraina, Uzbekistan,… nhiều quốc gia khác Sử dụng Việt Nam từ năm 2002 Phạm vi ứng dụng: thay đồng thời cát thạch anh, hạt xúc tác than hoạt tính quy trình công nghệ xử lý nước nước thải Sản phẩm chứng nhận an toàn cho sử dụng cấp nước sinh hoạt ăn uống Đặc tính: chất hấp phụ, hấp thụ vật liệu lọc đa Thành phần hóa học : SiO [...]... của bể và thời gian xả nước lọc đầu ( giờ) Vậy tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc là: Bảng tóm tắt kết quả tính toán các công trình phụ Thông số tính toán 1.Ống dẫn nước từ giàn mưa sang bể lắng Đơn vị mm Giá trị 110 2.Lưu lượng nước rửa lọc m3/s 0,081 3.Ống chính rửa lọc mm 150 4.Ống nhánh rửa lọc mm 34 Trang 35 Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3 5.Máng thu nước rửa lọc Chiều rộng... ở trong nước (Fe, Mn) hoặc là hoá chất dựng để xử lý nước (phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý arsen đồng thời Trang 13 Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3 loại bỏ các thành phần đó Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều kiện oxy hoá As(III) thích hợp vì tính hấp phụ của As(III) thấp hơn nhiều so với As(V) Dung dịch tái sinh nhôm oxit bão hồ arsen có thể xử lý như sau:... (m) Tính toán bơm rửa lọc: Trang 33 Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3 Áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc hb = hhh + ho + ht + hcb Trong đú hhh : độ cao hình học đưa nước tính từ mức nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa lọc (m) hhh = 4+ 2,5 – 2 + 0,65 = 5,15 (m) 4 : chiều sâu mực nước trong bể chứa (m) 2,5 : độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2 : chiều cao lớp nước trong... ống nhánh là 0,20m thì số ống nhánh của một bể lọc là : (ống nhánh) Bố trí các ống nhánh đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữa các ống là 0,2m, bố trí dàn ống theo kiểu xương cá Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là: Chọn vận tốc nươc trong ống nhánh vn= 2,0m/s thì tiết diện ống là: Trang 30 Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3 S = 0,0019/2,0 = 9,5.10-4 (m2) Đường kính ống nhánh là:... ống thu nước đã lắng Đáy bể lắng ngang cú độ dĩc theo chiều dọc là 0,02 theo chiều ngược với chiều nước chảy và độ dốc ngang từ thành bể về phía ống thu cặn là 45 0 Trang 22 Đồ Án môn học Xử Lý Nước Cấp Nhóm 3 Vận tốc trung bỡnh của dìng nước trong bể lắng là : Thiết kế phần mỏng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào cỏc bể lọc : cỏc mỏng thu nước ở cuối bể lắng ( hay mỏng phân phối nước vào... thể thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính trong quy trình công nghệ xử lý nước và nước thải Sản phẩm được chứng nhận an toàn cho sử dụng cấp nước sinh hoạt và ăn uống Đặc tính: là chất hấp phụ, hấp thụ và là vật liệu lọc đa năng Thành phần hóa học cơ bản : SiO 2