Chuyên đề Khử ASEAN trong nước ngầm

u tên gọi khác nhau, như 'Lục Paris' hay 'lục ngọc bảo'. Nó gây ra nhiều dạng ngộ độc Asen. ● Các ứng dụng khác: Nhiều loại thuốc trừ sâu, chất độc trong nông nghiệp. Sử dụng trong nuôi dưỡng động vật, cụ thể là tại Hoa Kỳ như là phương pháp ngăn ngừa bệnh và kích thích phát triển. Asenua gali là một vật liệu bán dẫn quan trong, sử dụng trong các mạch tích hợp (IC). Các mạch tích hợp này nhanh hơn (nhưng cũng đắt tiền hơn) so với các mạch dùng silic. Không giống như silic, nó là khe hở năng lượng trực tiếp, và vì thế có thể sử dụng trong các điốt laze và LED để trực tiếp chuyển hóa điện thành ánh sáng. Cũng được sử dụng trong kỹ thuật mạ đồng và pháo hoa. IV. Phơi nhiễm Asen trong nước uống ● Nhiễm bẩn Asen trong nước ngầm đã dẫn tới đại dịch ngộ độc Asen tại Bangladesh và các nước láng giềng. Người ta ước tính khoảng 57 triệu người đang sử dụng nước uống là nước ngầm có hàm lượng Asen cao hơn tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế Thế giới là 10 phần tỷ. Asen trong nước ngầm có nguồn gốc tự nhiên và nó được giải phóng ra từ trầm tích vào nước ngầm do các điều kiện thiếu ôxy của lớp đất gần bề mặt. Nước ngầm này bắt đầu được sử dụng sau khi các tổ chức phi chính phủ (NGO) phương Tây hỗ trợ chương trình làm các giếng nước lớn để lấy nước uống vào cuối thế kỷ 20. Chương trình này được đề ra nhằm ngăn ngừa việc uống nước từ nước bề mặt bị nhiễm khuẩn, nhưng lại không chú trọng tới kiểm định Asen trong nước ngầm. Nhiều quốc gia và khu vực khác ở Đông Nam Á, như Việt Nam, Campuchia, Tây Tạng, Trung Quốc, được coi là có các điều kiện địa chất tương tự giúp cho quá trình tạo nước ngầm giàu Asen. Ngộ độc Asen đã được báo cáo tại Nakhon Si Thammarat, Thái Lan năm 1987, và Asen hòa tan trong sông Chao Phraya bị nghi là chứa hàm lượng cao Asen nguồn gốc tự nhiên, nhưng đã không có vấn đề gì với sức khỏe công cộng do việc sử dụng nước đóng chai. Chu trình Asen trong tự nhiên. ● Phân tích các nghiên cứu dịch tễ học nhiều nguồn về phơi nhiễm Asen vô cơ gợi ý rằng rủi ro nhỏ nhưng có thể đo được tăng lên đối với ung thư bàng quang ở mức 10 phần tỷ. Theo Peter Ravenscroft từ khoa Địa trường Đại học Cambridge khoảng 80 triệu người trên khắp thế giới tiêu thụ khoảng 10 tới 50 phần tỷ Asen trong nước uống của họ. Nếu họ tiêu thụ chính xác 10 phần tỷ Asen trong nước uống của mình thì phân tích dịch tễ học đa nguồn trích dẫn trên đây phải dự báo 2.000 trường hợp bổ sung về ung thư bàng quang. Điều này thể hiện sự ước tính quá thấp rõ nét về ảnh hưởng tổng thể, do nó không tính tới ung thư phổi và da. Những người chịu phơi nhiễm Asen ở mức cao hơn tiêu chuẩn hiện tại của WHO ( Tổ chức Y tế thế giới) nên cân nhắc tới chi phí và lợi ích của các biện pháp giải trừ Asen. ● Asen có thể được loại bỏ ra khỏi nước uống thông qua đồng ngưng kết các khoáng vật sắt bằng ôxi hóa và lọc nước. Khi cách xử lý này không đem lại kết quả mong muốn thì các biện pháp hút bám để loại bỏ Asen có thể cần phải sử dụng. Một vài hệ thống hút bám đã được chấp thuận cho các điểm dịch vụ sử dụng trong nghiên cứu do Cục Bảo vệ Môi trường (EPA) và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) Hoa Kỳ tài trợ. ● Việc tách Asen ra bằng từ trường ở các gradient từ trường cực thấp đã được chứng minh ở các máy lọc nước tại điểm sử dụng với diện tích bề mặt lớn và các tinh thể nano manhêtit đồng nhất kích thước (Fe3O4). Sử dụng diện tích bề mặt riêng lớn của các tinh thể nano Fe3O4 thì khối lượng chất thải gắn liền với loại bỏ Asen từ nước đã giảm đáng kể. ● Half-Life của Asen: Cuộc sống của Half-Asen trong cơ thể con người là thời gian dự kiến cần thiết để giảm một nửa lượng Asen hấp thụ của cơ thể. Một nửa cuộc sống-có thể được tính toán chính xác chỉ đối với những chất loại bỏ tuyến tính, độc lập với tập trung. Đối với các chất tuyến tính loại trừ, phải mất khoảng 3,5 nửa cuộc sống để loại trừ 90% chất. Vô cơ Asen : 1-5 ngày , hữu cơ Asen 4 ngày Biểu hiện khi nhiễm asen: Nhiễm độc cấp tính: Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi Asen sẽ có biểu hiện: khát nước dữ dội, đau bụng, nôn mửa, dội, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu và tử vong nhanh. Nhiễm độc mãn tính: Nhiễm độc Asen mãn tính có thể gây ra các tác dụng toàn thân và cục bộ. Các triệu chứng nhiễm độc Asen mãn tính xảy ra sau 2 – 8 tuần, biểu hiện như sau: Tổn thương da Tổn thương các niêm mạc Rối loạn thần kinh Rối loạn dạ dày, ruột: Tê đầu các chi, đau các chi, bước đi khó khăn, suy nhược cơ Ung thư da Asen có thể tác động đến cơ tim. CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ASEN I. Phương pháp tạo kết tủa. Nguyên lý hoạt động. Arsenat, AsO43- có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa tan thấp như sắt arsenat FeAsO4, canxi Arsenat Ca3(AsO4)2, hay mangan arsenat Mn3(AsO4)2. Ion sắt , canxi, mangan, thường gặp trong nước ngầm và cũng cần được xử lý: loại bỏ sắt, mangan hay khử cứng trong nước ngầm bằng phương pháp vôi, soda. Trong quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được một phần asen hoặc bổ sung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào. Khi đưa Fe III, chủ yếu FeCl3, vào nước, sắt arsenat hình thành rất nhanh ( khoảng 10 giây) thành không tan. Tích số tan của sắt là 10-20 mol2/l2, vì vậy nồng độ asen dư trong nước sau kết tủa theo tính toán lý thuyết là 0.0195ug/l. Hình quá trình kết tủa Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa asen là 7, trong môi trường kiềm, song song với sự tạo thành sắt arsenat còn các phản ứng cạnh tranh tạo ra sắt hydroxit và oxit, còn trong môi trường axit thì asen nằm ở dạng hợp chất trung hòa không tham gia phản ứng kết tủa. Phản ứng tạo ra mangan arsenat cũng có thể tiến trình tương tự. kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không hòa tan chỉ có thể thực hiện được với As(V), tức là trước đó cần oxy hóa triệt để As(III) thành As(V). Sau khi kết tủa asen, nước được lọc, hợp chất asen dạng keo được giữ lại trong tầng lọc theo cơ chế hấp phụ trên vật liệu lọc và với chính nó đã bị hấp phụ trước đó. Hình: thiết bị filox dùng trong xử lý mangan, sắt và asen. Phạm vi áp dụng: Trong quá trình xử lý có thể loại bỏ một phần asen hoặc có thể bổ sung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào. Kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được với asen (V). Ưu điểm:có thể xử lý nhanh chóng asen. Nhược điểm: Tiêu tốn nhiều hóa chất Có thể làm tắt nghẽn các công trình phía sau Ảnh hưởng đến nước sau xử lý Cần oxy hóa triệt để asen (III) thành asen (V) II. Phương pháp trao đổi ion: Nguyên lý hoạt động: Nếu nguồn nước chứa As có độ khoáng thấp(<500mg/l) và ít sunfat(<25mg/l) thì có thể sử dụng phương pháp trao đổi ion để xử lý asen. Oxy hóa As(III) thành As(V) trước khi trao đổi nhưng không cần phải điều chỉnh pH. Nước sau khi được làm trong và clo hóa(oxy hóa) được chảy qua cột chứa anionit mạnh dạng Cl- có độ dày 0.75-1.5m, trao đổi ion tại pH=8-9, tái sinh được thực hiện dễ dàng với muối NaCl. Hình: thiết bị trao đổi ion Sử dụng anionit mạnh thương phẩm với thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng 5-6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao.Tùy nồng độ sunfat nhưng vẫn tìm ẩn nguy cơ đẩy As ra khỏi nhựa,có thời điểm nước sau xử lý cao hơn nước đầu vào tới 160%. Nhìn chung các anionit khác nhau ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý As,thời gian tiếp xúc từ khoảng từ 1.5-5 phút cũng ảnh hưởng không đáng kể đến hiệu quả của cột.Tái sinh nhựa có thể sử dụng dòng cùng chiều.Lưỡng dung dịch NaCl 3.5% cần để tái sinh không vượt quá 3 lần thể tích tầng nhựa,As được tách ra khỏi nhựa còn dễ hơn bicarbonate do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của HAsO42- dung dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách bổ sung muối Fe(III) hay muối nhôm(phèn nhôm) hoặc vôi.Phản ứng hóa học: 3Na2HAsO4+3H2O+2FeCl3 Fe(OH)3+ Fe(H2AsO4)+6NaCl 2Na2HAsO4+NaHCO3+4Ca(OH)2 CaCO3+Ca3(AsO4)+3H2O+5NaOH Hình quá trình trao đổi ion Phạm vi áp dụng: nguồn nước có chứa As có độ khoáng thấp(<500mg/l) và ít sunfat (<25mg/l). Ưu điểm: Có lợi thế là không cần điều chỉnh pH của nước trong quá trình xử lý Có thể sử dụng muối ăn để tái sinh chất trao đổi ion với hiệu quả cao Loại bỏ được 95% asen ra khỏi nước ngầm. Nhược điểm: Không có lợi thế về mặt kinh tế nếu nồng độ sunfat>250mg/l và tổng lượng cặn tan vượt 500mg/l Tiềm ẩn nguy cơ đẩy asen ra khỏi nhựa trao đổi. III. Phương pháp hấp phụ (ᵞ-Al2O3) Nguyên lý hoạt động: Với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương pháp hấp phụ tỏ ra có hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ.Vật liệu hấp phụ được sử dụng là một số oxit kim loại như nhôm, sắt, mangan, hay hỗn hợp các oxit kể trên. Asen(dạng asernat) hấp phụ trên các vật liệu oxit trên theo cơ chế tạo ra phức chất bề mặt trên chất rắn.Theo đó trước khi tạo ra liên kết hóa học chúng được hấp phụ và nó thường là giai đoạn chậm nhất của quá trình. Hình quá trình hấp phụ Nhôm oxit dạng (ᵞ-Al2O3) là chất hấp phụ asen được sử dụng rộng rãi nhất,vật liệu này thường là hạt cát có kích thước kợp không lớn(0.3-0.6mm). Nhôm oxit có tính chọn lọc đối với các anion theo: OH- > H2Aso4- > Si(OH)O3- > F- > HseO3- > SO42- > CrO42- >> HCO3- > Cl- > NO3- >Br- > I- Nhôm oxit được dùng làm vật liệu hấp phụ asen là do độ chọn lọc cao của nó đối với hợp chất asen . Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt cả chất rắn nên diện tích bề mặt của chất hấp phụ chỉ được sử dụng một phần, tại các trung tâm hoạt động có quá khả năng tạo liên kết chất phức, vì vậy nhôm oxit có diện tích bề mặt cao sẽ thuận lợi cho quá trình hấp phụ. Tuy vậy dung lượng hấp phụ của nhôm oxit với asen cũng không cao do nồng độ của asen trong nước thường rất nhỏ. Với nhôm oxit có diện tích 400m2/g dung lượng hấp phụ asen cũng chỉ đạt 1.4mgAs/ml nhôm oxit (xấp xỉ 1.6mg.g)tại pH=6. pH thích hợp cho quá trình hấp phụ asen trên oxit nằm trong khoảng 5.5-6,tại pH cao hơn,vd pH=8 dung dịch hấp phụ chỉ còn non một nửa so với nó tại pH=6. Dung lượng hấp phụ của nhôm oxit đó với As giảm rất mạnh khi có mặt sunfat nhưng hầu như không tác động của ion clorua.Tạp chất hữu cơ, chất keo có mặt trong nước cũng ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp phụ của asen trên nhôm oxit. Hình thiết bị hấp phụ Asen tạo phức trên bề mặt nhôm oxit khá bền vững nên khi tái sinh phải dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hòa với axit sunfuric 2%. Tuy vậy dù có tăng nồng độ axit thì cũng chỉ tách được 50-70% lượng asen trong chất hấp phụ, do vậy dung lượng hoạt động của chu kỳ sau giảm 10-15% và nhôm oxit sẽ mất tác dụng sau vài chu kỳ hoạt động. Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý dung dịch tái sinh chứa nồng độ asen cao nên một số nhà công nghệ chỉ có ý định sử dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bão hòa asen. Ngoài ra, sắt oxit, mangan dioxit gần đây được sử dụng làm chất hấp phụ asen. Đặc biệt là mangan dioxit có khả năng oxy hóa trực tiếp As(III) thành As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần oxy hòa tan. Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ asen mà những chất này có thể tồn tại sẵn ở trong nước(Fe,Mn) hoặc là hóa chất dùng để xử lý nước(phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý asen đồng thời loại bỏ các thành phần đó. Để đạt hiệu quả tốt cần chú ý tới các điều kiện oxy hóa 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 hòa asen có thể được xử lý như sau:dung dịch tái sinh kiềm và axit chứa một lượng nhôm tan đủ để kết tủa thành dạng hydroxit nếu sử dụng axit đưa pH của nó về 6.5, asen sẽ cùng kết tủa mang tính định lượng. Nước được tách khỏi chất rắn chứa nồng độ asen rất thấp. Hình:bể hấp phụ trong xử lý asen Phạm vi ứng dụng: với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương pháp hấp phụ tỏa ra có hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ. Ưu và nhược điểm: Ưu điểm: Ít bị ảnh hưởng nếu hàm lượng sunface và cặn tan (nồng độ ion tổng). ᵞ-Al2O3 có tính hấp phụ chọn lọc đối với các hợp chất của asen. Nhược điểm: Khó khăn trong việc tái sinh ᵞ-Al2O3 IV. Phương pháp sinh học: Mỏ than núi Hồng, mỏ thiếc xã Hà Thượng là điểm nóng về ô nhiễm asen trong đất. Các nhà nghiên cứu thu thập 157 loài thực vật trên các bãi thải quặng và các vùng phụ cận chọn lọc được 33 loài cây có thể sống được trên nền đất ô nhiễm cao. Trong đó có hai loài dương xỉ P.calomelanos L – loài bản địa mọc tại xã Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên) và loài dương xỉ P.vittata L mọc tịa khu mỏ chì_kẽm làng Hích xã Tân Long ( Đồng Hỳ, Thái Nguyên) là những loài siêu tích lũy asen. Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đến 5.876 và 2426,3 mg/kg sinh khối khô. Nồng độ As càng cao thì thời gian sống của cây càng ngắn.cả hai loài dương xỉ nêu trên đều chống chịu As cao hơn so với các loài cây khác đã công bố. Nhưng khi so sánh hai loại cây trên thì thấy khả năng chống chịu của P.vittata với As tốt hơi nhiều so với loài P.calomelanos. Nếu trồng đồng thời hai loài dương xỉ này trong quá trình xử lý thì nên thu hoạch trong khoảng từ tháng 3 đến tháng 4. Do từ tháng 3, cả hai loại cây trên đã loại bỏ được một lượng As lớn hơn nhiều so với tháng 2 và cây chết vào khoảng cuối tháng 4. Khả năng tích lũy As của cây phụ thuộc vào hàm lượng Nito và photpho bón vào đất. Xác đinh hàm lượng As trong đất và của thành phần khác như pH, N, P, CHC,một số kim loại khác. Quy trình sử dụng dương xỉ để xử lý As trong đất. Cải tạo đất để trồng cây (cày, xới, điều chỉnh pH, bổ sung chế phẩm vi sinh vật…) Trồng dương xỉ P.vittata và P.calomelanos trong đất nhiễm As sau khi cải tạo. Thu hoạch dương xỉ.( trong khoảng từ tháng 3 đến tháng4) Hình ảnh: Những loại cây có thể sống được trong đất có chứa asen Loài P.vittata Loài P.calomelanos Phạm vi ứng dụng: còn hạn chế.( Mỏ than núi Hồng,mỏ thiếc xã Hà Thượng) Ưu và nhược điểm: Ưu điểm: Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đến 5.876 và 2426,3 mg/kg sinh khối khô. Nhược điểm: Việc áp dụng, đưa các loài thực vật vào xử lý asen còn hạn chế. STT Phương pháp Hóa chất sử dụng Phạm vi ứng dụng Ưu điểm Nhược điểm 1 Tạo kết tủa _Sắt (III) _Mangan _Trong quá trình xử lý có thể loại bỏ một phần asen hoặc có thể bổ sung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào. _Kết tủa asen dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được với asen (V). Có thể xử lý nhanh chóng asen. _Tiêu tốn nhiều hóa chất _Có thể làm tắt nghẽn các công trình phía sau _Ảnh hưởng đến nước sau xử lý _Cần oxy hóa triệt để asen (III) thành asen (V) 2 Phương pháp trao đổi ion Anionit mạnh dạng Cl- Nguồn nước có chứa As có độ khoáng thấp (<500mg/l) và ít sunfat (<25mg/l). _Có lợi thế là không cần điều chỉnh pH của nước trong quá trình xử lý. _Có thể sử dụng muối ăn để tái sinh chất trao đổi ion với hiệu quả cao. _Không có lợi thế về mặt kinh tế nếu nồng độ sunfat >250mg/l và tổng lượng cặn tan vượt 500mg/l _Tiềm ẩn nguy cơ đẩy asen ra khỏi nhựa trao đổi. 3 Phương pháp hấp phụ(ᵞ-Al2O3) _Các oxit kim loại: nhôm,sắt,mangan,hay hỗn hợp các oxit kể trên. _Nhưng sử dụng phổ biến là: ᵞ-Al2O3. Với các nguồn nước có độ khoáng cao, phương pháp hấp phụ tỏ ra có hiệu quả do tính tương tác đặc thù của hệ. _Ít bị ảnh hưởng nếu hàm lượng sunface và cặn tan (nồng độ ion tổng). _ᵞ-Al2O3 có tính hấp phụ chọn lọc đối với các hợp chất của asen Khó khăn trong việc tái sinh ᵞ-Al2O3 4 Phương pháp sinh học 157 loài thực vật, trong đó có 2 loài thuộc họ dương xỉ và màn trầu Mỏ than núi Hồng, mỏ thiếc xã Hà Thượng. Khả năng tích lũy kim loại nặng, hàm lượng asen lên đến 5.876ppm. Việc áp dụng, đưa các loài thực vật vào xử lý asen còn hạn chế. CHƯƠNG III: XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM TẬP TRUNG TẠI XÃ TÂN LONG, HUYỆN THANH BÌNH, TỈNH ĐỒNG THÁP I. Tổng quan về hệ thống thực tế: 1. Đối tượng xử lý Nước ngầm: Đồng Tháp có nhiều vỉa nước ngầm ở các độ sâu khác nhau, nguồn này hết sức dồi dào, mới chỉ khai thác, sử dụng phục vụ sinh hoạt đô thị và nông thôn, chưa đưa vào dùng cho công nghiệp. Trong số 2.960 mẫu nước được kiểm tra thì 67% nhiễm thạch tín. Huyện Thanh Bình có tỉ lệ cao nhất với 85% số mẫu nhiễm. Đồng Tháp có 12,47% nước ngầm có hàm lượng asen vượt mức tiêu chuẩn cho phép là 10 ppb. Chọn xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp – nơi có trạm cấp nước tập trung dưới 500 người có nguồn nước ngầm bị ô nhiễm asen với hàm lượng 500 ppb (0,5 mg/l). Kết quả phân tích mẫu nước giếng khoan trước can thiệp cho thấy, mẫu nước giếng khoan có các chỉ tiêu: màu sắc, độ đục, hàm lượng sắt tổng số, hàm lượng amoni và hàm lượng asen vượt quá giá trị giới hạn cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Cụ thể, hàm lượng asen trong nguồn nước ngầm khảo sát là 0,453 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép 45,3 lần (Hàm lượng asen trong nước theo QCVN 01:2009/BYT là 0,01 mg/l).hàm lượng sắt tổng số là 4,29 mg/l vượt tiêu chuẩn cho phép đến 14,3 lần. Các chỉ tiêu kim loại nặng khác ( Al, Cr, Zn, Cu, Pb, Cd và Hg), phenol và PAHs không phát hiện thấy trong nguồn nước giếng khoan khảo sát. Asen 0.453 mg/l Fe 4.29 mg/l Độ đục 20.8 NTU Độ màu 20 TCU →Nguồn nước nhiễm As nặng và Fe 2. Yêu cầu tiền xử lý, hậu xử lý TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa cho phép Phương pháp thử Mức độ giám sát I II 1 Màu sắc(*) TCU 15 15 TCVN 6185 - 1996 (ISO 7887 - 1985) hoặc SMEWW 2120 A 2 Mùi vị(*) - Không có mùi vị lạ Không có mùi vị lạ Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 B và 2160 B A 3 Độ đục(*) NTU 5 5 TCVN 6184 - 1996 (ISO 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B A 4 Clo dư mg/l Trong khoảng 0,3-0,5 - SMEWW 4500Cl hoặc US EPA 300.1 A 5 pH(*) - Trong khoảng 6,0 - 8,5 Trong khoảng 6,0 - 8,5 TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - H+ A 6 Hàm lượng Amoni(*) mg/l 3 3 SMEWW 4500 - NH3 C hoặc SMEWW 4500 - NH3 D A 7 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)(*) mg/l 0,5 0,5 TCVN 6177 - 1996 (ISO 6332 - 1988) hoặc SMEWW 3500 - Fe B 8 Chỉ số Pecmanganat mg/l 4 4 TCVN 6186:1996 hoặc ISO 8467:1993 (E) A 9 Độ cứng tính theo CaCO3(*) mg/l 350 - TCVN 6224 - 1996 hoặc SMEWW 2340 C B 10 Hàm lượng Clorua(*) mg/l 300 - TCVN6194 - 1996 (ISO 9297 - 1989) hoặc SMEWW 4500 - Cl- D A 11 Hàm lượng Florua mg/l 1.5 - TCVN 6195 - 1996 (ISO10359 - 1 - 1992) hoặc SMEWW 4500 - F- B 12 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 0,05 TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW 3500 - As B B 13 Coliform tổng số Vi khuẩn/ 100ml 50 150 TCVN 6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 A 14 E. coli hoặc Coliform chịu nhiệt Vi khuẩn/ 100ml 0 20 TCVN6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 A Ghi chú: - (*) Là chỉ tiêu cảm quan. - 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 của 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, máng lần, đường ống tự chảy). 3. Lựa chọn công nghệ xử lý Từ kết quả phân tích trên ta thấy chất lượng nước có 2 thành phần chính cần xử lý là As và Fe. Còn độ đục và độ màu cao là do Fe gây nên, vì Fe trong nước ngầm khi đưa lên khỏi mặt đất bị oxi hóa dễ dàng thành Fe(OH)3 màu nâu đỏ. Có rất nhiều phương pháp để xử lý nước ngầm, tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhu cầu cấp nước, tiêu chuẩn dùng nước, đặc điểm của nguồn nước ngầm, các điều kiện tự nhiên, điều kiện kinh tế xã hội, yêu cầu chất lượng nước cấp…mà chúng ta sẽ lựa chọn công nghệ xử lý nước ngầm sao cho phù hợp Đề tài thực hiện xử lý nước ngầm nhiểm Asen cấp nước cho người dân sử dụng nên lựa chọn các công trình để xử lý cho phù hợp : Chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cấp nước sinh họat Giá thành xây dựng rẻ quy trình vận hành đơn giản. → Quy trình công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen hiệu quả được áp dụng ở xã Tân Long, huyện Thanh Bình, tỉnh Đồng Tháp Nước ngầm Giàn mưa Bể keo tụ kết hợp lắng 2 cột lọc áp lực Hấp phụ Hồ ổn định Ca(OCl)2 Phèn PAC Cặn lắng Ca(OCl)2 Nước rửa lọc Sơ đồ xử lý nước ngầm nhiễm Asen II. Mô tả quy trình công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen 1. Nguyên lý chung: Nước ngầm sau khi bơm từ giếng khoan được đưa lên giàn mưa. Giàn mưa có tác dụng oxi hoá một phần Fe2+, Mn2+ và một số tác nhân mang tính khử khác có thể oxi hoá bằng O2 như một số khí nằm dưới dạng hoà tan trong nước ngầm như H2S để làm tăng hiệu quả oxi hoá As(III), ngoài ra giàn mưa có tác dụng làm bay hơi các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước, CO2, NH3. Nước sau khi qua giàn mưa chảy xuống bể trộn. Tại bể trộn, cho Cl- được châm vào đường ống để oxi hoá As(III) thành As(V). Các phản ứng xảy ra: Nước sau khi qua giàn mưa chảy xuống bể chứa (châm phèn PAC và khuấy trộn). Tiếp theo nước được cho tự chảy qua ngăn keo tụ kết hợp lắng (hình thành bông cặn và lắng cặn).Từ đó nước được bơm qua hệ thống cột lọc áp lực . Bể lọc áp lực là công trình xử lí asen chính thực hiện quá trình xử lí thông qua cơ chế chính là sự hấp phụ của cát lên As(V). Trong cát chứa SiO2 có các phản ứng sau dẫn đến khả năng hấp phụ của cát đối với asen: Si–OH + H3AsO4à Si – HAsO4(3-n-1)- + H2O +(2-n)H+ Các hạt keo chứa As (V) bị bắt giữ trên bề mặt than antraxit, cát lọc. Nước sau khi qua bể lọc chảy sang bể chứa nước có chức năng chứa nước để điều hoà lượng nước sử dụng. Sau một thời gian phải tiến hành rửa lọc. Nước từ bể chứa được tuần hoàn lại để rửa lọc hay nước lọc đầu khi thay cát để tái sử dụng lại nguồn nước, tiết kiệm nguồn nước ngầm. Asen trong lớp bùn ở dạng vô cơ dễ quay lại trong nước ngầm nếu không được thu gom, xử lý. Sân phơi cát có chức năng làm khô hỗn hợp bùn, cát và tồn trữ cát trước khi đi xử lý. Nước được tiếp tục bơm qua cột hấp phụ từ phía trên xuống nhằm để tăng thời gian hấp phụ, tại đây các kim loại nặng sẽ được hấp phụ và được khử trùng lại bằng Cl- và được đưa vào hồ ổn định phục vụ cho cấp nước. Mô hình xử lý asen Giàn mưa: Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên. Khử 75-80% CO, tăng DO (55% DO bão hòa) Cấu tạo gồm: Hệ thống phân phối nước Sàn tung nước (1-4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc Sàn và ống thu nước. Nhiệm vụ : Khử CO2 trong nước Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+ Làm bay hơi các chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước, NH3 Ưu điểm: Dễ vận hành. Việc bảo dưỡng và vệ sinh định kì giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn. Nhược điểm: Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạt động Clo hoá sơ bộ - Oxy hoá sắt và mangan hoà tan ở dạng các phức chất hữu cơ. Bể keo tụ và lắng Sau khi được oxy hóa bằng giàn mưa nước được dẫn chảy vào ngăn 1 (ngăn châm phèn PAC và khuấy trộn) .Nước sau ngăn 1 tự chảy qua ngăn 2 (hình thành bông cặn và lắng cặn) và hiệu quả xử lý tại giai đoạn này là 44,81%. Sau đó, các bông cặn còn sót lại sẽ va vào vách ngăn và lắng xuống đáy bể tại ngăn thứ 3, hiệu quả xử lý tại ngăn này tăng lên là 77,92%. Nước từ ngăn 3 tiếp tục tự chảy sang ngăn 4. Nước tại ngăn 4 được bơm qua hệ thống cột lọc áp lực. Mục đích: Nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hòan thành quá trình làm trong nước. Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m3/ng đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kỳ công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn. Điều kiện để hạt giữ lại trong bể Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật, có thể làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép. ống dẫn nước từ bể phản ứng sang máng phân phối nước vách ngăn phối đầu bể vùng lắng vùng chứa cặn vách ngăn thu nước cuối bể máng thu nước ống dẫn nước sang bể lọc ống xả cặn Căn cứ vào biện pháp thu nước lắng người ta chia bể lắng ngang làm hai loại: Bể lắng thu nước cuối bể: thường kết hợp với bể phản ứng có vách ngăn hoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Bể lắng ngang thu nước bề mặt: thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Bể lắng ngang thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn từ 3-6m. chiều dài không quy định. Khi bể có chiều dài quá lớn có thể cho nước chảy xoay chiều. Để giảm bớt diện tích bề mặt xây dựng có thể xây dựng bể lắng nhiều tầng. Để đảm bảo việc phân phối đều trên toàn bộ diện tích lắng, cần đặt vách ngăn có đục lỗ ở đầu bể. Phía dưới ở trên mặt của vùng chứa nén cặn không cần phải khoan lỗ. Các lỗ của ngăn phân phối nước có thể tròn hoặc vuông, đường kính hay kích thước cạnh 50x150mm, vận tốc nước qua lỗ 0,2-0,3m/s. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: Lưu lượng nước thô Nồng độ pH trong nguồn nước Thời gian lắng (thời gian lưu) Khối lượng riêng và tải lượng tính cho SS Tải lượng thủy lực Sự keo tụ các hạt rắn Vận tốc dòng chảy trong bể Nhiệt độ của nước Kích thước bể lắng Ưu điểm: Gọn, có thể làm hố thu cặn ở đầu bể và cũng có thể làm nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài của bể. Hiệu quả xử lý cao Nhược điểm: Giá thành cao. Có nhiều hố thu cặn tạo nên những vùng xoáy làm giảm khà năng lắng của các hạt cặn, chiếm nhiều diện tích xây dựng. Bể lọc áp lực Bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ áp lực nước phía trên vật liệu lọc. Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Lớp phía trên là than antraxit nghiền nhỏ, có đường kính tương đương dtd=1,1mm, hệ số không đồng nhất k=2, chiều dày L1=400mm. Lớp phía dưới là cát thạch anh, cỡ hạt dtd=0,7mm, k=2, L2=400mm. Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch. Khi rửa: nước rửa do bơm cấp, qua hệ thống nước phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn kéo vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước. Quá trình rửa lọc được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng. Vỏ bể Cát lọc Sàn chụp lọc Phễu đưa nước vào bể Ống dẫn nước vào bể Ống dẫn nước đã lọc Ống dẫn nước rửa lọc Ống xả nước rửa lọc Ống gió rửa lọc Van xả khí Van xả kiệt Lỗ thăm Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa về bể chứa. Thời gian xả lọc đầu quy định là 10 phút. Hình Bể lọc áp lực Vật liệu lọc: Cát thạch anh: kích thước hạt 0,9-1,2mm tác dụng lọc cơ học loại cặn bẩn, huyền phù, cặn lơ lửng. Than antraxit: dùng làm vật liệu lọc phải là các hạt cứng, bền, không được chứa đất cát bở rời, sét hoặc các tạp chất vỡ vụn khác. Than antraxit dùng làm vật liệu lọc phải có các đặc tính sau: Tỷ trọng >1,4 g/cm3 Độ hòa tan trong axit HCl 1:1 <5% Độ rỗng >50% Lượng than antraxit có đường kính cỡ hạt lớn hơn quy định không được vượt quá 10%. Ưu điểm: Gọn, lắp đặt nhanh và dễ đáp ứng Tốc độ lọc lớn và tiết kiệm diên tích Nhược điểm: Khi xử lý nước xong đã đánh phèn và qua lắng chỉ dùng bơm bơm vào bể lọc áp lực, cánh bơm làm phá vỡ bông cặn nên hiệu quả kém. Do bể lọc kín, khi rửa không quan sát được nên không khống chế được lượng cát mất đi, bể lọc làm việc kém hiệu quả dần Do bể lọc làm việc trong hệ kín nên không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc Khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều hỏng, hay rò nước hoặc xảy ra tình trạng rửa ngược, đưa cát lọc về bơm. Hấp phụ với vật liệu ODM: Giới thiệu: Nước sản xuất: Nga. Vật liệu lọc ODM-2F là sản phẩm thiên nhiên (thành phần chính là diatomit, zeolit, bentonit) được hoạt hóa ở nhiệt độ cao, đưa vào ứng dụng từ năm 1998 trong nhiều công trình ở Nga, Ukraina, Uzbekistan,… và nhiều quốc gia khác. Được sử dụng ở Việt Nam vào năm 2002. Phạm vi ứng dụng: có thể thay thế đồng thời cả cát thạch anh, hạt xúc tác và than hoạt tính trong quy trình công nghệ xử lý nước (vừa 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 và vật liệu lọc đa năng. Thành phần hóa học cơ bản: SiO2<= 84%; Fe2O3<=3,2; Al2O3 + MgO + CaO=8% Đặc tính: Chỉ tiêu Đơn vị Thông số Kích thước hạt Mm 0,8-2 Tỉ trọng Kg/m3 650 Diện tích bề mặt m2/g 120-180 Độ xốp % 70 Độ ngậm nước % 90-95 Khả năng ứng dụng: Nâng và ổn định độ pH của nước trong khoảng 6,5-8,0 Xúc tác quá trình khử sắt (Fe<35 mg/l). Giảm hàm lượng nitrogen (nitrit, nitrat, amoni), photphat (20-50% tùy theo tốc độ lọc từ 4-7 m/giờ), có khả năng khử arsen, khử flo trong nước (tác dụng tương tự hạt xúc tác Alumina). Ưu điểm: Tăng độ an toàn cho nước sau xử lý. Vận hành đơn giản. Giá cả thấp hơn nhiều so với các loại hấp phụ khác. Có thể thay thế các loại vật liêu lọc đang được sử dụng mà không cần thay đổi cấu trúc bên trong bể lọc. Lượng nước rửa lọc thấp hơn các loại vật liệu khác. Không cần sục gió. Phạm vi ứng dụng: Vận tốc lọc: 5 – 20 m/giờ. Có thể sử dụng các bể hở hoặc bể áp lực. Hướng từ trên xuống. Hạt ODM-2F không cần hoàn nguyên. Sau một thời gian sử dụng khoảng 3 - 5 năm (tùy theo chất lượng nước nguồn và yêu cầu xử lý) cần thay mới hạt. Khử trùng Khử trùng nước là khâu cuối cùng trong quá trình xử lý nước cấp. Trong nước thô có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cần phải khử trùng nước để đảm bảo chất lượng nước phục vụ nhu cầu ăn uống. Trong hệ thống này dùng Ca(OCl)2 để khử trùng. Cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hóa mạnh để oxi hóa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm: Vận hành đơn giản Rẻ tiền Đạt hiệu suất chấp nhận được Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch. Tóm tắt : Bể Hiệu suất xử lý Asen Bể keo tụ 44,81%. Bể lắng hiệu quả xử lý tại bể này tăng lên là 77,92%. Cột lọc áp lực Hiệu quả xử lý ở giai đoạn này là 95,58% Hấp phụ ODM Hiệu quả xử lý ở giai đoạn này là gần 100% 2. Ưu nhược điểm của công nghệ nước ngầm được áp dụnga. Ưu điểm: Công nghệ đề xuất phù hợp với đặc điểm, tính chất của nguồn nước thải Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lý đạt quy chuẩn hiện hành Diện tích đất sử dụng tối thiểu Hệ thống được thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả cao Hệ thống hoạt động ổn định, không tốn nhiều chi phí để bảo trì, bảo dưỡng, không ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của trạm và khả năng cấp nước cho dân Thiết bị hoạt động hoàn toàn tự động, không cần sử dụng nhiều nhân công Chi phí hóa chất ít Giá thành cung cấp nước cho dân là phù hợp Chất lượng nước được kiểm tra thường xuyên b. Nhược điểm: Chất lượng nước sau xử lý nước ngầm có thể bị ảnh hưởng nếu một trong những công trình đơn vị trong trạm không được vận hành đúng các yêu cầu kỹ thuật. Bùn sau quá trình xử lý cần được thu gom và xử lý định kỳ Tóm tắt hiệu suất xử lý các phương pháp Công nghệ Hiệu suất xử lý Chi phí Tạo kết tủa (sử dụng phương pháp tạo kết tủa Fe hoặc Mn có sẵn trong nước ngầm) 70-80% Asen sau xử lý (As)= 20-36ppb 0 Phèn sắt >90% K=0.06 USD/năm (Q= 40l/nghd, liều lượng phèn Lp= 15mg/l Phèn nhôm >90% Chi phí thấp Mạt sắt >94-99% 0.22 USD/năm Các hoá chất keo tụ khác: dạng viên, vôi, các chất cao phân tử (polyme) tự nhiên hoặc tổng hợp Chi phí thấp Lọc thông thường: qua vải lọc, cát, than củi, các vật liệu tự nhiên khác: sơ dừa, sơ mướp,… Chi phí thấp Đá ong 50-90% Chi phí thấp Làm thoáng Chi phí thấp Sử dụng năng lượng mặt trời Chi phí thấp Sử dụng các bọc mangan 11USD/kg Than nâu Chi phí thấp TÀI LIỆU THAM KHẢO 1/ 2/ 3/4/ Trần Thị Thanh Hương và Lê Quốc Tuấn- 2010. Cơ chế gây độc Arsen và khả năng giải độc Arsen của vi sinh vật. Kỷ yếu hội thảo Môi trường và Phát triển bền vững, Vườn Quốc gia Côn Đảo (trang 83 – 88) 5/ 6/ 7/ 8/ thuoc/kien-thuc-pho-thong/asenic-vua-doc-duoc.nd5-dt.54233.010091.html CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN XỬ LÝ ASEN TRONG NƯỚC NGẦM TẬP TRUNG TẠI XÃ TÂN LONG, HUYỆN THANH BÌNH, TỈNH ĐỒNG THÁP Các thông số cho công trình phụ Thông số Đơn vị Giá trị Ống dẫn nước từ giàn mưa sang bể lắng Mm 110 Lưu lượng nước rửa lọc m3/s 0,081 Ống chính rửa lọc Mm 150 Ống nhánh rửa lọc Mm 34 Máng thu nước rửa lọc Chiều rộng M 0,28 Chiều cao M 0,18 Chiều dài M 1,38 Tổn thất áp lực rửa lọc M 7,17 Bơm rửa lọc 14,3KW Cái 2 Tính toán thiết kế Giàn mưa: Xã Tân Long là xã có1.025 hécta (10,25 km2 ) diện tích tự nhiên với 9.787 người.tỉ lệ gia tăng dân số trung bình năm 2012 là 6,2. Xác định lưu lượng dùng nước cho nhu cầu sinh hoạt của khu dân cư : Tốc độ gia tăng dân số : R = 6.2%. Xã Tân Long có tổng số dân là N = 9.787 Niên hạn thiết kế công trình : T = 15 năm. N=N × (1 + R)T = 9787 × (1 +0,062)15 =24128 người Nước cho sinh hoạt: Qsh =qtb ×N1000×kngđ max×fi= 130×241281000×1,3×1=4077,63 Trong đó : -qtb : tiêu chuẩn dùng nước (l/người.ngày). qtb = 130 l/người.ngày. Theo TCVN 33 – 2006, đối với thị trấn, trung tâm công – nông nghiệp, công ngư nghiệp, tiêu chuẩn cấp nước qtb = 80 - 150 l/người.ngày. -fi: tỷ lệ dân số được cấp nước. Theo TCVN 33 – 2006, - fi=100% -Kknđ.max : hệ số không điều hòa ngày lớn nhất.Kngđ.max = 1,25 – 1,5. ChọnKngđ.max = 1,3. _ Lưu lượng nước dành cho tiểu thủ công nghiệp xen lẫn các khu dân cư và các hộ gia đình kinh doanh nhỏ lẻ : QCN=10%×QSH =10% × 4077,632 =407,76 _ Nước cho dịch vụ đô thị :Bao gồm nước cho các địa điểm như : thể dục thể thao, cảng cá, trường học, bệnh viện, khu du lịch, bãi tắm, nhà văn hóa…và nước dùng cho tưới cây, rửa đường Qdv=10%×Qdv =10% × 4077,632 =407,76 _Lưu lượng nước chữa cháy : Qcc=3% × Qsh = 3%× 4077.632 = 122,33 _Lưu lượng nước rò rỉ, thất thoát : Qrr =10%× (Qsh + Qdv + QCN+Qcc) =10%×(4077,63+407,76+407,76+122,33) =501,55 _Lưu lượng nước dành riêng cho bản thân nhà máy : Qr=10%× (Qsh + Qdv + QCN + Qcc+ Qrr) =10%× (4077,63+407,76+407,76+122,33+501,55) =551,7 _Quy mô trạm cấp nước : Qtt = (a.Qsh + Qdv + QCN) =(1,1× 4077,63+407,76+407,76) =5300,9 Với : - a : là hệ số kể đến lưu lượng nước dự phòng phát triển, và các loại nước sinh hoạt chưa thống kê hết, a = 1,05 – 1,1. Chọn a = 1,1 _Công suất trạm bơm cấp II cấp vào mạng lưới : Qml= Qtt + Qrr =5300,9 + 501,55 =5802,45 _Công suất trạm xử lý nước cấp của đô thị : Q = Qml + Qr + Qcc = 5802,45+551,7+122,33=6476,48 Công suất của nhà máy là 6500 m3/ngđ=270,833m3/h=0,075 m3/s Giàn mưa: Nhiệm vụ : Khử CO2 trong nước Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+ Dạng giàn mưa : làm thoáng tự nhiên Diện tích bề mặt cần cho giàn mưa là: S= Qqm=650024×10=27,08 m2 -với Q: lưu lượng cần xử lý(công suất trạm) qm: cường độ tưới(từ 10-15m3/ m2.h), chọn qm=10m3/m2.h Chia giàn mưa thành 3 ngăn, diện tích mỗi ngăn giàn mưa là: F = 27,083 =9.02(m) -Chọn kích thước mặt bằng mỗi ngăn giàn mưa là: L × B = 3m × 4m -Diện tích hữu ích toàn bộ giàn mưa là: 3 ×(3×4)=36(m2) -Ống dẫn nước chính, vận tốc chảy trong ống là 0,8m/s( theo quy phạm lấy từ 0,8-1,2m/s) V=Qπd24 =>D=4Qvπ =4×65003×3600×240,8×3,14 =0,1995(m) à Chọn ống có D=200(mm) làm đường kính ống dẫn nước thô lên trạm xử lý -Trên ống dẫn chính lên ngăn giàn mưa, bố trí các ống phân phối chính. Chọn khoảng cách giữa các ống phân phối chính là 1,3mà có 2 ống phân phối chính với chiều dài bằng chiều rộng của giàn mưa là 3m.trên ống chính này có nối các ống nhánh theo hình xương cá. +Lưu lượng trên mỗi ngăn giàn mưa(ống phân phối nước chính): qc= QN = 65003×3600×24 =0,025(m3/s) + Đường ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốc chảy trong ống là 1,1m/s(theo quy phạm vận tốc lấy từ 1-1,2m/s) dc=4×qcπ×v =4×0,0253,14×1,1 = 0,1701(m) Chọn ống chính có đường kính dc=170( mm) +Kiểm tra lại vận tốc trong đường ống chính: Vc=4×0,0253,14×0,172=1,102 (m/s) (nằm trong khoảng cho phép) +Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,3m ( theo quy phạm từ 0,25-0,3m). số ống nhánh trên 1 ống phân phối chính là: n=2×(30,3 +1) =22(ống) +Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là : qn=qcn=0,02522=1,13×10-3(m3/s) +Vận tốc trong ống nhánh từ 1,8-2 m/s, tổng diện tích lỗ phun trên 1 ống nhánh theo quy phạm chọn từ 30-35% diện tích tiết diện ngang của ống phân phối chính, ta chọn tỷ lệ này là 30%. Tổng diện tích lỗ phun là: f1 = 0,3×π×dc4=0,3×3,14×0,1224=3,39×10-3 (m2) Chọn vận tốc trong ống nhánh là 1,9m/s dn=4qnπv=4×1,13×10-33,14×1,9=0,0275m Chọn dn=28mm +Theo quy phạm đường kính lỗ phun mưa từ 10-12 mm, ta chọn đường kính lỗ phun mưa là 10mm. số lỗ phun mưa trên ống nhánh là: Số lỗ = f1f1=3,39×10-33,14×0,0124=43 lỗ +Các lỗ bố trí so le nhau ở 2 bên ống nhánh +Số sàn tung là 3, vì hiệu quả hoạt động của 3 sàn tung đầu tiên thường là cao còn các sàn kế tiếp thường rất kém. Khoảng cách giữa các sàn tung càng cao thì thời gian tiếp xúc không khí càng lớn, khoảng cách này cũng làm ảnh hưởng đến việc vệ sinh sau này ( chiều cao càng lớn càng dễ làm vệ sinh) và ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý CO2 và hiệu quả hòa tan O2 ( khoảng cách càng lớn hiêu quả khử CO2 càng cao ). Chọn khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7m. chiều cao phần làm thoáng là 0,7 × 3 = 2,1 m. +Chọn sàn tung là các tấm inox có kích thước 1m × 1m. vậy cần phải sử dụng 36 tấm inox cho 1 sàn tung. +Đường kính lỗ trên sàn tung có kích thước nhỏ, số lượng càng nhiều thì hiệu quả khử CO2 và hòa tan O2 càng cao. nhưng khi mật độ lỗ càng dầy thì không khí sẽ khó khuếch tán vào trung tâm giàn mưa,nên hiệu quả xử lý sẽ giảm đi. Chọn đường kính lỗ là 10mm, bước lỗ là 50mm. vậy trên mỗi tấm inox cần khoan +Hệ thống thu, thoát khí và thu nước:góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm ngang là 45o, khoảng cách giữa hai chớp kế tiếp nhau là 0,2m và chiều rộng mỗi cửa là 0,2m. của chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí. Các cửa chớp này được xây dựng cách mép ngoài của sàn tung là 0,6m. Khoảng cách này được làm lối đi xung quanh khi làm vệ sinh giàn mưa. +Hệ thống thu nước và xả cặn giàn mưa: sàn thu nước đặt dưới đáy giàn mưa có độ dốc 0,04 về ống dẫn nước qua bể trộn. hệ thống thu nước và xả cặn của giàn mưa:ống thu nước đặt ở đáy sàn thu nước cao hơn mặt đáy sàn ít nhất 200m. Ta chọn vận tốc trong ống v=1,5m. àd= 4×Qπ×v = 4×0.0753.14×1.5 = 0.252(m) Chọn D=250(mm) +Kiểm tra lại vận tốc trong mỗi ống phân phối chính: Vc= 4×0,0753,14×0,32 = 1,06 m/s. +Thời gian làm thoáng của nước: t=2hg=2×2,19,81=0,65 +Tổn thất thủy lực qua giàn mưa là 0,5 +Chiều cao giàn mưa: H=h1+ h2 +h3 + h4 Với: h1: chiều cao hệ thống phân phối nước, h1=0,75 m h2: chiều cao hệ thống làm thoáng, h2=2,1m h3:chiều cao sàn thu nước, h3=0,75m h4:chiều cao từ mặt đất đến đáy sàn thu nước, h4=5,4m Số ngăn 3 ngăn Kích thước mặt bằng giàn mưa 3 x 4 m Chiều cao giàn mưa 9 m Đường kính lỗ sàn tung 10mm Số tấm inox cho giàn mưa 36 ống thu nước và xả cặn cho mỗi ngăn 300mm ống dẫn chính 200mm ống phân phối chính mỗi ngăn 170mm ống nhánh 28mm Thời gian làm thoáng 0,65s Bể keo tụ kết hợp lắng: Bể trộn đứng: Công suất 6500 m3/ngđ=270,833m3/h=0,075 m3/s Diện tích mặt bằng của bể trộn tính theo vận tốc nước dâng là 25mm/s=0,025/s(theo điều 6.56 TCVN 33:2006) Khi đó ft =Qvd=0,0750,025=3 Xây dựng bể trộn có tiết diện hình vuông, chiều dài mỗi cạnh bt=ft=3=1,732m Chọn bt=1,7m Chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể v=1,5m/s d=4Q3,14×v=4×0,0753,14×1,5=0,252m chọn d=250mm Diện tích đáy bể( chỗ nối với ống) fd=0,25×0,25=0,0625 m2 Chọn góc hình chóp ở đáy α=60o, chiều cao phần hình chóp: hd=12bt-bdcotg602=12(1,7-0,25)×1,732=1,2557m àchọn hd=1,3m Thể tích phần chóp của bể trộn: Wd=13hdft+ fd+ft×fd=13×1,33+0,0625+3×0,0625 =1,5 m3 Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước trong bể là 2phút W=Q×T=0,075×120 = 9m3 Thể tích phần trên(hình hộp)bể trộn Wt=W - Wd= 9 – 1,5 = 7,5m3 Chiều cao phần trên của bể: ht =Wtft=7.53=2,5m Chọn chiều cao bảo vệ hbv=0,3m Chiều cao toàn phần của bể: h=ht+hd+hbv = 2,5+1,3+0,3=4,1m Thiết kế thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau nên lượng nước của máng thu nước là: qm =Q2=0.0752=0,0375 m/s Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm=0,6m/s(theo điều 6.56 TCVN 33:2006) fm =qmvm=0,03750,6=0,0625m2 chọn chiều rộng máng là bm= 0,25m Chiều cao lớp nước tính toán trong máng : Hm=fmbm=0,06250,25=0,25 m Chọn ống dẫn sang bể lắng d=200mm với v=0,9m/s Thông số tính toán Đơn vị Giá trị 1. Thời gian lưu nước Phút 2 2. Thể tích hình hộp bể trộn m3 7,5 3. Thể tích phần chop bể m3 1,5 4. Chiều cao toàn phần của bể M 4,1 5. ống dẫn nước Mm 250 6. ống dẫn sang bể lắng Mm 200 Bể lắng ngang: Diện tích mặt bằng bể lắng : F= α ×Q3,6×U0=1,33×270,8333,6×0,5 = 200,115 (m2) Trong đó : α=1,33 :hệ số sử dụng thể tích của bể lắng Q:lưu lượng nước đưa vào bể lắng(m3/h) Uo:tốc độ rơi của cặn, chọn 0,5 α =uouo-Vtb30 Trong đó: Vtb là tốc độ trung bình của dòng chảy theo phương ngang Vtb = K. uo (m/s) Với K là hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa chiều dài (L) và chiếu cao vùng lắng của bể (Ho). L/Ho 10 15 20 25 K 7,5 10 12 13,5 α 1,33 1,5 1,67 1,82 Chia làm 3 bể lắng.Chiều rộng của bể: B=Q3,6×vtb×Ho×N=270,8333,6×3,75×3×3=2,22 Vtb=K×Uo=7,5×0,5 = 3,75 Trong đó : Ho chiều cao vùng lắng của bể, Ho=2,5-3,5m, ta chọn Ho=3m N số bể lắng Chọn chiều rông bể B=2,5m Chiều dài bể lắng: L=FB×N=200,1152,5×3=26,68 m Chọn chiều dài bể là L=27m Để phân phối đều trên toàn bộ diện tích mặt cắt ngang của bể lắng cần đặt các vách ngăn có lỗ ở đầu bể, cách tường 1,5m Lưu lượng nước tính toán qua mỗi bể qn=270,8333=90,28 m3/h=0,025 m3/s Diện tích các lỗ vách ngăn phân phối nước vào: flo=qnvlo=0,0250,5=0,05mm Theo TCXDVN 33:2006 vận tốc lỗ qua vách ngăn lấy bằng 0,5m/s Diện tích 1 lỗ f1lo=0,005 Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối nước: n=flof1lo=0,50,005= 10 lỗ Dung tích bể lắng: F=WTàW=F× Ho=200,115×3=600,345 m3 Thời gian lưu nước trong bể: W=QTàT=WQ=600,345270,883 =2,22(h) à Thời gian lưu nước trong bể là 2h Sử dụng 2 ống thu nước bề mặt trong bể, khoảng cách giữa ống là 1,5m. khoảng cách từ mỗi ống đến tường là 0,5m. lưu lượng nước dùng để tính đường kính ống thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng tính toán. Vậy lưu lượng nước chảy vào mỗi ống thu là: Qống=1,3×Q2=1,3×650086400×2=0,037 m3/s Đường kính ống thu nước là: Dống thu=4Qvπ=4×0,0373,14×1.1= 207mm Chọn Dống thu=200mm Chiều cao của bể lắng: Chọn chiều cao công tác trong bể ( chiều cao từ mặt nước sàn tới sàn công tác ) là 0,3m Chọn phương pháp xả cặn trong bể là xả cặn bằng thủy lực, chọn chiều cao vùng chứa cặn là 1m và chiều cao an toàn từ lớp cặn cho đến vùng lắng là 0,3m. Chiều cao của bể lắng là: H=Ho+Hcc+Hct=3+1,3+0,3=4,6m Trong đó Ho :chiều cao lắng Hcc : chiều cao tầng chứa cặn, có tính đến chiều cao an toàn từ bề mặt lớp cặn đến chiều cao lắng Hct: chiều cao công tác Giả sử khi lượng cặn chiếm đầy thể tích vùng chứa cặn, tức là chiều cao lớp cặn là 1m ở đáy của bể lắng, thể tích của cặn là Wcặn =2,5×1×27=67,5 m3 Lường cặn cần phải xả là 60% trong 30phút. Vậy lượng cặn cần phải xả là 0,6×67,5=40,5 m3 hay vcặn= 0,0225m3/s. Chọn vận tốc cặn khi xả cặn trong ống xả là 1m/s(v=1m/s). Đường kính ống xả cặn là: Dxả cặn=4×vcặnvπ=4×0,00253,14×1 = 0,169 Chọn Dxã cặn =170mm Thông số tính toán Đơn vị Giá trị 1. Thời gian lưu nước h 2 2. Dung tích bể lắng m3 600.345 3. Chiều rộng M 2,5 4. Chiều dài M 27 5. Số lỗ trên vách phân phối Lỗ 10 6. Ống thu nước Mm 200 7. Ống xả cặn M 170 Bể lọc áp lực (bể lọc nhanh): Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Lớp phía trên là than anwgtraxit ngiền nhỏ, có đường kính tương đương dtd=1,1mm, hệ số không đồng nhất k=2, chiều dày L1=400mm. Lớp phía đưới là các thạch anh, cỡ hạt dtd=0,7mm, k=2, L2=400mm. Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch. Khi rửa: nước rửa do bơm cấp, qua hệ thống nước phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn kéo vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước. Quá trình rửa lọc được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do các mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa về bể chứa. Thời gian xả lọc đầu quy định là 10 phút. Tổng diện tích bể lọc tính theo công thức: F=QT.vbt-3,6.W.tt-a.t2vbt(m3) Trong đó: Q:Công suất trạm xử lý (m3/ngày đêm) T: Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm(giờ) T= 24 giờ. Vbt: tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h), ở đây bể lọc nhanh có 2 lớp vật liệu lọc, chọn vbt=8m/h a: Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở 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.m2) với bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc rửa nước thuần túy thì 15-16 l/s.m2, chọn w=15 l/s.m2 t1: thời gian rửa lọc (giờ), chọn bằng 14 phút. t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2=0,35 giờ. Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là: F=650024.8-3,6.15.1460-2.0,35.8 =37,4 (m2) Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: N=0,5F=0,5.37,4=3,06 (bể) Chọn N=3 (N không được nhỏ hơn 3 để khi một bể ngưng làm việc thì vận tốc trong các bể còn lại không vượt quá 1,5 lần bình thường). Khi kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể rửa: vtc=vbtNN-N1=8.33-1=12 (m/h) nằm trong khoảng 8-12m để bảo đảm. Trong đó: Vtc: tốc đọ lọc tăng cường (m/h) N1: số bể lọc ngừng làm việc để sữa chữa. Diện tích mỗi bể lọc là: F=37,4/3=12,5 (m2) Chọn kích thước bể là 3,5m - 3,5m Chiều cao toàn phần bể lọc nhanh xác định thheo công thức: H=hd+hv+hn+hp Trong đó: Hp:chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc (0,3-0,5m), lấy hp=0,5m. Hd:chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hd=0,7m Hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, lây hn=2m Hv: chiều cao lớp vật liệu lọc gồm than angtraxit và cát thạch anh, hv= L1 +L2=0,8m. Vậy chiều cao bể là: H=hd+hv+hn+hp=0,7 +0,8+2+0,5=4(m) Thông số tính toán Đơn vị Giá trị Số bể lọc Diện tích mỗi bể lọc Chiều dài Chiều rộng Chiều cao Chiều cao lớp cát thạch anh Chiều cao lớp than angtraxit Bể m2 m m m m m 3 12,5 3,5 3,5 4 0,4 0,4 Tính toán bể hấp phụ với vật liệu ODM: Chọn 5 bể hấp phụ trong đó có 1 bể dự phòng Bề mặt tiết diện của mỗi bể hấp phụ: S= Q4.v (m2) => S= 270,8334.10 = 6,77 (m2) Trong đó: Q: lưu lượng (m3/h) V: vận tốc qua hấp phụ (m/h) Ta có Q=6500 m3/ngày đêm = m3/h, chọn vận tốc lọc qua lớp ODM là 5 m/h (theo quy phạm từ 5-20 m/h). Vậy đường kính bể hấp phụ là: D= 4.Sπ=4.6,77π = 8,6 m Khối lượng chất hấp phụ trong một ngày: G = Q.t.(C-Co)1,3 = 270,833.24.(2.10-2-10-2)1,3 = 49,9 (kg) Khối lượng chất hấp phụ dùng trong 3 năm G=G.365.3=54640,5 Kg ( sau 3 năm mới thay hạt). Trong đó: t: Thời gian vận hành bể (h) : t=24h C: nồng độ asen đầu vào: 0,02mg/l Co: nồng độ cân bằng: 0.01mg/l Với dung lượng hấp phụ Asen của ODM là 1,3 Chiều cao lớp vật liệu ODM trong mỗi bể: H= GS.P = 54640,54.6,77.650 = 3,1 m Cần rửa sạch hạt ODM-2F trước khi đưa công trình vào sử dụng bằng chu trình rửa ngược. Cường độ nước rửa để đảm bảo độ giản nở của lớp vật liêu lọc đạt 30% là 10 l/s.m2.Thời gian rửa loc 15-20 phút. Không cần sục gió, với chu kỳ là 1-2 lần/ ngày đêm. III. Chi phí giá thành 1m3 nước A. Chi phí xây dựng giàn mưa Giá thành: ggmxd= Fgmx ggm= 27x1,8=48,6 (triệu đồng) Trong đó: Fgm: diện tích giàn mưa 27 m2 Ggm:đơn giá xây dựng với công trình trên cao đơn giá xây dựng 1,8 triệu đồng Thiết bị ống và sàn tung nước inox trên giàn mưa chiếm 30% giá thành xây dựng: ggmtb= 30% x 48,6 =14,58 (triệu đồng) Tổng giá thành xây dựng giàn mưa: ggm=48,6 +14,58 = 63,18 (triệu đồng) B. Chi phí xây dựng bể trộn Giá thành: gbtxd=gbt x vbt= 9 x 2 = 18 (triệu đồng) Trong đó: vbt thể tích bể trộn (tính theo bê tông mac 250) 9m3 gbt đơn giá xây dựng cho mac 250: 2 triệu đồng Chi phí thiết bị cho bể bằng 10% chi phí xây dựng gbttb=10% x 18 = 2 (triệu đồng) Tổng chi phí cho toàn bộ bể trộn: gbt= 18 +2 = 20 (triệu đồng) C. Chi phí xây dựng bể lắng: Giá thành: glxd=Vl x gl=600,345 x 2 =1200,69(triệu đồng) Trong đó: Vl thể tích bể lắng 600,345m3 gl đơn giá xây dựng bể 2 triệu đồng Chi phí thiết bị bằng 20% chi phí xây dựng gltb= 20% x 1200,69 =240,138 triệu đồng Tổng chi phí cho bể lắng: gl= 1200,69 + 240,138 = 1440,828 triệu đồng D. Chi phí xây dựng bể lọc: Giá thành: gblxd=Vbl x gbl= 37,5 x 2 = 75(triệu đồng) Trong đó: Vbl thể tích bể lọc 37,5 gbl đơn giá xây dựng bể 2 triệu đồng Chi phí thiết bị bằng 30% chi phí xây dựng gltb= 30% x 75 =22,5triệu đồng Tổng chi phí cho bể lọc: gl= 75 + 22,5 = 97,5 triệu đồng E. Chi phí cho vật liệu ODM-2F: Giá thành: godmxd=Vodm x godm = 62,961 x 2 = 125,922(triệu đồng) Trong đó: Vodm thể tích bể lọc vật liệu ODM 62,961m3 gbl đơn giá xây dựng bể 2 triệu đồng Chi phí hạt hấp phụ ODM: 54640,5 x 0,018=983,529 ( triệu đồng) Tổng chi phí cho vật liệu ODM-2F: gl= 125,922+983,529 =1109,451( triệu đồng) Chi phí cho công trình phụ: Công trình ĐVT Số lượng Đơn giá (triệu đồng) Thành tiền ( triệu đồng) Ống dẫn nước rửa lọc d=150mm m 1x5 0,5 0,25 Ống nhánh d=34mm m 1x5 0,005 0,025 Bơm nước rửa lọc 10HP cái 2 13,18 26,36 • Lưu lượng nước sản xuất trong 1 năm: 6500x365=2372500(m3) • Chi phí đầu tư ban đầu 2754,594 triệu đồng. Trong đó chi phí xây dựng là 2451,741 triệu và chi phí thiết bị là 302,853 triệu. Hệ thống xử lí hoạt động trong 10 năm. • Chi phí bảo trì cho phần xây dựng là 1% chi phí xây dựng và chi phí bảo trì cho thiết bị là 5% chi phí thiết bị. • Vậy tổng chi phí bảo trì là: Tbt =0,01x2451,741 +0,05x302,853 =39,66 triệu • Khấu hao tài sản cho 1m3 nước: tkh=(2754,594+39,66)×1062372500×10=117,777 đ/m3 Chi phí xử lí hệ thống xử lí nước • Số tiền phải trả cho 20 công nhân vận hành hệ thống 20 x3000000= 60.000.000 (đồng/tháng) • Trong 1 tháng, sản lượng nước sạch là: 30x6500 =195000m3 • Chi phí quản lí cho việc sản xuất ra 1m3 nước sạch là : 60.000.000 /195000=307,692 (đ/m3) • Chi phí hóa chất để xử lí 1m3 nước là 10đ • Mức chi phí điện năng cho việc xử lí nước là 0.8kWh/m3 • Vậy tiền điện cho 1m3 nước là: 0.8x2000=1600đ • Vậy chi phí hóa chất và điện năng cho 1m3 nước là: 10+1600=1610đ • Chi phí vận hành và quản lí: 307,692 + 1610= 1912,692 đ/m3 • Vậy chi phí sản xuất cho 1m3 nước là: T=1912,692+117,777 =2030,469đ/m3