Đồ án Thiết kế hệ thống xử lỹ nước ngầm

PHẦN MỞ ĐẦU Hiện nay, một số nơi như các cơ quan, xí nghiệp, nhà trường,… vẫn sử dụng nước dùng trong sinh hoạt và sản xuất là khai thác các nguồn nước ngầm bằng cách khoan các giếng công nghiệp, nước giếng khoan có trữ lượng ổn định và chất lượng tốt nhất. Tuy nhiên trở ngại cho việc dùng nước ngầm hiện nay là trong thành phần nước ngầm thường bị nhiễm các hợp chất của kim loại nặng ở dạng hoà tan như: Fe(OH)2 ; Fe(HCO3)2 ; Mn(HCO3 )2 ... , các cặn lơ lửng. Đặc biệt do sự ô nhiễm môi trường ngày càng ra tăng nên nguồn nước ngầm còn có thể bị nhiễm các hợp chất Nitơ và một số hợp chất hữu cơ khác. Các kim loại nặng Mn, Cr,... các gốc NO2, NH4+ ... và đặc biệt nguy hiểm nếu chứa một lượng Asen > 0,01mg/l gây nên một số bệnh nguy hiểm, có thể dẫn đến tử vong . Các điều tra sơ bộ ở một số địa phương cho thấy, hàm lượng asen trong nước ngầm ở nhiều nơi vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với nước ăn uống và sinh hoạt, cao nhất là các tỉnh ở Đồng Bằng Bắc Bộ như Hà Nam, Hà Nội, Hưng Yên, Hà Tây, Phú Thọ... Hàm lượng asen ở một số điểm cao gấp nhiều lần mức cho phép như 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 vậy việc tiến hành xử lý các hợp chất trên là cần thiết. Chương 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Tình hình ô nhiễm Asen trong nước ngầm Gần đây, hiện tượng nước ngầm bị nhiễm độc Asen đã được báo động, không chỉ ở các quốc gia như Hoa Kỳ, Băngladesh, Ấn Độ, Trung Quốc,... mà ở Việt Nam cũng đã bắt đầu xuất hiện ngày càng nhiều. 1.1.1.Trên thế giới : Tại Hoa Kỳ Từ hơn hai thập niên qua, Cơ quan Lượng định Địa chất Hoa Kỳ (US Geological Survey) đã phân tích và thẩm định arsenic trong 18850 giếng khoan trên toàn quốc gia nầy. Nồng độ arsenic của các mạch nước ngầm ở miền Tây Hoa kỳ chiếm tỷ lệ cao nhất; kế đến là miền Trung Tây và Đông Bắc. Miền Đông Nam là nơi có nồng độ thấp nhất. Trên 13% giếng khoan có nồng độ arsenic trên 5ug/l, khoảng 1% có nồng độ trên 50ug/L. Tại Banglades 1.1.2.Tại Việt Nam (Đồng bằng Bắc Bộ) Do cấu tạo địa chất, nhiều vùng ở nước ta nước ngầm bị nhiễm asen. Khoảng 13,5% dân số Việt Nam (10-15 triệu người) đang sử dụng nước ăn từ nước giếng khoan, rất dễ bị nhiễm asen.  Theo thống kê chưa đầy đủ, cả nước hiện có khoảng hơn 1 triệu giếng khoan, trong đó nhiều giếng có nồng độ asen cao hơn từ 20-50 lần nồng độ cho phép (0.01mg/l), ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ, tính mạng của cộng đồng. Tại châu thổ sông Hồng, những vùng bị nhiễm nghiêm trọng nhất là phía Nam Hà Nội, Hà Nam, Hà Tây, Hưng Yên, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình và Hải Dương. Ở đồng bằng sông Cửu Long, cũng phát hiện nhiều giếng khoan có nồng độ asen cao nằm ở Đồng Tháp và An Giang.  Sự ô nhiễm asen ở miền Bắc phổ biến hơn và cao hơn miền Nam. 1/4 số hộ gia đình sử dụng trực tiếp nước ngầm không xử lý ở ngoại thành Hà Nội đã bị ô nhiễm asen, tập trung nhiều ở phía Nam thành phố, Thanh Trì và Gia Lâm (18,5%).    Ở khu vực Hà Nội, Theo kết quả phân tích của Văn phòng đại diện UNICEF tại Hà Nội và Trung tâm nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường nông thôn trung ương 6 tháng đầu năm 1999 cho thấy, mẫu nước của 351 trong số tổng số 519 giếng khoan ở Quỳnh Lôi (Hai Bà Trưng - Hà Nội) được phân tích thì có 25% số mẫu có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn cho phép của Việt Nam và nếu theo tiêu chuẩn của Tổ chức y tế thế giới (WHO là 0,01 mg/l) thì có tới 68% vượt tiêu chuẩn cho phép. Tại tỉnh Thanh Hóa đã tiến hành phân tích Asen trong nước của 201 lỗ khoan nông tại các huyện Hoằng Hóa, Nông Cống, Thiệu Hóa. Đa số các lỗ khoan có hàm lượng Asen nhỏ hơn 0,05 mg/l. Chỉ có 11 giếng khoan ở Thiệu Nguyên, huyện Thiệu Hóa có Asen lớn hơn 0,05 mg/l, cao nhất đạt 0,1mg/l (4 giếng khoan). Tại tỉnh Quảng Ninh đã phân tích Asen trong nước của 175 giếng khoan nông tại các huyện Đông Triều, thành phố Hạ Long, thị xã Uông Bí, huyện Hưng Yên. Tất cả 175 mẫu đều có hàm lượng Asen nhỏ hơn 0,05 mg/l, chất lượng nước ở đây nhìn chung là tốt. Tại tỉnh Hà Tây chỉ có 01 kết quả phân tích Asen trong nước lỗ khoan nông có hàm lượng Asen lớn hơn 0,05 mg/l. Tại thành phố Hải Phòng, đã phân tích Asen trong nước của 49 lỗ khoan nông tại huyện An Hải, thị xã Đồ Sơn, quận Ngô Quyền, chỉ có 01 mẫu nước lỗ khoan có hàm lượng Asen vượt tiêu chuẩn cho phép Việt Nam 3 lần. Tại tỉnh Thái Bình, qua phân tích trong nước ngầm của 195 lỗ khoan nông tại các huyện Đông Hưng, Hưng Hà, Kiến Xương, Quỳnh Phụ, Tiền Hải, Vũ Thư và thị xã Thái Bình, kết quả tất cả 195 mẫu đều có hàm lượng Asen nhỏ hơn 0,05 mg/l. Tại Hà Nam: 1819/1928 (94,3%) giếng khoan có asen > TCCP của Việt Nam và quốc tế (<=10 ppb); 60,2% từ 100 – 500 ppb. Nồng độ khác nhau về hàm lượng Asen trong các nguồn nước ở mỗi vùng nghiên cứu, ngoài những đặc điểm đặc trưng riêng về điều kiện địa chất, địa lý tự nhiên còn được quyết định bởi nhiều hoạt động kinh tế dân sinh. 1.2. Nguyên nhân gây nhiễm độc Asen cho nước ngầm Liên quan đến nhiễm độc Asen cho nước dưới đất, trên thế giới đã có nhiều cách giải thích nguyên nhân gây nhiễm độc như: Do Asenopyrit chứa trong trầm tích Aluvi bị oxy hóa bởi Oxy từ khí quyển cho phép giải phóng Asen và tích tụ trong nước dưới đất. Quá trình trao đổi ion Sunfat chứa trong phân bón dư thừa trong đất và ion Asen trong khoáng vật chứa Asen cho phép giải phóng và tích tụ Asen trong nước dưới đất. Điều kiện môi trường khử cho phép khử ion Oxyhydroxit sắt (FeOOH) trong đất đá để giải phóng và tích tụ Asen trong nước; mối liên quan chặt chẽ giữa hàm lượng Asen, sắt và Mangan. Từ các cách giải thích nêu trên, người ta cho rằng ở Việt Nam, Asen trong nước dưới đất có hàm lượng cao do 3 nguyên nhân sau đây: Nước dưới đất ở đồng bằng Bắc bộ có hàm lượng Asen cao có liên quan nguồn gốc với các khoáng vật chứa sắt và Mangan trong đất đá, tầng chứa than bùn hoặc tầng bùn sét phân bố khá rộng rãi ở cả hai đồng bằng trên. Asen có hàm lượng cao trong nước dưới đất có thể có nguồn gốc liên quan với các vùng đá gốc chứa hàm lượng Asen dị thường (như ở đông nam bản Phúng huyện Sông Mã, tỉnh Sơn La). Asen trong nước dưới đất cao có nguồn gốc từ nước thải công nghiệp (như ở khu vực Việt Trì). Tuy nhiên, cũng không loại trừ ô nhiễm là do tác động của con người như gần các nhà máy hoá chất, những khu vực dân tự động đào và lấp giếng không đúng tiêu chuẩn kỹ thuật khiến chất bẩn, độc hại bị thẩm thấu xuống mạch nước. Theo điều tra của UNICEF, asen có trong tất cả đất, đá, các trầm tích được hình thành từ nghìn năm trước tại Việt Nam, với nồng độ khác nhau. Thạch tín từ đá tan vào các mạch nước ngầm. Vì vậy, mọi nơi trên lãnh thổ Việt Nam đều có nguy cơ nhiễm asen. 1.3.Tác hại của ô nhiễm Asen .Asen - “sát thủ” vô hình Asen không gây mùi khó chịu khi có mặt trong nước, cả khi ở hàm lượng có thể gây chết người, nên không thể phát hiện. Vì vậy, các nhà khoa học còn gọi asen là “sát thủ vô hình”.  Theo Tổ chức Y tế thế giới WHO cứ 10.000 người thì có 6 người bị ung thư do sử dụng nước ăn có nồng độ asen > 0,01 mg/l nước.Tại Bangladesh, Ấn Độ, Việt Nam và Chile, thạch tín (asen) là mối đe dọa lớn đối với sức khoẻ người dân.  Asen là một chất rất độc. Có thể chết ngay nếu uống một lượng bằng nửa hạt ngô (bắp). Nếu bị ngộ độc cấp tính bởi asen sẽ có biểu hiện: khát nước dữ dội, đau bụng, nôn mửa, tiêu chảy, mạch đập yếu, mặt nhợt nhạt rồi thâm tím, bí tiểu và tử vong nhanh. Nếu bị nhiễm độc asen ở mức độ thấp, mỗi ngày một ít với liều lượng dù nhỏ nhưng trong thời gian dài sẽ gây: mệt mỏi, buồn nôn và nôn, hồng cầu và 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 dạ dày và ruột, làm kiệt sức, ung thư...  Ảnh hưởng độc hại đáng lo ngại nhất của asen tới sức khoẻ là khả năng gây đột biến gen, ung thư, thiếu máu, các bệnh tim mạch (cao huyết áp, rối loạn tuần hoàn máu, viêm tắc mạch ngoại vi, bệnh mạch vành, thiếu máu cục bộ cơ tim và não), các loại bệnh ngoài da (biến đổi sắc tố, sạm da, sừng hoá, ung thư da...), tiểu đường, bệnh gan và các vấn đề liên quan tới hệ tiêu hoá, các rối loạn ở hệ thần kinh - ngứa hoặc mất cảm giác ở chi và khó nghe. Sau 15 - 20 năm kể từ khi phát hiện, người nhiễm độc thạch tín sẽ chuyển sang ung thư và chết.  Chương 2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 2.1.Các nghiên cứu ở nước ngoài 2.1.1. Giải độc thạch tín  Đại học Kalyani, Ấn Độ, đã tìm ra một phương pháp hiệu quả và rẻ tiền giải độc asen trong cơ thể của những người sử dụng nước ngầm ô nhiễm bằng thuốc giải độc có tên arsenicum album. Tuy nhiên, loại thuốc này vẫn đang trong thời gian thử nghiệm. Trong trường hợp đã bị nhiễm độc asen, muốn giảm bớt các triệu chứng của bệnh do asen, người bệnh cần được đảm bảo chế độ ăn uống thật tốt, giảm protein, bổ sung các vitamin để giúp cơ thể thải loại asen nhanh hơn. Bên cạnh đó, bệnh nhân có thể dùng thuốc giúp gan thải asen ra khỏi cơ thể như thuốc DMPS và DMSA. Tuy nhiên phải có sự hướng dẫn của bác sĩ vì đây là những loại thuốc có thể gây ra nhiều phản ứng phụ.  2.1.2. Dò nước ô nhiễm asen bằng vi khuẩn phát sáng  Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghệ môi trường Thụy Sĩ đã lợi dụng khả năng nhạy cảm với asen của vi khuẩn Escherichia coli để biến đổi gen sao cho chúng phát sáng khi dò thấy asen trong nước. Thành công trên có thể cứu sống nhiều người đang sử dụng nước ngầm bị ô nhiễm loại chất độc tự nhiên này. E.coli hiện cũng đang được thử nghiệm tại Việt Nam, chi phí thấp mà không bị giải phóng các hoá chất độc hại vào môi trường. 2.2.Các nghiên cứu ở trong nước 2.2.1.Cách nhận biết Asen Theo Tiến sĩ Trần Hồng Côn, Bộ môn Công nghệ hoá học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, không thể nhận biết được asen trong nước qua cảm quan. Kể cả nước trong và có cảm giác sạch vẫn có thể chứa chất độc này. Việc đun sôi và lọc vi trùng cũng không loại được asen, mangan và một số kim loại nặng khác. Với bộ kit thử asen của Viện Địa chất, chỉ mất 7 phút để phát hiện có độc chất asen trong nước hay không. Bộ kít có có giá 150.000 đồng, thử được 25 lần. Với bộ kit này, có thể xác định được hàm lượng Asen trong nước từ 0,005mg/l đến 1,5mg/l Bộ kit bao gồm một lọ phản ứng, một lọ giấy chỉ thị Asen, một lọ bột khử cho 25 lần thử, một lọ dung dịch As-1 và panh gắp. Tất cả được chứa trong một chiếc túi nhựa có kích cỡ bằng bàn tay. Người sử dụng chỉ cần đặt giấy chỉ thị vào nắp lọ phản ứng, đổ mẫu nước, dung dịch và bột khử vào lọ phản ứng theo chỉ dẫn rồi đậy chặt nắp lại. Nếu giấy chỉ thị chuyển sang màu vàng là biết nước có nhiễm asen.  2.2.2.Chế tạo bình lọc asen trong nước sinh hoạt Sử dụng đất sét, đá ong, đá son (limônit) đã được biến tính, các chuyên gia khoa Hoá, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, đã chế tạo thành công thiết bị xử lý asen trong nước sinh hoạt, rất an toàn, tiện lợi cho các hộ gia đình. Về cơ bản, bình lọc có cấu tạo như các bình lọc thông thường nhưng bộ cột lọc có tính năng ôxy hoá và hấp phụ để giữ lại asen. Bình lọc có thể bằng inox hoặc nhựa với hai ngăn. Ngăn thứ nhất chứa một cột hấp phụ làm từ các hạt đất sét, đá ong và đá son đã được biến tính nhiệt và biến tính nhiệt hoá. Khi nước chảy qua cột này, asen và mangan trong nước sẽ bị giữ lại, còn nước sạch chảy vào ngăn thứ hai để sử dụng. Theo tính toán, thiết bị xử lý asen quy mô hộ gia đình bằng inox có dung tích 20 lít có giá thành khoảng 450.000 đồng. Thiết bị tương tự nhưng bằng nhựa có giá thành khoảng 300.000 đồng. Khi sản xuất hàng loạt, giá có thể rẻ hơn. Hộ gia đình 5 người sử dụng nước ăn uống thì trung bình một năm phải thay cột hấp phụ một lần với chi phí khoảng 20.000 đồng. Asen thu hồi triệt để có thể sử dụng vào mục đích khác hoặc đem chôn lấp an toàn. Bình lọc asen Chất hấp phụ - đá ong Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ  Arsenic hiện diện trong nước ngầm ở trạng thái yếm khí dưới dạng As(III) (arsenite) trung tính. Khi tiếp xúc với không khí (nước mặt) một phần lớn As(III) sẽ hoán chuyển thành As(V) (arsenate) và cho ra ion âm. Do đó mọi phương pháp xử lý đều tập trung vào việc khử arsenate. 3.1.Phương pháp kết tủa Arsenat, AsO43- có khả năng tạo thành một số hợp chất kết tủa có độ 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 cho nước bằng phương pháp vôi, sôđa. Trong các quá trình xử lý đó có thể loại bỏ được một phần arsen hoặc có thể bổ xung trực tiếp các yếu tố gây kết tủa từ ngoài vào. Khi đưa Fe III, chủ yếu là FeCl3 vào nước, sắt Arsenat hình thành rất nhanh (khoảng 10 giây) thành không tan. Tích số tan của sắt arsenat là 10-20 mol2/l2, vì vậy nồng độ của arsen dư trong nước sau kết tủa theo tính toán lý thuyết là 0.0195µg/l. Điều kiện pH tối ưu cho kết tủa arsen 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 arsen nằm ở dạng hợp chất trung hoà không tham gia phản ứng kết tủa. Phản ứng tạo ra mangan arsenat cũng có thể tiến trình tương tự. Kết tủa arsen dưới dạng sản phẩm không tan chỉ có thể thực hiện được với As(V), tức là trước đó cần oxy hoá triệt để As(III) thành As(V). Sau khi kết tủa arsen, nước được lọc, hợp chất arsen 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. Sơ Nhiều nguồn nước chứa đồng thời cả sắt hay mangan hoặc độ cứng cao, khi xử lý các yếu tố đó là đã loại bỏ được một phần arsen.  Ưu điểm Có thể xử lý triệt để và nhanh chóng Asen Khuyết điểm Tiêu tốn nhiều hóa chất Có thể làm tắc nghẽn các công trình phía sau Ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý 3.2.Phương pháp trao đổi ion 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 As. Oxy hoá As(III) thành As(V) trước khi trao đổi nhưng không cần phải điều chỉnh pH. Nước sau khi được làm trong và clo hoá (oxy hoá)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 khá dễ dàng với mối NaCl. Sử dụng anionit mạnh thương phẩm ( ví dụ Dowex 11) với thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng 5- 6 phút đạt mức độ làm sạch rất cao. Tuy nồng độ sunfat nhưng vẫn tìm ẩn nguy cơ nó 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 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 cả bicarbonat do hiệu ứng đảo tính chọn lọc của HAsO42-. Dung dịch tái sinh có thể được xử lý bằng cách là bổ xung muối sắt (III) hay muối nhôm (phèn nhôm) hoặc vôi. Phản ứng hoá học xảy ra: 3Na2HAsO4 + 3H2O + 2FeCl3 ↔ Fe(OH)3 + Fe(H2AsO4)↓ + 6NaCl 2Na2HAsO4 + NaHCO3 + 4Ca(OH)2 ↔ CaCO3↓ + Ca3(AsO4) + 3H2O + 5NaOH. Lượng nhôm hay sắt sử dụng trong thực tế cao hơn so với phản ứng trên, có thể cao hơn tới hơn 20 lần.
Sơ đồ công nghệ xử lý Asen sử dụng phương pháp trao đổi iôn
 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(85-100 %) Khuyết điểm Không có lợi về mặt kinh tế nếu nồng độ sunfate >250mg/l và tổng lượng cặn tan vượt 500mg/l Tiềm ẩn nguy cơ đẩy Asen ra khỏi nhựa trao đổi 3.3.Phương pháp hấp phụ (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. Vật liệu hấp phụ được sử dụng là một số oxít kim loại như nhôm, sắt, mangan, hay hỗn hợp các oxit kể trên. Arsen (dạng arsenat) hấp phụ trên các vật liệu oxit trên theo nhiều tác giả là theo cơ chế tạo ra phức chất bề mặt trên chất rắn. Theo đó, trước khi tạo ra liên kết hoá học chúng được hấp phụ và nó thường là giai đoạn chậm nhất của quá trình. Nhôm oxit dạng γ (γ- Al2O3) là chất hấp phụ arsen được sử dụng rộng rãi nhất, vật liệu này thường là dạng hạt có kích thước không lớn (0.3-0.6mm). Nhôm oxit có tính năng 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 arsen là do độ chọn lọc cao của nó đối với hợp chất arsen. Vì là quá trình tạo phức trên bề mặt chất rắn nên diện tích bề mặt của chất hấp phụ chỉ được sử dụng một phần, tại các trung tâm hoạt động có khả năng tạo liên kếtt phức chất, 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 đối với arsen cũng không cao do nồng độ của arsen trong nước thường rất nhỏ. Với nhôm oxit có diện tích khoản 400m2/g dung lượng hấp phụ arsen cũng chỉ đạt 1,4mg As/ml nhôm oxit (xấp xỉ 1,6mg/g) tại pH = 6. pH thích hợp cho quá trình hấp phụ As trên nhôm oxit nằm trong khoảng 5.5-6.0, tại pH cao hơn, ví dụ pH=8 dung lượng hấp phụ chỉ còn non một nửa so với nó tại pH = 6. dung lượng hấp phụ của nhôm oxit đối 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 arsen trên nhôm oxit. Arsen tạo phức chất trên bề mặt nhôm oxit khá bền nên khi tái sinh phải dùng dung dịch xút 4% sau đó trung hoà lại với axit sunfuric 2%. Tuy vậy dù có tăng nồng độ axit thì cũng chỉ tách được 50 – 70% lượng arsen trong chất hấp phụ, do vậy dung lượng hoạt động của chu kì sau giảm 10 – 15% và nhôm oxit sẽ mất tác dụng sau vài chu kì hoạt động. Do khó khăn trong việc tái sinh và xử lý dung dịch tái sinh chứa nồng độ arsen cao nên một số nhà công nghệ có ý định chỉ sử dụng cột một lần sau đó loại bỏ chất hấp phụ đã bảo hoà arsen. Ngoài ra, Sắt oxit, Mangan dioxit gần đây cũng được sử dụng làm chất hấp phụ arsen. Đặc biệt là Mangan dioxit có khả năng oxy hoá trực tiếp As(III) thành As(V) ngay trong cột hấp phụ mà không cần tới oxy hoà tan. Do có nhiều chất có thể sử dụng làm chất hấp phụ arsen mà những chất này có thể tồn tại sẵn ở trong nước (Fe, Mn) hoặc là hoá chất dùng để xử lý nước (phèn nhôm) nên người ta có thể tận dụng các yếu tố trên để xử lý arsen đồng thời 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 hoà arsen có thể 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, arsen sẽ cùng kết tủa mang tính định lượng. Nước được tách khỏi chất rắn chứa nồng độ arsen rất thấp. Sơ đồ công nghệ xử lý Asen sử dụng phương pháp hấp phụ Ưu điểm Ít bị ảnh hưởng nếu hàm lượng sunfate và cặn tan (nồng độ ion tổng)
-Al2O3 có tính hấp phụ chọn lọc đối với các hợp chất của Asen Khuyết điểm Khó khăn trong việc tái sinh
-Al2O3 Chương 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NGẦM KHU VỰC ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ CÓ HÀM LƯỢNG ASEN 10mg/l VỚI CÔNG SUẤT 1000m3 /ngàyđêm 4.2.Tính toán và thiết kế hệ thống Dựa trên những ưu điểm của phương pháp hấp phụ nên lựa chọn Sơ đồ công nghệ xử lý Asen bằng phương pháp hấp phụ để tính toán và thiết kế . Chú thích Bơm Bùn Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước được bơm từ giếng lên giàn mưa. Tại giàn mưa nước sẽ được làm thoáng qua hệ thống sàn tung, Asen được chuyển từ asenic sang Asenate đồng thời qua đó một phần Fe2+, Mn2+ chuyển thành Fe3+ và Mn4+ , quá trình oxi hóa này sẽ được tăng cường qua bể lắng đồng thời một phần hợp chất keo của sắt, mangan và asen sẽ được lắng ở bể lắng, một phần sẽ được dẫn qua bể lọc và được giữ lại ở bể lọc. Sau đó nước sẽ được tiếp tục bơm qua cột hấp phụ từ phía dưới nhằm để tăng thời gian hấp phụ, tại đây các kim loại nặng sẽ được hấp phụ và được khử trùng bằng clorator và được đưa vào hồ ổn định và phục vụ cho cấp nước . Cặn được sinh ra từ bể lắng và sau rửa lọc được tập trung tại bể chứa cặn và nước sau rửa lọc sẽ được đưa trở về giàn mưa để xử lý lại. 4.2.1.Giàn Mưa Nhiệm vụ : Khử CO2 trong nước Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để Fe2+ oxy hoá thành Fe3+ Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên Chọn cường độ tưới là 10 m3/m2.h , diện tích bề mặt cần cho giàn mưa là: S = Q/ qm = 1000/ 24 . 10 = 4,17 m2 Trong đó: Q = 1000 m3 / ngày: công suất trạm xử lý qm : cường độ tưới (m3/m2.h) Chọn diện tích mặt bằng cho gìan mưa là : dài . rộng = 2 . 2 m. Chia giàn mưa thành 2 ngăn, mỗi ngăn có kích thước : 2. 1 m Vậy diện tích toàn bộ giàn mưa là ( 2. 1 ) . 2 = 4 m2 Số sàn tung: 3, (vì hiệu quả hoạt động của 3 sàn tung đầu tiên thường là cao, còn các sàn kế tiếp thường rất kém). Chọn khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7m Vậy chiều cao phần làm thoáng là 0,7 . 3 = 2,1 m Đường kính lỗ cũng như số lỗ trên 1 sàn tung : chọn đường kính lỗ là 14mm và bước lỗ là 50mm. Chọn sàn tung là các tấm inox có kích thước 1 . 1 m. cần sử dụng 4 tấm inox cho 1 sàn tung. Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước : góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm ngang là 45o, khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200mm, cửa chớp được bố trí ở 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 các mép ngoài của sàn tung 0,6m. Sàn thu nước: được đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc 0,02 về phía ống dẫn nước xuống bể lắng, kết cấu sàn thu là bê tông cốt thép. Hệ thống ống thu nước và xả cặn của giàn mưa: ống thu nước đặt ở đáy sàn thu nước cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 200mm, Chọn tốc nước trong ống dẫn là 1 m/s, diện tích ống dẫn nước là S =Q /v = 1000 / 86400.1= 0.01157(m2)
Chọn đường kính D=110mm, kiểm tra lại vận tốc
Hệ thống phân phối nước : chọn 2 ống, mỗi ngăn 1 ống dẫn chính và có vận tốc v = 0.8m/s nên đường kính ống là:

Chọn đường kính D=90 mm, Kiểm tra lại vận tốc
Trên 1 ống dẫn chính, ta sắp xếp các ống phân phối chính, chọn khoảng cách giữa 2 ống phân phối chính là 1m. Như vậy trên 1 ngăn của giàn mưa có 2 ống phân phối chính, trên ống phân phối chính có các ống nhánh được nối với ống phân phối chính theo hình xương cá, ống phân phối chính có chiều dài bằng chiều rộng giàn mưa là 1m. Chọn vận tốc nước chảy trong ống phân phối chính là 1m/s, đường kính các ống phân phối chính là:
Chọn các ống phân phối chính có đường kính là 60mm, kiểm tra lại vận tốc nước trong ống phân phối chính:
Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 500mm. Như vậy số ống nhánh trên 1 ống phân phối chính là : n = 2 . ( 1 / 0,5 + 1 ) = 6 (ống) Lượng nước vào các ống nhánh là:
Chọn vận tốc nước trong ống nhánh là 1,4m/s. Như vậy đường kính của ống nhánh là:
Tổng diện tích lỗ trên 1 ống nhánh theo quy phạm chọn từ 30 – 35% diện tích tiết diện ngang của ống phân phối chính, chọn tỉ lệ này là 30%. tổng diện tích lỗ phun là:
Chọn đường kính lỗ phun mưa là 10mm, số lỗ phun mưa trên 1 ống nhánh là :
số lỗ =Tổng diện tích lỗ /Diện tích một lỗ
(lỗ) Thời gian làm thoáng của nước :
Tổn thất thủy lực qua giàn mưa: là 0,5m. Tóm tắt kết quả tính toán giàn mưa Thông số tính toán  Đơn vị  Giá trị   1.Cường độ tưới 2.Diện tích bề mặt giàn mưa 3.Chiều cao phần làm thoáng 4.Đường kính lỗ sàn tung 5.Số tấm inox cho giàn mưa 6.Ống thu nước và xả cặn của giàn mưa 7.Ống dẫn chính 8.Ống phân phối chính 9.Ống nhánh 10.Thời gian làm thoáng  m3/m2.h m2 m mm tấm mm mm mm mm s  10 4 2,1 14 12 110 90 60 21 0,65   4.2.2.Bể lắng ngang Nhiệm vụ : lắng cặn và tăng quá trình phản ứng oxi hóa. Nguyên lý hoạt động Nước từ sàn thu nước của giàn mưa dẫn qua bể lắng, sau đó đi qua các lỗ trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng. Tại đây, các hợp chất kết tủa của asen sẽ được lắng lại 1 phần, nước sau khi đi từ đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua các lỗ thu nước bề mặt và các máng thu nước cuối dẫn vào mương thu nước và phân phối nước đi vào các bể lọc. Cặn sẽ được định kỳ xả ra ngoài ra giàn ống thu nước xả cặn. Dung tích bể lắng
Trong đó: Q = 1000 m3 /d: công suất xử lý của trạm. T = 1,5 h: thời gian lưu nước trong bể. Lấy chiều cao vùng lắng trong bể là 2,5m. Diện tích mặt bằng bể lắng là:
Chọn chiều rộng bể lắng là 2,5m thì chiều dài của bể là 10m. Đầu bể lắng có thiết kế một tường chắn để phân phối dòng nước vào bể. Tường phân phối này cách tường đầu bể 1m. Trên tường phân phối có đục các lỗ để phân phối điều nước vào bể lắng. Chọn vận tốc nước qua lỗ phân phối là 0,3m/s. Tổng diện tích các lỗ phân phối trong bể lắng là: Tổng diện tích lỗ =
Chọn kích thước 1 lỗ là 50.50mm. Tổng số lỗ trên vách phân phối trong bể lắng là: Tổng số lỗ=
(lỗ) Chọn số lỗ phân phối trên vách phân phối trong bể lắng là 15 lỗ. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy qua các lỗ phân phối: v=
Chiều cao hữu ích của vách phân phối nước vào là chiều cao mà trong đó bố trí các lỗ phân phối, chiều cao hữu ích của vách phân phối cũng chính là chiều cao vùng lắng trong bể. Diện tích hữu ích của vách phân phối nước vào là 2,5.2,5 = 6,25m2 Chọn chiều cao hàng lỗ duới cùng cách chiều cao lớp cặn là 0,3m, chiều cao vùng chứa cặn là 1m. Vậy hàng lỗ dưới cùng cách đáy bể là 1,2m. chiều dài làm việc của bể lắng là: Lbể = 10 – 1,2= 8,8 m Tính phần thu nước cuối bể: sử dụng ống thu nước bề mặt Chiều dài ống thu nước L ống = 1/3 Lbể = 1/3 . 10 = 3,3 m Sử dụng 2 ống thu nước bề mặt trong bể, khoảng cách giữà ống là 1,5m, khoảng cách từ mỗi ống đến tường là 0,5m. Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 0,6m/s. 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: Q ống =
Đường kính ống thu nước là: D ống thu =
Chọn D=110mm, kiểm tra lại vận tốc
Trên các ống thu có khoan các lỗ thu đường kính 20mm, vận tốc nước chảy qua lỗ lấy là 1m/s. Tổng diện tích các lỗ thu trên 1 ống thu là: S lỗ =
Tổng số lỗ trên 1 ống là: Tổng số lỗ =
(lỗ) Chọn số lỗ trên ống thu nước là 26 lỗ, các lỗ sẽ được bố trí 2 bên thành ống so le với nhau như vậy mỗi bên thành ống có 13 lỗ. Các lỗ được bố trí theo hướng nằm ngang, khoảng cách giữa các lỗ là: l =
Tính chiều cao bể lắng : Chọn chiều cao công tác trong bể ( chiều cao từ mặt nước 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. Thời gian giữa 2 vùng xả cặn sẽ được xác định khi đưa bể lắng vào hoạt động. Chiều cao của bể lắng là: H = Hl + Hcc + Hct = 2,5 + 1,5+ 0,3= 4,3m Trong đó: Hl : chiều cao lắng Hcc : chiều cao hần chứa cặn, có tính đến chiều cao an toàn từ bề mặt lớp cặn đến chiều cao lắng. Hct : chiều cao công tác Hệ thống thu xả cặn: sử dụng hệ thống thu xả cặn bằng thủy lực, sử dụng ống thu xả cặn đặt ở trung tâm bể lắng, dọc theo chiều dài bể. 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: v cặn = 2,5 . 1. 8,8 = 22 ( m3) Tính toán ống xả cặn sao cho lượng cặn cần phải xả (khi cặn chiếm đầy thể tích chứa cặn) là 60% trong thời gian là 30 phút. Vậy lượng cặn cấn xả là: 0,6 . 22 = 13,2 m3 trong 30 phút hay 0,0073 m3/s. chọn vận tốc cặn khi xả cặn trong ống xả là 1m/s.Đường kính ống xả cặn là: D xả cặn =
Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính 90mm, có chiều dài bằng chiều dài làm việc của bể lắng , chiều dài ống là 8,8m. Kiểm tra lại vận tốc
Ta chọn khoảng cách giữa các lỗ là 300mm. Như vậy trên ống xả cặn có tổng cộng [( 8,8 / 0,3 )-1 ] .2 = 56 (lỗ). Các lỗ xả cặn được bố trí thành 2 hàng so le với nhau ở 2 bên thành ống xả cặn. Với 56 lỗ thì mỗi bên ống có 28 lỗ, chọn đường kính lỗ xả cặn là 20mm. Cách bố trí các lỗ trên ống xả cặn giống cách bố trí các lỗ trên ống thu nước đã lắng. Đáy bể lắng ngang có độ dóc 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 450. Vận tốc trung bình của dòng nước trong bể lắng là :
Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào các bể lọc : các máng thu nước ở cuối bể lắng ( hay máng phân phối nước vào các bể lọc) được tính toán dựa trên chọn lưu lượng nước cần thu và vận tốc nước chảy trong máng thu. Các máng nà được xây dựng bằng bêtông cốt thép ở phía cuối bể lắng lưu lượng tính toán máng thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng xử lý.
Chọn vận tốc chảy trong máng thu là 0,6m/s. Diện tích mặt cắt máng thu là:
Chọn máng có kích thước là : 0,16 . 0,16m. Máng này sẽ được xây dựng tương tự như phần máng của hệ thống cũ, chiều cao từ sàn công tác đến mặt nước trong máng lấy là 0,3m. Chọn tổn thất áp lực qua bể lắng là 0,5m. Bảng tóm tắt kết quả tính toán bể lắng ngang Thông số tính toán  Đơn vị  Giá trị   1.Thời gian lưu nước 2.Dung tích bể lắng 3.Chiều rộng 3.Chiều dài 4.Chiều cao 5.Số lỗ trên vách phân phối 6.Ống thu nước 7.Ống xả cặn  h m3 m m m lỗ mm mm  1,5 62,5 2,5 10 4,3 15 110 90   4.2.3.Bể lọc nhanh Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Lớp phía trên là than ăngtraxit 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 sang, 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 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 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 qua bể chứa. Thời gian xả lọc đầu quy định là 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 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 tuý thì 15 – 16 l/s.m2, chọn w = 15 l/s.m2. t1: thời gian rửa lọc (giờ), chọn bằng 7 phút. t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 giờ Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là:
Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:
(bể) Chọn N = 3 bể ( 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 để rửa:
(Nằm trong 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 mỗi bể lọc là: F = 5,6/3 = 1,9(m2) Chọn kích thước bể là 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 của 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 trên lớp vât liệu lọc, lấy hn = 2m. Hv: chiều cao lớp vật liệu lọc gồm than ăngtraxit 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). Bảng tóm tắt kết quả tính toán bể lọc Thông số tính toán  Đơn vị  Giá trị   1.Số bể lọc 2.Diện tích bể lọc 3.Chiều dài 4.Chiều rộng 5.Chiều cao 6.Chiều cao lớp cát thạch anh 7.Chiều cao lớp than Angtraxit  bể m2 m m m m m  3 1,9 1,38 1,38 4 0,4 0,4   4.2.4.Hấp phụ với vật liệu ODM Giới thiệu : Nước sản xuất: Nga. Sản phẩm được Cơ quan quản lý bằng sáng chế và thương hiệu của Cộng hòa Liên bang Nga cấp bằng sáng chế số 2141375, ngày 15/12/1998. Vật liệu lọc đa năng 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. Sử dụng tại Việt Nam từ 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 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 : SiO2 <= 84%; Fe2O3 <= 3,2%; Al2O3 + MgO + CaO = 8% Đặc tính kỹ thuật : Chỉ tiêu  Đơn vị  Thông số   Kích thước hạt  mm  0,8 – 2,0   Tỷ trọng  kg/m3  650   Diện tích bề mặt  m2/g  120 - 180   Độ xốp  %  70   Dung lượng hấp thụ  g/g  1,3   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, amôni), 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 chất lượng nước sau xử lý. Vận hành đơn giản. Giá cả thấp hơn nhiều so với các loại chất hấp phụ khác. Có thể thay thế các loại vật liệu lọc đang được sử dụng mà không cần thay đổi cấu trúc 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 trong 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. Tính toán hấp phụ Chọn 5 bể hấp phụ trong đó 1 bể dự phòng Bề mặt tiết diện của mỗi bể hấp phụ
=>
Trong đó : Q : lưu lượng (m3/h). v : Vận tốc qua hấp phụ (m/h). Ta có Q=1000m3/ngàyđêm =41,7m3/h, chọn vận tốc lọc qua lớp ODM là 5m/h( theo quy phạm từ 5-20m/h). Vậy đường kính bể hấp phụ là :
Khối lượng chất hấp phụ trong một ngày
Khối lượng chất hấp phụ dung trong 3 năm G’=G.365.3=8420 kg (Sau 3 năm mới thay hạt ) Trong đó t : thời gian vận hành bể (h), t = 24h C : Nồng độ Asen đầu vào, C = 0,01(kg/m3) C0 : Nồng độ cân bằng, C0=0,01mg/l Với dung lượng hấp phụ Asen của ODM là 1,3 Chiều cao lớp vật liệu ODM trong mỗi bể
Khuyến cáo sử dụng : Vận tốc lọc và chiều dày lớp vật liệu lọc ODM-2F sẽ được điều chỉnh theo hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nguồn nước. Để xử lý nước ngầm nên bố trí thiết bị làm thoáng, sục khí hoặc ejector phía trước bể lọc để cung cấp thêm oxy cho quá trình oxy hóa As. Cần rửa sạch hạt ODM-2F trước khi đưa công trình vào sử dụng. Rửa lọc định kỳ bằng quy trình rửa ngược. Chu kỳ rửa lọc 1–2 lần/ngàyđêm. Cường độ nước rửa để đảm bảo độ giản nở của lớp vật liệu lọc đạt 30% là 10 l/s.m2. Thời gian rửa lọc 15–20 phút. Không cần sục gió. 4.2.5.Tính toán khử trùng Khử trùng bằng clo và sử dụng clorator để định lượng và xáo trộn clo hơi. Phản ứng thủy phân giữa clo và nước xảy ra như sau : Cl2 + H2O
HCl +HOCl Acid HOCl là một acid yếu, không bền nên dễ dàng phân hủy theo phản ứng HOCl
HCl +O Hoặc HOCl
H+ +OCl- HOCl, OCl-, O là những chất oxi hóa mạnh nên có khả năng tiêu diệt vi trùng Liều lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước
Với a liều lượng hoạt tính lấy theo TCXD 51-84 : a = 3g/m3 Lượng clo hoạt tính này sẽ được xáo trộn vào nước bằng clorator 4.2.7.Tính toán các công trình phụ Tính toán đường ống từ sàn thu nước của giàn mưa sang bể lắng Đường kính ống dẫn nước được tính theo công thức:
Trong đó: Q = 1000m3/ngày đêm V: vận tốc nước trong đường ống, chọn v = 1m/s. Vậy chọn ống dẫn nước từ sàn thu nước của giàn mưa sang bể lắng có đường kính là D = 110mm, kiểm tra lại vận tốc
Tính toán rửa lọc Xác định hệ thống phân phối nước rửa Chọn biện pháp rửa bể bằng nước. Cường độ nước rửa lọc W = 15 l/s.m2, ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%. Lưu lượng của một bể lọc là:
Chọn vận tốc nước trong ống dẫn chính v = 1,5m/s thì tiết diện ống dẫn là : S = 0,029/1,5 = 0,019(m2) Suy ra:
Chọn Dc= 150mm thì:
Lấy khoảng cách giữa các 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: S = 0,0019/2,0 = 9,5.10-4 (m2) Đường kính ống nhánh là:
Với đường kính ống chính là 150mm tiết diện ngang ống chính là: Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống chính, nên có giá trị là:
. Chọn lỗ có đường kính là 10mm vậy diện tích một lỗ là
Tổng số lỗ sẽ là
Số lỗ trên mỗi ống nhánh là: 80/14 = 6 (lỗ). Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiên một góc 45 độ so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên một hàng của ống nhánh là: 6/2 = 3 lỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ sẽ là:
Tính toán máng thu nước rửa lọc: vì kích thước của bể là 1,38.1,38 m nên ta chỉ bố trí 1 máng thu ở giữa bể, mép trên của máng thu phẳng và nằm ngang, đáy máng có độ dốc 0,01 về phía cuối máng, đáy có hình tam giác. Chiếu rộng máng tính theo công thức:
Trong đó: a: tỉ số giữa chiều cao hình chữ nhật, lấy a = 1,3 qm : lưu lượng nước rửa qua máng, cũng chính là lượng nước rửa cho mỗi bể lọc. qm = Qr = 0,029 (m3/s) K : hệ số, đối với thiết diện máng hình tam giác K = 2,1 Suy ra chiều cao máng chữ nhật là:
Lấy chiều cao phần đáy tam giác hd = 0,2m Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là: i = 1% Chiều dày thành máng lấy là:
=0,05m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = hcn + hd +
= 0,18 + 0,2 + 0,05 = 0,43(m) Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước được xác định theo công thức:
Trong đó: Lvl : chiều dày lớp vật liệu lọc, Lvl = 0,4 +0,4 = 0,8 (m) e : độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50% Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa Hm = 0,43m , vì máng dốc i= 1%, dài 1,34m nên chiều cao máng ở phía cửa ra là: 0,43 + 1,34i = 0,43 + 1,34. 0,01 = 0,44 (m) Khoảng cách tối thiểu giữa mép trên cùng của máng dẫn nước rửa tới lớp vật liệu lọc là: H’m = 0,44 + 0,07 = 0,51(m) Vậy Hm = 0,65m Tính toán tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ:
Trong đó: vc : vận tốc nước chảy ở đầu ống chính, vc = 1,53m/s vn : vận tốc nước chảy ở đầu ống nh ánh, vn = 2,0 m/s g : gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/ s2 y : hệ số sức cản, y = 2,2/ K2w + 1 = 2,2 / 0,352 + 1 = 18,96 với K2w là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính, K2w = 0,352 Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ hd = 0,22 . Ls . W = 0,22 . 0,7 . 15 = 2,31 (m) Trong đó: Ls = 0,7 m : chiều dày lớp sỏi đỡ W = 15 l/s.m2 : cường độ rửa lọc Tổn thất áp lực qua các lớp vật liệu lọc: hvl = ( a + bW) L . e Trong đó : L : chiều dày lớp mỗi vật liệu lọc L = L1 = L2 = 0,4 m e : độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc , e = 0,5 a , b : các hằng số phụ thuộc vào vật liệu lọc Với cát thạch anh, dtd = 0,7 mm, a = 0,76 , b = 0,017 Than ăngtraxit, dtd = 1,1 mm , a = 0,85 , b = 0,004 hvl = ( 0,76 + 0,017 . 15 ) 0,4 . 0,5 + (0,85 + 0,004 .15) .0,4 . 0,5 = 0,39 m Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lấy bằng hbm = 2 m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là: ht = hp + hd + hvl + hbm = 2,47 + 2,31+ 0,39 + 2 = 7,17 (m) Tính toán bơm rửa lọc: Áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc hb = hhh + ho + ht + hcb Trong đó 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 bể lọc ( m) 0,65 : khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) ho : tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) ho = J . l Với đường kính ống dẫn là 150mm, Q = 29 l/s (vc = 1,53 m/s) Tra bảng hệ số tổn thất ta được 1000J = 11. giả sử ống dài 100m, ta có ho = 0,011 . 100 = 1,1(m) ht : tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc hcb : tổn thất cục bộ của bộ phận ống nối và van khóa
Giả sử trên đường ống có các thiết bị phụ như 2 co 900, 2 van khóa, 2 ống ngắn hcb = 2( 0,98 + 0,26 + 1 ) 1,52 / 2. 9,81 = 0,5 (m) Vậy Hbom = 5,15 + 1,1 + 7,17 +0,5 = 13,92(m) Lưu lượng nước rửa lọc Qrua = W . f . N = 15 . 1,9 . 3 = 81 l/s = 0,081 ( m3/ s) Trong đó W = 15 l/s.m2 : cường độ nước rửa lọc f = 1,9 m2 : diện tích một bể lọc N = 3 : số bể lọc Công suất bơm:
Trong đó : Q = 0,084 ( m3/s) Hbom = 13,92m : áp lực của bơm
:khối lượng thể tích của nước
=1000kg/m3
 : hiệu suất của bơm , lấy 80% Chọn 2 bơm, 1 làm việc, 1 dự phòng. Tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc tính theo công thức:
Trong đó : W = 15 l/s.m2 : cường độ nước rửa lọc f = 1,9 m2 : diện tích 1 bể lọc N = 3 : số bể lọc Q = 41,7 m3/h : công suất trạm xử lý To : thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa (giờ)
Trong đó T : thời gian công tác của bể lọc trong 1 ngày ( giờ) , T = 24 h A : số lần rửa bể lọc trong 1 ngày, a = 2 t1 , t2 , t3 : thời gian rửa, thời gian chết 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  Đơn vị  Giá trị   1.Ống dẫn nước từ giàn mưa sang bể lắng 2.Lưu lượng nước rửa lọc 3.Ống chính rửa lọc 4.Ống nhánh rửa lọc 5.Máng thu nước rửa lọc Chiều rộng Chiều cao Chiều dài 6.Tồn thất áp lực rửa lọc 7.Bơm rửa lọc 14,3KW  mm m3/s mm mm m m m m Cái  110 0,081 150 34 0,28 0,18 1,38 7,17 2   4.2.8.Tính giá thành xử lý 1m3 nước Bảng :Tổng vốn đầu tư Công trình  ĐVT  Số lượng  Đơn giá (triệu đồng)  Thành tiển (triệu đồng)   Giàn mưa -Phần xây dựng -Sàn tung inox -Ống dẫn nước chính lên giàn mưa
90mm -Ống phân phối chính
60mm -Ống nhánh
21mm -Ống dẫn nước sang bể lắng
110mm Bể lắng -Phần xây dựng -Ống
110mm -Ống
90mm Bể lọc -Phần xây dựng -Cát thạch anh -Than angtraxit Bể hấp phụ -Phần xây dựng -Vật liệu ODM Các công trình phụ: - ống dẫn nước rửa lọc
150mm - ống nhánh
34mm Bơm nước rửa lọc 10HP TỔNG CỘNG  m3 m2 m m m m m3 m m m3 m3 m3 m3 l m m Cái  6,96 3x4 2x5 4x5 24x5 1x5 21 1x5 1x5 7,2x3 2,24 83,35 12930 1x5 1x5 2  2 0,3 0,021 0,012 0,0034 0,032 2 0,032 0,021 2 0,4 2 0,018 0,5 0,005 13,18  13,92 4,8 0,21 0,24 0,408 0,16 42 0,16 0,105 43,2 0,9 166,7 232 0,25 0,025 26,36 531,44   Lưu lượng nước sản xuất trong 1 năm : 1000.365=365000 (m3) Chi phí đầu tư ban đầu (chi phí xây dựng cơ bản và thiết bị) 531,44 triệu đồng, trong đó chi phí xây dựng là 473,8 triệu và chi phí thiết bị là 57,618 triệu Hệ thống xử lý 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 = 0,01 . 473,8 + 0,05 . 57,618 = 7,62 triệu Khấu hao tài sản cho 1 m3 nước là Tkh =
(đ/m3) Chi phí quản lý hệ thống xử lý nước: Số tiền phải trả cho 3 công nhân vận hành hệ thống xử lý: 3 người . 1000000đ = 3000000 đồng/ tháng Trong 1 tháng, sản lượng nước sạch là: 30 . 1000 = 30000 m3 Chi phí quản lý cho việc sản xuất ra 1 m3 nước sạch là:
(đ/m3) Chi phí hóa chất để xử lý 1 m3 nước : 9 đ Mức chi phí điện năng cho việc xử lý nước là 0,6 kWh/m3. Vậy tiền điện cho 1 m3 nước là: 720đ Vậy chi phí hóa chất và điện năng cho 1 m3 nước là: 9 + 720 = 729đ Chi phí vận hành và quản lý là:100 + 729 = 829 đ/m3 Vậy chi phí sản xuất 1 m3 nước là: T = 147,68 + 829 = 976,7đ/m3 KẾT LUẬN Trong điều kiện Việt Nam, biện pháp phòng bị vẫn là một giải pháp tối ưu trước khi phải trực diện với vấn đề và tìm phương cách giải quyết. Nhiễm độc arsenic qua kết quả phân tích ở ĐB Bắc Bộ là một thực tế đã bắt đầu manh nha sau gần mười năm UNICEF tài trợ và cho xử dụng rộng rãi hệ thống giếng khoan. Do đó, muốn tránh đại họa trên cần phải: Cân bằng việc phát triển nông nghiệp và việc xử dụng nguồn nước để tránh hậu quả có thể làm giao động môi trường do việc khai thác tối đa nguồn nước hiện có. Giáo dục người dân để có một hiểu biết khá tường tận về nguy cơ nhiễm độc arsenic trong nguồn nước là một việc làm cấp bách trong giai đoạn nầy. Một phương pháp thử nghiệm nguồn nước (test kit) thích hợp, rẻ tiền, và dễ xử dụng để khám phá kịp thời sự hiện diện của arsenic.