Đò án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt

Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I. GIỚI THIỆU NƯỚC NGẦM:
Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới đất, thường từ 30 – 40, 60
– 70 có khi 120 – 150 và cũng có khi tới 180m.
Nước ngầm được thấm từ trên xuống, hoặc có thể từ nơi xa chảy về.
Dòng nước ngầm xuất hiện trên một lớp đất hoặc đá hoàn toàn không thấm nước.
Qua các lớp cát sỏi đã bò hấp phụ hết các tạp chất nên chất lượng nước ngầm sạch,
ổn đònh. Nước ngầm có thể có những túi lớn nằm rải rác trong lòng đất, cũng có thể
chảy thành mạch. Trữ lượng nước ngầm khá lớn và rất quan trọng cho nước cấp ở
thành phố và nông thôn vùng phèn, mặn….
Nước ngầm được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng
nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc đòa tầng mà nước
thấm qua. Do vậy nước chảy qua các đòa tầng chứa cát và granit thường có tính axit
và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua đòa tầng chứa đá vôi thì nước
thường có độ cứng và độ kiềm hrocacbonat khá cao. Ngoài ra đặc trưng chung
của nước ngầm là:
- Độ đục thấp.
- Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn đònh.
- Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO
2
, H
2
S….
- Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là: sắt, mangan, canxi,
magie và flo.
- Không có sự hiện diện của vi sinh vật.
Theo báo cáo của Liên Hiệp Quốc, chỉ có khoảng 2/3 (60%) dân số Việt
Nam được sử dụng nước sạch theo tiêu chuẩn chất lượng nước của Liên Hiệp Quốc.
(Báo cáo diễn biến môi trường nước Việt Nam 2003).

II. CÁC THÀNH PHẦN TRONG NƯỚC NGẦM:
Chất lượng nước ngầm nói chung là tốt, ít có trường hợp bò nhiễm bẩn
hữu cơ, ở nhiều vùng có thể sử dụng trực tiếp không cần làm sạch. Tuy nhiên, nước
ngầm thường có tổntg khoáng hóa cao, nhiều khi chứa các chất khí hòa tan, có
nhiều chất sắt và mangan. Hàm lượng sắt dao động từ vài mg/l đến hàng chục mg/l.
Ở nhiều vùng có nguồn bò nhiễm mặn hoặc có độ cứng cao.
Một loại nước ngầm tồn tại trong đất (phạm vi từ 1m đến 15m) thực chất
là nước mặt, thường được gọi là nước ngầm “mạch nông”. Chất lượng nước ngầm
mạch nông ở nhiều vùng khá tốt, nhưng nhiều vùng cũng chỉ khá hơn nước mặt một
chút vì bò ảnh hưởng trực tiếp của nước mặt bò ô nhiễm và thời tiết. Tuy nhiên, hiện
nay hiện nay ở nhiều vùng dân cư nông thôn chỉ dựa vào loại nguồn nước này để
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 1
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
phục vụ cho các nhu cầu đời sống hàng ngày. Nước dưới đất nhìn chung là nguồn
nước tốt, thuận lợi khi khai thác sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, ăn uống.
Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nước ngầm, cấu
trúc đòa tầng của khu vực và chiều sâu đòa tầng nơi khai thác nước. Ở các khu vực
được bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nước ngầm nói chung được bảo vệ
về mặt vệ sinh và chất lượng khá ổn đònh.
1. Các ion có thể có trong nước ngầm:
a. Ion canxi Ca
2+
:
Nước ngầm có thể chứa Ca
2+
với nồng độ cao. Trong đất thường chứa
nhiều CO
2
do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất

hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Khí CO
2
hòa tan trong nước mưa theo phản
ứng sau:
CO
2
+ H
2
O → H
2
CO
3
Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra ion
Ca
2+
2H
2
CO
3
+ 2CaCO
3
→ Ca(HCO
3
)
2
+ Ca
2+
+ 2HCO
3
-

b. Ion magie Mg
2+
:
Nguồn gốc của các ion Mg
2+
trong nước ngầm chủ yếu từ các muối
magie silicat và CaMg(CO
3
)
2
, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí CO
2
. Sự có
mặt Ca
2+
và Mg
2+
tạo nên độ cứng của nước.
c. Ion natri Na
+
:
Sự hình thành của Na
+
trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng
sau:
2NaAlSi
3
O
3
+ 10H

2
O → Al
2
Si
2
(OH)
4
+ 2Na
+
+ 4H
4
SiO
3
Na
+
cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na
2
SO
4
là những muối có độ hòa
tan lớn trong nước biển.
d. Ion NH
4
+
:
Các ion NH
4
+
có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và
nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải chăn nuôi, phân bón hóa học và

quá trình vận động của nitơ.
e. Ion bicacbonat HCO
3
-
:
Được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan đá vôi khi có mặt khí CO
2
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O → Ca
2+
+ 2HCO
3
-
f. Ion sunfat SO
4
2-
:
Có nguồn gốc từ muối CaSO
4
.7H
2
O hoặc do quá trình oxy hóa FeS
2
trong
điều kiện ẩm với sự có mặt của O

2
2FeS
2
+ 2H
2
O + 7O
2
→ 2Fe
2+
+ 4SO
4
2-
+ 4H
+
g. Ion clorua Cl
-
:
Có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt.
h. Ion sắt:
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 2
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe
2+
, kết hợp với gốc
bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic.
Các ion Fe
2+
từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước trong điều kiện yếm khí sau:
4Fe(OH)

3
+ 8H
+
→ 4Fe
2+
+ O
2
+ 10H
2
O
Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa, ion Fe
2+
bò oxy hóa
thành ion Fe
3+
và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)
3
có màu nâu đỏ.Vì vậy, khi
vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian
để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy
chậu xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung.
Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp
chất hữu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trò II của
các hợp chất sunfat và clorua. Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihrosunfua
(H
2
S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thoáng khử khí CO
2
,
hrocacbonat sắt hóa trò II sẽ dễ dàng bò thủy phân và bò oxy hóa để tạo thành

hroxit sắt hóa trò III.
4Fe
2+
+ 8HCO
3
-
+ O
2
+ 2H
2
O → 4Fe(OH)
3
↓ + 8CO
2
↑
Trong quy trình xử lý sắt trong nước ngầm, điều quan trọng là biết được
điều kiện để chuyển sắt hóa trò II thành sắt hóa trò III và hroxit sắt (II) và
hydroxit sắt (III) được tạo thành từ trạng thái hòa tan sang cặn lắng.
Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chòu, làm
vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh,
đồ hộp. Trên dàn làm nguội, trong các bể chứa, sắt hóa trò II bò oxy hóa sắt hóa trò
III, tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận
chuyển của các ống dẫn nước. Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước đó dùng làm
nước cấp cho các nồi hơi. Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối
với hàm lượng sắt như dệt, giấy, sản xuất phim ảnh….
Nước có chứa ion sắt, khi trò số pH < 7,5 là điều kiện thuận lợi để vi
khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn, tạo ra cặn lắng gỗ ghề bám vào
thành ống làm giảm khả năng vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống.
i.Ion mangan:
Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trò II trong nước

ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do vậy việc khử mangan thường được
tiến hành đồng thời với khử sắt. Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ
các tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau
6MnO
2
+ 12H
+
→ 6Mn
2+
+ 3O
2
+ 6H
2
O
Mangan II hòa tan khi bò oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở
dạng hroxit kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau:
2Mn(HCO
3
)
2
+ O
2
+ 6H
2
O → 2Mn(OH)
4
↓ + 4H
+
+ 4HCO
3

-
Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hroxit
sắt sớm hơn vì sắt dễ bò oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy
hòa tan trong nước xảy ra ở trò số pH thấp hơn so với mangan. Để oxy hóa mangan
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 3
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
trò số pH cần thiết > 9,5. Cặn mangan hóa trò cao là chất xúc tác rất tốt trong quá
trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt. Cặn hroxit mangan hóa trò IV
Mn(OH)
4
có màu hung đen.
Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình
là do hợp chất sắt và mangan tạo nên, vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn
có thể có mà từ hung đỏ đến màu nâu đen. Quá trình oxy hóa diễn ra ngay với các
chất dễ oxy hóa, do vậy , để oxy hóa hàm lượng mangan xuống đến 0,2 mg/l, pH
của nước phải có giá trò xấp xỉ bằng 9.
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi pH < 8 và không có chất xúc tác thì
quá trình oxy hóa mangan (II) thành (IV) diễn ra rất chậm, độ pH tối tưu thường
trong khoãng từ 8,5 đến 9,5.
Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Tuy nhiên, với
hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử
dụng giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao.
2. Các chất khí hòa tan trong nước ngầm:
a. O
2
hòa tan:
Tồn tại rất ít trong nước ngầm. Tùy thuộc vào nồng độ của khí oxy trong
nước ngầm, có thể chia nước ngầm thành 2 nhóm chính sau:
+ Nước yếm khí: trong quá trình lọc qua các tầng đất đá, oxy trong nước

bò tiêu thụ, khi lượng oxy bò tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe
2+
, Mn
2+
sẽ tạo
thành nhanh hơn. Hơn nữa, cũng xảy ra quá trình khử sau: NO
3
-
→ NH
4
; SO
4
2-
→
H
2
S, CO
2
→ CH
4
+ Nước dư lượng oxy hòa tan: trong nước có oxy sẽ không có các chất
khử như NH
4
+
, H
2
S, CH
4
. Đó chính là nước ngầm mạch nông. Thường khi nước có
dư lượng oxy sẽ có chất lượng tốt. Tuy nhiên, nước ngầm mạch nông phụ thuộc

nhiều vào nguồn nước mặt, nếu nước mặt bò ô nhiễm thì nó cũng sẽ bò ảnh hưởng.
b. H
2
S:
Hrosunfua được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất
humic với sự tham gia của vi khuẩn
2SO
4
2-
+ 14H
+
+ 8e
-
→ 2H
2
S + 2H
2
O + 6OH
-
c. Metan CH
4
và khí CO
2
:
Được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự
tham gia của vi khuẩn:
4C
10
H
18

O
10
+ 2H
2
O → 21CO
2
+ 19CH
4
Nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc và các vò trí đòa
lý của nguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong khu vực, độ hòa tan của các
hợp chất trong nước, sự có mặt của các chất dễ bò phân hủy bằng sinh hóa trong
chất đó. Nước ngầm cũng có thể bò nhiễm bẩn do các tác động của con người như
phân bón, chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo vệ
thực vật. Các nguồn nước thường chứa hàm lượng lớn các chất bẩn hữu cơ NH
4
+
,
PO
4
3-
cũng như các vi sinh vật gây bệnh. Xử lý nước nhiễm bẩn là công việc khá
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 4
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
khó khăn để đạt được các chỉ tiêu chất lượng nước sinh hoạt. Do vậy các khu vực
khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần phải được bảo vệ cẩn
thận, tránh bò nhiễm bẩn nguồn nước. Để bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh
vùng khu vực bảo vệ và quản lý, bố trí các nguồn thải ở khu vực xung quanh.
Tóm lại, trong nước ngầm có chứa các cation chủ yếu là Na
+

, Ca
2+
, Mg
2+
,
Fe
2+
, Mn
2+
, NH
4
+
và các anion HCO
3
-
, SO
4
2-
, Cl
-
. Trong đó các ion Ca
2+
, Mg
2+
chỉ tồn
tại trong nước ngầm khi nước này chảy qua tầng đá vôi. Các ion Na
+
, Cl
-
, SO

4
2-
có
trong nước ngầm trong các khu vực gần bờ biển, nước bò nhiễm mặn. Ngoài ra,
trong nước ngầm có thể có nhiều nitrat do phân bón hóa học của người dân sử dụng
quá liều lượng cho phép. Thông thường thì nước ngầm chỉ có các ion Fe
2+
, Mn
2+
, khí
CO
2
, còn các ion khác đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN đối với nước
cấp cho sinh hoạt.
III. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NGẦM:
Tùy thuộc vào vò trí, thành phần tính chất của nước mà ta có thể có
nhiều công nghệ xử lý khác nhau
1. Xử lý nước ngầm nhiễm mặn:
Ở những cửa sông và các vùng ven biển, nơi gặp nhau của các dòng
nước ngọt chảy từ sông ra, các dòng thấm từ đất liền chảy ra hòa trộn với nước
biển. Do ảnh hưởng cùa thủy triều, mực nước tại chỗ gặp nhau lúc ở mức nước cao,
lúc ở mức thấp và do sự hòa trộn giữa nước ngọt và nước biển làm cho độ muối và
hàm lượng huyền phù trong nước ở khu vực này luôn thay đổi và có trò số cao hơn
tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt và thấp hơn nước biển. Tuy nhiên, vào những
tháng hạn, nước từ sông chảy ít dẫn đến hiện tượng xâm nhập của nước mặn vào
sâu trong đất liền làm cho nguồn nước ở gần bò nhiễm mặn. Đặc biệt là ở vùng
đồng bằng sông Cửu Long.
Khử mặn có thể đạt được bằng những phương pháp: Chưng cất, đóng
băng, điện phân, lọc qua màng bán thấm, chiết li, trao đổi ion. Khi chọn phương
pháp khử mặn và khử muối cần tính đến: hàm lượng muối của nguồn nước, công

suất yêu cầu của trạm xử lý, giá thành nguyên liệu đốt, giá thành điện năng và các
vật liệu cần thiết. Trong thực tế thường gặp các trường hợp khử mặn đối với nguồn
nước có hàm lượng muối từ 2000 – 35000 mg/l.
Hàm lượng muối
(mg/l)
Cách xử lý kinh tế
2000 – 3000
Trao đổi ion (lọc qua bể lọc cationit và bể
lọc anionit)
3000 – 10000 Điện phân
10000 – 35000
Chưng cất hoặc đóng băng nước hoặc
phương pháp lọc qua màng bán thấm
+ Khử muối trong nước bằng phương pháp trao đổi ion:
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 5
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
Khử muối bằng phương pháp trao đổi ion tức là lọc nước qua bể lọc H
+
–
cationit và OH
-
– anionit. Khi lọc nước qua bể lọc H
+
– cationit kết quả của trao đổi
ion, ta được các axit tương ứng
RH + NaCl → RNa + HCl
2RH + Na
2
SO

4
→ 2RNa + H
2
SO
4
2RH + Ca(HCO
3
)
2
→ R
2
Ca + 2CO
2
+ 2H
2
O
Và khi lọc tiếp nước đã được khử cation ở bể H
+
– cationit qua bể lọc
anionit, các hạt anionit sẽ hấp thụ từ ước các anion của các axit mạnh như Cl
-
, SO
4
2-
và nhả vào nước một lượng tương đương anion OH
-
[An]OH + HCl → [An]Cl + 2H
2
O
2[An]OH + H

2
SO
4
→ [An]
2
SO
4
+ 2H
2
O
Hình 1.1: Sơ đồ trạm xử lý nước nhiễm mặn bằng trao đổi ion
Tuy nhiên, để xử lý đạt hiệu quả cao người ta thường dùng nhiều bể lọc
kết hợp với nhau, cách làm này có thể giảm tổng hàm lượng muối xuống đến 0,1 –
0,2 mg/l trong đó hàm lượng axit silixic giảm đến 0,02 – 0,1 mg/l. Việc khử hoàn
toàn muối hòa tan trong nước có thể đạt được trên các trạm lọc ion ba bậc.
Ngoài ra, người ta vẫn có thể xử lý nước nhiễm mặn bằng phương pháp
thẩm thấu ngược. Cùng với việc khử muối, khi lọc nước qua màng bán thấm, các
chất hữu cơ hòa tan, vi khuẩn, virút cũng được loại trừ. Như vậy, so với các phương
pháp khử muối khác, phương pháp này có ưu điểm là chất lượng nước tinh khiết
hơn và quá trình sản xuất an toàn hơn.
2. Xử lý nước ngầm nhiễm phèn:
Nước nhiễm phèn thường có màu trong xanh, khi hàm lượng sắt trong
nước cao thì sẽ có màu vàng đục, pH thấp do trong nước có tồn tại ion SO
4
2-
. Theo
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 6
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Nước cần khử mặn
Nước đã khử mặn

1-Bể lọc H-cationit; 2-thùng đựng dung dòch axit hoàn nguyên; 3- tháp làm thoáng khử khí CO2; 4-Bể tập
trung nước; 5-quạt gió; 6-máy bơm; 7-bể lọc anionit; 8-thùng đựng dung dòch xút hoàn nguyên OH
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
đánh giá của nhân dân trong khu vực nước bò nhiễm phèn, hầu hết người dân đều
mắc bệnh đau bao tử, các dụng cụ chứa trong nhà đều bò ăn mòn, tắm rửa bò rộp da,
loại nước vàng đục do chứa nhiều sắt gây mỹ quan không tốt. Loại nước trong xanh
có chứa nhiều phèn nhôm, pH thấp. Nếu dùng sẽ hư men răng, hệ tiêu hóa vì nước
quá chua.
Qua kinh nghiệm của nhân dân trong khu vực, về mùa khô, khi lượng
nước ít thì họ lọc nước nhiễm phèn qua tro bếp để dùng. Liều lượng tro thay đổi từ
5 – 10 mg/l. tro bếp có khả năng làm tăng pH, giữ lại một phần sắt, nhôm. Tuy
nhiên nước vẫn còn phảng phất mùi tanh.
Theo các tài liệu xử lý nước, việc xử lý nước chua phèn chưa được đặt
ra. Do tính chất nguồn nùc quá xấu, khó xử lý được hoặc có điều kiện để chọn lựa
nguồn nước khác tốt hơn nên xử lý nước nhiễm phèn chưa được các nhà khoa học
quan tâm.
Để xử lý nước nhiễm phèn, ta cần kiềm hóa để nâng pH nước lên, khử
nhôm và sắt. Tro bếp có khả năng nâng pH và xử lý một phần nhôm, sắt. Tuy
nhiên do chất lượng tro bếp không đồng đều, thời gian lắng nên nước sau xử lý có
biến động về hàm lượng khoáng, pH, độ kiềm. Vì vậy, người ta tổng hợp hóa chất
gồm FeCl
3
, Na
2
CO
3
, PAC có tác dụng tạo môi trường để ion Al
3+
chuyển qua dạng
keo như Al(OH)SO

4
, Al
2
(OH)
4
SO
4
. Sau khi xử lý, lượng SO
4
2-
trong nước giảm đi,
nâng hiệu quả keo tụ và lắng. Đặc biệt hóa chất này tạo được bông cặn to, nặng và
dễ lắng. Nước sau khi lắng đạt tiêu chuẩn nước cấp cho ăn uống sinh hoạt. Tuy
nhiên khi trong nước nhiễm phèn có hàm lượng sunfat cao thì hiện nay các nhà
khoa học chưa tìm được cách xử lý triệt để.
3. Xử lý nước ngầm nhiễm sắt:
Tùy thuộc vào hàm lượng Fe
2+
có trong nước ngầm mà ta có thể lựa chọn
các phương pháp khử sắt khác nhau:
a. Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+
+ Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc: dàn phun mưa cao 0.7m, lỗ phun
đường kính 5- 7mm; lưu lượng 10m
3
/m
2
h. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng = 40%

lượng oxy hòa tan bão hòa (Ở 25
0
C lượng oxy bão hòa = 8.4 mg/l).
+ Làm thoáng bằng dàn mưa tự nhiên: dàn một bậc hay nhiều bậc với
sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng = 55% lượng oxy hòa tan
bão hòa. Hàm lượng CO
2
giảm 50%.
Hình 1.2: Dàn làm thoáng tự nhiên
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 7
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
1-ống dẫn nước
2-máng phân phối
chung 3-máng tràn
răng cưa
4-lớp vật liệu tíếp
xúc
5-sàn thu nước
6-ống thu nước
7-nan chớp lấy không
khí
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
+ Làm thoáng cưỡng bức: tháp làm thoáng cưỡng bức lưu lượng 30 – 40
m
3
/h, lượng không khí tiếp xúc 4 – 6 m
3
/m
3
H

2
O. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng
= 70% lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lượng CO
2
giảm 75%.
Trong nước ngầm, ngoài Fe
2+
còn có HS
-
, S
2-
(H
2
S) có tác dụng khử đối
với sắt nên ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa sắt.
2H
2
S + O
2
→ 2S + 2H
2
O
Nếu trong nước có oxy hòa tan thì phản ứng oxy hóa S
2-
xảy ra trước sau
đó mới tiếp tục oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+
. Vì vậy, ta phải tính toán lượng oxy cung

cấp để đủ oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+
để đạt tiêu chuẩn cấp nước.
b. Khử sắt bằng hóa chất:
Nguồn nước có hàm lượng tạp chất hữu cơ cao, các hợp chất hữu cơ này
tạo lớp màng dạng keo bảo vệ ion sắt nên cần phá vỡ màng hữu cơ bảo vệ bằng
chất oxy hóa mạnh. Trong nước ngầm, hàm lượng Fe
2+
quá cao, tồn tại đồng thời cả
H
2
S thì lượng oxy thu được bằng làm thoáng không đủ để oxy hóa toàn bộ H
2
S và
sắt nên cần dùng hóa chất để khử bổ sung.
+ Khử sắt bằng vôi: Khi cho vôi vào, pH của dung dòch tăng, Fe
2+
thủy
phân thành Fe(OH)
2
, thế oxy hóa khử tiêu chuẩn của Fe(OH)
2
/Fe(OH)
3
giảm, Fe
2+
chuyển thành Fe
3+

. Fe(OH)
3
kết thành bông cặn, lắng trong bể lắng và được tách
riêng.
Phương pháp này đòi hỏi thiết bò pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp.
Tuy nhiên có thể kết hợp khử sắt với quá trình xử lý khác (Ổn đònh nước bằng kiềm
hóa, làm mềm nước bằng vôi kết hợp sôđa …)
+ Khử sắt bằng Clo: Khi cho clo vào nước, clo sẽ oxy hóa sắt (II) thành
sắt (III)
2Fe(HCO
3
)
2
+ Cl
2
+ Ca(HCO
3
)
2
+ 6H
2
O → 2Fe(OH)
3
+ CaCl
2
+ 6H
+
+ 6HCO
3
-

Quá trình oxy hóa bằng clo tăng nhanh khi giảm [H
+
], tức là pH tăng. Do
clo là chất oxy hóa mạnh nên phản ứng vẫn xảy ra nhanh ở pH ≥ 5.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 8
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
Hình 1.3: Tốc độ oxy hóa sắt II trong nước bằng oxy của không khí, clo, cloramin
Ngoài ra, trong nước còn có amoni hòa tan, clo sẽ kết hợp tạo thành
cloramin làm quá trình oxy hóa chậm lại. Ở pH =7, quá trình oxy hóa sắt (II) bằng
cloramin kết thúc sau 60 phút. Vì vậy, với nước có hàm lượng hợp chất amoni hòa
tan nồng độ đáng kể, sử dụng clo để khử là hoàn toàn không hiệu quả. Liều lượng
clo cần thiết phụ thuộc hàm lượng chất hữu cơ có trong nước, cần bổ sung lượng clo
đề khử tạp chất hữu cơ.
M
Cl
= 0.5 [O
2
] (mg/l)
[O
2
]: độ oxy hóa bằng kali permanganat của muối tính chuyển ra oxy.
+ Khử sắt bằng KMnO
4
: Khi khử sắt bằng KMnO
4
, quá trình khử sắt kết
thúc rất nhanh vì cặn mangan (IV) hroxit vừa được tạo thành là nhân tố xúc tác
cho phản ứng khử.
5Fe

2+
+ MnO
4
-
+ 8H
+
→ 5Fe
3+
+ Mn
2+
+ 4H
2
O
Trong quá trình oxy hóa sắt, các ion Fe
3+
được tạo thành sẽ bò thủy phân
và tạo bông cặn ngay nên nồng độ Fe
3+
hòa tan trong nước còn lại không đáng kể.
Do đó, phản ứng trên là phản ứng không thuận nghòch, xảy ra nhanh và triệt để. Vì
vậy, khử sắt bằng KMnO
4
là quá trình khử sắt tốt nhất, tuy nhiên, nó có nhược
điểm là gây ra nước có màu, nên ít được mọi người dùng.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 9
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Thời gian oxy hóa (phút)
Hàm lượng Fe²+ trong nước (mg/l)
2
2

O2
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
Ngoài ra, còn có nhiều phương pháp khử sắt khác nhau như phương pháp
điện phân, trao đổi ion. Các công nghệ này khử sắt tốt hơn, xử lý nhiều hơn nhưng
có nhược điểm là đắt tiền nên đối với nhà máy có công suất nhỏ ít sử dụng.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 10
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

I. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ:
Để lựa chọn công nghệ xử lý nước cấp có thể dựa vào các điều kiện
sau :
- Dựa vào lưu lượng, thành phần, tính chất nguồn nước.
- Yêu cầu mức độ xử lý đạt tiêu chuẩn cấp nước cho ăn uống sinh hoạt
của bộ y tế.
- Các điều kiện tự nhiên, khí tượng và thuỷ văn tại khu vực.
- Tình hình thực tế và khả năng tài chính.
- Qui mô và xu hướng phát triển
- Khả năng đáp ứng thiết bò cho hệ thống xử lý.
- Chi phí đầu tư xây dựng, quản lý, vận hành và bảo trì.
- Tận dụng tối đa các công trình sẵn có.
- Quỹ đất, diện tích mặt bằng sẵn có của các nhà máy.
II. ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ:
Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống sinh hoạt (QĐ 505
BYT/QĐ ngày 13/04/1992)
STT Yếu tố Đơn vò Tiêu chuẩn Nồng độ đo được
1 Độ màu mg/l Pt 15 18
2 Độ đục NTU 2 30
3 Độ oxy hóa mg/l O

2
0,5 – 2 4
4 Độ cứng toàn phần mg/l 300 20
5 Độ kiềm meq/l 1,9
6 PH - 6,5 – 8,5 6,0
7 Sắt (II) mg/l - 15
8 Sắt (III) mg/l - 5
9 Sắt tổng mg/l 0,3 20
10 Mangan mg/l 0,1 1
11 Nitrat (N) mg/l 10,0 9,0
12 Amoniac mg/l 3,0 0,5
13 Sunfat mg/l 400 200
14 H
2
S mg/l 0,05 0,1
Với công suất nhà máy là 500 m
3
/ngđ và nồng độ các chất đo được, ta đề
xuất dây chuyền công nghệ xử lý cần thiết để khử sắt, mangan
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 11
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm
III. Các công trình đơn vò:
1. Dàn mưa:
Nhiệm vụ của dàn mưa là:
- Hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa sắt II thành sắt III,
mangan II thành mangan hóa trò IV để dễ dàng kết tủa dể lắng đọng để khử ra khỏi
nước bằng lắng và lọc.
- Khử khí CO

2
, H
2
S có trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện
thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân sắt và mangan, nâng cao
năng suất của các công trình lắng và lọc.
- Tăng lượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước
để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hóa.
2. Bể trộn đứng:
Nhiệm vụ của bể trộn là tạo điều kiện phân tán nhanh và đều hóa chất
vào toàn bộ khối lượng nước cần xử lý. So với khối lượng nước xử lý, lượng hóa
chất sử dụng thường chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ, khoảng vài chục triệu. Mặt khác
phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi tiếp xúc với nước. Vì vậy,
cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hóa chất ngay sau khi cho chúng
vào nước, nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất.
3. Bể lắng:
Lắng là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước. Các
loại bể lắng được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 12
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Dàn
mưa
Bể trộn
đứng
Bể lắng
đứng
Bể
lọc
Bể nén
bùn

Bể
chứa
Hóa chất
khử trùng
Máy ép bùn
Tiếp xúc Clo
Trạm bơm
cấp II
Mạng lưới
cấp nước
Nước ngầm
Đem đi đổ
Chỉnh pH
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
lắng xuống dưới đáy bể lắng bằng trọng lực. Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện
tốt để lắng các hạt cát kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn
hoặc bằng 2,6, để loại trừ hiện tượng bào mòn cá cơ cấu chuyển động cơ khí và
giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể lắng.
4. Bể lọc:
Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích
thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lai keo sắt,
keo hữu cơ gây độ đục độ màu. Bể lọc thường được dùng để lọc một phần hay
toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước. Bể
lọc đây được thiết kế gồm hai lớp: lớp cát thạch anh và lớp sỏi.
Nước cấp khi qua bể lắng hầu hết các cặn lơ lửng đều được giữ lại, chỉ
còn khoảng 20% cặn lơ lửng không lắng được ở bể lắng mà tiếp tục đi vào bể lọc.
Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại tất cả các cặn không thể lắng được.
5. Bể chứa nước sạch:
Dùng để chứa nước sau khi lọc, tại đây ta châm thêm một lượng clo đủ
nhằm bảo đảm chỉ tiêu vi sinh và khử trùng trong đường ống, ngăn chặn tảo phát

triển trong đường ống làm tắc nghẽn đường ống. Bể chứa nước sạch được đặt gần
bể lọc và trạm bơm cấp II. Ngoài ra, cốt mực nước trong bể chọn phù hợp với điều
kiện đòa hình, cao độ mực nước ngầm và có thể tự mồi cho các máy bơm cấp II.
6. Trạm bơm cấp II:
Nhiệm vụ phân phối nước ra mạng tiêu thụ, bơm nước rửa lọc, máy gió
rửa lọc…. Trạm bơm cấp II phải đảm bảo việc phân phối nước theo yêu cầu về công
suất và độ tin cậy.
Khi bố trí trạm bơm cấp II cần các yêu cầu:
- Diện tích choán chỗ và chiều cao trạm bơm.
- Cao độ trục bơm so với cốt mực nước thấp nhất trong bể bơm.
- Cốt nền trạm bơm.
- Vò trí trạm bơm thuận tiện và an toàn cho việc bố trí các tuyến cấp
điện, ống hút và ống đẩy, chừa hành lang sữa chữa thiết bò ống.
- Trước trạm bơm phải có vò trí để đặt các thiết bò hoặc tháp chống va.
- Trạm bơm và nhà điều hành là hai công trình tạo dáng kiến trúc và
cảnh quan chung cho nhà máy xử lý nước.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 13
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC
CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

I. LÀM THOÁNG:
Công suất nhà máy: 500 m
3
/ngđ ≈ 21 m
3
/h.
Ta có độ oxy hóa = 4 ≤









+
+
5
28
Fe
2
mg/l = 5.54.
- Nhu cầu oxy:
Xét phản ứng: 4Fe
2+
+ O
2
+ 2H
2
O + 8OH
-
→ 4Fe(OH)
3
Ta có để oxy hóa 1mg sắt (II) thành sắt (III) tiêu tốn khoảng 0,143 mg O
2
.
Ngoài ra: 2H
2

S + O
2
→ 2S + 2H
2
O
Do H
2
S có tính khử hơn sắt nên H
2
S sẽ tác dụng với O
2
trước, để oxy hóa
1mg H
2
S cần khoảng 0,47 mg O
2
.
⇒ Nhu cầu oxy: 4 + 0,47x0,1 + 0,15x15 = 6,3 mg/l.
Độ kiềm nước ngầm :1,9 meg/l >








+
+
1

28
Fe
2
= 1,54 meq/l; pH = 6,0 < 6,8.
Hàm lượng Fe
2+
= 15 mg/l. Sắt tổng = 20 mg/l.
- Xác đònh tổng hàm lượng CO
2
có trong nước = C
o
+ 1,6Fe
2+
, trong đó:
1,6Fe
2+
là lượng CO
2
bổ sung do thủy phân sắt tạo ra, cứ 1mg Fe
2+
bò thủy
phân tạo ra 1,6mg CO
2
và làm giảm độ kiềm một lượng bằng 0,036 meq/l.
C
o
: hàm lượng CO
2
ban đầu trong nước ngầm.
l/mg

10xK
K44
C
pH
1
)l/meq(
o
µ+
=
K: độ kiềm của nước nguồn (meq/l)
µ: lực ion của dung dòch, µ = 22.10
-6
P.
P: tổng hàm lượng muối khoáng (mg/l); nếu hàm lượng muối khoáng ≤
1000 → µ = 0,022.
K
1
: hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic
Bảng 3.1: Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic
t
o
C 10 20 25 30
K
1
3,34.10
-7
4,05.10
-7
4,31.10
-7

4,52.10
-7
(Nguồn: Cấp nước tập 2 – Trònh Xuân Lai)
⇒ Nồng độ CO
2
trong nước ngầm cần xử lý:
lmgx
x
x
C
CO
/162156,1
1010.31,4
9,144
022,06
7
2
=+=
+
−
Khử khí oxy và CO
2
trong nước bằng phương pháp làm thoáng tự nhiên
theo nguyên tắc rơi trọng lực (hình 1.2). Dàn mưa có cường độ tưới 10 m
3
/m
2
h. Dàn
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 14
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831

Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
mưa có ba sàn ống và một sàn tung cuối cùng rơi xuống sàn thu nước. Chiều cao
giữa các sàn là 0,8 m. Nồng độ CO
2
ban đầu là 162 mg/l, nồng độ oxy là 0 mg/l.
Nồng độ bão hòa CO
2
= 1 mg/l, của oxy là 9 mg/l.
Hàm lượng CO
2
còn lại sau dàn mưa theo công thức
( )
tK
OSS
2
eCCCC
−
−−=
Bảng 3.2: Hệ số K
2
t
với khí O
2
và CO
2
Kiểu dàn làm thoáng
K
2
t
đối với khí

O
2
CO
2
Phun qua lỗ, qua khe kẹp rơi trực tiếp xuống sàn h =
0,6 m
1,12 0,357
Phun qua lỗ hoặc khe hẹp rơi xuống dàn ống nhựa
φ25 mm cách nhau 25 mm thành 10 lớp, lớp trên vuông
góc với lớp dưới, với tổng chiều cao lớp ống nhựa 250
mm
1,21 0,431
Khi cường độ tưới khác a = 10 m
3
/m
2
h và chiều cao rơi khác h = 0,6 m, thì
lấy hệ số K
2
t
trong bảng 3.1 nhân với chiều cao thực (
6,0
h
1
) và chia cho cường độ
tưới thực (
10
a
1
)

(Nguồn: Cấp nước tập 2 – Trònh Xuân Lai)
Dựa vào bảng trên ta có trò số K
2
t
của toàn dàn làm thoáng:
- Đối với CO
2
:
K
2
t
= 3 sàn x 0,431 x
10
10
1
x
6,0
8,0
+ 1 sàn x 0,357 x
10
10
1
x
6,0
6,0
= 2,081.
Nồng độ CO
2
còn lại trong nước sau làm thoáng:
l/mg21e)1621(1C

081,2
CO
2
=−−=
−
Với nồng độ này phù hợp với tiêu chuẩn là nồng độ CO
2
sau làm thoáng
không được thấp hơn 5 – 6 mg/l.
- Đối với khí oxy:
K
2
t
= 3 sàn x 1,21 x
10
10
1
x
6,0
8,0
+ 1 sàn x 1,12 x
10
10
1
x
6,0
6,0
= 5,96.
Nồng độ O
2

còn lại sau làm thoáng:
l/mg98,8e)09(9C
96,5
CO
2
=−−=
−
- Diện tích mặt bằng dàn mưa
2
3
3
m1,2
h/m10
h/m21
F ==
.
Xác đònh pH sau làm thoáng:
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 15
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
µ+
=
pH
1
10.K
K44
C
⇒
µ−=
CK

K44
lgpH
1
Với:
C: Hàm lượng CO
2
sau làm thoáng, C = 21 mg/l
K: Độ kiềm sau làm thoáng, K = 1,9 – (21 x 0,036) = 1,144
6,6022,0
21x10x31,4
144,1x44
lgpH
7
=−=
−
Ta có pH = 6,6 không phải là điều kiện thuận lợi cho quá trình oxy hóa
mangan. Vì vậy ta phải cho thêm hóa chất vào, ở đây ta sử dụng vôi, vôi được hòa
trộn vào trong nước sau khi qua dàn mưa và đi vào bể trộn đứng.
II. BỂ TRỘN ĐỨNG:
Sử dụng vôi sữa để kiềm hóa nước, nâng pH lên, tạo điều kiện để oxy hóa
Mn
2+
thành Mn
4+
dễ dàng lắng được trong bể lắng ngang.
Hình 3.1: Cấu tạo một bể trộn đứng:
4
2
3
5

1
1-ống dẫn nước vào
2-ống dẫn nước sang bể
phản ứng
3-ống dẫn hóa chất
4-máng thu nước
5-ống xả
Bể trộn đứng có hình dạng mặt bằng có thể hình vuông hoặc tròn, phần
dưới cấu tạo hình chóp hay nón với đáy 30 – 40
o
và cho nước chảy từ dưới lên.
Tốc độ dòng nước ra khỏi ống dẫn đi vào đáy bể trộn bằng 1 – 1,5 m/s. Tốc
độ ở chỗ thu nước trên bằng 25 mm/s. Việc thu nước có thể thực hiện bằng dàn ống
hoặc máng có khoan lỗ. Tốc độ nước ở cuối ống hoặc máng thu nước lấy bằng 0,6
m/s. Thời gian lưu nước trong bể trộn không vượt quá 2 phút. (Theo TCXD 33 :
1985).
Với trạm xử lý nước có công suất 500 m
3
/ngđ.
Q = 500 m
3
/ngđ ≈ 21 m
3
/h = 0,006 m
3
/s.
Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn tính với vận tốc nước
dâng bằng 25 mm/s = 0,025 m/s là:
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 16
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831

Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
24,0
025,0
006,0
v
Q
f
d
t
===
m
2
.
Nếu mặt bằng phần trên của bể trộn có hình dạng vuông, thì chiều dài mỗi
cạnh là:
m5,024,0b
t
≈=
Do bể trộn có kích thước nhỏ nên ta sẽ kết hợp bể trộn với bể lắng. Tức
là ta sẽ cho dung dòch kiềm hóa vào chung một ống dẫn với nước ngầm cần xử lý
vào trong bể lắng để phản ứng trong bể lắng.
III. BỂ LẮNG ĐỨNG:
Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên,
còn các hạt cặn rơi ngược chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi xử
lý nước không dùng hóa chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng
của dòng nước sẽ lắng xuống được. Còn các cạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc
bằng tốc độ dâng của dòng nước, sẽ chỉ lơ lửng hoặc bò cuốn theo dòng nước lên
trên phía trên bể. Khi sử dụng nước có dùng chất keo tụ, tức là trong nước có chứa
các cặn kết dính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ rơi của
dòng nước lắng xuống được còn có các hạt cặn khác cũng rơi xuống được. Nguyên

nhân là do trong quá trình các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước bò
đẩy lên trên, chúng đã kết dính lại với nhau và tăng dần kích thước, cho đến khi
nào có tốc độ chuyển động của dòng nước sẽ rơi xuống.
Bể lắng đứng thường có hình vuông hoặc hình tròn và được sử dụng cho
những trạm xử lý có công suất nhỏ (đến 3000 m
3
/ngđ). Bể lắng đứng hay bố trí kết
hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. Bể có thể xây dựng bằng bê tông cốt thép hoặc
bằng gạch. Ống trung tâm có thể là thép cuốn hàn điện hay bê tông cốt thép.
Hình 3.2: Cấu tạo bể lắng đứng
1-Ngăn phản ứng xoáy
2-Vùng lắng
3-Vùng chứa cặn
4-Ống nước vào
5-Vòi phun
6-Tấm hướng dòng
7-Máng thu
8-Ống nước ra
9-Ống xả cặn
Tính toán bể lắng đứng:
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 17
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
- Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lắng đứng:
C = C
n
+ KP + 0,25M + V (mg/l)
Với:
C
n

: Hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l)
P: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước (g/m
3
)
Khi xử lý nước có màu: P =
)l/mg(M4
Bảng 3.3: Liều lượng phèn để xử lý nước
Hàm lượng cặn (mg/l)
Liều lượng phèn không chứa nước dùng
để xử lý nước đục (mg/l)
Đến 100 25 – 35
101 – 200 30 – 45
201 – 400 40 – 60
401 – 600 45 – 70
601 – 800 55 – 80
801 – 1000 60 – 90
1001 – 1400 65 – 105
1401 – 1800 75 – 115
1801 – 2200 80 – 125
2201 – 2500 90 – 130
Ghi chú: trò số nhỏ dùng cho nước có nhiều cặn lớn.
(Nguồn: TCXD 33 – 1985)
K: hệ số với phèn nhôm lấy sạch = 0,55
với phèn nhôm không sạch = 1,0
với sắt clorua = 0,8
M: độ màu nước nguồn tính bằng độ thang màu Pt-Co.
V: liều lượng vôi cho vào nước (mg/l).
- Tính toán hàm lượng cặn khi vào bể lắng:
Ta có:
Hàm lượng cặn trong nước nguồn: C

n
= 200 mg/l.
M = 18 mg/l
Ở đây ta không sử dụng phèn để xử lý nước mà chỉ sử dụng vôi để nâng pH
của nước nguồn lên.
Liều lượng vôi để kiềm hóa nước:
l/mg
22
CO
28
Fe
128D
2
2
V








+=
+
Trong đó:
Fe
2+
: lượng sắt hóa trò II trong nước ngầm (mg/l); Fe
2+

= 15 mg/l.
CO
2
: hàm lượng CO
2
tự do trong nước nguồn (mg/l); CO
2
= 21 mg/l.
⇒ Liều lượng vôi cho vào để kiềm hóa nước:
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 18
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
l/mg191
22
21
28
15
128D
V
≈






+=
⇒ Hàm lượng cặn có trong nước khi đưa vào bể lắng đứng:
C = 200 + 0 + 0,25.18 + 191 = 395,5 mg/l ≈ 396 mg/l.
- Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng của bể lắng đứng được xác

đònh theo công thức:
N.v.6,3
Q
F
tt
β=
(m2)
Trong đó:
Q: lưu lượng nước tính toán (m3/h)
v
tt
: Tốc độ tính toán của dòng nước đi lên (mm/s)
Tốc độ này không được lấy lớn hơn tốc độ lắng u
o
của cặn trong bảng
dưới.
Bảng 3.4: Tốc độ rơi của cặn
Đặc điểm nước nguồn và phương pháp xử lý
Tốc độ rơi của cặn
u
o
(mm/s)
1. Xử lý nước dùng phèn
- Nước đục ít (hàm lượng cặn < 50 mg/l)
- Nước đục vừa (hàm lượng cặn 50 – 250 mg/l)
- Nước đục (hàm lượng cặn 250 – 2500 mg/l)
0,35 – 0,45
0,45 – 0,5
0,5 – 0,6
2. Xử lý nước không dùng phèn, nước đục 0,12 – 0,15

(Nguồn: Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung)
N: Số bể lắng đứng, không được lấy nhỏ hơn 2 bể.
β: Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể lấy trong giới hạn từ 1,3 –
1,5. Giới hạn dưới lấy khi tỹ số giữa đường kính và chiều cao bể lắng bằng 1 (β = 1
khi D/H = 1); còn giới hạn trên khi tỷ số này bằng 1,5 (β = 1,5 khi D/H = 1,5)
⇒ Diện tích tiết diện ngang vùng lắng:
N.v.6,3
Q
F
tt
β=
với: Q= 21 m
3
/h; v
tt
= 0,13 mm/s; N = 2
⇒
2.13,0.6,3
21
4,1F =
≈ 31,4 m
2
- Diện tích ngăn phản ứng xoáy hình trụ tính theo công thức:
N.H.60
t.Q
f =
(m
2
)
Trong đó:

t: thời gian lưu nước trong ngăn phản ứng, lấy trong khoảng 15 – 20
phút. Lấy t = 20 phút.
H: Chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng của bể
lắng. Theo quy phạm chiều cao vùng lắng từ 2,6 – 5 m. Tỉ số giữa đường kính bể
lắng và chiều cao vùng lắng lấy không quá 1,5.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 19
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
⇒ Diện tích ngăn phản ứng xoáy hình trụ:
Chọn chiều cao vùng lắng 5m ⇒ H = 0,9.5 = 4,5 m.
2.5,4.60
20.21
f =
≈ 0,8 m
2
.
⇒ Đường kính bể lắng:
( ) ( )
14,3
48,04,314fF
D
+
=
π
+
=
≈ 6,5 m.
Vậy tỉ số:
5,13,1
5

5,6
H
D
<==
, đạt yêu cầu.
Phần chứa ép cặn của bể lắng đứng phải xây thành hình nón hay chóp với
góc giữa các tường nghiêng là 70 – 80 %. Phải dự kiến khi xả cặn bể không ngừng
hoạt động. Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn không được nhỏ hơn 6 giờ đối
với hàm lượng cặn đến 1000 mg/l. Khi hàm lượng cặn lớn hơn 1000 mg/l không
được lấy quá 24 giờ.
- Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn:
( )
cCQ
.N.W
T
max
c
−
δ
=
(h)
Trong đó:
W
c
: Dung tích phần chứa cặn nén của bể (m
3
); tính theo công thức:









++
π
=
4
d.DdD
3
h.
W
22
n
c
(m
3
)
h
n
: Chiều cao phần hình nón chứa nén cặn (m)
( )
α−
−
=
o
n
90tg.2
dD

h
(m)
α: Góc nghiêng của phần nón so với mặt phẳng nằm ngang (α = 50
o
–
55
o
)
D: Đường kính của bể lắng (m)
d: Đường kính phần đáy hình nón hoặc chóp (m); lấy bằng đường kính
ống xả cặn. Đường kính ống xả của bể lắng lấy từ 150 –200 mm.
N: Số bể lắng đứng, lấy theo số bể phản ứng xoáy hình trụ.
δ: Nồng độ trung bình cặn đã nén chặt, lấy theo bảng dưới đây:
Bảng 3.5: Hàm lượng cặn nén chặt:
Hàm lượng cặn có trong nước nguồn
(mg/l)
Nồng độ trung bình của cặn đã nén tính
theo g/m
3
sau khoảng thời gian
6h 8h 12h 24h
đến 50
trên 50 đến 100
trên 100 đến 400
trên 400 đến 1000
trên 1000 đến 2500
6000
8000
24000
27000

34000
6500
8500
25000
29000
36000
7500
9300
27000
31000
38000
8000
10000
30000
35000
41000
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 20
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
(Khi xử lý không dùng phèn)
Khi làm mềm nước có độ cứng
magiê nhỏ hơn 25% độ cứng toàn
phần bằng vôi với sa
- - - 150000
- Như trên, nước có độ cứng magiê
lớn hơn 75% độ cứng toàn phần
28000 30000 32000 35000
C: Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng, lấy khoảng 10 – 12
mg/l.
C

max
: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng (mg/l)
⇒ Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn:
( )
cCQ
.N.W
T
max
c
−
δ
=
với:
( )
α−
−
=
o
n
90tg.2
dD
h
; chọn α = 50
o
, d = 200 mm
⇒
( )
oo
n
5090tg.2

2,05,6
h
−
−
=
≈ 3,8 m
Vậy:








++
=








++
π
=
4
2,0.5,62,05,6

3
8,3.14,3
4
d.DdD
3
h.
W
2222
n
c
≈
43,5 m
3
.
Ta có: Q = 21 m
3
/h; N = 2; C
max
= 396 mg/l; c = 12 mg/l.
Chọn δ theo bảng δ = 25000 g/m
3
.
Như vậy:
( )
12396.21
25000.2.5,43
T
−
=
≈ 270 h = 11 ngày 6 h.

- Lượng nước dùng cho việc xả cặn của bể lắng tính bằng phần trăm
lượng nước xử lý, xác đònh theo:
%100.
T.Q
N.W.K
P
CP
=
Trong đó: K
p
: Hệ số pha loãng cặn, bằng 1,2 – 1,15. Lấy K
p
= 1,15
⇒
100.
270.21
2.5,43.15,1
P =
≈ 1,76 %.
Thời gian cho một lần xả cặn có thể kéo dài từ 8 – 10 phút.
- Việc thu nước đã lắng ở bể lắng đứng được thực hiện bằng hệ thống máng
hướng tâm hay máng vòng xung quanh bể:
+ Khi diện tích bể lắng đến 12 m
2
thì làm 1 máng vòng xung quanh
thành bể.
+ Khi diện tích lớn hơn thì làm thêm các ống hoặc máng có đục lỗ nan
quạt tập trung vào máng chính.
+ Diện tích đến 30 m
2

làm 4 nhánh; lớn hơn làm 6 – 8 nhánh.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 21
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
- Nước chảy trong ống hoặc máng với tốc độ 0,6 – 0,7 m/s. Khi các bể lọc
làm việc với tốc độ không đổi thì thu nước bằng các máng có lỗ ngập. Đường kính
các lỗ lấy bằng 20 –30 mm, tốc độ nước chảy qua lỗ lấy bằng 1 m/s.
- Do bể lắng đứng có diện tích khoảng 16 m
2
, ta chọn hệ thống máng tràn
xung quanh bể và 4 máng hình nan quạt chảy tập trung và máng chính. Nước chảy
theo hai chiều, nên diện tích mặt cắt ngang của máng vòng:
v.2.2
Q
f
V
=
(m
2
)
Q = 21 m
3
/h = 0,006 m
3
/s.
v: vận tốc nước chảy trong máng; lấy v = 0,6 m/s.
6,0.2.2
006,0
f
V

=
= 0,0025 m
2
.
Thiết kế máng có tiết diện (5 x 5) cm.
Tiết diện ngang của máng nan quạt:
6,0.4.2
006,0
v.4.2
Q
f
q
==
= 0,00125 m
2
.
Thiết kế máng nan quạt: (5 x 2,5) cm.
IV. BỂ LỌC NHANH:
- Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý:
bt21bt
V.t.at.W.6,3V.T
Q
F
−−
=
(m
2
)
Trong đó:
Q: Công suất của trạm xử lý (m

3
/ngđ)
T: thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (h)
V
bt
: Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thøng (m/h).
Bảng 3.6: Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường và tăng cường
Kiểu bể lọc
Đặc trưng của lớp vật liệu lọc Tốc độ
lọc ở chế
Tốc độ
lọc cho
Đường
kính
nhỏ
nhất
(mm)
Đường
kính
lớn
nhất
(mm)
Đường
kính
tương
đương
d
tđ
(mm)
Hệ số

không
đồng
nhất K
Chiều dày
của lớp vật
liệu lọc (mm)
Bể lọc nhanh 0,5 1,25 0,7–0,8 2–2,2 Cát thạch
anh
700–800
5,5–6 6–7,5
Một lớp vật
liệu lọc
0,7 1,60 0,8–1,0 1,8–2,0 1200–1300 7–8 8–10
Lọc với cỡ
hạt khác
0,8 2,0 1–1,2 1,5–1,7 1800–2000 8–10 10–12
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 22
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
nhau
Bể lọc nhanh
có 2 lớp vật
liệu lọc
0,5
0,8
1,25
1,8
0,7–0,8
1–1,2
2– 2,2

2–2,2
Cát thạch
anh 700–800
Ăngtraxít
400–500
8–10 10-12
Ghi chú: - Đường kính tương đương dtđ của vật liệu lọc tính theo công thức
∑
=
i
i
tđ
d
p
100
d
p
i
: là % lượng cát theo trọng lượng lọt qua sàng có đường kính d
i
.
Hệ số không đồng nhất K =
10
80
d
d
a: Số lần rửa mỗi một bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình
thường
W: Cường độ nước rửa lọc (l/sm
2

);
t
1
: Thời gian rửa lọc (giờ); lấy theo bảng dưới đây
Bảng 3.7: Cường độ rửa và thời gian rửa lọc
Bể lọc một
lớp cát thạch
anh với
đường kính
tương đương
d
tđ
(mm)
Độ giãn nở
tương đối (%)
Quy trình rửa
lọc bằng
Cường độ rửa
lọc (l/m
2
s)
Thời gian rửa,
(phút)
0,7-0,8
0,9-1,0
1,1-1,2
45
30
20
Nước

Nước
Nước
14-16
16-18
18-20
7-5
7-5
7-5
0,7-0,8
0,9-1,0
1,1-1,2
20
20
15
Gió
Nước
Gió
Nước
Gió
Nước
15-20
8-11
15-20
9-12
15-20
10-13
6-5
7-5
6-5
7-5

6-5
7-5
0,7-0,8
0,9-1,0
20 Gió
Gió
Nước
Nước
15-20
15-20
2-3
5-6
3-2
4-3
6-5
Bể lọc hai
lớp
50 Nước 15-16 8-6
(Nguồn: Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung)
t
2
: Thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ), theo tiêu chuẩn lấy bằng t
2
=
0,35 giờ.
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 23
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
Ta chọn: (theo bảng trên)
T = 12 giờ; v

tb
= 6 m/h; a = 1; W = 15 l/m
2
s; t
1
= 0,1 giờ; t
2
= 0,35 giờ.
Vậy ta có:
6.35,0.11,0.15.6,36.12
500
F
−−
=
= 8 m
2
.
Hình 3.3: Cấu tạo bể lọc nhanh
Trong bể lọc, chọn cát lọc có cỡ hạt d
tđ
= 0,7 – 0,8 mm; hệ số không đồng
nhất K = 2 – 2,2; chiều dày lớp cát lọc L = 0,7 m.
Số bể lọc cần thiết:
N = 0,5
F
= 0,5.
8
= 1,42 bể.
Lấy N = 2 bể.
Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa:

12
2
.6
NN
N
vv
1
bttc
−
=
−
=
= 12 m/h > (6 – 7,5); không an toàn. Vì
vậy, ta phải thiết kế thêm một bể lọc để dự phòng. Hai bể vận hành, một bể dự
phòng, rửa lọc vào cuối ngày.
Diện tích mỗi bể lọc:
2
8
N
F
f ==
= 4 m
2
.
Chọn kích thước bể: L x B = 2 x 2 m.
Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh:
H = h
đ
+ h
v

+ h
n
+ h
p
(m)
Trong đó:
h
đ
: Chiều cao sỏi đỡ (m)
Bảng 3.8: Chiều cao lớp đỡ
Cỡ hạt lớp đỡ (mm) Chiếu dày các lớp đỡ (mm)
40 – 20
Mặt trên lớp này cao bằng mặt trên
của ống phân phối nhưng phải cao
hơn lỗ phân phối ít nhất 100 mm
20 – 10 100 – 150
10 – 5 100 – 150
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 24
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831
Đồ án môn học xử lý nước ngầm cấp cho sinh hoạt
5 – 2 50 – 100
h
v
: Chiều dày lớp vật liệu lọc (m)
h
n
: Chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc (m); h
n
≥ 2m.
h

p
: Chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng bể rửa (m); h
p
≥
0,3m.
Vậy ta có:
h
đ
= 0,7 m; h
v
= 0,7 m; h
n
= 2,1 m; h
p
= 0,5 m.
⇒ H = 0,7 + 0,7 + 2,1 + 0,5 = 4 m.
- Xác đònh hệ thống phân phối nước rửa lọc:
Chọn phương pháp rửa bể bằng nước, cường độ nước rửa lọc W = 15 l/m
2
s
với độ nở tương đối là 45%. Lượng nước rửa lọc của một bể là:
1000
15.4
1000
W.f
Q
r
==
= 0,06 m
3

/s.
- Chọn đường kính ống chính là d
c
= 200 mm bằng thép thì tốc độ nước
chảy trong ống bằng v
c
= 1,91 m/s (nằm trong khoảng cho phép ≤ 2,0 m/s)
- Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25 m (Quy phạm cho phép 0,25
– 0,3m), thì số ống nhánh của một bể lọc:
2x
25,0
2
2x
25,0
B
m ==
= 16 ống.
- Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là:
16
06,0
q
n
=
= 3,75.10
-3
m
3
/s = 3,75 l/s.
- Chọn đường kính ống nhánh d
n

= 50 mm bằng thép, thì vận tốc nước chảy
trong mỗi ống là v
n
= 1,91 m/s (quy phạm là 1,8 – 2,0 m/s).
Với ống chính là d
c
= 200 mm, thì tiết diện ngang của ống sẽ là:
4
2,0.14,3
4
d.
22
=
π
=Ω
= 0,0314 m
2
.
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (Quy
phạm cho phép từ 0,35 – 0,4 tiết diện ngang của ống chính). Tổng diện tích lỗ được
tính được là:
ω = 0,35.0,0314 = 0,01099 m
2
.
Chọn lỗ có đường kính 10 mm (quy phạm 10 – 12 mm). Diện tích một lỗ là:
4
01,0.14,3
2
lỗ
=ω

= 0,0000785 m
2
.
Tổng số lỗ sẽ là:
0000785,0
01099,0
n
o
=
= 140 lỗ.
Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là:
75,8
16
140
=
lỗ.
Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành hai hàng sole nhau, hướng xuống
phía dưới và nghiêng một góc 45
o
so với mặt phẳng ngang. Số lỗ trên mỗi hàng của
GVHD: Phan Xuân Thạnh Trang: 25
SVTH: Lê Thống Nhất - MSSV: 90101831