công nghệ xử lý nước cứng từ nguồn nước ngầm

ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
GIỚI THIỆU CHUNG
A. Đặt vấn đề:
Nước, một nhu cầu thiết yếu cho toàn bộ sự sống trên trái đất, không có
nước, cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày cơ thể người cần từ
3 đến 10 lít nước cho các hoạt động bình thường. Lượng nước này thông qua con
đường thức ăn, nước uống đi vào cơ thể để thực hiện các quá trình trao đổi chất,
trao đổi năng lượng, sau đó theo con đường bài tiết mà thải ra ngoài.
Đối với cây trồng, nước là nhu cầu thiết yếu đồng thời còn có vai trò điều
tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong
đất, đó là những nhân tố quan trọng cho sự phát triển của thực vật.
Trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động
giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hoả, phun nước, tưới cây rửa đường,…
trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các quá trình làm lạnh,
sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu bia…hầu hết mọi ngành công
nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế
được trong sản xuất.
Cấp nước sạch và đầy đủ là những điều kiện tiên quyết để cải thiện sức
khoẻ cộng đồng vàphát triển kinh tế xã hội.
Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thò và sự bùng nổ dân số đã làm
cho nguồn nước tự nhiên bò hao kiệt và ô nhiễm dần. Vì thế, con người phải biết
khám phá và xử lý các nguồn nước mới để có thể đáp ứng đủ nước sạch cho cộng
đồng và nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của người dân.
B. Mục đích của đề tài:
Bài viết này giới thiệu sơ lược về nước cứng, qua đó đề xuất công nghệ xử
lý nước cứng từ nguồn nước ngầm.
Trong xử lý nước cấp, tuỳ thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về
chất lượng nước cấp mà người ta quyết đònh quá trình xử lý để có được chất lượng
nước cấp đảm bảo các chỉ tiêu và ổn đònh chất lượng nước cấp cho nhu cầu sử

dụng.
Tuỳ thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức sinh hoạt cao cấp của
mỗi cộng đồng mà nhu cầu về nước với chất lượng khác nhau cũng rất khác nhau.
Ở các nước phát triển, nhu cầu dùng nước có thể gấp nhiều lần so với các nước
đang phát triển.
Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp, trong
đó có thể có các chỉ tiêu cao thấp khác nhau, nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này
phải đạt tiêu chuẩn an toàn về sinh về số vi trùng có trong nước, không có chất độc
hại làm nguy hại đến sức khoẻ của con người và nhất là phải đạt được các tiêu
chuẩn của tổ chức sứ khoẻ thế giới hoặc của cộng đồng châu âu. Thông thường,
nước cấp cho các nhu cầu sinh hoạt phải đảm bảo chỉ tiêu về độ pH, nồng độ oxy
hoà tan, độ đục, màu sắc, hàm lượng sắt, mangan, độ cứng, mùi vò…ngoài ra, nước
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
1
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
cấp sinh hoạt cần phải ổn đònh về mặt lý học, hoá học cũng như các chỉ tiêu vệ sinh
an toàn khác như số vi trùng trong nước.
Nước cấp cho nhu cầu công nghiệp ngoài các chỉ tiêu chung về chất lượng,
còn tuỳ thuộc vào từng mục đích sử dụng mà đặt ra những yêu cầu riêng. Ví dụ
nước cấp nồi hơi ở các quá trình sử dụng hơi nước cần phải được làm mềm trước
khi sử dụng, nước cấp cho các quá trình sản xuất thực phẩm phải đảm bảo tuyệt đối
an toàn về mặt vệ sinh.
Ở đây, em xin trình bày về hệ thống cấp nước sinh hoạt khử cứng với công
suất 20000m
3
/ngày.
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
2

ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CỨNG
1.1. Khái niệm chung về nước cứng:
Ion canxi và magiê là nguyên nhân chính gây nên độ cứng trong nước. Ngoài
ra, sự hiện diện của các cation kim loại của sắt, natri, mangan và stronti có thể là
nguyên nhân gây nên độ cứng. Các cation này hiện diện với các anion như là
HCO
3
-
, SO
4
2-
, Cl
-
, NO
3
-
và SiO
4
2-
.
1.2. Phân loại:
1.2.1. Độ cứng tạm thời (độ cứng có cacbonat)
Các cacbonat và bicacbonat của canxi, magiê và natri được gọi là độ cứng
có cacbonat hoặc độ cứng tạm thời, nó có thể được loại bỏ bằng cách đun sôi nước.
1.2.2. Độ cứng vónh cửu (độ cứng không có cacbonat):
Độ cứng không có cacbonat hay độ cứng vónh cửu được tạo bởi chloride và

sulfate kết hợp với các cation hoá trò 2. Chính độ cứng này là nguyên nhân gây
đóng cặn và ăn mòn đường ống và các nồi nấu, nồi chưng cất.
1.2.3. Độ cứng toàn phần:
BẢNG PHÂN LOẠI NƯỚC CỨNG
Phân loại độ cứng
Mg/l CaCO
3
US Quốc tế
Mềm
Tương đối mềm
Hơi cứng
Tương đối cứng
Cứng
Rất cứng
0 – 60
61 – 120
121 – 180
> 180
0 – 50
51 – 100
101 – 150
151 – 200
201 – 300
>300
Độ cứng toàn phần của nước bằng tổng hàm lượng của ion canxi và magiê có
trong nước. Người ta chia độ cứng toàn phần ra: độ cứng cacbonat (độ cứng tạm
thời) tính bằng tổng hàm lượng ion Ca
2+
và Mg
2+

trong muối cacbonat và
hydrocacbonat canxi, hrocacbonat magiê. Độ cứng không cacbonat (độ cứng vónh
cửu) tính bằng tổng hàm lượng ion Ca
2+
và Mg
2+
trong các muối axit mạnh của
Canxi và Magiê .
Nếu như trong nước hàm lượng của ion HCO
3
-
> Ca
2+
+ Mg
2+
(mgdl/l) thì trò số
của độ cứng cacbonat bằng tổng hàm lượng của ion canxi và magiê. Lượng dư
HCO
3
-
là cacbonat natri (Na
2
CO
3
) và cacbonat kali (K
2
CO
3
).
Nếu như trong nước hàm lượng của ion HCO

3
-
< Ca
2+
+ Mg
2+
(mgdl/l) thì trò số
của độ cứng cacbonat bằng tổng nồng độ ion HCO
3
-
.
Nếu biểu thò nồng độ ion Ca
2+
, Mg
2+
và HCO
3
-
bằng mg/l thì độ cứng tổng và
các độ cứng thành phần được tính theo các công thức sau ( tính bằng mili đương
lượng gam trong một lít nước, mgđl/l)
Độ cứng toàn phần:C
o
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
3
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Ca
2+

Mg
2+
C
o
= +
20,04 12,16
Độ cứng cacbonat: C
k_
Ca
2+
Mg
2+
HCO
3
-
Khi + >
20,04 12,16 61,02
HCO
3
-
⇒ C
k
=
61,02
Ca
2+
Mg
2+
HCO
3

-
Khi + <
20,04 12,16 61,02

Ca
2+
Mg
2+

⇒ C
k
= C
o
= +
20,04 12,16
Độ cứng phi cacbonat (độ cứng vónh cửu)
C
v
= C
o
- C
k
Độ cứng canxi:
Ca
2+

C
Ca
=
20,04

Độ cứng Magiê:
Mg
2+
C
Mg
=
12,16
Giới hạn cho phép của độ cứng trong nước ăn uống, sinh hoạt theo quy phạm
không vượt quá 7mgđl/l.
1.3. Các đơn vò đo độ cứng:
Độ Đức: °dH = 10mg CaO hoặc 7,14 mg MgO hoà tan trong 1 lít nước.
Độ Pháp: °f = 10mg CaO hoà tan trong 1 lít nước.
Độ Anh: °e = 10mg CaO hoà tan trong 0,7lít nước.
Việt Nam dùng đơn vò đo độ cứng là mili đương lượng trong 1 lít (mgđl/l)
1mgđl/l = 2,8°dH
1.4. Các vấn đề của nước cứng:
Mặc dù nước cứng không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nhưng khi sử
dụng, nước cứng thường gây nên nhiều tác hại cho người sử dụng: làm tốn nhiều xà
phòng và chất tẩy, tạo ra cặn kết bám vững chắc bên trong đường ống, thiết bò
công nghiệp làm giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng. Khử cứng (làm
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
4
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
mềm nước) thực chất là quá trình xử lý giảm hàm lượng canxi và magiê nhằm hạ
độ cứng của nước xuống đến mức cho phép.
1.5.Các phương pháp khử cứng (làm mềm nước): có 4 phương pháp khử cứng:
+ Phương pháp hóa học :
Làm mềm nước bằng hóa chất bằng cách pha các hóa chất khác nhau vào nước

để kết hợp với ion Ca
2+
và Mg
2+
tạo thành các hợp chất không tan trong nước.
+ Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước.
+ Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp cationit có khả năng
trao đổi ion Na
+
hoặc H
+
có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca
2+
và
Mg
2+
hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu
lọc.
+ Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp hai trong ba phương pháp kể
trên (phương pháp thứ nhất và thứ hai, hoặc thứ nhất và thứ ba…).
+ Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO).
1.6. Tiêu chuẩn nước đầu ra:
Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt.
(Tiêu chuẩn tạm thời ban hành kèm theo QĐ số 505 BYT/QĐ ngày 13.4.1992)
Các chỉ tiêu về chất lượng nước Đối với các đô thò
Độ trong, sneller (cm)
Độ màu, thang màu cobalt (độ)
Mùi, vò (đậy kín sau khi đun 40° - 50°)
Hàm lượng cặn không tan (mg/l)
Hàm lượng cặn sấy khô (mg/l)

Độ pH
Độ cứng toàn phần (mđlg)
Nitrat (mg/l)
Nitrit (mg/l)
Muối mặn(mg/l)
Vùng ven biển
Vùng nội đòa
Sắt (mg/l)
Mangan(mg/l)
Canxi (mg/l)
Clo dư (mg/l) :
Đầu nguồn
Cuối nguồn
>30
<10
Không
≤ 3
<1000
6,5 – 8,5
5
<6
0
<400
70 – 100
<0,3
<0,2
75 -100
0,5 – 1
>0,05
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO

5
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Chương 2:
THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT
20.000m
3
/ngày đêm.
2.1. Lựa chọn nguồn nước:
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 axít 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, magiê, flo.
• Không có hiện diện của vi sinh vật.
2.2. Các thông số thiết kế :
Thông số Đơn vò Giá trò
t° °C 25
pH 5.5
Ca

2+
mg/l
250
Mg
2+
mg/l
50
Fe
2+
mg/l
5
HCO
3
-
mg/l
150
SO
4
2-
mg/l
336
Cl
-
mg/l
125,67
Na
+
mg/l
28.06
CO

2
mg/l
22
2.3. Lựa chọn công nghe ä:
Ở đây, khử cứng để cấp nước sinh hoạt ta sử dụng phương pháp hóa chất. Làm
mềm nước bằng vôi và sa là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
6
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
ký của nước. Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magiê ở mức tương
đương với hàm lượng của ion hrocacbonat trong nước. Nếu cho thêm vôi vào
nước sau khi đã chuyển tất cả CO
2
và ion hrocacbonat thành ion cacbonat và để
lắng xuống dưới dạng hợp chất CaCO
3
thì tuy trong nước có tạo ra cặn không tan
Mg(OH)
2
làm giảm độ cứng magiê, nhưng tổng độ cứng lúc đó không giảm vì Ca
2+
của vôi mới cho vào thay ion Mg
2+
kết hợp với anion của các axít mạnh tạo thành
muối canxi của các axit mạnh tan trong nước.
Độ cứng toàn phần:
Ca
2+

Mg
2+
250 50
C
o
= + = + =16,6(meq/l)
20,04 12,16 20,04 12,16
Điều kiện:
Ca
2+
Mg
2+
+ = 16,6 (meq/l)
20,04 12,16
HCO
3
-
150
= = 2,46 (meq/l)
61,02 61,02
Ca
2+
Mg
2+
HCO
3
-
⇒ + >
20,04 12,16 61,02
Suy ra độ cứng cacbonat:

HCO
3
-
C
k
= = 2,46 (meq/l)
61,02
Độ cứng canxi:
Ca
2+

C
Ca
= = 12,5 (meq/l)
20,04
Độ cứng Magiê:
Mg
2+
C
Mg
= = 4,1(meq/l)
12,16
Trong trường hợp này, các ion Ca
2+
và Mg
2+
còn dư nằm trong dạng kết hợp với
anion của axít mạnh, ngoài vôi phải cho thêm vào nước hóa chất có chứa ion CO
3
2-

để chuyển lượng ion dư Ca
2+
của vôi thành hợp chất không tan CaCO
3
. Trong thực
tế xử lý nước thường dùng sa Na
2
CO
3
.
Khi cho Na
2
CO
3
vào nước ion Ca
2+
còn dư sẽ chuyển thành cặn theo phản ứng:
CaSO
4
+ Na
2
CO
3
 CaCO
3
↓ + Na
2
SO
4
CaCl

2
+ Na
2
CO
3
 CaCO
3
↓ + 2NaCl
Còn Magiê chuyển thành cặn do cho thêm vôi vào theo phản ứng:
MgSO
4
+ Ca(OH)
2
 Mg(HO)
2
↓ + CaSO
4
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
7
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
MgCl
2
+ Ca(OH)
2
 Mg(HO)
2
↓ + CaCl
2

Quy trình công nghệ
2.4. Thuyết minh quy trình:
Đối với quy trình khử cứng nguồn nước ngầm cho sinh hoạt, ở đây ta chọn xử lý
bằng hóa chất vì yêu cầu khử cứng trong nước cấp sinh hoạt không cao khoảng
500mg/l CaCO
3
và xử lý bằng hóa chất rẻ tiền và khá hiệu quả. Trong quá trình
này, đầu tiên, chúng ta có thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hoá để khử sắt,
mangan, các loại khí và mùi có trong nước ngầm.
- Nếu sử dụng giàn mưa thì tốn diện tích cũng như chi phí xây dựng ban
đầu nhưng khi đi vào hoạt động thì việc quản lý tương đối dễ dàng và thuận tiện.
Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh đònh kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó
khăn, cần tiến hành vệ sinh thường xuyên do các cặn sắt dễ dàng bám trên các sàn
tung làm chít các lỗ dẫn đến làm giảm hiệu quả giàn mưa.
- Nếu sử dụng tháp oxy hóa thì ngược lại là ta sẽ tiết kiệm được mặt bằng
xây dựng, chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi vận hành thì tốn chi phí nhiều hơn so
bới sử dụng giàn mưa (do phải cung cấp điện năng để hoạt động máy thổi khí trong
tháp oxy hóa), quản lý cũng gặp khó khăn hơn, việc duy tu, bảo dưỡng cũng khó
khăn do lâu ngày cặn sắt dễ bám chít trên lớp vật liệu tiếp xúc (hoặc sàn tiếp xúc),
lúc này phải ngừng hoạt động của tháp để tiến hành vệ sinh.
Vì vậy, trong quy trình này sử dụng giàn mưa để khử sắt, CO
2
và khuếch tán
Oxy vào nước.
Sau quá trình làm thoáng là quá trình châm hóa chất ( ở đây sử dụng clo và
vôi). Hóa chất thường được châm ngay sau khi làm thoáng cũng có khi hóa chất
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
Giàn mưa
Bể trộn Cơ khí Lắng tiếp xúc
Tái

Carbonic
Lọc
Bể chứa
Clo
Vôi và sa Phèn
Bể nén bùn Khử nước
Bùn
khô
8
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
được châm trước khi làm thoáng nhưng điều này thường không có lợi bởi vì trong
nước ngầm thường có một số khí do quá trình phân hủy kò khí trong đất sinh ra như
H
2
S… nên nếu cho hóa chất vào trước khi làm thoáng thì sẽ hao tốn thêm hóa chất
để khử các chất này, trong khi các hóa chất này thường là các chất khí dễ dàng bò
khử qua làm thoáng. Clo cho vào nước nhằm mục đích là oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+
thủy phân thành Fe(OH)
3
, còn vôi cho vào nước mục đích để nâng pH và nâng độ
kiềm trong nước tạo môi trường cho phản ứng oxy hoá và thủy phân sắt diễn ra dễ
dàng và đồng thời để khử độ cứng magiê trong giai đoạn này (ở đây độ cứng toàn
phần không giảm do khử 1 ion Mg
2+
thì tạo 1 ion Ca

2+
). Nhưng lượng hóa chất ở đây
cho vào phải đảm bảo khử hết Fe
2+
có trong nước và đảm bảo pH ≅ 10.8 để tạo
điều kiện cho Mg(OH)
2
và CaCO
3
kết tủa.
Sau khi cho hóa chất vào thì ta phải tiến hành trộn đều nước và hóa chất để
phản ứng diễn ra thuận lợi. Các công trình dùng để trộn hóa chất có thể chia làm
hai loại là: khuấy trộn bằng cơ học và khuấy trộn bằng thủy lực và có các loại
công trình như sau: bể trộn sử dụng cánh khuấy, trộn ngay trên đường ống, bể trộn
đứng, bể trộn có tấm chắn khoan lỗ, bể trộn có vách ngăn thu hẹp… trong các công
trình dùng khuấy trộn hóa chất như trên thì nên sử dụng bể trộn cơ khí vì công suất
xử lý ở đây khá lớn và thời gian lưu nước trong bể trộn cơ khí không cao nên thể
tích của bể nhỏ dễ vận hành, còn nếu sử dụng bể trộn đứng thì thời gian trộn vôi
trong bể lâu hơn và thể tích bể khá lớn nên khó vận hành. Vì vậy, sử dụng bể trộn
cơ khí trong hệ thống xử lý này là hoàn toàn hợp lý.
Sau khi trộn đều với hóa chất, nước được đưa sang công trình kế tiếp là công
trình lắng tiếp xúc. Mục đích của công trình này là tạo thời gian để các phản ứng
diễn ra và đồng thời thu hồi các cặn của các phản ứng này.
Đối với xử lý nước công suất lớn, thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời
gian lưu nước trong bể lắng tốt nhất là khoảng 1 – 4h. Với bể lắng tiếp xúc dùng để
khử cứng thì thời gian như thế mới đủ đảm bảo cho phản ứng diễn ra và đảm bảo
thời gian cho các cặn kết tủa lắng trong bể. Ta chọn công trình sử dụng kế tiếp sau
bể trộn đứng là bể lắng tiếp xúc.
Sau khi ra khỏi bể lắng tiếp xúc nước tiếp tục đi sang công trình cuối cùng trong
hệ thống xử lý đó là bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể

lắng đồng thời giữ lại một phần CaCO
3
, Mg(OH)
2
bão hoà. Đối với hệ thống xử lý
nước có công suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc khoảng
5 – 8 m/h. Ở đây, ta cũng có thễ sử dụng bể lọc áp lực với vận tốc lọc > 10m/h
nhưng nếu sử dụng bể lọc này sẽ tốn chi phí đầu tư cao đồng thời chi phí bảo trì,
sửa chữa cũng là một vấn đề, loại bể này thường được sử dụng ở những nơi thiếu
diện tích. Bể lọc áp lực 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, và khi mất
điện đột ngột, nếu van một chiều bò hỏng hay rò nước, xảy ra tình trạng rửa ngược,
đưa cát lọc về bơm. Vì vậy, ở đây ta nên sử dụng bể lọc nhanh để lọc nước cuối
cùng vì hệ thống xử lý đơn giản, dễ quản lý, chi phí đầu tư thấp.
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
9
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Nước xử lý được châm Clo trước khi đưa vào bể chứa với mục đích khử
trùng.
2.5. Tính toán lượng hóa chất:
 Tính nồng độ CO
2
còn lại sau khi làm thoáng:
Khử CO
2
– trò số K
2
t theo kết quả thực nghiệm ở bảng (9.3 sách Xử lý nước thiên

nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của TS Trònh Xuân Lai), có K
2
t toàn dàn
là: K
2
t – trò số khử khí CO
2
, hấp thụ khí Oxy.
K
2
t = K
2
t
1
+ 2 x K
2
t
2
= 0,357 + 2 x 0,431 = 1,219.
 Lượng CO
2
còn lại trong nước sau làm thoáng :
C = C
S
– (C
S
– C
O
) e
-K

2
t
;
Trong đó:
C
S
: nồng độ hòa tan bão hòa của khí CO
2
; C
S
= 1 mg/l.
C
O
: nồng độ CO
2
ban đầu; C
O
= 22 mg/l
C = 1 – ( 1 – 22)e
-1,219
= 7,2 mg/l = 0,33(meq/l)
 Hiệu quả làm thoáng khí CO
2
:
C
O
– C 22 – 7,2
R = = = 67,3%
C
O

22
Tính toán lượng hóa chất sau khi làm thoáng:
Ca
2+
=250mg/l = 12,5 (meq/l)
Mg
2+
=50 mg/l =4,1(meq/l)
HCO
3
-
=150 mg/l = 2,46 (meq/l)
SO
4
2-
=336mg/l =7(meq/l)
Cl
-
=125,67mg/l = 3,54(meq/l)
Na
+
= 32,2mg/l = 1,4 (meq/l)
CO
2
=0,33meq/l
Yêu cầu đầu ra của nước là : độ cứng = 5meq/l, Ca
2+
= 5meq/l, Mg
2+
= 0meq/l.

Lượng Ca
2+
cần xử lý là: 12,5 – 5 = 7,5meq/l
0,33 0,51 7,83 11,93 13,3
C
O
2
F
e
Ca
2+
Mg
2+
Na
+
HCO
3
-
SO
4
2-
Cl
-
0,33 2,79 9,79 13,3
0,33CO
2
+ 0,33 CaO  0,33 CaCO
3
↓
0,18(Fe + 2HCO

3
) + 0,18 CaO  0,18 Fe(oH)
3
↓
2,28 (Ca + 2HCO
3
) + 2,28 CaO  2,28 CaCO
3
↓
5,22 (Ca + SO
4
) + 5,22 Na
2
CO
3
 5,22 CaCO
3
↓ + 5,22 (2Na + SO
4
)
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
10
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
1,78 (Mg + SO
4
) + 1,78CaO  1,78Mg(OH)
2
↓+ 1,78 (Ca + SO

4
)
1,78(Ca + SO
4
) + 1,78Na
2
CO
3
 1,78 CaCO
3
↓ + 1,78 (2Na + SO
4
)
2,32(Mg + 2Cl) + 2,32 CaO  2,32 Mg(OH)
2
↓+ 2,32(Ca + 2Cl)
2,32 (Ca + 2Cl) + 2,32 Na
2
CO
3
 2,32 CaCO
3
↓ + 2,32(2Na + 2 Cl)
Lượng vôi dư = 1,25 meq/l ( để nâng pH = 10,8)
Lượng CO
2
để trung hòa lượng vôi dư:
1,25 (Ca + OH) + 1,25 CO
2
 1,25 CaCO

3
↓
Do yêu cầu nước đầu ra nên giữ hàm lượng độ cứng canxi ở 40mg CaCO
3
/l
(thấp nhất) để tạo lớp phủ bề mặt ống giảm tính ăn mòn ống.
Nồng độ CaCO
3
và Mg(OH)
2
sau xử lý bão hòa không tan có hàm lượng như
sau: CaCO
3
= 40 mg CaCO
3
/l= 0,8 meq/l và Mg(OH)
2
= 10mg CaCO
3
/l = 0,2meq/l.
Trong đó có 25 mgCaCO
3
/l CaCO
3
= 0,5 meq/l chuyển hóa thành Ca(HCO
3
)
2
,CaCO
3

còn lại với hàm lượng cân bằng 15mgCaCO
3
/l = 0,3 meq/l do pH xuống pH
= 8.3.
0,2 Mg(OH)
2
+ 0,4 CO
2
 0,2Mg(HCO
3
)
2
0,5 CaCO
3
+ 0,5 CO
2
 0,5 Ca(HCO
3
)
2
 Tổng lượng hóa chất:
Vôi = 0,33 + 0,18 + 2,28 + 1,78 + 2,32 = 6,89meq/l = 6,89 eq/m
3
Sa = 5,22 + 1,78 + 2,32 = 9,32 meq/l = 9,32 eq/m
3
CO
2
= 1,25 + 0,4 + 0,5 = 2,15 meq/l = 2,15 eq/m
3
 Lượng hóa chất sử dụng mỗi ngày:

Vôi = 6,89 eq/m
3
x 28 g/eq x 20000 m
3
/ngày x 1kg/ 1000g = 3858,4 kg/ngày.
Sa = 9,32 eq/m
3

x 53 g/eq x 20000 m
3
/ngày x 1 kg/ 1000g = 9879,2 kg/ngày.
CO
2
= 2,15 eq/m
3

x 22 g/eq x 20000 m
3
/ngày x 1 kg/ 1000g =946 kg/ngày.
 Chất rắn sản sinh:
CaCO
3
= 0,33 + 2,28 + 5,22 + 1,78 + 2,32 + 1,25 – 0,8 =12,38 meq/l = 12,38 eq/m
3
Mg(OH)
2
= 1,78 + 2,32 – 0,2 = 3,9 meq/l = 3,9 eq/m
3
Fe(OH)
3

=0,18 eq/m
3
 Tổng chất rắn sinh ra mỗi ngày:
CaCO
3
=12,38 eq/m
3

x 50g/eq x 20000 m
3
/ngày x 1 kg/ 1000g =12380 kg/ngày.
Mg(OH)
2
= 3,9 eq/m
3

x 29 g/eq x 20000 m
3
/ngày x 1 kg/ 1000g =222 kg/ngày.
Fe(OH)
3
=0,18eq/m
3
x35,67g/eq x 20000m
3
/ngàyx1kg/1000g =128,412 kg/ngày.
⇒ ∑M = 12830 + 222 + 128,412 = 12730,412 kg/ngày.
 Liều lượng chất phèn FeCl
3
:

D
p
=3
3
C
C: lượng cặn tạo thành khi làm mềm; C = 12,38 x 50 + 3,9 x 29 = 732,1 (g/m
3
)
D
p
=3
3
732,1 = 27,04 (g/m
3
)
 Liều lượng phèn FeCl
3
cần trong một ngày:
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
11
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
G
p
= 27,04 x 20000 x 1 kg/1000g = 540,8(kg/ngày) = 0,5408(tấn/ngày).
2.6. Thuyết minh tính toán :
2.6.1. Tính toán công trình thu:
Lưu lượng cần thiết: Q = 20000m
3

/ngày = 231,5 l/s
Giả sử mực nước ngầm sâu 30m so với mặt đất.
Cao trình giàm mưa cao: 7,9m
 Chiều cao cột nước tónh : H
s
= 30 + 7,9 = 37,9m.
 Giả sử chiều dài tuyến ống lên giàn mưa khoảng L = 450m.
Chọn bơm :
 Hai bơm có Q
1
= 70 l/s, D = 200mm, H
1
= 22,5m/km = 0,0225m/m
Công suất bơm:
P
1
= 20 x Q x (Hs + H
1
x L)
P
1
= 20 x 70 x (37,9 + 0,0225 x 450) = 67235w = 67,235kw.
 Hai bơm có Q
2
= 50 l/s, D = 200mm, H
2
= 11,7m/km = 0,0117m/m
P
2
= 20 x 50 x(37,9 + 0,0117 x 450) = 43165 w = 41,165kw.

2.6.2. Tính toán thiết bò làm thoáng:
Chọn giàn mưa là thiết bò làm thoáng. Công suất thiết kế: Q = 20000m
3
/ngày.
Chọn cường độ tưới của giàn mưa: q
m
= 10 m
3
/m
2
_h
 Diện tích giàn mưa:
Q 20000
F = = = 83,33 (m
2
)
q
m
10 x 24
Chia giàn mưa thành N = 10 ngăn, diện tích của mỗi ngăn giàn mưa sẽ là:
F 83.33
f = = = 8.333 (m
2
)
N 10
Chọn kích thước mỗi ngăn giàn mưa là : 3 x 2,8 = 8,4 (m
2
)
 Chọn chiều cao lớp tiếp xúc của mỗi sàn : h
tx

= 0,3m (quy phạm là : 0,3 -
0,4 m)
 Thiết kế giàn mưa ba tầng
 Chiều cao tổng cộng của lớp vật liệu tiếp xúc:
H
tx
= ∑h
tx
= 0,3 x 3 = 0,9m
Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc:
W = H
tx
x f = 0,9 x 84 = 75,6 m
2
Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc:
F
tx
= f
tx
x W
Trong đó:f
tx
diện tích bề mặt đơn vò (m
2
/ m
3
) của than cốc đường kính
d=24mm theo bảng 5.3/174 sách “Xử lý nước cấp” (ts Nguyễn Ngọc Dung):
f
tx

= 120 m
2
/m
3

SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
12
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
F
tx
= 120 x 75,6 = 9072m
2
.
 Chiều cao của mỗi tầng là: 0,8m
 Chiều cao của ngăn thu là : 0,6m
 Chiều cao tổng cộng mỗi ngăn: 0,8 +0,8 +0,8 +0,6 = 3m
 Tính toán đường ống dẫn lên nước lên giàn mưa:
Lưu lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa là:
Q 833,33
q = = = 83,33 (m
3
/h) = 23,51(l/s)
N 10
Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa bằng thép.
Theo quy phạm tốc độ nước chảy trong ống dẫn nước chảy trong ống là :
v = 0,8 - 1,2 (m/s) chọn v =1 m/s
Suy ra: đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa :
4 x q 4x83,33

d = = = 0,172m
π x v πx1x 3600
Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa là: d = 170mm
Kiểm tra lại vận tốc trong ống dẫn:
4 x q 4 x 83,33
v = = = 1,02 m/s
π x d
2
π x 0,17
2
x 3600
v =1,02m/s nằm trong quy phạm cho phép, nên đường kính ống dẫn nước lên
giàn mưa d =170mm là hợp lý.
 Hệ thống phân phối nước:
Máng phân phối bao gồm:
- 1 máng chính có tiết diện hình chữ nhật: rộng 0,4 m.
- Có các máng phụ vuông góc với máng chính có tiết diện hình chữ V với
các răng cưa ở mép trên của máng để phân phối nước.
- Khoảng cách giữa các máng phụ là: L
p
= 0,3m
- Chiều sâu máng phụ là: h
p
= 220mm
- Chiều rộng của máng phụ : b
p
= 250mm
Suy ra: tiết diện máng phụ là:
)(0275,025,022,0
2

1
2
1
2
mbhS
ppmp
=××=××=

Chiều dài một ngăn giàn mưa là: L = 3m = 3000mm
Số máng phụ trong một ngăn giàn mưa là:
L 3000
N
p
= - 1 = - 1 = 9 máng
L
p
300
Máng được bố trí như hình vẽ.
Tổng tiết diện các máng phụ: ∑f
p
= 9 x 0,0275 = 0,2475(m
2
)
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
13
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Kiểm tra vận tốc trong máng phụ:
q 83,33

v = = = 0,094(m/s)
∑f
p
3600x0,2475
 Sàn tung nước:
Đặt dưới máng phân phối với khoảng cách là: 0,6m
Sàn tung được làm bằng ván gỗ rộng 20cm đặt cách nhau 10cm
 Sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc:
Sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc nằm phía dưới sàn tung nước.
Chọn sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc làm bằng tôn hay bê tông đục lỗ. Tỉ lệ lỗ
chiếm 30 - 40% diện tích sàn.
Đường kính lỗ d = 2cm =20mm
π x d
2
3,14 x 20
2
⇒ Tiết diện của lỗ: S
L
= = = 314 mm
2
4 4
Diện tích sàn: S = 8,4m
2
= 8,4.10
6
(mm
2
)
Chọn số lỗ trên sàn là: N = 9000 lỗ
Kiểm tra tỉ số tổng diện tích lỗ trên diện tích sàn:

9000 x 314
x 100 = 33,64%
8,4.10
6
Tỉ số diện tích lỗ trên diện tích sàn chiếm 33,64% nằm trong quy phạm cho
phép nên số lỗ trên sàn đã chọn là hợp lý.
 Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước:
Để có thể thu ôxi của khí trời, kết hợp với việc đuổi khí CO
2
ra khỏi giàn mưa,
đồng thời đảm bảo nước không bắn ra ngoài, nười ta thiết kế hệ thống cửa chớp.
Các cửa chớp có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gỗ. Góc nghiệng giữa
cửa chốp với mặt phẳng nằm ngang là 45°.
Khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200mm với chiều tộng mỗi cửa là
200mm. Các 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.
 Sàn và ống thu nước:
Sàn thu nước được đặt dưới đáy giàn mưa. Có độ dốc từ 0,02 - 0,05 về phía ống
dẫn nước xuống bể trộn.
Theo quy phạm vận tốc nước xuống bể trộn là: v = 1 - 1,5m/s, chọn v = 1,2m/s.
 Đường kính ống dẫn nước từ sàn thu xuống bể trộn:
4 x Q 4 x 83,33
D = = = 0,157(m)
π x v π x 1,2 x 3600
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
14
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Chọn D = 150mm tương ứng với v = 1,3 m/s nằm trong quy phạm cho phép 1- 1,5

m/s.
 Bố trí 5 vòi phun nước rửa sàn: d = 20mm nằm về 1 phía của giàn mưa, với
khoảng cách phục vụ xa nhất là 10m.
 Trang bò 10 ống thoát nước sàn: d = 100mm đề xả nước thau rửa sàn thu
nước.
2.6.3. Tính toán bể trộn :
Sử dụng bể trộn cơ khí: bể trộn cơ khí sử dụng năng lượng của cánh khuấy để
tạo ra dòng chảy rối.
- Thời gian khuấy: T
k
= 20s
- T = 25°C
- G = 1000s
-1
.
 Tính kích thước bể trộn :
Thể tích bể trộn cần:
Qxt 833,333 x 20
V = = = 4,6m
3
3600 3600
Chọn chiều cao bể trộn: H = 3m
Đường kính bể trộn:
4 x V 4 x 4,6
D = = = 1,4m
π x H 3,14 x 3
Trong bể đặt tấm chặn để ngăn chuyển động xoay của nước.
Chiều cao tấm chắn: h
c
= 3m

Chiều rộng tấm chắn: b
c
= 0,14m
 Tính toán máy khuấy :
Dùng máy khuấy turbin 4 cánh nghiêng góc 45° hướng lên trên để đưa nước từ
dưới lên.
 Đường kính máy khuấy : D
k
≤ 0,5D = 0,5 x 1,4 =0.7(m)
Chọn đường kính máy khuấy: D
k
= 0,6(m)
 Máy khuấy đặt cách đáy: h
k
= D
k
= 0,6(m)
 Chiều rộng cánh khuấy: B
k
= 0,2D
k
= 0,2 x 0,6 = 0,12(m)
 Chiều dài cánh khuấy: L
k
= 0,25D
k
= 0,25 x 0,6 = 0,15(m)
 Năng lượng cần chuyển vào nước:
P = G
2

xVxµ
Trong đó:
G: cường độ khuấy trộn (s
-1
): G = 1000(s
-1
)
V: thể tích bể khuấy (m
3
): V = 4,6m
3
µ: độ nhớt động lực của nước (Nm
2
/s)
Ở t = 25°C , µ = 0,894.10
-3
(Nm
2
/s), ρ = 998,1(kg/m
3
)
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
15
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
P = 1000
2
x 4,6 x 0,894.10
-3

= 4112,4(W)
Hiệu suất của động cơ: η=0,8.
Công suất của động cơ: P : η = 4112,4 : 0,8 =5140,5(W)
 Xác đònh số vòng quay của máy khuấy:
P = K. ρ. N
k
3
.D
5
Trong đó:
P: là năng lượng cần chuyển vào nước: P = 4112,4W
ρ: khối lượng riêng của nước ở t = 25°C, ρ = 998,1(kg/m
3
)
N
k
: số vòng quay của máy khuấy trong 1 giây (v/s)
D
k
: đường kính cánh khuấy (m)
K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu
của Ruston.
- Cánh khuấy chân vòt 3 cánh K = 0,32
- Cánh khuấy chân vòt 2 cánh K = 1
- Turbin 6 cánh phẳng đầy vuông K = 6,3
- Turbin 4 cánh nghiêng 45° K = 1,08
- Turbin kiểu quạt 6 cánh K = 1,65
- Turbin 6 cánh đầu tròn cong K = 4,8
- Cánh khuấy gắn 2÷6 cánh dọc trục K =1,7.
 Số vòng quay của máy khuấy:

P 4112,4
N
k
=
3
=
3
= 3,66(v/s) = 219,65 (v/phút)
Kx ρ xD
5
1,08x998,1x0,6
5
Phải có hộp giảm tốc cho động cơ.
2.6.4. Tính toán bể lắng tiếp xúc:
Nhiệm vụ: lưu nước lại trong bể tạo điều kiện cho quá trình khử cứng diễn ra
hoàn toàn đồng thời giữ lại một phần bông căn nặng trước khi sang bể lọc.
Các thông số thiết kế bể lắng tiếp xúc thể hiện trong bảng như sau:
Thông số Giá trò
G cho ngăn tạo bông
GT cho ngăn tạo bông
Thời gian xáo trộn nhanh
G cho ngăn xáo trộn nhanh
Thời gian lưu nước của ngăn tạo bông Thời gian
lưu nước của ngăn lắng
Tải trọng ngăn lắng bông cặn phèn
Chiều cao lớp nước
Góc của vách ngăn tiếp xúc
(theo phương ngang)
Tổng diện tích cánh khuấy
Vận tốc dài của đỉnh cánh khuấy

20 – 80 s
-1
50.000 – 100.000
10 – 30s
600 – 1000 s
-1
10 – 30 phút
1.0 – 2.0 giờ
50 – 75 m
3
/m
2
. ngày
2.4 – 4.5
45 – 60
o
15 – 20% tổng diện tích mặt cắt ngang
phần tạo bông
0.1 – 0.9 m/s
SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
16
ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m
3
/ngày.
Bảng: Giá trò C
D
của bảng cánh khuấy
Tỉ số Dài: Rộng C
D
5

20
∞
1.2
1.5
1.9
Chọn G = 50s
-1
.
Thời gian lưu nước của ngăn tạo bông: t = 25 phút
Suy ra: Gt = 50 x 25 x 60 = 75000
Giá trò Gt nằm giữa 50000 – 100000, vậy chọn thời gian lưu nước t = 25 phút là hợp
lý.
Ta tiến hành xây dựng 6 bể lắng tiếp xúc.
Lưu lượng nước đi qua một bể là: q = Q/6 = 139m
3
/h.
 Tính toán ngăn tạo bông :
 Thể tích ngăn tạo bông của mỗi bể:
833,33 x 20
V
TB
= Q. t = = 57,87 m
3
6 x 60
 Thể tích ngăn tạo bông được tính toán theo công thức sau:
1
V
TB
= x π x h x ( R
TB

2
+ r
TB
2
+ r
TB
x R
TB
)
3
Trong đó:
R
TB
= bán kính đáy dưới của phần tạo bông, m.
r
TB
= bán kính đáy trên của phần tạo bông, m.
α = góc nghiêng của vách,°
h
R
TB
= + r
TB.
tgα
B = diện tích đáy dưới, m
2
.
h = chiều cao ngăn tạo bông, m. Chọn chiều cao ngăn tạo bông h = 3,5m.
 Chọn góc nghiêng của vách, α = 60°.
3,5

⇒ R
TB
= + r = 2 + r
tg60°
 Bán kính đáy trên của ngăn tạo bông.
1
V
TB
= x π x h x ( 4 + 4r
TB
+ r
TB
2
+ r
TB
2
+ 2 r
TB
+ r
TB
2
)
1
= x π x h x (3 r
TB
2
+ 6 r
TB
+4)
3

SVTH: NGUYỄN THỊ THANH THẢO
17