Nghiên cứu xử lý và thu hồi nước thải rửa lọc cho các nhà máy xử lý nước ngầm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

CHU THỊ HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ VÀ THU HỒI NƢỚC THẢI RỬA
LỌC CHO CÁC NHÀ MÁY XỬ LÝ NƢỚC NGẦM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2010


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ 5
DANH MỤC CÁC HÈNH ........................................................................................ 6
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 6
Sự cần thiết của đề tài ............................................................................... 6
Mục tiờu của đề tài .................................................................................... 8
Nội dung nghiờn cứu ................................................................................. 8
Phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................... 9

1.
2.
3.
4.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THU HỒI, XỬ Lí VÀ TÁI SỬ DỤNG
NƢỚC THẢI RỬA LỌC ........................................................................................ 10
1.1.

Đặc điểm nƣớc thải rửa lọc tại các nhà máy nƣớc ngầm ở Việt Nam 10

1.1.1.
1.1.2.
1.2.
1.3.

Tỡnh hỡnh thu hồi, xử lý và tỏi sử dụng nƣớc thải rửa lọc ở một số
nhà máy nƣớc ngầm ................................................................................ 19
Kết luận chƣơng 1 ................................................................................... 23

CHƢƠNG 2.
2.1.

Bản chất lý hoỏ của quỏ trỡnh keo tụ ................................................ 24
Các phương phỏp keo tụ.................................................................... 25
Cơ chế của quỏ trỡnh keo tụ tạo bụng ............................................... 29
Động học của quỏ trỡnh keo tụ ......................................................... 30
Keo tụ tiếp xỳc .................................................................................. 34

Cơ sở lý thuyết của quỏ trỡnh lắng ....................................................... 36

2.2.1.
2.2.2.
2.3.

CƠ SỞ Lí THUYẾT QUÁ TRèNH KEO TỤ VÀ LẮNG CẶN24

Quỏ trỡnh keo tụ cặn bẩn ....................................................................... 24

2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.1.5.
2.2.

Sự hỡnh thành nước thải rửa lọc ....................................................... 10
Số lượng, thành phần và tớnh chất nước thải rửa lọc ........................ 17

Động học của quỏ trỡnh lắng ............................................................ 36
Cỏc yếu tố ảnh hưởng tới quỏ trỡnh lắng .......................................... 44

Quỏ trỡnh làm khụ bựn .......................................................................... 46

2.3.1.
2.3.2.
2.3.3.

Đặc điểm của bựn cặn nước thải rửa lọc ........................................... 46
Phương pháp làm khô tự nhiên (sân phơi bùn) ................................. 46
Làm khụ bựn cặn bằng phương pháp cơ học .................................... 48


2.3.4.
2.4.

Làm khụ bựn cặn bằng nhiệt ............................................................. 49

Kết luận chƣơng 2 ................................................................................... 49

CHƢƠNG 3. ĐỀ XUẤT CễNG NGHỆ XỬ Lí, THU HỒI và TÁI SỬ DỤNG
NƢỚC THẢI RỬA LỌC ........................................................................................ 51
3.1.

Đề xuất một số dõy chuyền cụng nghệ xử lý nƣớc thải rửa lọc .......... 51

3.1.1.
3.1.2.
3.2.

Cỏc cụng trỡnh chớnh trong dõy chuyền.............................................. 54

3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.3.

Dõy chuyền cụng nghệ cho cỏc nhà mỏy cú diện tích đất nhỏ. ........ 51
Dõy chuyền cụng nghệ cho cỏc nhà mỏy cú diện tớch dất lớn ......... 53

Bể chứa điều hũa nước thải ............................................................... 54
Trạm bơm và máy bơm nước thải ..................................................... 55
Làm khụ bựn cặn ............................................................................... 58

Kết luận chƣơng 3 ................................................................................... 58

CHƢƠNG 4. NGHIấN CỨU XỬ Lí VÀ THU HỒI NƢỚC RỬA LỌC NHÀ
MÁY NƢỚC GIA LÂM ......................................................................................... 59

4.1.

Mụ tả nhà máy nƣớc Gia Lõm ............................................................... 59

4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.2.

Tớnh toỏn hệ thống xử lý và thu hồi nƣớc thải rửa lọc khỏc cho NMN
Gia Lõm .................................................................................................... 66

4.2.1.
4.2.2.
4.3.

cụng trỡnh thu hồi nước xả lọc đầu ................................................... 67
Cụng trỡnh xử lý bựn ........................................................................ 68

Đánh giá kinh tế kỹ thuật ....................................................................... 72

4.3.1.
4.3.2.
4.4.

Giới thiệu chung về nhà mỏy ............................................................ 59
Dõy chuyền cụng nghệ nhà máy nước Gia Lõm ............................... 59
Một số cụng trỡnh chớnh trong dõy chuyền cụng nghệ NMN Gia
Lõm ................................................................................................... 61

Khỏi toỏn chi phớ xõy dựng .............................................................. 72
Khỏi toỏn chi phớ quản lý vận hành ................................................. 73

Kết luận chƣơng 4 ................................................................................... 74

CHƢƠNG 5.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 77



DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1. Lượng nước thải rửa lọc tại một số nhà máy nước ngầm ........................ 18
Bảng 1-2. Một số nhà mỏy nước ngầm ở Hà Nội cú xõy dựng hệ thống thu hồi nước
rửa lọc .................................................................................................................. 20
Bảng 4-1. Chất lượng nước thụ của từng giai đoạn của nhà máy nước Gia lõm ...... 60
Bảng 4-2: Lượng bựn xả ra từ cỏc bể lọc đợt 1 và 2 ................................................ 69


DANH MỤC CÁC HèNH
Hnh 1-1. Dây chuyền cụng nghệ xử lý nước ngầm điển hỡnh ................................. 13
Hnh 1-2. Sơ đồ dõy chuyền này chủ yếu ỏp dụng với nguồn nước thô có hàm lượng
sắt thấp thông thường dưới 10 mg/l. .................................................................... 15
n 1-3. Dây chuyền cụng nghệ xử lý nước thải rửa lọc NMN Nam Dư, NMN KCN
điện tử Hanel ....................................................................................................... 21
Hnh 1-5. Dây chuyền cụng nghệ xử lý nước thải rửa lọc NMN Mai dịch, Phỏp võn21
Hnh 1-6. Dây chuyền cụng nghệ xử lý nước thải rửa lọc NMN Tương mai ........... 22
Hnh 2-1. Tương quan giữa liều lượng phốn với hiệu quả lắng trong và khử màu

trong keo tụ tiếp xỳc ............................................................................................ 35
Hnh 2-2. Chuyển động của cặn ở bể lắng đứng trong môi trường động .................. 40
Hnh 2-3. Cấu tạo của bể lắng đứng ........................................................................... 41
Hnh 2-4. Sơ đồ cấu tạo của bể lắng li tõm ................................................................ 44
Hnh 2-7. Sân phơi bùn .............................................................................................. 47
Hnh 2-8. Dõy chuyền ép bùn băng tải ...................................................................... 48
Hnh 3-1. Sơ đồ đề xuất dõy chuyền cụng nghệ 1 ..................................................... 51
Hnh 3-2. Sơ đồ đề xuất dõy chuyền cụng nghệ 2 ..................................................... 53
Hnh 3-3. Sơ đồ đề xuất dõy chuyền cụng nghệ 2 ..................................................... 55
Hnh 4-1. Sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ NMN Gia Lõm ........................................... 61
Hnh 4-2: Dàn mưa NMN Gia Lâm ........................................................................... 62
Hnh 4-3: Bể lắng tiếp xúc nhà máy nước Gia Lõm .................................................. 63
Hnh 4-4: bể lọc đợt 1 NMN Gia Lõm ....................................................................... 64
Hnh 4-4: bể lọc đợt 2 NMN Gia Lõm ....................................................................... 65
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài
Cấp nước là một ngành thuộc cơ sở kỹ thuật hạ tầng đô thị giữ vai trũ quan trọng
đối với hoạt động sản xuất và sinh hoạt của xó hội. Trong những năm qua, cùng


với quỏ trỡnh phỏt triển kinh tế xó hội, nhu cầu sử dụng nước sạch cũng tăng
lên, đặc biệt tại các đô thị. Đối tượng sử dụng nước sạch gồm nhiều thành phần:
cỏc hoạt động sinh hoạt, dịch vụ, thương mại, sản xuất cụng nghiệp, cỏc hoạt
động xó hội,... Để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch, nhiều dự ỏn cải tạo, mở
rộng và xõy dựng các nhà máy nước đó và đang được đầu tư theo các quy mô
công suất khỏc nhau. Tuy nhiờn, bờn cạnh cỏc mục tiờu kinh tế xó hội đạt được,
việc xõy dựng và vận hành các nhà máy nước cú những tồn tại đang được cỏc
nhà quản lý, chuyờn mụn quan tõm. Một trong số đó là vấn đề quản lý và kiểm
soát lượng nước thải được xả ra từ quỏ trỡnh sản xuất trong cỏc khu xử lý.
Hiện nay khoảng 30% các đô thị Việt Nam sử dụng nước ngầm làm nguồn cấp

nước. Tại khu vực Hà Nội cũ có các máy nước ngầm: Nam Dư 60.000 m3/ngđ;
Cáo Đỉnh 60.000 m3/ngđ; Gia Lâm GĐ1 30.000m3/ngđ; Yên Phụ 40.000
m3/ngđ; Ngọc Hà 30.000 m3/ngđ; Mai dịch 30.000 m3/ngđ; Pháp Vân 30.000
m3/ngđ; Tương Mai 30.000 m3/ngđ; Hạ Đỡnh 30.000m3/ngđ; Đông Anh
20.000m3/ngđ; Đồn Thuỷ 12.000m3/ngđ. Tại phần lớn các nhà máy nước, nước
thải rửa lọc cựng với cỏc loại nước thải từ cỏc cụng trỡnh khỏc, khụng qua xử
lý, được xả trực tiếp ra nguồn xả, gây tác động xấu đến môi trường xung quanh.
Theo cỏc số liệu có được từ thực tế, cỏc chỉ số lý, húa, của nước thải rửa lọc :
hàm lượng cặn lơ lửng, độ màu,... thường vượt quá quy định cho phộp xả ra
nguồn nước mặt theo QCVN 24:2009/BTNMT. Thêm vào đó, lượng nước thải
rửa lọc, nước xả cặn bể lắng xả ra ngoài đó làm mất đi một lượng nước lớn,
thông thường từ 5% ữ 7% (riêng nước thải rửa lọc từ 2% ữ 3%) cụng suất nhà
máy. Điều này thực sự gõy lóng phí, đặc biệt tại những nơi hạn chế về nguồn
cung cấp nước thô, như : nguồn nước ngầm cú trữ lượng ớt, thiếu nguồn bổ cập,
nguồn nước mặt về mựa kiệt, hoặc cụng trỡnh thu cỏch xa khu xử lý nước... Các
nhà máy nước trước đây không xây dựng cỏc cụng trỡnh xử lý nước thải rửa lọc
hoặc nếu cú thỡ ở mức rất sơ bộ, hoặc khụng hoạt động do nhiều nguyờn nhõn :
cụng nghệ xử lý, quy mụ cụng trỡnh khụng hợp lý, chi phớ xõy dựng và vận
hành cao, hiệu quả kinh tế thấp,... Như vậy, nhiều cụng trỡnh xử lý nước thải rửa


lọc được đầu tư xây dựng với kinh phớ khụng nhỏ, nhưng không phát huy được
hiệu quả trong quỏ trỡnh vận hành nhà máy nước. Đối với một số nhà máy nước
mới được xõy dựng hoặc cải tạo, đó cú những cụng trỡnh xử lý nước thải rửa
lọc, nhưng mới chỉ dừng lại ở mức xử lý sơ bộ theo các quy định về môi trường
và xả ra nguồn xả.
Cụng tỏc nghiờn cứu xử lý, thu hồi và tỏi sử dụng nước thải rửa lọc khi đi vào
hoạt động sẽ mang lại nhiều hiệu quả trước mắt và lõu dài:
 Giảm thiểu những tác động xấu đối với môi trường nước, đất xung quanh,
hạn chế đáng kể cỏc rủi ro cú thể xảy ra đối với môi trường;

 Tiết kiệm nguồn nước thô, đặc biệt tại những nơi nguồn nước thụ khan
hiếm, hoặc cụng trỡnh thu cỏch xa nhà mỏy nước xử lý. Do đó tiết kiệm
được điện năng khai thác nước và cú thể giảm chi phí đầu tư ban đầu.
Ngoài ra, việc giảm bớt lượng nước khai thỏc từ nguồn cú tỏc dụng bảo
vệ nguồn nước khỏi bị ụ nhiễm.
 Gúp phần nõng cao chất lượng quản lý cỏc nhà mỏy nước;
 Phự hợp với mục tiờu hiện đại hóa các nhà máy nước.
2. Mục tiờu của đề tài
 Đề xuất được cụng nghệ xử lý và thu hồi tỏi sử dụng nước thải rửa lọc
cỏc nhà mỏy xử lý nước ngầm phự hợp với điều kiện Việt Nam;
 Đề xuất được biện phỏp thu hồi và tỏi sử dụng nước thải rửa lọc khỏc cho
nhà máy nước Gia Lõm - Hà Nội.

3. Nội dung nghiờn cứu
 Nghiờn cứu tổng quan về nước thải rửa lọc;
 Thu thập và tổng hợp số liệu về thành phần, tớnh chất và đặc điểm nước
thải rủa lọc tại một số nhà máy nước ngầm ở Hà Nội;


 Tỡm hiểu một số nghiờn cứu đó cú trong thực tế;
 Nghiờn cứ cơ sở lý thuyết xử lý, thu hồi nước thải rửa lọc;
 Tổng hợp, đánh giá và đề xuất dõy chuyền cụng nghệ xử lý, thu hồi nước
thải rửa lọc.
4. Phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu
Phạm vi nghiờn cứu: nghiờn cứu cụng nghệ xử lý, thu hồi nước thải rửa lọc tại
cỏc nhà mỏy xử lý nước ngầm.
Phương phỏp nghiờn cứu:
 Nghiờn cứu cơ sở lý thuyết;
 Thu thập số liệu về một số cụng trỡnh hiện cú;
 Thu thập tham khảo một số cụng trỡnh nghiờn cứu đó được cụng bố để

kế thừa trong phần nghiờn cứu tổng quan;
 Tổng hợp phân tích và đánh giá số liệu, sử dụng cỏc phương pháp thống
kê toán để xử lý số liệu.


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THU HỒI, XỬ LÍ VÀ TÁI SỬ DỤNG
NƢỚC THẢI RỬA LỌC
1.1.

Đặc điểm nƣớc thải rửa lọc tại các nhà máy nƣớc ngầm ở Việt Nam

1.1.1. Sự hỡnh thành nước thải rửa lọc
1.1.1.1.

Cụng nghệ xử lý nước tại các n à máy nước ngầm

a. Nguồn nước ngầm
Nước mưa, nước mặt thẩm thấu vào trong lũng đất tạo thành nước ngầm. Nước
ngầm được giữ lại hoặc chuyển động trong cỏc lỗ rỗng hay khe nứt của cỏc tầng
đất đá nên tầng ngậm nước. Khả năng ngậm nước của cỏc tầng sỏi sạn, cỏt thụ,
cỏt trung và cỏt mịn giảm dần do độ rỗng giảm dần. Khả năng ngậm nước của
tầng đất đá phụ thuộc vào độ nứt nẻ. Cỏc loại đất sột và hoàng thổ khụng chứa
nước. Trong quỏ trỡnh thấm qua cỏc lớp đất đá, các tạp chất, vi trùng được giữ
lại nên nước ngầm thường cú chất lượng tốt hơn nước mặt.
Nước ngầm có hàm lượng muối cao ở các vùng đồng bằng ven biển, ở cỏc nới
khác có hàm lượng sắt, mangan, canxi và magiờ lớn hơn tiêu chuẩn cho phộp
cần xử lý trước khi đưa vào sử dụng. Nước ngầm trong cỏc tầng đá vôi nứt nẻ
phần lớn cú chất lượng tốt. Nước ngầm mạch sâu được cỏc lớp bờn trờn bảo vệ
nờn ớt bị nhiễm bẩn bởi cỏc hợp chất hữu cơ hay vi trùng. Nước ngầm cũng vỡ
thế mà cú nhiệt độ ổn định (18-27oC). Ngoài ra nước ngầm khai thỏc phõn tỏn,

ớt bị ảnh hưởng trực tiếp bởi cỏc hoạt động của con người nên thường được ưu
tiên khi lựa chọn nguồn nước cấp cho ăn uống, sinh hoạt.
Nguồn nước ngầm cấp cho các nhà máy nước là nước ngầm mạch sõu, khai thỏc
ở các địa tầng cuội sỏi. Đây là loại nước ngầm nằm trong cỏc tầng chứa nước,
giữa cỏc tầng cản nước. Nước ngầm mạch sâu là nước ngầm cú ỏp. Do nằm ở độ
sõu lớn so với mặt đất và được bảo vệ bởi cỏc tầng cản nước nờn nú ớt chịu ảnh
hưởng bởi của môi trường bên ngoài. Nước ngầm mạch sâu thường có lưu lượng
lớn, ổn định, chất lượng tốt, trữ lượng lớn nên được sử dụng rộng rói làm nguồn


cung cấp nước cho cỏc nhà mỏy xử lý nước Dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước
trong các nhà máy nước dựa trờn cỏc thành phần, tớnh chất đặc trưng của nguồn
nước.
Trong nước ngầm cú chứa các cation như Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+
NH4+ và các anion như HCO3-, SO42-,Cl-. Các ion Canxy, Magiê thường làm
cho nước cứng, cú tỏc hại cho người sử dụng như gây lóng phớ xà phũng và cỏc
chất tẩy rửa, tạo cặn lắng bỏm trờn bề mặt cỏc trang bị sinh hoạt, trong cụng
nghiệp nú gõy giảm năng lực truyền nhiệt, giảm tuổi thọ thiết bị…, cỏc ion sắt,
mangan thường cú vị tanh và tạo cặn bẩn màu vàng làm giảm chất lượng nước
chưa đáp ứng được tiờu chuẩn vệ sinh của nước dùng cho ăn uống, sinh hoạt
nờn phải xử lý trước khi dựng. Trờn thực tế tại Việt Nam hiện nay, các nhà máy
nước ngầm chủ yếu ỏp dụng cỏc dõy chuyền cụng nghệ nhằm xử lý sắt và
mangan.
b. Quỏ trỡnh Khử sắt:
Để đáp ứng tiờu chuẩn nước sinh hoạt theo QCVN 01:2009/BYT thỡ nước
ngầm phải được khử sắt.
Trong nước ngầm, do ở điều kiện yếm khớ, sắt thường gặp ở dạng Sắt hoỏ trị 2
là thành phần của cỏc muối hoà tan và thông thường là Fe(HCO3)2. Nước ngầm
chứa sắt cao có mùi tanh, ban đầu trong suốt, không màu, để lõu trong khụng
khớ sẽ chuyển đục, cú cặn màu vàng ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp cho

sinh hoạt và cụng nghiệp.
Để khử sắt 2 hoà tan trong nước ngầm, người ta dựa trên cơ sở chuyển hoỏ sắt
hoỏ trị 2 hoà tan thành sắt hoỏ trị 3 khụng hoà tan và tỏch chỳng ra khỏi nước
theo phương trỡnh ụxy hoỏ khử sau:
4 Fe2+ + O2 + 2H2O  4Fe3+ + 4 OH –
4 Fe3+ + 4OH- + 8H2O  4Fe(OH)3  + 8H+
4 Fe2+ + O2 + 10H2O  4Fe(OH)3  + 8H+

[1-1]


4Fe(OH)3 được hỡnh thành theo phản ứng trờn là một chất khụng tan, cú màu
vàng và cú thể dễ dàng tỏch chỳng ra khỏi nước bằng cỏc quỏ trỡnh lắng, lọc.
Để thực hiện phản ứng trờn cần một lượng ụxy : 1 mg Fe3+ cần 0,143 mg O2.
Cỏc cụng trỡnh để khử sắt cơ bản thường dựng làm thoỏng. lắng tiếp xỳc và lọc.
c. Quỏ trỡnh Khử Mangan:
Tiờu chuẩn cấp nước sinh hoạt QCVN 01:2009/BYT quy định mức độ của Mn
rong nước sinh hoạt không vượt quỏ 0,3mg/l. Vỡ vậy, xử lý loại bỏ Mn ra khỏi
nước sinh hoạt cho đạt tiờu chuẩn chất lượng nước là yờu cầu cơ bản đối với cỏc
dõy chuyền xử lý nước sinh hoạt.
Trong nước ngầm thường gặp mangan ở dạng hoỏ trị 2 hoà tan. Việc loại bỏ
mangan ra khỏi nước được tiến hành dựa trên cơ sở chuyển hoỏ Mangan hoỏ trị
2 hũa tan thành mangan hoỏ trị 4 không hoà tan theo phương trỡnh ụxy hoỏ khử
sau:
6 Mn2+ + O2 + 6 H2O  2Mn3O4 + 12H+
2Mn3O4 + 2O2  6MnO2 

[1-2]

6 Mn2+ + 3O2 + 6 H2O 6MnO2  + 12H+

MnO2 được hỡnh thành theo phản ứng trờn là một chất không tan, có màu đen
và có thể dễ dàng tỏch chỳng ra khỏi nước bằng cỏc quỏ trỡnh lắng lọc. Để thực
hiện phản ứng trờn, cần một lượng ụxy: 1mg Mn2+ cần 0,29mg O2.
Để xử lý sắt và mangan trong nước ngầm, gần như tất cả các nhà máy nước
ngầm được xõy dựng trước đây đều ỏp dụng dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước
truyền thống. Khi lựa chọn dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước thường dựa trên
đặc điểm, tớnh chất nước nguồn, yờu cầu chất lượng nước sau xử lý. Các nhà
máy nước ngầm trước đây như NMN Hạ Đỡnh (Hà Nội) - Cụng suất:
25.000m3/ngày; NMN Yờn phụ (Hà nội) - Cụng suất: 80.000m3/ngày ... trong
thực tế phần nhiều ỏp dụng dõy chuyền xử lý nước nờu trờn hỡnh 1-1 sau:


Nước sạch rửa bể lọc
Giếng
khoan

Tiếp
xỳc
hoặc
lắng tiếp
xỳc

Làm
thoỏng

Nước xả cặn

Bể lọc
nhanh

Bể
chứa

Trạm bơm
nước sạch
và rửa lọc

Clo

Nước thải rửa lọc

Tiờu thụ

n 1-1. Dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước ngầm điển hỡnh
Trong dõy chuyền, bể tiếp xỳc sẽ được sử dụng khi hàm lượng cặn sau làm
thoỏng nhỏ hơn 20 mg/l đáp ứng tiờu chuẩn nước cấp vào bể lọc. Cũn khi hàm
lượng cặn sau làm thoỏng lớn hơn 20 mg/l thỡ cần phải cú cỏc cụng trỡnh lắng
tiếp xúc để làm giảm hàm lượng cặn trong nước đảm bảo bể lọc làm việc hiệu
quả.
1.1.1.2.

Cỏc cụng trỡnh trong một dõy chuyền xử lý nước ngầm t ông t ường

a. Trạm bơm giếng khoan
Với cụng suất lớn cỏc bói giếng thường được phân tán. Nước thô được bơm về
trạm xử lý qua các đường ống truyền tải. Nước ngầm có đặc tính là hàm lượng
cặn và độ màu không cao như nước mặt, cỏc hợp chất hữu cơ cũng như các loại
vi khuẩn chiếm tỷ trọng nhỏ. Tại Hà Nội và một số địa phương khác nước ngầm
vẫn là nguồn cung cấp chính nước thụ cho cỏc nhà mỏy xử lý.
b. Hệ thống làm thoỏng

Hệ thống làm thoỏng cú tỏc dụng thu nhận ụxy trong khụng khớ làm giàu ụxy
trong nước ngầm để ụxy hoỏ sắt và mangan hoỏ trị 2 hoà tan trong nước thành
sắt hoỏ trị 3 và mangan hoỏ trị 4 không hoà tan theo các phưong trỡnh :
4 Fe2+ + O2 + 10H2O  4Fe(OH)3  + 8H+

[1-3]

6 Mn2+ + 3O2 + 6 H2O 6MnO2  + 12H+

[1-4]


Ngoài ra hệ thống làm thoỏng cũn cú tỏc dụng loại bớt khớ CO2, H2S … có
trong nước thụ, tạo điều kiện cho quỏ trỡnh ụxy hoỏ sắt và mangan được thuận
lợi hơn. Hệ thống làm thoáng thường được thiết kế là hệ thống dàn ống phõn
phối phun mưa đục lỗ hoặc hệ thống phõn phối máng răng cưa hoặc sàn phõn
phối. Cường độ phun mưa của hệ thống làm thoáng thường được lấy từ 5 –
10m3/m2.h
Từ năm 1994, các nhà máy nước ngầm đó ỏp dụng hệ thống làm thoỏng mới. Đó
là các thiết bị làm thoỏng tải trọng cao được chế tạo sẵn trong các công xưởng.
Cường độ làm thoỏng của thiết bị này cú thể cao gấp 10 – 20 lần dàn mưa thông
thường, tức là cú thể đạt từ 200 – 250 m3/m2.h.
c. Bể lắng tiếp xỳc:
Bể lắng tiếp xỳc cú tỏc dụng lưu nước sau làm thoỏng thờm một thời gian, thông
thường khoảng 30 đến 45 phút để Fe2+ chuyển hoỏ thành Fe3+ dạng kết tủa
hiđrôxit trước khi vào bể lọc. Bể lắng tiếp xỳc cú thể thiết kế như bể lắng đứng
và được đặt ngay dưới giàn làm thoỏng.
Tuy nhiờn khả năng lắng cặn sắt trong bể lắng tiếp xỳc rất thấp và hầu như
không đáng kể. Mặt khỏc, việc loại bỏ bể tiếp xỳc trong dõy chuyền xử lý khụng
làm ảnh hưởng tiờu cực chất lượng nước sau lọc nên các nhà máy nước ngầm

với nguồn nước thô có hàm lượng sắt thấp ( < 10mg/l ) cú thể bỏ cụng trỡnh bể
tiếp xỳc, ỏp dụng với dõy chuyền chỉ có làm thoáng đơn giản và lọc (NMN Mỹ
xuõn –Vũng Tàu - Cụng suất: 20.000m3/ngày; NMN Sơn tây - Hà tây - Công
suất: 10.000m3/ngày; NMN Bà rịa – Vũng tàu - Cụng suất: 25.000m3/ngày ...).
Tuy nhiờn dõy chuyền này không được sử dụng nhiều trong thực tế. Cỏc nhà
mỏy dự với cụng suất nào khi tớnh toỏn thiết kế vẫn có đủ cỏc cụng trỡnh xử lý
gồm bể phản ứng, lắng, lọc .. tạo điều kiện cho dõy chuyền xử lý làm việc ổn
định và an toàn hơn.


Nước sạch rửa bể lọc
Giếng
khoan

Làm
thoỏng

Bể
chứa

Bể lọc nhanh

Trạm bơm nước
sạch và rửa lọc

Clo
Nước thải rửa

Tiờu thụ

lọc
n 1-2. Sơ đồ dõy chuyền này chủ yếu ỏp dụng với nguồn nước thụ cú àm lượng
sắt thấp t ông t ường dưới 10 mg/l.
d. Bể lọc:
Khi sử dụng dõy chuyền cụng nghệ chỉ có làm thoáng đơn giản trờn mặt bể lọc
thỡ trong bể lọc diễn ra quỏ trỡnh ụxy sắt hoỏ trị hai thành sắt hoỏ trị ba dạng
Fe2O3. Cũn khi trong dõy chuyền có đầy đủ cỏc cụng trỡnh lắng lọc thỡ Fe2+ sẽ
được ụxy hoỏ thành chuyển hoỏ thành Fe3+ dạng kết tủa hiđrôxit (Fe(OH)3).
Bể lọc nhanh trong cụng nghệ xử lý nước ngầm cú tỏc dụng giữ lại cỏc cặn bẩn
có trong nước nguồn hay được sinh ra trong cỏc hạng mục xử lý trước theo cơ
chế lọc cơ học, cơ chế lắng. Bể lọc cũn cú tỏc dụng hấp phụ cỏc Fe2+ chưa
chuyển hoỏ hết và cỏc ion khỏc hoà tan trong nước lờn bề mặt cỏc vật liệu lọc
theo cơ chế hấp phụ, cơ chế dớnh bỏm .. Vật liệu lọc rất đa dạng nhưng thông
thường đối với các nhà máy nước ngầm, người ta vẫn hay sử dụng cỏt thạch anh,
đường kớnh hạt lọc d = 0,9 - 1,6mm, chiều dày vật liệu lọc cú thể dày từ 1,2m 1,8m. Vận tốc lọc của bể lọc thường tớnh toỏn từ 5,0 – 7,0 m/h.
 Bể chứa: Chứa nước sau xử lý để bơm cấp hai bơm ra mạng đồng thời
làm nhiệm vụ tích nước chữa chỏy. Dung tớch bể chứa thường lấy từ 15 –
25% cụng suất trạm
 Trạm bơm cấp hai: cú thể xõy dựng kết hợp cả trạm bơm nước rửa lọc và
mỏy giú. Bơm làm việc phụ thuộc vào chế độ dùng nước trờn mạng.


1.1.1.3.

Các p ương p áp rửa lọc

Trong tất cả cỏc quy trỡnh cụng nghệ làm sạch nước thỡ quỏ trỡnh lọc là quỏ
trỡnh quan trọng nhất, quyết định chất lượng nước sau xử lý. Trong quỏ trỡnh
lọc nước, cỏc tạp chất bị tỏch ra khỏi nước, chúng được tớch luỹ trờn cỏc bề mặt
cỏc hạt lọc cũng như trong lỗ rỗng giữa cỏc hạt của lớp vật liệu lọc. Quỏ trỡnh

này làm giảm độ rỗng của vật liệu lọc, tăng sức cản đối với dũng nước và giảm
hiệu suất lọc nước. Sau một thời gian, tổn thất qua lớp vật liệu lọc trở nờn rất
lớn và hiệu suất lọc giảm đi, người ta phải tiến hành rửa bể lọc.
Mục đích của quỏ trỡnh rửa lọc là tạo điều kiện để :
 Tỏch cặn bỏm ra khỏi bề mặt hạt cỏt lọc bằng lực ma sỏt và lực cắt do
dũng nước với cường độ lớn đi qua bề mặt hạt vật liệu lọc tạo ra.
 Làm gión nở lớp lọc để tăng thể tớch cỏc khe rỗng, tạo điều kiện thuận
lợi cho cỏc hạt cặn đó được tỏch ra khỏi bề mặt hạt cỏt chuyển động lờn
trờn cựng với nước để thỏo ra ngoài.
Ban đầu, do hàm lượng cặn được giữ lại trong bể lọc lớn nờn trong những phút
đầu tiên, nước thải rửa lọc rất đục; sau một vài phút (thông thường khoảng từ
10ữ15 phút), hàm lượng cặn trong bể lọc giảm đi, nước thải rửa lọc đó thấy sạch
hơn thỡ ngừng rửa và bể lọc lại bắt đầu một chu kỳ lọc mới.
Trong quỏ trỡnh rửa bể lọc, chất lượng nước thải rửa lọc xấu nhất vào pha rửa
gió - nước kết hợp và lưu lượng đạt cao nhất vào pha rửa nước thuần tuý.
1.1.1.4.

Hệ thống cung cấp nước rửa

Thụng thường có ba phương pháp cung cấp nước rửa chủ yếu sau:
 Cỏch 1: Lấy nước từ mạng lưới phõn phối ngay sau trạm bơm nước sạch
là biện phỏp kộm an toàn nhất do nước trờn mạng lưới thường cú ỏp lực
lớn hơn áp lực cần thiết để rửa lọc rất nhiều nờn cần phải đặt van giảm
ỏp, gõy mất năng lượng tiờu phớ trờn van giảm ỏp. Nếu van làm việc
kém chính xác, lượng nước vào bể lọc lớn hơn yêu cầu sẽ làm cỏt trụi ra


ngoài. Mặt khỏc khi rửa lọc ỏp lực trờn mạng tụt xuống, không đáp ứng
yờu cầu dùng nước cho cỏc hộ tiờu thụ.
 Cách 2: Nước rửa lọc lấy từ bể chứa nước sạch, rửa lọc bằng máy bơm

riêng. Công suất của máy bơm nước rửa lọc cần tớnh cho việc rửa 1 bể.
Nước được dự trữ trong bể chứa nước sạch đủ cho 2 lần rửa bể. Cú thể
đặt máy bơm rửa lọc 1hoặc 2 mỏy làm việc và 1 mỏy dự phũng ở ngay
trong trạm bơm cấp II hoặc xõy trạm bơm rửa lọc riờng tuỳ theo điều
kiện cụ thể ở từng nhà máy nước.
 Cách 3: Dùng đài để rửa lọc cho phép tăng hoặc giảm cường độ rửa lọc
theo ý muốn bằng cách điều chỉnh van đặt trờn ống dẫn từ đài xuống.
Dung tích đài chứa nước rửa lọc phải tớnh cho 2 lần rửa nếu rửa 1 bể và định
cho 3 lần rửa nếu rửa 2 bể đồng thời. Máy bơm đưa nước lên đài trong thời gian
khụng lớn hơn khoảng thời gian giữa 2 lần rửa ở chế độ làm việc tăng cường.
Đường ống dẫn nước từ đài xuống để rửa lọc phải được bảo vệ chống hút không
khí vào. Đáy đài phải đặt cao hơn mép máng thu nước rửa 1 chiều cao bằng tổng
số cỏc tổn thất ỏp lực qua hệ thống ống dẫn, ống phõn phối, lớp đỡ, lớp vật liệu
lọc và tổn thất cục bộ.
1.1.2. Số lượng, thành phần và tớnh chất nước thải rửa lọc
1.1.2.1.

Số lượng

Đại bộ phận cỏc nhà mỏy xử lý nước ngầm hiện nay được xõy dựng để nhằm
mục đích khử sắt (Fe) và mangan (Mn).
Lượng nước dùng để thổi rửa bể lọc trong các nhà máy nước ngầm, tuỳ thuộc
vào hàm lượng sắt và mangan có trong nước nguồn. Khi nước nguồn có hàm
lượng sắt, mangan cao, dõy chuyền cụng nghệ xử lý khụng cú bể lắng, toàn bộ
sắt và mangan trong nước nguồn được giữ lại trong bể lọc dẫn đến bể lọc nhanh
chúng bị chớt tắc hoặc chất lượng nước sau xử lý nhanh chúng xấu đi. Đó là lúc
kết thỳc một chu kỳ lọc và phải tiến hành rửa bể lọc. Chu kỳ lọc càng ngắn, tức
là thời gian giữa hai lần thổi rửa gần nhau thỡ lượng nước thổi rửa bể lọc phải

dựng càng nhiều, cỏ biệt cú những nhà máy nước, chu kỳ lọc chỉ khoảng 14 16giờ. Ngoài ra, lượng nước rửa lọc cũn phụ thuộc chế độ rửa: Rửa nước thuần
tuý hay rửa gió - nước kết hợp
Số lượng nước thải rửa lọc trong các nhà máy nước núi chung chiếm khoảng từ
3 - 10% tổng cụng suất của nhà mỏy.
Bảng 1-1. Lượng nước thải rửa lọc tại một số n à máy nước ngầm [13]
STT

Tờn nhà mỏy

Cụng suất

Lượng nước rửa

(m3/ngđ)

lọc

Tỷ lệ

1

NMN Gia Lâm (GĐ1)

60.000

2.687

4,47%

2

NMN Cỏo Đỉnh

60.000

3.658

6,1%

3

NMN Nam Dư

60.000

2655

4,43%

4

NMN Mai dịch - Hà nội

30.000

900

3%

30.000

2.800

9,3%

NMN Phỏp võn - Hà

5

nội

1.1.2.2.

Thành phần nước thải rửa lọc

Thành phần nước thải rửa lọc trong các nhà máy nước ngầm cũng rất khỏc nhau,
phụ thuộc vào tớnh chất nguồn nước thụ và phụ thuộc vào các công đoạn xử lý
bằn hoỏ chất và hiệu quả làm việc của bể keo tụ, bể lắng. Trong các nhà máy
nước ngầm, về cơ bản do cỏc bể lọc thiết kế chủ yếu để khử sắt và mangan nên
đặc điểm lớn nhất trong nước thải rửa lọc của các nhà máy nước ngầm là chứa
một lượng rất lớn là cặn sắt Fe2O3 và cặn mangan MnO2; một số loại cặn khác
như CaCO3 là không đáng kể.
Trong nước thải rửa lọc của một số nhà máy như
 Nhà máy nước Gia Lõm cú chỉ số sắt tổng 12 mg/l, chỉ số Man gan tổng
1,25mg/l.


 Nhà máy nước Cáo Đỉnh cú chỉ số sắt tổng 14 mg/l, chỉ số Man gan tổng
1,5mg/l.
Từ đó thấy rằng, trong nước thải rửa lọc của các nhà máy nước ngầm, do có hàm

lượng lớn cặn sắt Fe(OH)3 và cặn mangan nờn dẫn đến nước thải rửa lọc có độ
đục và hàm lượng cặn rất cao, không đáp ứng yờu cầu chất lượng nước thải xả
ra nguồn theo QCVN 24:2009/BTNMT – Quy chuần kỹ thuật Quốc gia về nước
thải cụng nghiệp cũng như nước quay về đầu cụng trỡnh xử lý sắt và mangan.
Mặt khỏc khối lượng nước rửa lọc và xả cặn bể lắng chiếm một số lượng lớn từ
4 – 6 %. Nếu ta tuần hoàn lại được lượng nước này ta sẽ tiết kiệm được rất nhiều
chi phí cho điện năng bơm nước thụ, cho khối tớch cụng trỡnh và đặc biệt cụng
suất giếng, giảm được ụ nhiễm tới môi trường.
1.2.

Tỡnh hỡnh thu hồi, xử lý và tỏi sử dụng nƣớc thải rửa lọc ở một số nhà

máy nƣớc ngầm
Trờn thế giới, tại cỏc quốc gia phỏt triển, luật bảo vệ môi trường phải được tuõn
thủ nghiờm ngặt nờn hầu hết các nhà máy nước ngay từ khi mới bắt đầu xõy
dựng đều được đầu tư xây dựng cỏc cụng trỡnh xử lý và thu hồi nước thải rửa
lọc và đó là một hạng mục khụng thể thiếu được. Do các đặc điểm về tự nhiờn,
phong tục tập quỏn và khả năng tài chính nên việc xử lý nước thải rửa lọc được
hoạt động với một quy trỡnh nghiờm ngặt, tự động hoỏ cao và hoàn toàn khộp
kớn, sử dụng cỏc mỏy múc hiện đại.
Tại Việt Nam, trong giai đoạn trước năm 1985, do điều kiện kinh tế thấp và chủ
yếu là do cụng tỏc bảo vệ môi trường chưa được quan tâm đúng mức nên các
nhà máy nước được xõy dựng khụng cú cỏc hạng mục xử lý và thu hồi nước thải
rửa lọc.
Bắt đầu từ khi Nhà nước ỏp dụng chớnh sỏch mở cửa thu hỳt vốn đầu tư nước
ngoài, rất nhiều cỏc tổ chức quốc tế, cỏc chớnh phủ, cỏc tập đoàn kinh tế đa
quốc gia đó viện trợ kinh tế, đầu tư xây dựng giỳp Việt Nam cải thiện điều kiện
vệ sinh môi trường. Đó cú rất nhiều dự ỏn lớn đầu tư xây dựng hạ tầng cơ sở, cải

thiện điều kiện môi trường mà trong đó vốn đầu tư vào việc xõy mới, cải tạo,
nõng cấp hệ thống cấp nước sạch cho cỏc thành phố lớn tại Việt nam chiếm một
tỷ trọng khỏ lớn. Đi cùng với việc xõy dựng và cải tạo các nhà máy nước thỡ
cỏc hệ thống thu hồi nước rửa lọc cũng đó và đang được xõy dựng.
Bảng 1-2. Một số nhà mỏy nước ngầm ở Hà Nội cú xõy dựng hệ thống thu hồi nước
rửa lọc
Nhà máy nƣớc

STT

Cụng suất thiết kế
(m3/ngày)

1

NMN ngầm Nam Dư – Hà Nội

60.000

2

NMN ngầm Cáo Đỉnh – Hà Nội

60.000

3

NMN ngầm Gia lõm - Hà nội

60.000

4

NMN ngầm Phỏp võn - Hà nội

30.000

5

NMN ngầm Tương mai - Hà nội

30.000

6

NMN ngầm Mai dịch - Hà nội

30.000

Mặc dự được đầu tư xây dựng hệ thống thu hồi nước thải rửa lọc nhưng hiện nay
chỉ có nhà máy nước Nam Dư, Cáo Đỉnh, Gia Lõm là hoạt động cú hiệu quả cũn
hầu hết các nhà máy nước đều khụng hoạt động hệ thống này nên nước thải rửa
lọc vẫn bị xả thẳng vào hệ thống thoát nước chung. Nguyờn nhõn chủ yếu là do
cỏc dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước thải rửa lọc và cỏc thụng số cụng nghệ
được tính toán và đưa ra chưa thật hợp lý đối với thành phần và tớnh chất nước
thải rửa lọc của nhà máy nước đó.[13]
Dõy chuyền cụng nghệ xử lý nước thải rửa lọc tại một số nhà máy nước được
thiết kế như sau: