Bài giảng Xử lý nước cấp - Đặng Viết Hùng

Nội dung text: Bài giảng Xử lý nước cấp - Đặng Viết Hùng

1. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.3. Trao đổi ion: a/ Vị trí: thường được bố trí ở phía sau bể lọc cát trong qui trình công nghệ xử lý nước cấp và/hoặc ở phía đầu trong qui trình công nghệ xử lý nước tinh. b/ Chức năng: khử cứng nước cấp bởi việc loại ra khỏi nước các ion hóa trị II như Ca2+, Mg2+ và khử khoáng nước cấp bởi việc loại gần hết các ion có trong nước. Ngoài ra chúng còn được sử dụng để loại các ion như Fe2+, Mn2+, nitrate, sulfate, phosphate, fluoride, arsenic, selenium, silica trong nguồn nước ngầm. c/ Cơ chế: dựa trên ái lực trao đổi ion khi phản ứng trao đổi xảy ra theo chiều thuận và định luật tác dụng khối lượng khi phản ứng xảy ra theo chiều nghịch. - 2+ Nhựa cation axit mạnh: 2R – SO3H + CaCl2 = (R – SO3 )2Ca + 2HCl + - + - Nhựa anion bazơ mạnh: R4N OH + NaNO3 = R4N NO3 + NaOH Dung lượng trao đổi: Vx. Nx = Vw. Nw 257 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.3. Trao đổi ion: d/ Yếu tố ảnh hưởng: Bản chất của ion bị trao đổi, bản chất của chất trao đổi ion, giá trị pH, nhiệt độ nước, nồng độ các ion khác có ở trong nước, mức độ tái sinh, hình dáng thiết bị e/ Thông số kiểm soát: - Chất lượng nước ở đầu ra - Tổng thời gian hoạt động - Mức độ/khả năng tái sinh f/ Công trình bố trí: - Cột khử cứng (đơn lẻ) - Hệ thống khử khoáng 258 129
2. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.3. Trao đổi ion: Quá trình làm mềm 261 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.3. Trao đổi ion: Cột trao đổi ion 262 131
3. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: - Màng RO là một màng mỏng làm từ vật liệu cellulose acetate, polyamide hoặc màng TFC có kích thước khe lỗ tới 0,001 micron. Với tốc độ và áp lực lọc rất lớn, dòng nước chảy liên tục trên bề mặt màng RO. Các phân tử nước sẽ đi qua các lỗ lọc trên bề mặt màng, trong khi các tạp chất sẽ được dòng nước cuốn trôi - thải bỏ. - Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng chuyển dịch qua màng bán thấm từ nơi có nồng độ muối/chất bẩn thấp hơn đến nơi có nồng độ muối/chất bẩn cao hơn. Quá trình này diễn ra cho đến khi nồng độ ở 2 bên màng là cân bằng. - Để làm điều ngược lại, người ta dùng một áp lực đủ để đẩy ngược nước từ nơi có nồng độ muối/chất bẩn cao hơn “thấm” qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc có nồng độ muối/chất bẩn thấp hơn “lọc thẩm thấu ngược (RO)”. 265 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Nguyên lý hoạt động 266 133
4. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: 3/ Water Recovery: the percent of feed water recovered as product water. This can be defined as follow: Recovery = Qp / Qf x 100% 3 Qp : product water flow (m / d) 3 Qf : feed water flow (m / d) 4/ Salt Rejection: a measure of the overall amount of salt rejected in the brine. Salt rejection is often determined by measuring of TDS. This can be defined as follow: Rejection = (1 – product concentration / feed concentration) x 100% Sometimes, conductivity measurements are also made in lieu of TDS. Salt rejection of 90% or above are commonly achieved in normal wastewaters. 269 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Các loại màng lọc 270 135
5. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Membrane Driving Seperation Mechanism Membrane Phase Operation Force Structure Microfiltration Pressure Sieve Macropores L / L Ultrafiltration Pressure Sieve Mesopores L / L Nanofiltration Pressure Sieve + (Solution / Micropores L / L Diffusion + Exclusion) Reverse Pressure Solution / Diffusion + Dense L / L Omosis Exclusion Cơ chế lọc màng 273 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Dạng màng sợi rỗng 274 137
6. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Dạng màng tấm phẳng 277 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Sắp xếp theo dãy 278 139
7. 11/25/2014 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Hệ thống khử khoáng 281 Chương 8: Xử lý nước bậc cao 8.4. Lọc màng RO: Hệ thống lọc RO 282 141
8. 11/25/2014 Chương 9: Oån định hóa nước 9.2. Phương pháp đánh giá: 1/ Phương pháp thực nghiệm: - Ban đầu xác định độ pH0 và độ kiềm Alk0 của nước - Đem bão hòa mẫu nước bằng CaCO3 - Kế đó xác định lại độ pH1 và độ kiềm Alk1 của nước - Chỉ tiêu ổn định C được xác định bởi: C = Alk0 / Alk1 = pH0 / pH1 * Nếu C = 1 : nước được xem là ổn định * Nếu C > 1 : pH và độ kiềm giảm, có sự lắng đọng của CaCO3 oversaturated * Nếu C + 0,25 : nước tạo ra sự lắng đọng của CaCO3 * Nếu LI < - 0,25 : nước tạo ra sự xâm thực gây bởi CO2 - - Duy trì chỉ số bão hòa thích hợp, tức thay đổi tỷ lệ giữa HCO3 và CO2 286 143
9. 11/25/2014 Chương 9: Oån định hóa nước 9.5. Caldwell – Lawrence Water Conditioning Diagram: 289 Chương 9: Oån định hóa nước 9.6. Các phương pháp khác: 2+ 2+ 2+ - Sử dụng polyphotphat Na2[Na4(PO3)6] tạo phức chất với Ca , Mg , Fe như Ca[Ca2(PO3)6], Mg[Mg2(PO3)6], Fe[Fe2(PO3)6] bám lên thành ống tạo thành lớp bảo vệ không cho nước tiếp xúc trực tiếp với kim loại và ngăn chặn quá trình xâm thực. Lượng cần dùng là 1 – 2 mg/l tính theo P2O5. - Sử dụng thủy tinh lỏng Na2SiO3 để tạo thành CaSiO3 và MgSiO3 bám lên thành ống và phủ dần thành lớp màng bảo vệ. Ngoài phản ứng thủy phân thủy tinh lỏng sẽ tạo ra phản ứng kiềm hóa kế tiếp và làm cho chỉ số bảo hòa chuyển sang dấu dương. Lượng cần dùng là 3 - 4 mg/l tính theo SiO2. - Sử dụng sunfat đồng CuSO4 để ngăn ngừa sự phát triển của rong rêu tảo, sự nhiễm bẩn bởi vi sinh vật. Cũng có thể sử dụng Ca(OCl)2 tùy theo từng trường hợp cụ thể. Có thể làm nắp che cho các bể chứa và bể xử lý . 290 145
10. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.2. Yêu cầu – Phân loại: b/ Phân loại mạng lưới: - Mạng lưới cụt: chỉ có thể cấp nước cho các điểm theo một hướng nhất định. Ưu điểm là tính toán rất đơn giản và chi phí đầu tư ít nhưng cấp nước không an toàn. Thích hợp cho qui mô cấp nước nhỏ và không cần phải liên tục, thường dùng cho các đối tượng cấp nước tạm thời như công trường xây dựng, thi xã thị trấn. - Mạng lưới vòng: có thể cấp nước cho bất kỳ một điểm nào theo hai hay nhiều hướng. Ưu điểm là cấp nước an toàn nhưng tính toán khá phức tạp và chi phí đầu tư nhiều. Thích hợp cho tất cả đối tượng yêu cầu cấp nước liên tục, thường dùng cho các đối tượng qui mô lớn, thành phố có qui hoạch đã ổn định. - Mạng lưới kết hợp giữa 2 loại: thường dùng cho các thị xã thành phố đang phát triển. Khu đã qui hoạch ổn định thì lắp đặt mạng lưới vòng, khu đang phát triển thì lắp mạng lưới cụt. Khi hệ thống hạ tầng đã tương đối hoàn chỉnh thì nối thêm các đoạn ống để tạo thành mạng lưới vòng. 293 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.3. Tiêu chuẩn dùng nước: Stt Mức độ trang thiết bị vệ sinh bên trong công Tiêu chuẩn dùng nước trình của khu nhà lít/người.ngày đêm 1 Khu vực dùng nước công cộng ngoài phố 40 - 60 2 Nhà không có thiết bị vệ sinh, không có hệ 60 - 100 thống thoát nước bên trong công trình 3 Nhà có thiết bị vệ sinh, có tắm vòi sen, có hệ 100 - 150 thống thoát nước bên trong công trình 4 Nhà có thiết bị vệ sinh, có bồn tắm, có hệ thống 150 - 250 thoát nước bên trong công trình 5 Nhà có đủ các thiết bị như ở mục 4 và có thêm 200 - 300 thiết bị cấp nước nóng cho các phòng Tiêu chuẩn dùng nước ăn uống sinh hoạt (Nguồn: TCXD 33 - 85) 294 147
11. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.5. Trình tự tính toán: Thiết kế mạng lưới cấp nước bao gồm các bước sau: 1/ Vạch tuyến mạng lưới cấp nước tức là lựa chọn vị trí các tuyến ống, hình dáng nhất định của mạng lưới trên mặt bằng phạm vi thiết kế sao cho hợp lý nhất. 2/ Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước lần lượt qua các bước chính: 1 Lập sơ đồ phân bố sơ bộ lưu lượng 2 Xác định lưu lượng nước tính toán 3 Tính toán thủy lực toàn bộ mạng lưới 4 Chọn đường kính ống theo vận tốc kinh tế 5 Xác định tổn thất áp lực của các đoạn ống Chiều cao đài nước & áp lực bơm cấp II 3/ Tính toán thiết kế và bố trí các công trình trên mạng lưới cấp nước. 4/ Bố trí đường ống cấp nước trên mặt cắt đường phố mặt cắt dọc. 297 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.5. Trình tự tính toán: Vạch tuyến mạng lưới: phụ thuộc vào các yếu tố sau 1/ Đặc điểm qui hoạch cấp nước của khu vực, sự phân bố các đối tượng dùng nước riêng lẽ, sự bố trí các tuyến đường, khu dân cư, khu công nghiệp, các công viên 2/ Sự có mặt của các chướng ngại vật tự nhiên hay nhân tạo khi đặt ống như sông ngòi, kênh rạch, khe vực, đường sắt 3/ Địa hình khu vực (bằng phẳng hay nhấp nhô, dốc lớn hay thoai thoải ) so với vị trí và cao độ của nguồn cung cấp nước 4/ Vị trí nguồn nước và vị trí các công trình điều hòa dự trữ (bể chứa và đài nước) 298 149
12. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.6. Lưu lượng tính toán: Ba trường hợp tính toán mạng lưới: - Trường hợp mạng lưới làm việc với lưu lượng giờ tối đa. Nước do trạm bơm cấp II và đài nước cung cấp. - Trường hợp mạng lưới làm việc với lưu lượng giờ tối thiểu, thường tính khi đài nước ở cuối mạng lưới. Mạng lưới cấp nước có thêm một chức năng nữa là chuyển vận nước lên đài nước. - Trường hợp chữa cháy, mạng lưới làm việc với lưu lượng giờ tối đa và thêm lưu lượng chữa cháy. Trường hợp này thường dùng để kiểm tra mạng lưới đã tính cho hai trường hợp kể trên. 301 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.7. Đường kính ống dẫn: Tính toán mạng lưới cấp nước nhằm xác định đường kính ống kinh tế nhất cùng với vận tốc và áp suất cho tất cả các đoạn ống của mạng lưới tổn thất áp lực tối ưu. Sau dây là các phương trình cơ bản: Phương trình cân bằng lưu lượng tại các nút của mạng lưới:  qi-k + Qi = 0 Phương trình cân bằng áp lực cho các vòng của mạng lưới: ß  Si-k . Qi-k = 0 Phương trình liên hệ áp lực giữa mạng lưới với các trạm cấp nước và các điểm dùng nước không cố định: ß F(QI) - (QK) = ( ki-k qi-k )I-K = 0 302 151
13. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.7. Đường kính ống dẫn: Tính toán kinh tế kỹ thuật: - Tính toán thủy lực mạng lưới thì được tiến hành sau khi đã biết đường kính ống (lấy sơ bộ theo lưu lượng phân phối ban đầu) và mục đích là đi tìm lưu lượng đúng cho các đoạn ống. - Tính toán kinh tế kỹ thuật hệ thống dẫn và phân phối nước thì cả lưu lượng và đường kính ống đều chưa biết, các chỉ tiêu kinh tế được đánh giá theo mức độ chi phí W cho hệ thống. W = GXD + GQL = f (qi-k, di-k) Wmin đường kính kinh tế nhất 305 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.7. Đường kính ống dẫn: STT Đường kính ống Vận tốc kinh tế trung bình (D, mm) (m/s) 1 100 0,15 – 0,86 2 150 0,28 – 1,15 3 200 0,38 – 1,15 4 250 0,38 – 1,48 5 300 0,41 – 1,52 Vận tốc kinh tế trung bình 306 153
14. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.8. Tổn thất áp lực: Tổn thất áp lực trong mạng lưới cấp nước bao gồm tổn thất dọc đường do ma sát thành ống gây ra và tổn thất cục bộ ở những nơi dòng nước thay đổi phương hướng như co, tê, thập hay khi nước đi qua các thiết bị trên mạng lưới như van hai chiều, van một chiều, van xả khí, đồng hồ lưu lượng. Vì tổn thất cục bộ chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với tổn thất dọc đường nên có thể bỏ qua. Đường kính ống, độ nhám ống, độ nhớt của nước và vận tốc nước chảy trong ống quyết định rất lớn đến tổn thất áp lực trong mạng lưới cấp nước và ảnh hưởng đến việc quản lý vận hành mạng lưới. 309 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.8. Tổn thất áp lực: Tổn thất áp lực theo chiều dài ống có thể được tính bằng công thức Đácxi: l v2 v2 v2 v2 H   il  với i  d 2g 2g 2g 2dg H : Tổn thất áp lực do ma sát (m cột nước) λ : Hệ số đácxi l : Chiều dài ống (m) v : Tốc độ nước chảy (m/s) d : Đường kính trong của ống (m) ζ : Hệ số tổn thất cục bộ i : Độ dốc thủy lực 310 155
15. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.9. Các loại ống nước: - Oáng gang: được sử dụng phổ biến trong mạng lưới ở tuyến ống cấp I với ưu điểm là độ bền cao, khả năng chống xâm thực tốt, có thể được sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là tốn nhiều kim loại, chịu tải trọng động không cao, khi vỡ ống thường tạo ra mảnh lớn gây thất thoát nhiều nước. Thời hạn sử dụng là 40 – 50 năm. - Oáng thép: được sử dụng nhiều với ưu điểm là nhẹ, dễ thi công và điều chỉnh, các phụ tùng có thể gia công ngay tại công trường, bọc lớp chống rỉ bên trong và ngoài có thể thực hiện tại nhà máy hay công trường. Nhược điểm của chúng là không chống được lực va âm, dễ bị rỉ sét do tác động của môi trường. Thời hạn sử dụng là 20 – 30 năm. 313 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.9. Các loại ống nước: - Oáng bê tông cốt thép: có chiều dài chuẩn từ 4 đến 6 m với ưu điểm là cứng, chịu lực tốt, chịu được áp lực khi có chân không trong ống do hiện tượng nước va gây ra. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là nặng, vận chuyển lắp đặt khó khăn, phải bảo vệ chống xói mòn bề mặt và chống xâm thực trong và ngoài ống. Thời hạn sử dụng là 60 – 70 năm. - Oáng PVC: được sử dụng nhiều với ưu điểm là có độ dai mềm dễ uốn, dễ thi công và điều chỉnh, chịu ăn mòn và đặc tính thủy lực cao. Tuy nhiên chúng có nhược điểm là dễ chịu tác động của mưa nắng dẫn đến bị dòn mủn khi để ngoài trời và một số hóa chất được dùng khi sản xuất ống để tăng độ cứng. Thời hạn sử dụng là 10 – 20 năm. 314 157
16. 11/25/2014 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.10. Bể chứa – Đài nước: Bể chứa: - Trạm bơm cấp I làm việc theo chế độ 1 bậc điều hòa suốt ngày, thường là ngày 4,17%Qtb . Trong khi đó trạm bơm cấp II làm việc theo 2 – 3 bậc, ví dụ từ 5g – ngày ngày 21g: 5,15%Qtb và từ 21g – 5g: 2,20%Qtb . - Nên cần phải xây dựng bể chứa để dự trữ một lượng nước khi trạm bơm cấp I bơm đến nhiều mà trạm bơm cấp II không bơm đi hết và bổ sung lượng nước thiếu khi trạm bơm cấp II bơm nhiều hơn trạm bơm cấp I. - Như vậy bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II, dự trữ một lượng nước cho chữa cháy trong 3 giờ liền và một lượng nước cần thiết cho bản thân trạm xử lý. 317 Chương 10: Mạng lưới cấp nước 10.10. Bể chứa – Đài nước: Đài nước - Chế độ tiêu thụ nước trên mạng lưới rất phức tạp và thay đổi theo từng giờ. Trong khi đó trạm bơm cấp II làm nhiệm vụ cấp nước cho mạng lưới chỉ có thể làm việc theo 2 – 3 bậc nhất định. Khi bơm nước như vậy sẽ có giờ thừa nước và giờ thiếu nước so với chế độ tiêu thụ của mạng lưới. - Vì vậy muốn cấp nước đầy đủ và liên tục thì trên mạng lưới cấp nước cần xây dựng đài nước. Khi trạm bơm cấp II bơm vượt quá lượng nước cần tiêu thụ, lượng nước thừa sẽ đi lên đài và được chứa ở đó. Ngược lại khi trạm bơm cấp II bơm ít hơn lượng nước cần tiêu thụ, nước từ trên đài sẽ chảy xuống bổ sung thêm vào lượng nước thiếu cung cấp đầy đủ cho mạng lưới. - Như vậy đài nước làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp II và mạng lưới cấp nước, dự trữ một lượng nước cho chữa cháy trong 10 phút đầu cần thiết để khởi động máy bơm chữa cháy. Ngoài ra đài nước còn có nhiệm vụ tạo áp lực cho mạng lưới vì nó được đặt ở trên cao. 318 159
17. 11/25/2014 Một số công nghệ và thiết bị Xử lý nước đóng chai 321 Một số công nghệ và thiết bị Xử lý nước lò hơi 322 161
18. 11/25/2014 Một số công nghệ và thiết bị Xử lý nước hồ bơi 325 Một số công nghệ và thiết bị Xử lý nước biển (mặn) 326 163
19. 11/25/2014 Một số công nghệ và thiết bị 4 Stage Filter Process Stage 1 | Sediment filter The first stage collects larger suspended materials in the water. This includes, dirt, sand, rust, and calcium carbonate. The 5 micron polypropylene sediment filter is replaced between 6 and 12 months. Stage 2 | Carbon Filter (GAC Filter) The second stage carbon filter is known as “Granular Activated Carbon” (GAC filter), which is the process of activating carbon with a positive charge. It is designed to attract negatively charged contaminants for the removal of chemicals like chlorine, trihalomethanes, and other volatile organic compounds (VOCs) from water. It is recommended you replace this when replacing the stage 1 sediment filter. All of our activated carbon filters use coconut shell carbon. 329 Một số công nghệ và thiết bị 4 Stage Filter Process Stage 3 | Filmtec Reverse Osmosis Membrane Reverse osmosis is the process of forcing water through a membrane to remove impurities within the water. This is the most important stage in purifying your water, the quality of the membrane determines the quality of water. Filmtec membrane is the industry’s most reliable and advanced technology avaliable. The membrane is will remove particles down to 0.0001 microns, this includes virisus. This stage 3 membrane is listed on NSF/ANSI as standard 58. Recomended replacement between 2 and 3 years. Storage Tank: as the reverse osmosis membrane is a slow producion, a tank is used to store purified water so it is avaliable on demand. The tank works on a diaphragm, as water enters the top of the tank it pressurises the air below. Larger storage tanks are available if required. Stage 4 | Taste Reduction (post GAC filter) When water leaves the storage tank it is passed through the final GAC filter. This removes any possible residual tastes and odors. 330 165
20. 11/25/2014 Một số công nghệ và thiết bị 4 Stage Filter Process Stage 1 | Sediment filter Stage 2 | Carbon Filter (GAC Filter) Stage 3 | Carbon Block (CTO Filter) CTO carriage further removes finer solid impurities and chemicals. It is constructed of a solid carbon block, unlike GAC filter created by compressing active carbon granulites. The CTO filter assists in the same function as the GAC filter although it does not allow bacteria to grow as there is no space for it. Recommended you replace the CTO when replacing the GAC filter. Stage 4 | Filmtec Reverse Osmosis Membrane Stage 5 | Taste Reduction (post GAC filter) 333 Một số công nghệ và thiết bị 334 167