GIÀN MƯA, THÁP LÀM THOÁNG CLO HÓA SƠ BỘ TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÝ NƯỚC

Chuyên đề:

GIÀN MƯA, THÁP LÀM THOÁNG CLO HÓA SƠ BỘ TRAO ĐỔI ION TRONG XỬ LÝ NƯỚC

Quá trình làm thoáng Mục đích ❖ ❖

❖

Lấy oxy từ không khí để oxy hóa sắt và mangan hóa trị II hòa tan trong nước ( chủ yếu là sắt).

Khử khí CO2, H2S có trong nước, nâng cao pH của nước để đẩy nhanh qua trình oxy hóa và thủy phân sắt, mangan trong dây chuyền công nghệ.

Làm giàu oxy để tăng thế oxy hóa khử của nước, khử các chất bẩn ở dạng khí hòa tan trong nước

Cơ chế 



Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+, sau đó Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3. Mn2+ bị oxy hóa thành Mn3+ và Mn4+ ở dạng hydroxit kết tủa. Sau đó dùng bể lọc để giữ lại.

Quá trình oxy hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ có thể xảy ra trong môi trường tự do, môi trường hạt hoặc xúc tác.

Các phản ứng ➢ Trong

nước ngầm, Fe(HCO3)2 là muối không bền vững thường phân ly theo dạng: Fe(HCO3)2 → 2HCO3− + Fe2+

➢ Khi

trong nước có oxy hòa tan do được làm thoáng, quá trình oxy hóa và thủy phân diễn ra : 4 Fe2+ + O2 +10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+

➢ Đồng

thời xảy ra phản ứng phụ: H+ + HCO3− → H2O + CO2

❖ Tốc độ phản ứng oxy hóa:

v = [Fe2+][O2]K/[H+]2 Trong đó:  v: Tốc độ oxy hóa  [Fe2+], [O2], [H+] : Nồng độ các ion Fe2+, H+ và oxi hòa tan trong nước.  K : hằng số tốc độ phản ứng, phụ thuộc nhiệt độ và chất xúc tác. Đối với Mn: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O → 2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3−

Yếu tố ảnh hưởng ❖

Độ pH: nếu độ pH thấp quá trình oxy hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ sẽ xảy ra rất chậm, nếu pH thấp sẽ xảy ra phản ứng phụ làm giảm độ kiềm của nước.

❖

Độ kiềm: độ kiềm càng lớn đồng nghĩa với lượng CO2 tự do trong nước càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh.

❖

Các tạp chất: H2S, NH3, các chất bẩn hữu cơ sẽ gây cản trở quá trình oxy hóa Fe2+.

Phân loại Làm thoáng

Tự nhiên

Nhân tạo

www.themegallery.com

Làm thoáng tự nhiên Dùng để loại bỏ các hợp chất vô cơ của sắt và mangan hòa tan trong nước: FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(OH)3, FeCl3, FeSO4, Mn(HCO3)2,…, khử các khí có trong nước: CO2, H2S, NH3,…

Làm thoáng bằng giàn mưa

➢ Điều

kiện áp dụng:

- Độ màu của nước khi chưa tiếp xúc với không khí ≤ 15

- Hàm lượng :

SiO22− ≤ 2 mg/l H2S ≤ 0.5 mg/l NH4+ ≤ 1 mg/l

- Tổng hàm lượng sắt ≤ 10 mg/l Nhu cầu oxy = độ oxy hóa + 0.47 H2S + 0.15 Fe2+ ≤ 7 mg/l

Cấu tạo giàn mưa

Tính toàn giàn mưa:

Diện tích mặt bằng của giàn mưa: F =Q/ qm (m2) Trong đó: ▪ Q: Lưu lượng nước xử lý (m3/h) ▪ Qm: Cường độ mưa lấy từ 10 – 15 (m3/m2-h) ❖

❖

Diện tích mặt bằng của 1 ngăn giàn mưa: f = F/N N: số ngăn trong giàn mưa.

❖ Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của giàn mưa:

Ftx =

(m2)

Trong đó:  G: Lượng CO2 tự do cần khử (kg/h)  K: Hệ số khử khí lấy theo biểu đồ  ∆Ctb: Lực động trung bình của quá trình khử khí(kg/m3)

❖

Lượng CO2 tự do cần lấy đi:

G=

(kg/h)

Trong đó:  Q: Công suất trạm xử lý (m3/h)  Cl: Lượng CO2 tự do đơn vị lấy đi khỏi nước để tăng độ pH lên 7,5.

Cl = 1,64 Fe2+ + (Cđ – Ct) (mg/l) Trong đó:  Fe2+ : Hàm lượng sắt có trong nước nguồn(mg/l)  1.64: Lượng CO2 tự do tách ra khi thủy phân 1 mg Fe của nước nguồn (mg/l)  Cđ : Hàm lượng CO2 tự do ban đầu trong nước ngầm (mg/l)  Ct : Nồng độ CO2 tính toán ứng với độ pH = 7,5 và đọ kiềm của nước nguồn.

Ct = Cbđ×β×γ (mg/l) Trong đó:  Cbđ: Nồng độ CO2 tự do xác định theo biểu đồ hình (5-1) ứng với trị số pH và độ kiềm đã biết ở nhiệt độ 20oC (mg/l)  Β: Hệ số kể đến hàm lượng muối hòa tan trong nước có thể xác định theo bảng trị số hệ số β.  γ : Hệ số kể đến nhiệt độ của nước lấy theo bảng trị số hệ số γ.

Bảng: Trᝋ sᝑ hᝇ sᝑ β Lưᝣng muᝑi trong nư᝛c (mg/l) β

100

200

300

400

500

750

1000

1,05

1,0

0,96

0,94

0,92

0,87

0,83

Bảng: Trᝋ sᝑ hᝇ sᝑ γ Nhiᝇt đ᝙ nư᝛c oC

0

10

20

30

40

50

60

đ?›„

1,55

1,21

1,0

0,9

0,89

0,8

0,79

❖

Lực động trung bình của quá trình khử khí: (kg/m3)

Ctb =

Trong đó: Cmax = 1,64 Fe2+ + Cđ (mg/l) ❖

Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc : W=

(m3)

Trong đó: Ftx: Diện tích tiếp xúc đơn vị(m2/m3) lấy theo bảng ( Đặc tính của lớp vật liệu tiếp xúc)

Vật liệu

Đường kính (mm)

Số lượng 1m3 (hạt)

Diện tích bề mặt đơn vị(m2/m3)

Trọng lượng (kg/m2)

Sỏi, cuội

42

14.000

80,5

-

Than cốc dạng cục

43

14.000

77

455

Than cốc dạng cục

41

15.250

86

585

Than cốc dạng cục

29

27.700

110

660

Than cốc dạng cục

24

64.800

120

600

Làm thoáng nhân tạo 



Tháp làm thoáng có tải trọng cao Làm thoáng đơn giản bằng thùng quạt gió.

Tháp làm thoáng có tải trọng cao Gió nước đi cùng chiều, từ trên xuống, CO2 được thoát ra ngài bằng cửa thoát khí Làm thoáng đơn giản bằng thùng quạt gió Gió nước đi ngược chiều, không khí được thổi từ quạt gió vào

1.

2.

3.

4.

Hệ thống phân phối nước 5. ống dẫn nước ra Lớp vật liệu tiếp xúc 6. ống xả Sàn thu nước có xi phông Máy quạt gió

Hiệu quả của quá trình làm thoáng phụ thuộc vào: • Chênh lệch nồng độ của khí cần trao đổi và nước • Diện tích tiếp xúc giữa khí và nước: Diện tích càng lớn quá trình trao đổi khí càng nhanh.

• Thời gian tiếp xúc: Thời gian tiếp xúc càng lớn quá trình trao đổi càng triệt để • Nhiệt độ môi trường: Nhiệt độ tăng có lợi cho quá trình khử khí ra khỏi nước và bất lợi cho quá trình hấp thụ và hòa tan khí vào nước và ngược lại • Bản chất của khí trao đổi.

Clo hóa sơ bộ •

Là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc nước.

Mục đích: dài thời gian clo tiếp xúc với nước để tiệt trùng khi nước bị nhiễm bẩn nặng. ➢ Oxy hóa Fe hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, Oxy Mn hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng. ➢ Oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu. ➢ Kéo

➢ Trung hòa

amoniac thành cloroamin có tính tiệt

trùng.

H2O + Cl2 ↔ HCl + HClO HClO ↔ H+ + ClONH3 + HClO → NH2Cl + H2O Cl2 + Fe2+ +3H2O → Fe(OH)3↓ + 2Cl- + 6H+ hóa sơ bộ còn có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, tảo trong bể phản ứng tạo bông cặn và bể lắng, phá hủy tế bào của vi sinh vật. ➢ Làm cho bùn nặng hơn, cải thiện mở, góp phần làm tăng tính hiệu quả của quá trình lắng và lọc. ➢ Clo

Sơ lược nội dung Mục 6.5 Phân loại các nguồn nước mặt như sau: Hàm lượng cặn Loại nguồn nước (mg/l)

Nước ít đục Nước đục vừa Nước đục

Nước rất đục

Loại nuồn nước

Độ mầu (TCU)

đến 50 Nước ít mầu

dưới 35

Nước có mầu trung bình

35 đến 120

Nước có mầu cao

trên 120

50 đến 250 250 đến 1500

trên 1500

Phương pháp xử lí hóa học

Hóa chất sử dụng

Nước có độ mầu cao, có nhiều chất hữu cơ và phù du sinh vật

Ozon hóa trước, clo hóa, keo tụ, phụ trợ keo tụ, kiềm hóa

Ozon, clo dioxide, phèn nhôm, phèn sắt chất phụ trợ keo tụ, vôi xút, sôđa

Có mùi và vị

Ozon hóa, clo hóa, hấp phụ qua than hoạt tính

Ozon, clo dioxide, than hoạt tính

Có hydro sunfua (H2S)

Clo hóa, làm thoáng

NaClO

clo hóa, ozon hóa

clo, clo dioxite, clojaven, ozon

Chỉ tiêu chất lượng nước

Nước có vi trùng

Nước có nhiều sắt

clo, clo dioxide, Làm thoáng, Oxy hóa, clojaven, ozon, kiềm kali permanganate, hóa, keo tụ, trao đổi cation vôi, sút, sôđa, chất keo tụ

Giới thiệu một số thiết bị Bơm định lượng kỹ thuật số DMX Thông số kỹ thuật: • Lưu lượng, Q : tối đa 4000l/h ( bơm 2 đầu: 2 x 4000 l/h).

• Áp lực, P : tối đa 16 bar.

• Nhiệt độ chất lỏng: tối đa +500C .

• Ứng dụng: Xử lý nước uống, Xử lý nước thải (xử lý bùn / đông kết lắng), Công nghiệp dệt / giấy.

• Đặc điểm và sự tiện ích: Thiết kế chắc chắn, Có thể điều chỉnh độ dài nhịp.

Thiết bị sản xuất dung dịch khử trùng Natri hypoclorit từ nước muối dùng trong các nhà máy xử lý nước cấp và nước thải

Giới thiệu kỹ thuật: Nguyên tắc: ➢ Đảm

bảo clo được phân phối đều trong nước. ➢ Sự tiếp xúc của clo với vi sinh vật, chất hữu cơ... là lớn nhất. ➢ Đảm bảo dòng ra có hàm lượng clo nằm trong khung cho phép. (lượng clo dùng trong clo hóa sơ bộ được khuyến cáo từ 2 – 6 mg/l).

Phương pháp: ➢ Cho clo vào mương, ống dẫn nước từ trạm bơm cấp 1 vào bể điều hòa. ➢ Dùng hệ thống máy khuấy kết ➢ Clo

hợp với bơm clo

có thể tác dụng với các hợp chất hữu cơ

chất có tính độc cao đối với sức khỏe con người

➢ (phenol), sinh ra các

Hạn chế:

tốn lượng clo gấp 3 đến 5 lần lượng clo dùng để khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá thành của nước.

➢ Tiêu

phản ứng với các chất hữu cơ hòa tan trong nước, tạo ra hợp chất trihalomothene là chất gây ra ung thư cho người sử sụng nước, vì vậy không nên áp dụng quy trình clo hóa sơ bộ cho các nguồn nước mặt chứa quá nhiều chất hữu cơ

➢ Clo

Đảm bảo an toàn trong thiết kế, vận hành Thiết kế: ➢ Đảm bảo hệ thống thông gió. ➢ Kho chứa, vị trí các bình chứa, vị trí đặt máy,... phải đảm bảo an toàn. ➢ Tuân thủ các quy định về an toàn trong thiết kế và xây dựng.

Vận hành: ➢ Tuân thủ các quy định về an toàn trong lao động. ➢ Clo là một chât độc hại, phải tuân thủ các biện pháp bảo vệ khi tiếp xúc... ➢ Thường xuyên kiểm tra hệ thống để nhận biết các sự cố, vd: sự rò rĩ clo. ➢ Nếu có thể, diễn tập một số trường hợp giả định, để ứng phó khí có sự cố xảy ra.

QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION Khái niệm: Là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi vị trí với ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau.  Chất rắn có khả năng trao đổi ion gọi là các ionite: + Chất rắn có khả năng trao đổi ion dương gọi là cationite. + Chất rắn có khả năng trao đổi ion âm gọi là anionite. + Chất rắn có khả năng trao đổi cả ion dương và ion âm gọi là các ion lưỡng tính.

2RSO3Na + Ca2+ (RSO3)2Ca + 2Na+ 

Quá trình trao đổi ion gồm 3 giai đoạn: • • •

Trao đổi: Các ion trong chất rắn trao đổi vị trí với các ion cùng dấu trong dung dịch.

Bão hòa: Tất cả các vị trí trao đổi ion trong chất rắn đã được thay thế.

Tái sinh: Rửa ion trong dung dịch bám hút vào chất rắn và khôi phục lại các vị trí trao đổi trong nhựa ion.

Các vật liệu trao đổi ion: ❖ Các đặc tính chung của vật liệu trao đổi ion: ➢ Vật

liệu trao đổi ion trong xử lý nước cấp cần đáp ứng các yêu cầu sau: ➢ Không tan trong môi trường trao đổi ion ở điều kiện sử dụng. ➢ Vật liệu kết cấu dạng hạt có kích thước đồng nhất. ➢ Vật liệu không bị biến đổi về cấu trúc vật lí khi thay đổi trạng thái hoạt động.

❖ Vật

liệu trao đổi tự nhiên – zeolite

Zeolite là một dạng aluminosilicat, có cấu trúc tinh thể và có độ rỗng lớn. ➢ Na+ là ion linh động trong mạng tinh thể zeolite. ➢ Trong phản ứng trao đổi ion, Na+ đóng vai trò ion trao đổi với các cation khác trong dung dịch. ➢ Zeolite được ứng dụng trong quá trình khử NH4+, khử kim loại nặng và làm mềm nước. ➢

Nhựa trao đổi ion tổng hợp Loại nhựa

Đặc tính

Loại acid mạnh

Hoạt động tương tự như 1 acid mạnh, tồn tại ở dạng acid (R-SO3-H) và muối (R-SO3-Na). Cả 2 dạng đều phân ly mạnh ở mọi gí trị Ph.

Loại acid yếu

Có chứa gốc acid yếu, thường là nhóm carboxyl (COOH-), hoạt động tương tự như 1 acid yếu, kém phân ly.

Loại base mạnh

Có chứa các gốc base mạnh như (OH-), phân ly mạnh, có thể sử dụng ở mọi giá trị pH, thường dùng ở dạng chứa gốc OH- để khử ion trong nước.

Loại base yếu

Có chứa gốc base yếu và độ phân ly phụ thuộc vào d0ộ pH.

Nhựa trao đổi dạng chelate có tính chất chọn lọc đối với kim loại nặng

Nhựa trao đổi dạng chelate hoạt động tương tự như loại acid yếu nhưng có tính chọn lọc cao đối với các cation kim loại nặng. Nhóm chức trong phần lớn loại nhựa này là EDTA và cấu trúc nhựa natri có dạng R – EDTA - Na

Các phản ứng trao đổi ion điển hình •

Đối với zeolite:

ZNa2 +

Z

+2

Dung lượng trao đổi ion của vật liệu Khái niệm: ➢ Dung lượng trao đổi ion của nhựa trao đổi là khối lượng các ion được giữ lại trong một đơn vị thể tích nhựa. ➢ Dung lượng trao đổi ion toàn phần của nhựa trao đổi là khối lượng tối đa các ion có thể trao đổi với nhựa. ➢ Dung lượng trao đổi ion tới hạn là phần hữu dụng của dung lượng trao đổi ion toàn phần, phụ thuộc vào các điều kiện thủy lực và hóa học của mỗi ứng dụng.

Tái sinh vật lệu trao đổi ion ➢ Khi nồng độ

các ion cần trao đổi trong dd ở dòng ra vượt quá mức cho phép, cần phải tái sinh nhựa trao đổi ion. ➢ Tái sinh cationite: rửa bằng dd acid mạnh để chuyển nhựa trao đổi thành dạng , sau đó có thể chuyển thành dạng bằng cách cho dd muối ăn đi qua cột nhựa. ➢ Tái sinh anionite: rửa bằng dd kiềm để chuyển nhựa trao đổi thành dạng , sau đó có thể chuyển thành dạng bằng cách cho dd muối ăn đi qua cột nhựa. ➢ Quá trình tái sinh nhựa có thể thực hiện cùng chiều hay ngược chiều.

LÀM MỀM NƯỚC BẰNG CATIONITE Cationite và các phương pháp sử dụng ➢ Làm mềm nước bằng cationite dựa trên tính chất của một số chất không tan hoặc hầu như không tan trong nước – cationite, nhưng có khả năng trao đổi ion. ➢ Chọn phương pháp làm mềm nước bằng cationite phải dựa vào yêu cầu đối với chất lượng nước sau khi xử lý, thành phần muối hòa tan trong nước nguồn

δ : hệ số tính đến sự sử dụng không triệt để khả năng trao đổi cân bằng của cationite trong lớp bảo vệ

Các quá trình vận hành bể lọc cationit

Sơ đồ quy trình vận hành bể lọc cationite

KHỬ MUỐI CỦA NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION

Sơ đồ trạm lọc ionit một bậc để khử mặn 1.Bể lọc H – cationite 2.Tháp làm thoáng khử khí CO2 3.Bể tập trung nước 4.Máy bơm

5.Bể lọc anionite 6.Quạt gió 7.Thùng đựng dd acid hoàn nguyên bể H – cationite 8.Thùng đựng dd xút hoàn nguyên bể OH – anionite 9.Ejector hút dung dịch

Sơ đồ trạm khử muối bằng ionite có 2 bậc H – cationite 1.Bể lọc H – cationite bậc I 2.Bể lọc H – cationite bậc II 3.Tháp làm thoáng khử CO2 4.Quạt gió 5.Bể thu nước

6.Máy bơm 7.Bể lọc OH – anionite 8.Thùng đựng dd acid hoàn nguyên bể H – 9.Thùng đựng dd kiềm hoàn nguyên bể OH 10.Ejector