Xử lý nước nhiễm kim loại hiệu quả

Nước nguồn (nước thô) được ống dẫn về công trình qua hệ thống đường ống,  sau đó nước được đưa qua hệ thống lắng nghiêng, tại đây các chất lơ lửng, huyền phù và tạp chất trong nước được giữ lại qua đáy, nước trong vượt qua lớp hạt xifo lên trên mặt, chảy sang hệ thống 2 bồn lọc tinh, cặn bẩn dưới đáy được định kỳ xả ra ngoài qua hệ thống van.
Nước sau khi qua hệ thống lắng nghiêng, tại đây nhờ phương pháp lọc áp lực, cho phép các hợp chất hửu cơ, các chất có nguồn gốc từ phân hủy động thực vật được hấp thụ một cách triệt để tại bề mặt của lớp vật liệu lọc. Vật liệu lọc được phân thành các lớp ( Cát thạch anh biển, lớp than hoạt tính, 2 lớp quặng xử lý kim loại, lớp cát thạch anh, lớp sỏi đỡ), giữ lại và hấp phụ các thành phần ô nhiễm trong nước.
Lớp cát thạch anh biển phía trên cùng, có tác dụng giảm độ đục, loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn còn sót lại sau hệ thống lắng nghiêng.
Lớp quặng xử lý kim loại nặng có khả năng khử các kim loại năng trong nước như Asen, Cadimi, Thủy ngân, kẽm, Mangan, sắt, chì… Các loại này được oxy hóa hoàn toàn.
Lớp than hoạt tính có tác dụng giữ lại bằng cơ chế hấp phụ các chất hửu cơ, các huyền phù có nguồn gốc từ động thực vật là những hợp chất gây mùi trong nước.
Nước sau khi qua các lớp vật liệu trên đã gần như loại bỏ hoàn toàn các chất hửu cơ, huyền phù, kim loại nặng trong nước. Các thành phần trên sẽ được loại bỏ hoàn toàn sau khi qua lớp vật liệu lọc cuối cùng là than hoạt tính và cát thạch anh biển còn lại.
Lớp sỏi có tác dụng đỡ các lớp vật liệu trên và thu nước sạch
Nước sau khi qua hệ thống lọc, chảy về bể chứa nước sạch, trên quá trình chảy, hệ thống cấp hóa chất javen khuếch tán vào dòng nước qua đường ống, giúp khử trùng triệt để các thành phần vi sinh vật còn sót lại trong nguồn nước. Nước sau khi khử trùng đảm bảo đầy đủ chỉ tiêu hóa lý, vi sinh theo tiêu chuẩn QCVN 02:2009/BYT về nước cấp sinh hoạt.
I. TÍNH TOÁN KỸ THUẬT BỒN LỌC ÁP LỰC:
     ❖ Nhiệm vụ:
- Lọc kết tủa kim loại nặng và các cặn lơ lửng có trong nước (có nguồn gốc từ kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu, Các huyền phù có gốc hữu cơ…).
     ❖ Cấu tạo:
- Hình dạng bồn lọc: Thân hình trụ tròn, đáy và nắp là mặt tròn
- Vật liệu lọc chế tạo bồn: CT3.
- Tốc độ lọc từ 8 -:- 20 m/h.
- Suất giản nở của bồn lọc: 20% -:- 25%.
     ❖ Nguyên tắc hoạt động:
- Nước từ bồn lắng sẽ được đưa vào bồn lọc qua phểu phân phối lọc. Sau đó nước sẽ qua lớp vật liệu lọc, cát lọc và được hệ thống thu lọc ở đáy đưa nước sạch ra ngoài.
     ❖ Tính toán thiết kế:
- Diện tích bề mặt bình lọc được xác định theo công thức:
                                        
Trong đó:
Q: Công suất trạm xử lý (m3/H)
V: Tốc độ lọc tính toán ở điều kiện bình thường (m/h) Chọn  V=15m/h
Vậy ta tính được tổng diện tích bình lọc của trạm xử lý là:
                                           
- Số bình lọc:
Trong bình lọc chọn vật liệu có cở hạt dtđ = 0,9 mm, hệ số không đồng nhất  K = 2 ÷ 2,2 chọn chiều dày lớp cát lọc L = 1,0 m (lấy theo bảng 4-6 sách XỬ LÝ NƯỚC CẤP ).
Số bình lọc cần thiết được xác định theo công thức:
Bình. Chọn N = 2bình
Như vậy, theo tính toán ta có 2 bình có cơ chế lọc nối tiếp nhau , dự phòng trường hợp đóng 1 bình để rửa lọc.
- Đường kính bình lọc:  
                          . Chọn D=1,1m
- Chiều cao toàn phần của bình lọc áp lực:
+ Tính theo công thức: H = hn + hv + hđ + hc
+ hn = 0,5 m : chiều cao lớp nước trên lớp cát lọc (tiêu chuẩn từ 0,4 – 0,6m).
+ hv = 1,6 m : chiều cao lớp vật liệu lọc.
+ hđ = 0,3 m : chiều cao lớp sỏi đỡ.
+ hc = 0.6m : Chiều cao chân đỡ toàn thân bình lọc:
                        H = hn + hv + hđ + hc = 0.5+1.6+0.3+0.6 = 3.0m
- Đường kính ống dẫn, xả nước vào mỗi bình lọc tính theo công thức:

v: Vận tốc nước trong đường ống, chọn v = 0,6 m/s.
Thay các giá trị vào công thức trên ta có:

Vậy chọn đường ống dẫn của bình lọc, có đường kính trong là DN=90mm. Tương đương ống D = 100 mm.
- Tổn thất áp lực khi qua các lớp vật liệu lọc:
Bằng cách tra bảng tiêu chuẩn tổn thất áp lực trong sổ tay xử lý nước:
+ Tổn thất áp lực khi qua lớp vật liệu lọc Quặng khử sắt là: 1,25 m
+ Tổn thất áp lực khi qua lớp cát lọc (d=0.9mm): 7,27 m
+ Tổn thất áp lực khi qua lớp sỏi đỡ (d=2-4mm): 1,19 m
+ Tổn thất áp lực khi qua đường ống dẫn nước:   0,40 m.
Vậy tổng tổn thất áp lực là: 10,11 m tương đương (1 at).
Vậy khi đồng hồ áp lực trên thân bình chỉ vào 3,5at thì tiến hành ngưng sử dụng để tiến hành sục rửa hệ thống. Và xả khí tại đường ống xả khí Dxk = 15mm.
Theo tiêu chuẩn bình lọc áp lực thì một bình lọc áp lực có thể chịu áp tối đa là 6at trong điều kiện hoạt động bình thường và tăng cường. Bằng phương pháp thử bình thì bình áp lực có thể chịu áp một mức tối đa là 12at.
II. TÍNH TOÁN KÝ THUẬT BÌNH LẮNG NGHIÊNG:
     ❖ Nhiệm vụ:
- Lọc kết tủa kim loại nặng và các cặn lơ lửng có trong nước (có nguồn gốc từ kim loại nặng, Các huyền phù có gốc hữu cơ, vô cơ…).
     ❖ Cấu tạo:
- Hình dạng bình lắng nghiêng: Thân hình trụ tròn, đáy hình nón và nắp là mặt tròn, chế tạo lắp đặt dạng nghiêng 60 độ, có van xả đáy định lỳ và cửa thăm để kiểm tra và bảo dưỡng.
- Vật liệu lọc chế tạo bồn: CT3.
- Tốc độ lắng hay thời gian lưu nước 1 - 2h (Tùy vào thành phần dòng thải) → Chọn 1,5h
- Suất giản nở của bồn lọc: 20 – 25%.
     ❖ Nguyên tắc hoạt động:
Nước đi từ dưới lên, tại đây các chất lơ lửng, huyền phù và tạp chất trong nước được giữ lại qua đáy, nước trong vượt qua lớp hạt xifo lên trên mặt, chảy sang hệ thống 2 bồn lọc tinh, cặn bẩn dưới đáy được định kỳ xả ra ngoài qua hệ thống van.
     ❖ Tính toán thiết kế:
- Diện tích bề mặt bình lắng nghiêng được xác định theo công thức:
1. Dung tích bể lắng:

Trong đó:
+ Q: là công suất của trạm xử lý (m3/h)
+ t: Là thời gian lưu nước trong bể (h). Chọn t=1h (theo qui phạm từ 0,5-3h)
- Chiều cao vùng lắng:
Chọn H=2.5m (theo qui phạm, chiều cao này từ 2,0 -:- 3,5m)
- Diện tích mặt bằng bồn lắng:
Được xác định theo công thức sau

         - Bình hình trụ trong -> đường kính của tháp lắng nghiêng:

Chiều cao dự trữ 0.4m -> chiều cao thực tế 3m. Các kích thước trên là kích thước trong của bình lắng nghiêng, kích thước thực tế 3,4m.                
III. TÍNH TOÁN VẬT LIỆU CẤP CHO QUÁ TRÌNH LỌC THÔ VÀ TINH:
1. Quá trình lọc thô:

Chiều cao lớp xifo Hlọc = 2,5m (như đã chọn ban đầu).
Đường kính bình lắng nghiêng D = 1200 mm

• Thể tích của xifo: V= D2 x Hlọc/ 3,14= 1,22 x 2,5 /3,14= 1,15m3 xifo.

2. Quá trình lọc tinh:

Tính cho 1 bồn lọc:
Đường kình của bồn lọc D = 1100 mm. Chiều cao của các lớp vật liệu tương ứng Cát → Quặng Mangan → Quặng Filoc → Than → Sỏi  là 500, 300, 400, 200, 400 mm.
Cát lọc: V = D2 x 3,14 x Hlọc/4 = 1,12 x 3,14 x 0,5/4 = 0,48 m3
Quặng Mangan: V = D2 x 3,14 x Hlọc/4 = 1,12 x 3,14 x 0,3/4 = 0,28 m3
Quặng Filoc: V = D2 x 3,14 x Hlọc/4 = 1,12 x 3,14 x 0,4/4 = 0,38 m3
Than hoạt tính: V = D2 x 3,14 x Hlọc/4 = 1,12 x 3,14 x 0,2/4 = 0,18 m3
Sỏi đỡ: V = D2 x 3,14 x Hlọc/4 = 1,12 x 3,14 x 0,4/4 = 0,38 m3
3. Tính toán hệ thống khử trùng:
- Lưu lượng cần cấp: Q = 12 m3/h, áp dụng theo quyết định 14/2004-BXD về việc ban hành định mức dự toán công tác sản xuất nước sạch.
- Đối với việc xử lý nước sạch từ nguồn nước mặt hàm lượng hóa chất khử trùng Javen nồng độ 3g/l được sử dụng với hàm lượng 1 lít dung dịch Javen cho 1,5 m3 nước sạch.