Luận Văn Nghiên cứu các loại vật liệu lọc để lọc sắt và mangan trong nước ngầm của xí nghiệp cấp nước trung a

Mở đầu
Đặt vấn đề:
Nước là tài nguyên quan trọng nhất của loài người và sinh vật trên trái đất. Con người mỗi ngày cần 250 lít nước cho sinh hoạt; 1500 lít nước cho sinh hoạt công nghiệp và 2000 lít nước cho hoạt động nông nghiệp. Nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật trong môi trường nước và 44% trọng lượng cơ thể con người. Để sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước, 1 tấn đạm cần 600 tấn nước và 1 tấn chất bột cần 1000 tấn nước
Ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống, nước còn là chất mang năng lượng (hải triều, thủy năng), chất mang vật liệu và tác nhân điều hòa khí hậu, thực hiện các chu trình tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Có thể nói sự sống của mọi con người và mọi sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào nước.
Nước sinh hoạt hiện nay đang là vấn đề quan tâm của tất cả mọi người, nhất là ở những khu vực không có nguồn nước sinh hoạt và cả những khu vực đã có nguồn cấp nhưng thất thường không đảm bảo. Vấn đề này ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng cuộc sống và sản xuất của người dân.
Hiện nay trên thế giới vẫn còn 1/3 dân số trên thế giới sống trong tình trạng thiếu nguồn nước để sinh hoạt hàng ngày. Nếu không có biện pháp thích ứng trong việc phân phối và tái tạo nguồn nước thì theo ước tính đến năm 2025 sẽ có 2/3 dân số không đủ nước để sử dụng. Trên thế giới, lượng nước ngầm bị thất thoát hàng năm là 160 tỷ m3 nước, tương đương lượng lương thực nông phẩm cho nhân loại. Do đó việc xử lý và tái sử dụng nước thải sinh hoạt của người dân là ưu tiên hàng đầu. Thêm nữa, nếu lượng nước thải hồi không được xử lý số nước này sẽ làm ô nhiễm mạch nước ngầm khiến cho tình trạng khan hiếm nước sạch càng tăng thêm.
Thành phố Hồ Chí Minh là một đô thị lớn, không những giữ vai trò trung tâm kinh tế, văn hóa, du lịch đối với khu vực phía Nam mà còn là đầu mối giao lưu và cửa ngõ hướng ra thế giới của Việt Nam. Với chính sách đổi mới mở cửa, TPHCM đã quyết tâm thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, TPHCM đã hình thành thêm các quận mới, các khu đô thị mới và các khu công nghiệp tập trung, đồng thời với công trình chỉnh trang lại các khu vực nội thành cũ (chương trình kênh Nhiêu Lộc Thị Nghè), giải tỏa nhiều xóm nhà ổ chuột, xây dựng nhiều khu dân cư mới.
Tốc độ phát triển đô thị nhanh chóng cùng với nhịp độ tăng trưởng của các ngành nghề, dịch vụ du lịch, nhịp độ tăng trưởng dân số với mức sống ngày càng được nâng cao của người dân thành phố đòi hỏi phải đáp ứng nhiều nhu cầu cần thiết, trong đó có các nhu cầu cấp bách liên quan đến cuộc sống hàng ngày của người dân như : thông tin liên lạc, giao thông, điện, nước Trong đó đặc biệt nhất là cung cấp nước sạch đảm bảo vệ sinh và đạt tiêu chuẩn cho người dân. Vì vậy việc nghiên cứu xử lý chất lượng nước ngầm là rất cần thiết.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục đích của nghiên cứu được đặt ra là: sử dụng các loại vật liệu lọc khác nhau (vật liệu lọc đa năng ODM – 2F, cát thạch anh, sỏi đỡ, Ferrolite) để xác định hàm lượng sắt và mangan của nước ngầm sau khi qua hệ thống lọc so với tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT – QĐ, ngày 18/4/2002) và tiêu chuẩn chất lượng nước sạch dùng thiết kế các công trình xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt ( TCXDVN 33:2006).
Nội dung nghiên cứu
Xác định các tính chất của vật liệu lọc:
ã Thành phần độ hạt.
ã Độ bền cơ học.
ã Độ bền hóa học.
Xác định hàm lượng sắt, mangan, độ kiềm, độ pH, độ oxy hòa tan, tổng chất rắn hòa tan (TDS).
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng các loại vật liệu lọc khác nhau nhằm xác định hàm lượng sắt và mangan, độ pH, độ kiềm, độ oxy hòa tan, tổng chất rắn hòa tan (TDS) xem loại vật liệu lọc nào phù hợp với chất lượng nước theo yêu cầu của tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT – QĐ, ngày 18/4/2002) và tiêu chuẩn chất lượng nước sạch dùng thiết kế các công trình xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt (TCXDVN 33:2006).
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nước ngầm được Công ty Cấp nước Trung An khai thác và xử lý cung cấp nước cho khu vực quận Gò Vấp và quận 12.
Phạm vi nghiên cứu để xác định các hàm lượng sắt và mangan, độ pH, độ kiềm, độ oxy hòa tan, tổng chất rắn hòa tan (TDS) được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
ã Đặt vấn đề 2
ã Mục tiêu nghiên cứu 3
ã Nội dung nghiên cứu 3
ã Phương pháp nghiên cứu 4
ã Đối tượng nghiên cứu 4
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN XÍ NGHIỆP CẤP NƯỚC TRUNG AN
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển về Xí nghiệp Cấp nước Trung An 6
1.2 Mô hình tổ chức của Xí nghiệp Cấp nước Trung An 7
1.3 Xí nghiệp Cấp nước Trung An Trạm cấp nước Gò Vấp 7
1.4 Cơ cấu tổ chức bộ máy và chức năng nhiệm vụ của các Ban – Đội – Trạm thuộc Xí nghiệp cấp nước Trung An 8
1.4.1 Cơ cấu tổ chức bộ máy 8
1.4.2 Chức năng nhiệm vụ của các Ban – Đội – Trạm 9
1.4.3 Trạm cấp nước Gò Vấp 16
CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ KHỬ SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC NGẦM
A. Tổng qua về sắt 19
2.1 Trạng thái tồn tại của sắt trong thiên nhiên 19
2.2 Các phương pháp vật lý thông dụng có triển vọng hiện nay để xử lý sắt trong nước 21
2.3 Các phương pháp khử sắt 22
2.3.1 Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng 22
2.3.1.1 Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường tự do (phản ứng đồng thể) 22
2.3.1.2 Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường dị thể của các lớp vật liệu lọc (khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc)
24
2.3.1.3 Phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ khi có mặt lớp màng xúc tác là oxit mangan 26
2.3.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất 26
2.3.2.1 Khử sắt bằng vôi 26
2.3.2.2 Khử sắt bằng Clo 27
2.3.2.3 Khử sắt bằng kali permanganat (KMnO4) 28
2.4 Các phương pháp khử sắt khác 29
2.4.1 Khử sắt bằng trao đổi cation 29
2.4.2 Khử sắt bằng điện phân 29
2.4.3 Khử sắt bằng phương pháp vi sinh 29
2.4.4 Khử sắt ngay trong lòng đất 30
2.5 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt 30
2.5.1 Các giai đoạn công nghệ 30
2.5.2 Các sơ đồ dây chuyền công nghệ khử sắt bằng phương pháp làm thoáng 31
2.5.2.1 Làm thoáng bằng dàn mưa 31
2.5.2.2 Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió 31
2.5.2.3 Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc nhanh 32
2.5.2.4 Khử sắt bằng dây chuyền công nghệ có bể lọc áp lực với sơ đồ lọc 1 đợt và sơ đồ lọc 2 đợt. 33
2.5.2.5 Sơ đồ khử sắt bằng bể lọc 2 đợt với bể lọc chậm 34
2.6 Công nghệ khử sắt bằng hóa chất 35
B. Mangan 36
2.7 Trạng thái tồn tại của Mangan trong nước tự nhiên 36
2.8 Các phương pháp khử Mangan 38
2.8.1 Phương pháp oxy hóa 38
2.8.2 Phương pháp hóa học 41
2.8.2.1 Oxy hóa bằng Đioxit Clo 41
2.8.2.2 Oxy hóa bằng Permanganat Kali 41
2.8.2.3 Oxy hóa bằng ozone 41
2.9 Phương pháp sinh học 42
2.9.1 Nguyên tắc 42
2.9.2 Ưu điểm loại bỏ mangan bằng sinh học] 43
2.10 Dây chuyền khử Mangan 43
CHƯƠNG 3
QUÁ TRÌNH LỌC
3.1 Quá trình lọc 48
3.2 Phân loại các bể lọc 48
3.3 Qui trình của quá trình lọc nước qua lớp vật liệu lọc giữ cặn trong các lỗ rỗng 55
3.4 Quá trính lọc sắt và mangan 58
3.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng vận hành thiết bị lọc 63
3.5.1 Các thông số vật lý 63
3.5.2 Các thông số hóa học 64
CHƯƠNG 4
MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
4.1 Giới thiệu các loại vật liệu lọc 66
4.1.1 Vật liệu lọc đa năng ODM – 2F 66
4.2 Quá trình thí nghiệm 67
4.2.1 Các tính chất của vật liệu lọc cần được xác định trước khi làm thí nghiệm 67
4.2.2 Phạm vi đề tài chỉ nghiên cứu vật liệu lọc như ODM – 2F, cát thạch anh, Ferrolite 70
4.3 Mô hình thí nghiệm 75
4.3.1 Qui trình thí nghiệm 75
4.3.1.1 Xác định sắt 75
4.3.1.2. Xác định mangan 78
4.3.1.3 Xác định độ kiềm 80
4.3.1.4 Oxy hòa tan (dissolved oxygen: DO) 81
4.3.2 Mô hình thí nghiệm 83
4.3.2.1 Vật liệu lọc ODM – 2F và cát thạch anh 84
4.3.2.2 Vật liệu lọc Ferrolite 84
CHƯƠNG 5
PHÂN TÍCH SỐ LIỆU
5.1 Kết quả thí nghiệm 87
5.1.1 Kết quả chất lượng nước thô khai thác 87
5.1.2 Kết quả chất lượng nước nguồn (lấy nước thí nghiệm sau khi đã được nâng pH trước khi vào bồn lọc) 87
5.1.3 Sử dụng vật liệu lọc đa năng ODM - 2F và cát thạch anh 88
5.1.4 Sử dụng vật liệu lọc Ferrolite 89
5.1.5 Hiệu quả quá trình lọc sắt và mangan với vật liệu lọc ODM – 2F và cát thạch anh 90
5.1.6 Hiệu quả quá trình lọc sắt và mangan với vật liệu lọc Ferrolite 91
5.2 Nhận xét 92
Kết luận 94