Luận Văn Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý nước cấp ở Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý nước cấp ở Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung 1
1.1.1 Lịch sử hình thành 1
1.1.2 Quá trình phát triển 1
1.1.3 Chức năng và nhiệm vụ 2
1.1.3.1 Chức năng . 2
1.1.3.2 Nhiệm vụ . 2
1.1.4 Hiện trạng quản lý và xử lý môi trường . 2
1.1.4.1 Hiện trạng quản lý . 2
1.1.4.2 Xử lý môi trường . 3
1.1.5 Phương hướng đầu tư và phát triển 3
1.2 Tổng quan về trung tâm xử lý nước sạch . 4
1.2.1 Giới thiệu chung . 4
1.2.2 Hoạt động cấp nước sạch . 5
1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới và Việt Nam 7
1.3.1 Công nghệ xử lý nước cấp trên thế giới . 7
1.3.2 Công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam 8
1.4 Tính cấp thiết của đề tài 12
1.5 Nội dung nghiên cứu . 13
CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ . 14
2.1.1 Đối tượng nghiên cứu . 14
2.1.2 Hóa chất sử dụng 14
2.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 14
2.1.3.1 Thiết bị 14
2.1.3.2 Dụng cụ . 14
2.2 Cơ sở lý thuyết về phương pháp xử lý nước . 15
2.2.1 Mục đích của quá trình xử lý nước 15
2.2.2 Chất lượng nước thô thích hợp với các quá trình xử lý nước 15
2.2.3 Các quá trình xử lý nước 16
2.2.3.1 Hồ chứa và lắng sơ bộ . 16
2.2.3.2 Song chắn rác và lưới chắn . 16
2.2.3.3 Bể lắng cát . 16
2.2.3.4 Làm thoáng 16
2.2.3.5 Clo hóa sơ bộ . 17
2.2.3.6 Quá trình khuấy trộn hóa chất . 18
2.2.3.7 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn 18
2.2.3.8 Quá trình lắng 19
2.2.3.9 Quá trình lọc 20
2.2.3.10 Khử trùng nước . 21
2.2.3.11 Ổn định nước . 21
2.2.4 Một số quy trình công nghệ xử lý nước cấp . 22
2.2.4.1 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500 mg/L 22
2.2.4.2 Khi nguồn nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500 mg/L . 22
2.2.4.3 Khi nguồn nước là nước ngầm 22
2.2.4.4 Khi nguồn nước là nước mặt . 23
2.3 Lý thuyết về phương pháp keo tụ 23
2.3.1 Cơ sở khoa học của quá trình keo tụ 23
2.3.1.1 Phân loại các tạp chất trong nước theo kích thước . 23
2.3.1.2 Cơ chế keo tụ – tạo bông . 25
2.3.1.3 Hóa học của quá trình keo tụ bằng PAC . 29
2.3.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 30
2.4 Cơ sở của quá trình tối ưu hóa theo phương án trực giao cấp hai 32
2.4.1 Phương pháp thiết kế thí nghiệm theo phương án trực giao cấp hai 32
2.4.2 Xác định điều kiện tối ưu 34
2.5 Phương pháp nghiên cứu . 34
2.5.1 Khảo sát quy trình xử lý nước cấp . 34
2.5.2 Phương pháp đo pH 34
2.5.3 Phân tích độ đục . 35
2.5.4 Thí nghiệm tối ưu hóa quá trình keo tụ 35
2.5.4.1 Thí nghiệm Jartest . 35
2.5.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC và pH đến hiệu suất keo tụ 36
2.5.4.3 Tối ưu hóa quá trình keo tụ theo phương án trực giao cấp hai . 37
2.5.5 Thử nghiệm mô hình 39
2.5.5.1 Lấy mẫu nước thí nghiệm . 39
2.5.5.2 Chuẩn bị hóa chất 39
2.5.5.3 Các thông số thiết kế của mô hình 39
2.5.5.4 Vận hành mô hình . 43
2.5.5.5 Thu mẫu nước sau xử lý 44
2.5.6 Phương pháp xử lý số liệu 44
2.5.6.1 Đối với số liệu phân tích . 44
2.5.6.2 Đối mô hình hồi quy cấp hai . 44
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả khảo sát quy trình xử lý nước cấp . 45
3.1.1 Sơ đồ công nghệ . 45
3.1.2 Thuyết minh công nghệ 46
3.1.3 Quy trình vận hành trạm xử lý nước sạch 47
3.1.3.1 Công tác kiểm tra 47
3.1.3.2 Công tác vận hành hệ thống 48
3.1.3.3 Công tác kiểm tra chất lượng sản phẩm 48
3.2 Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC và pH đến hiệu
suất keo tụ 48
3.2.1 Kết quả thí nghiệm 1 48
3.2.1 Kết quả thí nghiệm 2 50
3.3 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa . 51
3.3.1 Thiết kế thực nghiệm . 51
3.3.2 Kết quả thí nghiệm Jartest 52
3.3.3 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai 53
3.3.4 Kiểm tra tính tương thích của mô hình 54
3.4 Kết quả thử nghiệm trên mô hình . 58
3.4.1 Kết quả kiểm tra hiệu suất keo tụ . 58
3.4.2 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu đầu ra 58
3.5 Đề xuất cải tạo công nghệ . 60
3.6 Khái toán kinh tế . 61
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 TCVN 1329/2002/BYT- QĐ ngày 18/04/2002 . 5
Bảng 1.2 Phân loại nước theo kích thước tạp chất 24
Bảng 2.1 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến
hiệu suất keo tụ khi giữ nguyên giá trị pH 36
Bảng 2.2 Bảng kế hoạch thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo
tụ khi giữ nguyên giá trị nồng độ PAC . 37
Bảng 2.3 Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, hai yếu tố . 38
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ 49
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ . 50
Bảng 3.3 Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm . 51
Bảng 3.4 Bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu hóa . 52
Bảng 3.5 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa trên máy Jartest . 53
Bảng 3.6 Các hệ số hồi quy thu được tự thực nghiệm 53
Bảng 3.7 So sánh hiệu suất keo tụ theo thực nghiệm và theo mô hình cấp hai 54
Bảng 3.8 Các thông số cơ bản của mô hình hồi quy cấp hai 55
Bảng 3.9 So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm tại điều kiện tối ưu 55
Bảng 3.10 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 58
Bảng 3.11 Kết quả phân tích nước đầu ra sau bể lọc cát của KCN tháng 4/2012 58
Bảng 3.12 So sánh một số chỉ tiêu đầu ra của nước sau quá trình lắng ở KCN và từ
kết quả tối ưu hóa 59
Bảng 3.13 Bảng khái toán kinh tế . 61
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ quy trình xử lý nước nhà máy nước Cầu Đỏ . 11
Hình 2.1 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2500mg/L 22
Hình 2.2 Quy trình xử lý nước có hàm lượng cặn lớn hơn 2500mg/L . 22
Hình 2.3 Một số quy trình xử lý nước ngầm . 23
Hình 2.4 Một số quy trình xử lý nước mặt 23
Hình 2.5 Hiệu quả của cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích các ion trái dấu 27
Hình 2.6 Mô tả quá trình tạo bông keo theo cơ chế hấp phụ - bắc cầu . 28
Hình 2.7 Cấu trúc Keggin của PAC 30
Hình 2.8 Sơ đồ thí nghiệm phương án cấu trúc có tâm cấp hai, hai yếu tố 33
Hình 2.9 Thiết bị Jartest 36
Hình 2.10 Mô hình bể điều hòa . 39
Hình 2.11Mô hình bể keo tụ . 40
Hình 2.12 Mô hình bể tạo bông 41
Hình 2.13 Mô hình bể lắng . 42
Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ quy trình xử lý nước cấp tại KCN Suối Dầu 45
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của hàm lượng PAC đến hiệu suất keo tụ . 50
Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất keo tụ 51
Hình 3.4 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng PAC và pH
đến độ đục của nước sau keo tụ 56
Hình 3.5 Đồ thị và hình chiếu tương ứng mối quan hệ giữa hàm lượng PAC và pH
đến hiệu suất keo tụ . 57
Hình 3.6 Biểu đồ so sánh một số chỉ tiêu của nước sau khi lắng 60
Hình 3.7 So sánh hiệu quả kinh tế giữa KCN và kết quả của bài nghiên cứu 61
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tên đầy đủ
SUDAZI Khu Công nghiệp Suối Dầu
TIC Công ty Thương mại và Đầu tư Khánh Hòa
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
QĐ Quyết định
BYT Bộ y tế
XLNC Xử lý nước cấp
PAC Poly Aluminum Cloride
USA The United States of America
STT Số thứ tự
TCN Trước Công Nguyên
NMN Nhà máy nước
ĐVT Đơn vị tính
KCN Khu Công Nghiệp
MỞ ĐẦU
Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu sử dụng nước
của người dân cho sinh hoạt, cho hoạt động công nghiệp dịch vụ là rất lớn. Hiện nay
nước từ thiên nhiên là nguồn cung cấp nước chính, chủ yếu là nguồn nước mặt và
nguồn nước ngầm. Tuy nhiên nguồn nước từ thiên nhiên có chất lượng rất khác
nhau và phần lớn bị ô nhiễm từ các hoạt động sinh hoạt công nghiệp của con người.
Vì vậy trước khi đưa vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý chúng.
Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu là một trong những
thành viên của công ty cấp nước Khánh Hòa, chuyên xử lý và cung cấp nguồn nước
sạch cho KCNSuối Dầu và người dân xung quanh KCN. Nhà máy hiện đang sử
dụng nguồn nước mặt của hồ Suối Dầu để xử lý. Do đặc trưng của nguồn nước này
luôn thay đổi về thành phần, tính chất nên cần phải giám sát chặt chẽ nguồn nước
thô trước xử lý, đồng thời dây chuyền công nghệ, hóa chất sử dụng phải thay đổi
cho phù hợp với chất lượng nước đầu vào theo từng thời kì, cụ thể là sự thay đổi về
hóa chất trong quá trình keo tụ.
Trên nền tảng những kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào
thực tế em thực hiện đề tài: "Tối ưu hóa quá trình keo tụ bằng PAC trong xử lý
nước cấp ở Trung tâm cấp nước sạch Khu Công nghiệp Suối Dầu". Nhằm mục
đích nắm bắt kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình thực tập và góp phần cải tiến nâng
cao quá trình xử lý của dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho Trung Tâm cấp
nước sạch.
Chương 1 : Tổng quan
Trang 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu chung
1.1.1 Lịch sử hình thành
Đáp ứng nhu cầu phát triển của hoạt động phát triển kinh doanh và kêu gọi
đầu tư của toàn tỉnh Khánh Hòa, ngày 11/11/1997 Thủ tướng chính phủ đã ký quyết
định số 951/QD-TTG quyết định thành lập Khu Công nghiệp Suối Dầu, phê duyệt
dự án đầu tư xây dựng và kinh doanh kết cấu hạ tầng Khu Công nghiệp Suối Dầu
tỉnh Khánh Hòa, gọi tắt là SUDAZI.
Dưới sự đầu tư của doanh nghiệp nhà nước Công ty Thương Mại và Đầu tư
Khánh Hòa TIC, trực thuộc ủy ban nhân dân tỉnh Khánh Hòa, SUDAZI được đưa
vào khởi công và xây dựng.
SUDAZI được xây dựng thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước, huy
động, tận dụng và tăng giá trị nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương. Với vị trí
thuận lợi cả về giao thông đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không.
Các nguồn cung cấp điện và nước cho Khu Công nghiệp thuận lợi cho việc phát
triển. Với diện tích quy hoạch 152 ha (giai đoạn I: 78,1 ha) và có thể mở rộng đến
300 ha (giai đoạn II). Nằm ở vị trí đầu mối của giao thông, cách Thành Phố Nha
Trang 25km, cách cảng biển và sân bay Nha Trang 27km, cảng biển Quốc tế Cam
Ranh và Ba Ngòi 35km, và cách các ga Suối Cát, Suối Tân, Hòa Tân 2- 5km thì
SUDAZI là điểm hẹn công nghiệp của miền trung nói riêng và của đất nước nói
chung.
1.1.2 Quá trình phát triển
Từ lúc bắt đầu xây dựng cho đến nay, SUDAZI đã hoàn thành đầu tư xây
dựng giai đoạn I với diện tích gần 78 ha, bao gồm :
- Hệ thống đường giao thông nội bộ bê tông – nhựa hiện đại dài 16km, gồm
tuyến đường chính nối với quốc lộ 1A, các đường phụ được quy hoạch hợp lý và
xây dựng hoàn chỉnh giúp cho các hoạt động vận chuyển, đi lại an toàn và tiện lợi.
Chương 1 : Tổng quan
Trang 2
- Xây dựng hoàn chỉnh một trạm bơm nước thô 2750 m
3
/ngày và một trạm
xử lý nước sạch công suất hiện tại 3000 m
3
/ngày. Nguồn cấp nước lấy từ hồ thủy lợi
Suối Dầu với công suất 10.000 m
3
/ngày, cung cấp đầy đủ nước cho sinh hoạt và
công nghiệp bằng đường ống dài 10km. Hoàn thiện hệ thống xử lý nước 5000
m
3
/ngày.
- Trong giai đoạn II của Dự án, SUDAZI sẽ tiếp tục phát triển trên phần diện
tích còn lại và hoàn thiện cơ cấu quản lý để đi vào quỹ đạo ổn định.
1.1.3 Chức năng và nhiệm vụ
1.1.3.1 Chức năng
SUDAZI do Xí nghiệp Phát triển Hạ tầng trực tiếp quản lý có chức năng
kinh doanh cơ sở hạ tầng Khu Công nghiệp, xây dựng công trình dân dụng và công
nghiệp, bất động sản, dịch vụ ăn uống và kinh doanh các dịch vụ Khu Công nghiệp
khác.
1.1.3.2 Nhiệm vụ
Đến nay SUDAZI đã có trên 35 doanh nghiệp đã và đang thuê đất đầu tư sản
xuất, đạt công suất khai thác 70% diện tích đất cho thuê với 80% Doanh nghiệp
đang hoạt động và chế biến thủy sản. Nên nhiệm vụ trọng tâm của SUDAZI là đáp
ứng được nhu cầu sử dụng nước sạch thường xuyên, số lượng lớn và đảm bảo tiêu
chuẩn, xử lý nước thải của các Doanh nghiệp cũng là một nhiệm vụ quan trọng, cần
thiết để đảm bảo cho môi trường xung quanh.
1.1.4 Hiện trạng quản lý và xử lý môi trường
1.1.4.1 Hiện trạng quản lý
SUDAZI hiện có nhiều ngành nghề thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Vì vậy,
việc kiểm soát và quản lý về môi trường rất khó khăn và còn nhiều bất cập do đặc
điểm chất thải của mỗi công ty hoàn toàn khác nhau. Mặc dù vậy, SUDAZI đã có
các bước kiểm soát, Ví dụ như yêu cầu các công ty xả thải phải đạt tiêu chuẩn quy
định, kiểm soát định kỳ, bắt buộc phải xử lý chất thải nguy hại theo đúng quy định,
ký cam kết bảo vệ và không xâm phạm tới môi trường.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Cảnh, 1993, Quy hoạch thực nghiệm, NXB Đại học Quốc gia
TP.HCM.
[2]. Nguyễn Ngọc Dung, Xử lý nước cấp, NXB Xây dựng 1999.
[3]. Mai Hữu Khiêm, 2005, Hóa keo, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM.
[4]. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, nhà xuất bản xây
dựng 2004.
[5]. GS. TS. Trần Hiếu Nhuệ (22/11/2010), Công nghệ xử lý nước - nước thải ở Việt
Nam - thực trạng và thách thức.
[6]. Lương Đức Phẩm, Lê Văn Cát, Dương Hồng Anh, Lê Quốc Hùng, Ngô Kim
Chi, Nguyễn Hữu Phú, Cao Thế Hà, Lê Anh Tuấn, 2009, Cơ sở khoa học trong
công nghệ bảo vệ môi trường, tập 3, Các quá trình hóa học trong công nghệ môi
trường, NXB Giáo dục Việt Nam.
[7]. Nguyễn Lan Phương, Xử lý nước cấp, NXB Đại học bách khoa Hà Nội
[8]. Th.S Lê Anh Tuấn, Cẩm nang cấp nước nông thôn.
[9]. Báo cáo chất lượng nước nhà máy nước Cầu Đỏ, tháng 3 năm 2011.
[10]. http://www.worldofwateronline.ca/