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 CO 2 , H 2 S 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 Fe 2+ oxy
hóa thành Fe 3+ , sau đó Fe 3+ thực hiện quá trình thủy
phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH) 3 . Mn 2+ bị
oxy hóa thành Mn 3+ và Mn 4+ ở dạng hydroxit kết
tủa. Sau đó dùng bể lọc để giữ lại.
• Quá trình oxy hóa Fe 2+ và thủy phân Fe 3+ có thể
xảy ra trong môi trường tự do, môi trường hạt hoặc
xúc tác.

Các phản ứng
‣ Trong nước ngầm, Fe(HCO 3 ) 2 là muối không bền
vững thường phân ly theo dạng:
Fe(HCO 3 ) 2 → 2HCO 3− + Fe 2+
‣ Khi trong nước có oxy hòa tan do được làm thoáng,
quá trình oxy hóa và thủy phân diễn ra :
4 Fe 2+ + O 2 +10H 2 O → 4Fe(OH) 3 + 8H +
‣ Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:
H + + HCO 3− → H 2 O + CO 2

❖ Tốc độ phản ứng oxy hóa:
Trong đó:
• v: Tốc độ oxy hóa
v = [Fe 2+ ][O 2 ]K/[H + ] 2
• [Fe 2+ ], [O 2 ], [H + ] : Nồng độ các ion Fe 2+ , 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(HCO 3 ) 2 + O 2 + 6H 2 O → 2Mn(OH) 4 + 4H + +
4HCO 3
−

Yếu tố ảnh hưởng
❖ Độ pH: nếu độ pH thấp quá trình oxy hóa Fe 2+ và
thủy phân Fe 3+ 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
CO 2 tự do trong nước càng cao thì phản ứng xảy ra
càng nhanh.
❖ Các tạp chất: H 2 S, NH 3 , các chất bẩn hữu cơ sẽ
gây cản trở quá trình oxy hóa Fe 2+ .

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, FeCO 3 ,
Fe(OH) 3 , FeCl 3 , FeSO 4 , Mn(HCO 3 ) 2 ,…, khử các khí
có trong nước: CO 2 , H 2 S, NH 3 ,…

Làm thoáng bằng
giàn mưa

‣ Điều kiện áp dụng:
- Độ màu của nước khi chưa tiếp xúc với không
khí ≤ 15
- Hàm lượng : SiO 2
2−
≤ 2 mg/l
H 2 S ≤ 0.5 mg/l
NH 4+ ≤ 1 mg/l
- Tổng hàm lượng sắt ≤ 10 mg/l
Nhu cầu oxy = độ oxy hóa + 0.47 H 2 S + 0.15 Fe 2+ ≤
7 mg/l

Cấu tạo giàn mưa

Tính toàn giàn mưa:
❖ Diện tích mặt bằng của giàn mưa:
F =Q/ qm (m 2 )
Trong đó:
• Q: Lưu lượng nước xử lý (m 3 /h)
• Q m : Cường độ mưa lấy từ 10 – 15 (m 3 /m 2 -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:
F tx = (m 2 )
Trong đó:
• G: Lượng CO 2 tự do cần khử (kg/h)
• K: Hệ số khử khí lấy theo biểu đồ
• ∆C tb : Lực động trung bình của quá trình khử
khí(kg/m 3 )

❖ Lượng CO 2 tự do cần lấy đi:
G =
(kg/h)
Trong đó:
• Q: Công suất trạm xử lý (m 3 /h)
• C l : Lượng CO 2 tự do đơn vị lấy đi khỏi nước
để tăng độ pH lên 7,5.

C l = 1,64 Fe 2+
+ (C đ – C t ) (mg/l)
Trong đó:
• Fe 2+ : Hàm lượng sắt có trong nước nguồn(mg/l)
• 1.64: Lượng CO 2 tự do tách ra khi thủy phân 1
mg Fe của nước nguồn (mg/l)
• C đ : Hàm lượng CO 2 tự do ban đầu trong nước
ngầm (mg/l)
• C t : Nồng độ CO 2 tính toán ứng với độ pH = 7,5
và đọ kiềm của nước nguồn.

C t = C bđ ×β×γ (mg/l)
Trong đó:
• C bđ : Nồng độ CO 2 tự do xác định theo biểu đồ
hình (5-1) ứng với trị số pH và độ kiềm đã biết ở
nhiệt độ 20 o C (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: Trị số hệ số β
Lượng muối
trong nước
(mg/l)
100 200 300 400 500 750 1000
β 1,05 1,0 0,96 0,94 0,92 0,87 0,83
Bảng: Trị số hệ số γ
Nhiệt độ nước
o
C
0 10 20 30 40 50 60
γ 1,55 1,21 1,0 0,9 0,89 0,8 0,79

❖ Lực động trung bình của quá trình khử khí:
C tb = (kg/m 3 )
Trong đó:
C max = 1,64 Fe 2+ + C đ (mg/l)
❖ Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc :
W = (m 3 )
Trong đó:
F tx : Diện tích tiếp xúc đơn vị(m 2 /m 3 ) lấy theo bảng
( Đặc tính của lớp vật liệu tiếp xúc)

Vật liệu
Đường kính
(mm)
Số lượng 1m 3
(hạt)
Diện tích bề mặt
đơn vị(m 2 /m 3 )
Trọng lượng
(kg/m 2 )
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. Hệ thống phân phối nước
2. Lớp vật liệu tiếp xúc
3. Sàn thu nước có xi phông
4. Máy quạt gió
5. ống dẫn nước ra
6. ống xả

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:
‣ Kéo 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.

‣Trung hòa amoniac thành cloroamin có tính tiệt
trùng.
H 2 O + Cl 2 ↔ HCl + HClO
HClO ↔ H + + ClO -
NH 3 + HClO → NH 2 Cl + H 2 O
Cl 2 + Fe 2+ +3H 2 O → Fe(OH) 3 ↓ + 2Cl - + 6H +
‣Clo 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.

Sơ lược nội dung
Mục 6.5 Phân loại các nguồn nước mặt như
sau:
Loại nguồn nước
Hàm lượng cặn
(mg/l)
Loại nuồn
nước
Độ mầu (TCU)
Nước ít đục đến 50
Nước ít mầu dưới 35
Nước đục vừa 50 đến 250
Nước đục 250 đến 1500
Nước rất đục trên 1500
Nước có mầu
trung bình
Nước có mầu
cao
35 đến 120
trên 120

Chỉ tiêu chất lượng nước
Nước có độ mầu cao, có
nhiều chất hữu cơ và phù
du sinh vật
Có mùi và vị
Phương pháp xử lí hóa
học
Ozon hóa trước, clo hóa,
keo tụ,
phụ trợ keo tụ, kiềm hóa
Ozon hóa, clo hóa, hấp
phụ
qua than hoạt tính
Hóa chất sử dụng
Ozon, clo dioxide, phèn
nhôm, phèn sắt
chất phụ trợ keo tụ, vôi
xút, sôđa
Ozon, clo dioxide,
than hoạt tính
Có hydro sunfua (H 2 S) Clo hóa, làm thoáng NaClO
Nước có vi trùng
clo hóa, ozon hóa
clo, clo dioxite,
clojaven, ozon
Nước có nhiều sắt
Làm thoáng, Oxy hóa,
kiềm
hóa, keo tụ, trao đổi cation
clo, clo dioxide,
clojaven, ozon,
kali permanganate,
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 hợp với bơm clo
‣Clo có thể tác dụng với các hợp chất hữu cơ
‣(phenol), sinh ra các chất có tính độc cao đối
với sức khỏe con người

Hạn chế:
‣Tiêu tốn lượng clo gấp 3 đến 5 lần lượng clo
dùng để khử trùng nước sau bể lọc, làm tăng giá
thành của nước.
‣Clo 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

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.
2RSO 3 Na + Ca 2+ (RSO 3 ) 2 Ca + 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.

Loại nhựa
Loại acid mạnh
Loại acid yếu
Loại base mạnh
Nhựa trao đổi ion tổng hợp
Đặc tính
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.
Có chứa gốc acid yếu, thường là nhóm carboxyl
(COOH-), hoạt động tương tự như 1 acid yếu, kém
phân ly.
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
Nhựa trao đổi dạng chelate có tính chất chọn lọc
đối với kim loại nặng
Có chứa gốc base yếu và độ phân ly phụ thuộc vào
d0ộ pH.
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:
ZNa 2 + 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