Tài liệu Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương vidipha đạt tiêu chuẩn GMP - WHO công suất 3m3/giờ (link tải bản vẽ ở trang cuối)

ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tốc độ tăng trưởng của ngành dược trong các năm qua và tiềm năng phát triển của thị trường này chính là những yếu tố thu hút sự quan tâm của nhiều nhà đầu tư. Theo báo cáo của Cục Quản lý dược Việt Nam, trong giai đoạn 2000 - 2006, tốc độ tăng trưởng bình quân của ngành dược là 13%, tiền thuốc bình quân đầu người tăng trung bình 7,4%/năm. Điểm đáng chú ý là thuốc sản xuất trong nước ngày càng đáp ứng nhiều hơn nhu cầu sử dụng. Giá trị thuốc sản xuất trong nước năm 2005 là 395 triệu đô la Mỹ, chiếm 48,34% tổng giá trị tiền thuốc (817 triệu đô la Mỹ). Thị phần thuốc sản xuất trong nước được bệnh nhân sử dụng chiếm 70% thị trường thuốc; ở khối bệnh viện, thuốc sản xuất trong nước được sử dụng chiếm hơn 60%. Dự kiến vào năm 2010 có thể đạt đến gần 1,5 tỉ đô la Mỹ. Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng thuốc dược phẩm trên thị trường trong và ngoài nước như hiện nay, các nhà máy sản xuất dược phẩm Việt Nam cần phải đầu tư về công nghệ cũng như thiết bị tiên tiến ngày càng cao, để phục vụ trong quá trình sản xuất theo tiêu chuẩn GMP-WHO. 1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong thời gian gần đây, vấn đề về dược phẩm trong nước và ngoại nhập trên thị trường Việt Nam rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên về chất lượng cũng như xuất xứ nguồn gốc thì người tiêu dùng ít một ai quan tâm nghĩ đến khi sản xuất ra một sản phẩm trong dược phẩm thì vấn đề được kiểm tra trong từ khâu nhập liệu đến khâu chiết suất và thành phẩm đã đi qua những công đoạn gì và chất lượng như thế nào… Hiện nay, có rất nhiều ý kiến xung quanh vấn đề thuốc tây, dược phẩm, đông dược. Đến thời điểm này trên thị trường Việt Nam rất sôi động về những sản phẩm GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 1 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha thuốc ngoại nhập cũng như nội địa. Bên cạnh về mặt tích cực, thị trường dược phẩm cũng đang là điểm nóng về những sai phạm trong việc sản xuất chưa đúng qui trình và chất lượng trong nguồn nhập liệu theo tiêu chuẩn GMP. Chạy theo lợi nhuận cũng như số lượng sản phẩm để tăng lợi nhuận thật nhiều. Nhà sản xuất có thể bấp chấp mọi nguyên tắc cũng như qui định của bộ y tế , cục dược, cũng như tiêu chuẩn GMPWHO hiện nay mà không đầu tư thiết bị hiện đại hoặc đầu tư thiết bị sai sờ chưa đủ điều kiện đưa vào sản xuất trong nghành dược. Một trong những nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong bất kỳ dây chuyền nào trong sản xuất nhà máy dược đó là nguồn nước được sử dụng pha chế trong dược phẩm. Nước trước khi đươc vào pha chế hay sử dụng rửa thiết bị ,dụng cụ …cần phải được xử lý đạt nước tinh khiết theo tiêu chuẩn GPM-WHO. Do vậy tính cấp thiết cho đề tài là đề xuất và thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy sản xuất dược phẩm đạt tiêu chuẩn GMP-WHO. 1.3. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết đạt tiêu chuẩn GMP-WHO để cấp cho nhà máy sản xuất dược phẩm trung ương VIDIPHA (Nhà máy xây dựng ở Tân Hiệp –Tân Uyên –Bình Dương). Công suất 3m 3/h. 1.4. NỘI DUNG ĐỀ TÀI  Giới thiệu về đề tài.  Tổng quan về nước cấp và công nghệ xử lý nước cấp.  Lựa chọn công nghệ xử lý nước tinh khiết cho nhà máy sản xuất dược phẩm đạt tiêu chuẩn GMP-WHO.  Tính toán thiết kế các đơn vị công trình xử lý.  Tính kinh phí đầu tư.  Vận hành và quản lý hệ thống. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 2 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY CỔ PHẦN DƯỢC PHẨM TRUNG ƯƠNG VIDIPHA 2.1. THÔNG TIN VỀ CỔ PHẦN DƯỢC PHẨM TRUNG ƯƠNG VIDIPHA 2.1.1. Tên dự án Tên dự án: “Nhà máy sản xuất dược phẩm kháng sinh đạt tiêu chuẩn GMPWHO tại tỉnh Bình Dương” với công suất sản xuất Dự án là 2.000 tấn/năm của Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương VIDIPHA. 2.1.2. Chủ đầu tư Cơ quan chủ dự án: Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương VIDIPHA Địa chỉ trụ sở chính: 19-12 Nguyễn Văn Trỗi, Q. Phú Nhuận, TP. HCM. Phương tiện liên lạc: Điện thoại: 08.8440106 Fax: 08.8440446 Địa điểm thực hiện dự án: Ấp Tân Bình, xã Tân Hiệp, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương. Đại diện: Ông Kiều Hữu Quốc tịch: Việt Nam Giấy CMND số: 020472890 Chức danh: Chủ tịch hội đồng quản trị kiêm Giám đốc 2.1.3. Vị trí địa lý Nhà máy sản xuất của Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương VIDIPHA được thực hiện tại Ấp Tân Bình, xã Tân Hiệp, huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương với tổng diện tích mặt bằng Dự án là 55.662,5 m2. Tứ cận của khu vực Dự án tiếp giáp với những khu vực sau:  Phía Bắc giáp: Đất trồng cao su của Công ty TNHH Minh Quang  Phía Nam giáp: Đất trồng cao su của hộ Võ Văn Cảnh và Nguyễn Thị Kim Liên  Phía Tây giáp: Đường ĐH 423  Phía Đông giáp: Công ty gạch men Xuân Hoà. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 3 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Tọa độ địa lý của Dự án được thể hiện dưới bản sau: Bảng 2.1. Toạ độ địa lý của Dự án STT 1 2 3 4 DỰ ÁN CÔNG TY CP DƯỢC TOẠ ĐỘ X (m) Y (m) PHẨM TRUNG ƯƠNG VIDIPHA Góc phía Bắc 1224432.941 606925.813 Góc phía Nam 1224123.676 606718.477 Góc phía Tây 1224337.768 606692.720 Góc phía Đông 1224218.414 606965.477 (Nguồn: Từ bản đồ địa chính) Mối tương quan giữa Dự án với các đối tượng tự nhiên:  Cách suối Cái khoảng 1,5km về hướng Nam  Cách đường ĐT 747 khoảng 2,3km về hướng Nam  Cách quốc lộ 13 khoảng 20KM  Cách sông Đồng Nai 4Km về hướng Đông Mối tương quan giữa Dự án với các đối tượng kinh tế - xã hội: Dự án thuộc huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương có mối quan hệ với các đối tượng kinh tế - xã hội trong khu vực như sau:  Cách UBND xã Tân Hiệp 250m.  Cách thị xã Thủ Dầu Một – Bình Dương 20km.  Cách cảng Thành Phố Hồ Chí Minh 55 km.  Cách trung tâm Thành Phố Hồ Chí Minh 60 km. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 4 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Ñöôø ng ÑH 423 SÔ ÑOÀ VÒ TRÍ DÖÏ AÙN NHAØ MAÙY SAÛN XUAÁT DÖÔÏC PHAÅM KHAÙNG SINH ÑAÏT TIEÂU CHUAÅN GMP-WHO TAÏI BÌNH DÖÔNG CUÛA COÂNG TY COÅ PHAÀN DÖÔÏC PHAÅM TRUNG ÖÔNG VIDIPHA Vò trí Döï aùn 2,3Km U traán Thò m øng ÑH 423 1Km g ÑT Ñö ôøn g Ñöôøn g Hön Ñöô 2,3K xaù Tr aïm oa Ña Kh 2Km yeân D Xaõ UBNHieä Taân p Nam KCN Uyeân Taân 6 ÑT 74 746 TDM TX Sơ đồ 2.1. Vị trí xây dựng nhà máy dược phẩm Vidipha 2.2. TỔ CHỨC CỦA CÔNG TY VÀ HOẠT ĐỘNG THƯƠNG MẠI, SẢN XUẤT CỦA CÔNG TY 2.2.1. Cơ cấu tổ chức công ty Trụ sở chính Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương Vidipha: Với tổng diê ên tích khoảng 10.000m2, trụ sở chính của Công ty là nơi đă êt 05 phân xưởng sản xuất thuốc chính và cũng là nơi đă êt văn phòng làm viê êc của Giám đốc, các Phó Giám đốc Công ty và các phòng nghiê êp vụ của Công ty gồm: phòng Tổ chức hành chính, phòng Tài vụ, phòng Kế hoạch, phòng Kinh doanh, phòng Kỹ thuâ tê , phòng Đảm bảo chất lượng (QA), phòng Kiểm nghiê êm, Tổ kho, Ban Cơ điê ên, Ban Bảo vê ê. Địa chỉ: 19-21 Nguyễn Văn Trỗi, Phường 12, Quâ nê Phú Nhuâ nê , TpHCM. Điê ên thoại: (84-8) 8440 448 Fax: (84-8) 8440 446 GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 5 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha SƠ ĐỒ CƠ CẤU BỘ MÁY QUẢN LÝ CÔNG TY Sơ đồ 2.2. Sơ đồ cơ cấu quản lý Công ty Cổ phần Dược phẩm Trung ương Vidipha 2.2.2. Hoạt động thương mại và sản phẩm sản xuất của công ty. 2.2.2.1. Hoạt đô n ô g tiếp thị, quảng bá thương hiê u ô - Đầu tư xây dựng Website Vidipha để giới thiê uê các sản phẩm, thành tựu và hình ảnh của Vidipha đến người tiêu dùng. - Tích cực tham gia các Hô êi chợ chuyên ngành, mở rô êng các chương trình tiếp thị quảng bá tạo dựng hình ảnh thương hiê uê tốt trong lòng người tiêu dùng. - Xây dựng đô iê ngũ tiếp thị chuyên nghiê pê và đô iê ngũ trình dược viên có GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 6 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha chuyên môn để tuyên truyền và quảng bá các sản phẩm của Công ty đến tâ ên người tiêu dùng. - Tăng cường hê ê thống phân phối tại thị trường các khu vực Tây Nguyên, Miền Trung, Miền Bắc. Đẩy mạnh tham gia đấu thầu cung cấp thuốc cho mảng điều trị tại các bê ênh viê nê và các chương trình quốc gia. - Mở rô êng hê ê thống phân phối nhắm vào các Công ty TNHH dược tư nhân tại các địa phương từng bước nâng cao doanh số, nâng cao thị phần. - Tăng cường công tác xúc tiến thương mại, mở rô êng quan hê ê đối ngoại để tìm kiếm các đối tác xuất khẩu, mở rô nê g thị trường của Công ty ra nước ngoài 2.2.2.2 Hoạt đô ông sản xuất - Đầu tư nghiên cứu phát triển, đă êc biê êt là nghiên cứu để đưa vào sản xuất các sản phẩm mới, cải tiến, mẫu mã đẹp phù hợp hơn với thị hiếu người tiêu dùng. - Nâng cấp các nhà máy hiê nê tại đạt tiêu chuẩn GMP-WHO, dự kiến đến cuối năm 2007 toàn bô ê dây chuyền sản xuất của Công ty đăng ký chứng nhâ nê nguyên tắc GMP-WHO với Bô ê y tế. - Đầu tư xây dựng kho thành phẩm đạt tiêu chuẩn GSP. - Đầu tư xây dựng mới khu vực sản xuất thuốc viên sủi đạt tiêu chuẩn GMPWHO. - Đầu tư mới 01 phân xưởng sản xuất thuốc nang mềm đạt tiêu chuẩn GMPWHO. - Tăng cường vốn hoạt đô êng và tăng cường đầu tư dự trữ nguyên liê uê phục vụ sản xuất và mở rô nê g thị phần. - Bảo đảm và nâng cao chất lượng sản phẩm đạt tiêu chuẩn quốc tế đã được khẳng định. - Kiểm soát chi phí, gia tăng năng suất, giảm giá thành để nâng sức cạnh tranh cho sản phẩm của Công ty. Bảng 2.2. Công suất sản xuất trong 01 năm của Dự án STT 1. 2. Tên sản phẩm Thuốc tiêm Thuốc uống GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Đơn vị tính Ống/năm Ống/năm Trang 7 Sản lượng 40.000.000 4.000.000 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha 3. Thuốc nhỏ mắt Chai/năm 5.000.000 4. Thuốc bột pha tiêm Chai/năm 10.000.000 5. Thuốc không B-lactam Viên/năm 1.5000.000.000 6. Thuốc B-lactam Gói/năm 1.500.000.000 7. Thuốc bột các loại Gói/năm 100.000.000 8. Thuốc sirô Chai/năm 2.000.000 9. Thuốc mỡ và thuốc kem Tuýp/năm 1.000.000 2.2.3. Các vấn đề về nguồn nguyên liệu và nguồn nước sử dụng trong sản xuất 2.2.3.1. Nguồn nguyên liệu Khi đi vào hoạt động, Dự án sẽ sử dụng nhiều loại nguyên vật liệu, năng lượng để phục vụ cho quá trình sản xuất các loại dược phẩm khác nhau được thu mua từ các công ty phân phối trong và ngoài nước dưới sự kiểm sát chặc chẻ của bộ y tế và cục dược Việt Nam. 2.2.3.2 Nguồn nước sử dụng trong sản xuất: - Nguồn nước sử dụng cấp cho nhà máy là nguồn nước được khai thác nước ngầm tại khu công viên nhà máy. Nước giếng được qua hệ thống xử lý thô theo sơ đồ sau: GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 8 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Nước giếng Bơm Tháp làm thoáng (giàn mưa) Lắng sơ bộ Bơm Lọc hổn hợp (cát mangan greensand) Lọc than hoạt tính Ca(OCl)2 Khử trùng Bơm Bể chứa nước sạch Sơ đồ 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước giếng - Nước trước khi đưa vào hệ thống xử lýnước tinh khiết để cấp cho sản xuất yêu cầu phải đạt được tiêu chuẩn TCVN1329/2002/ BYT-QĐ. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 9 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP 3.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM Đây là một trong hai nguồn nước cung cấp chính cho nhu cầu nước sinh hoạt của người dân. Nhưng hầu hết chất lượng chưa đảm bảo do đặc điểm địa chất của các tầng đất. Ở những nơi có độ sâu khác nhau thì thành phần cấu tạo hóa học rất khác nhau, đồng thời với sự phát triển của công nghiệp hiện nay cộng với sự khai thác nước ngầm quá mức làm cho các chất ô nhiễm thấm sâu vào các tầng đất ngầm. Tuy việc đun sôi, nấu nướng chỉ có thể loại bỏ vi khuẩn và một vài chất có hại nhưng đồng thời cũng làm phân hủy một số khoáng chất trong nước ngầm, kim loại nặng và một số chất độc hại vẫn còn. Do đó, chúng ta cần kiểm tra chất lượng nước nói chung trước khi sử dụng vào mục đích sinh hoạt và ăn uống. Nước ngầm tồn tại ở các tầng nước trong lòng đất, có hai loại tầng : tầng giới hạn và tầng không giới hạn. - Tầng không giới hạn là lớp đất đá xốp không phủ trên nó lớp đất đá không thấm nước, trong tầng này có hai vùng : vùng bão hòa nước và vùng không bão hòa được phân chia ranh giới bởi mực nước trong đó, vùng không bão hòa chứa nhiều oxy. - Nước ngầm trong tầng không giới hạn có nguồn gốc chính từ nước mưa thấm xuống, nằm ở độ sâu không lớn lắm. Nó dễ bị nhiễm bẫn bởi tạp chất sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. Nước trong tầng này là các dạng mạch nước ngầm nong, nước suối, lớp không bão hòa nằm giữa mực nước và mặt đất, nó có khả năng loại bỏ một số tạp chất nhưng vai trò chủ yếu của lớp nước này là kìm hãm tốc độ di chuyển của tạp chất xuống tầng nước dưới. Lớp nước trong tầng không giới hạn luôn được bổ sung từ nước mưa. Do đó, các vết nứt hay các lỗ khoan không đúng qui cách hoặc không còn hoạt động mà không được bịt lại sẽ phá vỡ tính năng kìm hãm sự di chuyển tạp chất của lớp không bão hòa. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 10 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Tầng không giới hạn có trữ lượng nước cao hơn tầng giới hạn. Nước trong tầng giới hạn chứa ít nitrat, chất hữu cơ và vi sinh vật hơn. Nguồn nước này ít được sử dụng nếu có các nguồn khác thay thế do chi phí khai thác cao và liên quan đến yếu tố chất lượng nước : nhiều muối ở nguồn sâu, nhiều Fe, Mn, H 2S, CO2 do thiếu oxy. - Tầng nước giới hạn là tầng bị phủ trên nó một lớp đất hay đá không có khả năng thấm nước. Nước tích tụ trong đó là do các dòng chảy ngang, chậm từ các tầng không giới hạn đến, nó không có lớp không bão hòa, có cấu trúc kiểu banh kẹp giữa các lớp không thấm nước. Áp lực thủy tĩnh trong tầng giới hạn lớn nên khi khoan hay đào giếng thì nước sẽ phun lên, áp lực này sẽ giảm đi nếu không có nước bổ sung. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào các yếu tố sau : chất lượng nước mưa, chất lượng nước ngầm đã tôn tại thời gian dài trong lòng đất, bản chất lớp đất đá nước thấm qua, bản chất lớp đá chứa tầng nước. Thông thường, nước ngầm chứa ít tạp chất hữu cơ, ít vi sinh và giàu thành phần vô cơ : Ca, Mg, K, Fe, Mn, cacbonat, bicacbonat, sunfat và clorua.  Nước ngầm trong vùng đá vôi, đá phấn chứa nhiều canxi, bicacbonat và trong vùng đá dolomit chứa nhiều magie, bicacbonat.  Nước ngầm trong vùng đá sa thạch, cát kết chứa nhiều NaCl và trong vùng đá granit chứa nhiều mangan, sắt.  Nước ngầm ven vùng đô thị, có nguồn thải chảy qua, nơi chôn rác chứa nhiều tạp chất là sản phẩm của quá trình phân hủy vi sinh như : nitrit, amoniac, nitrat, hydro sunfua, photphat.  So với nước mặt, độ dẫn điện (nồng độ các ion) trong nước ngầm cao hơn và tăng cùng với độ sâu nguồn nước do các nguồn nước sâu ít được bổ sung, hòa trộn với các nguồn nước mới và do thời gian tiếp xúc lâu với đất đá tạo điều kiện hòa tan các khoáng vật trong tầng. Ở nguồn nước sâu, già cỗi thì nồng độ ion cao và ở vùng đồng bằng rất dễ bị nhiễm mặn. Nồng độ muối cao cũng có thể là do khai thác quá mức trong điều kiện bổ sung hạn chế, co thể do nước  ngầm có sẳn muối hay do sự xâm nhập mặn từ nước biển. Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới đất, thường từ 30 – 40, 60 – 70, có khi 120 – 150 và cũng có khi tới 180m. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 11 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Nước ngầm được thấm từ trên xuống, hoặc có thể tù nơi xa chảy về. Dịng  nước ngầm xuất hiện trên một lớp đất hoặc đá hoàn toàn không thấm nước. Qua các lớp cát sỏi đá bị hấp phụ hết các tạp chất nên chất lượng nước ngầm sạch, ổn định. Nước ngầm có thể có những túi lớn nằm rải rác trong lịng đất, cũng có thể chảy thành mạch. Trữ lượng nước ngầm khá lớn và rất quan trọng cho nước cấp ở thành phố và nông thôn vùng phèn, mặn…  Nước ngầm được khai thác tù các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra đặc trưng chung của nước ngầm:  Độ đục thấp  Độ pH thấp  Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định  Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như CO2, H2S …  Chứa nhiều khống chất hịa tan chủ yếu l: sắt, mangan, canxi, magie và flo.  Khơng cĩ sự hiện diện của vi sinh vật Theo báo cáo của Liên Hiệp Quốc, chỉ có khoảng 2/3 (60%) dân số Việt Nam  được sử dụng nước sạch theo tiêu chuẩn chất lượng nước của Liên Hiệp Quốc. (Báo cáo diễn biến môi trường nước Việt Nam 2003.) 3.2. CÁC THÀNH PHẦN CÓ TRONG NƯỚC NGẦM  Chất lượng nước ngầm nói chung là tốt, ít có trường hợp bị nhiễm bẩn hữu cơ, ở nhiều vùng cĩ thể sử dụng trực tiếp không cần làm sạch. Tuy nhiên, nước ngầm thường có tổng khoáng hóa cao, nhiều khi chứa các chất khí hịa tan, cĩ nhiều chất sắt v mangan. Hm lượng sắt dao động từ vài mg/l đến hàng chục mg/l. Ở nhiều vùng có nguồn bị nhiễm mặn hoặc có độ cứng cao.  Một loại nước ngầm tồn tại trong đất (phạm vi từ 1m đến 15m) thực chất là nước mặt, thường được gọi là nước ngầm “mạch nông”. Chất lượng nước ngầm mạch nông ở nhiều vùng khá tốt, nhưng nhiều vùng cũng chỉ khá hơn nước mặt một chút vì bị ảnh hưởng trực tiếp của nước mặt bị ô nhiễm và thời tiết. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 12 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Tuy nhiên, hiện nay ở nhiều vùng dân cư nông thôn chỉ dựa vào loại nguồn nước tốt, thuận lợi khi khai thác sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, ăn uống.  Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nước ngầm, cấu trúc địa tầng của khu vực và chiều sâu địa tầng nơi khai thác nước. Ở các khu vực được bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nước ngầm nói chung được bảo vệ về mặt vệ sinh và chất lượng khá ổn định. 3.2.1. Các ion có thể có trong nước ngầm 3.2.1.1. Ion canxi Ca2+ Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO2 + H2O  H2CO3 Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra ion Ca2+ 2H2CO3 + 2CaCO3  Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO33.2.1.2. Ion magie Mg2+ Nguồn gốc của các ion Mg2+ trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silicat và CaMg(CO3)2, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí CO 2. Sự có mặt Ca2+ và Mg2+ tạo nên độ cứng của nước. 3.2.1.3. Ion natri Na+ Sự hình thành của Na+ trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O  Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3 Na+ cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na 2SO4 là những muối có độ hòa tan lớn trong nước biển. 3.2.1.4. Ion NH4+ Các ion NH4+ có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải chăn nuôi, phân bón hóa học và quá trình vận động của nitơ. 3.2.1.5. Ion bicacbonat HCO3Được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan đá vôi khi có mặt khí CO2 CaCO3 + CO2 + H2O  Ca2+ + 2HCO3GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 13 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha 3.2.1.6. Ion sunfat SO42Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hóa FeS2 trong điều kiện ẩm với sự có mặt của O2 2FeS2 + 2H2O + 7O2  2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ 3.2.1.7. Ion clorua ClCó nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt. 3.2.1.8 Ion sắt: Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe 2+, kết hợp với gốc bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic. Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước trong điều kiện yếm khí sau: 4Fe(OH)3 + 8H+  4Fe2+ + O2 + 10H2O Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa, ion Fe 2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH) 3 có màu nâu đỏ.Vì vậy, khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung. Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hữu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất sunfat và clorua. Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H 2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thoáng khử khí CO 2, hyđrocacbonat sắt hóa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxit sắt hóa trị III. 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O  4Fe(OH)3 + 8CO2 Trong quy trình xử lý sắt trong nước ngầm, điều quan trọng là biết được điều kiện để chuyển sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III và hyđroxit sắt (II) và hydroxit sắt (III) được tạo thành từ trạng thái hòa tan sang cặn lắng. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Trên dàn làm nguội, trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa sắt hóa trị III, tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước. Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước đó dùng làm nước GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 14 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha cấp cho các nồi hơi. Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt, giấy, sản xuất phim ảnh…. Nước có chứa ion sắt, khi trị số pH < 7,5 là điều kiện thuận lợi để vi khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn, tạo ra cặn lắng gỗ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năng vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống. 3.2.1.9 Ion mangan: Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do vậy việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt. Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ các tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau 6MnO2 + 12H+  6Mn2+ + 3O2 + 6H2O Mangan II hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạng hyđroxit kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O  2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hyđroxit sắt sớm hơn vì sắt dễ bị oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy hòa tan trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan. Để oxy hóa mangan trị số pH cần thiết > 9,5. Cặn mangan hóa trị cao là chất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt. Cặn hyđroxit mangan hóa trị IV Mn(OH) 4 có màu hung đen. Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình là do hợp chất sắt và mangan tạo nên, vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn có thể có mà từ hung đỏ đến màu nâu đen. Quá trình oxy hóa diễn ra ngay với các chất dễ oxy hóa, do vậy , để oxy hóa hàm lượng mangan xuống đến 0,2 mg/l, pH của nước phải có giá trị xấp xỉ bằng 9. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi pH < 8 và không có chất xúc tác thì quá trình oxy hóa mangan (II) thành (IV) diễn ra rất chậm, độ pH tối tưu thường trong khoãng từ 8,5 đến 9,5. Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 15 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha 3.2.2. Các chất khí hòa tan trong nước ngầm 3.2.2.1. O2 hòa tan Tồn tại rất ít trong nước ngầm. Tùy thuộc vào nồng độ của khí oxy trong nước ngầm, có thể chia nước ngầm thành 2 nhóm chính sau:  Nước yếm khí: trong quá trình lọc qua các tầng đất đá, oxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng oxy bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe 2+, Mn2+ sẽ tạo thành nhanh hơn. Hơn nữa, cũng xảy ra quá trình khử sau: NO 3-  NH4; SO42 H2S, CO2  CH4  Nước dư lượng oxy hòa tan: trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như NH4+, H2S, CH4. Đó chính là nước ngầm mạch nông. Thường khi nước có dư lượng oxy sẽ có chất lượng tốt. Tuy nhiên, nước ngầm mạch nông phụ thuộc nhiều vào nguồn nước mặt, nếu nước mặt bị ô nhiễm thì nó cũng sẽ bị ảnh hưởng. 3.2.2.2. H2S Hyđrosunfua được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn 2SO42- + 14H+ + 8e-  2H2S + 2H2O + 6OH3.2.2.3. Metan CH4 và khí CO2 Được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn: 4C10H18O10 + 2H2O  21CO2 + 19CH4 Nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc và các vị trí địa lý của nguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong khu vực, độ hòa tan của các hợp chất trong nước, sự có mặt của các chất dễ bị phân hủy bằng sinh hóa trong chất đó. Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người như phân bón, chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật. Các nguồn nước thường chứa hàm lượng lớn các chất bẩn hữu cơ NH 4+, PO43- cũng như các vi sinh vật gây bệnh. Xử lý nước nhiễm bẩn là công việc khá khó khăn để đạt được các chỉ tiêu chất lượng nước sinh hoạt. Do vậy các khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần phải được bảo vệ cẩn thận, GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 16 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước. Để bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ và quản lý, bố trí các nguồn thải ở khu vực xung quanh. Tóm lại, trong nước ngầm có chứa các cation chủ yếu là Na +, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, NH4+ và các anion HCO3-, SO42-, Cl-. Trong đó các ion Ca2+, Mg2+ chỉ tồn tại trong nước ngầm khi nước này chảy qua tầng đá vôi. Các ion Na +, Cl-, SO42- có trong nước ngầm trong các khu vực gần bờ biển, nước bị nhiễm mặn. Ngoài ra, trong nước ngầm có thể có nhiều nitrat do phân bón hóa học của người dân sử dụng quá liều lượng cho phép. Thong thong thì nước ngầm chỉ có các ion Fe 2+, Mn2+, khí CO2, còn các ion khác đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN đối với nước cấp cho sinh hoạt. 3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NGẦM Tùy thuộc vào vị trí, thành phần tính chất của nước mà ta có thể có nhiều công nghệ xử lý khác nhau 3.3.1. Khử sắt (Fe) và Mangan (Mn) 3.3.1.1. Phương pháp làm thoáng Trong nước ngầm, sắt tồn tại chủ yếu ở dạng ion Fe 2+ là thành phần của các muối hòa tan như : Fe(HCO3)2 , FeSO4 , FeS, … Thực chất của quá trình khử sắt bằng phương pháp làm thoáng là đuổi khí CO 2 và làm giàu oxy cho nước, tăng pH tạo điều kiện để oxy hóa Fe 2+ thành Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân tạo thành chất ít tan Fe(OH)3 và được giữ lại ở bể lọc. Làm thoáng có thể là : làm thoáng tự nhiên hay làm thoáng nhân tạo. Sau khi làm thoáng, quá trình oxy hóa Fe 2+ và thủy phân Fe3+ có thể xảy ra trong môi trường tự do, môi trường hạt hay môi trường xúc tác.  Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc: dàn phun mưa cao 0.7m, lỗ phun đường kính 5- 7mm; lưu lượng 10m3/m2h. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng = 40% lượng oxy hòa tan bão hòa (Ở 250C lượng oxy bão hòa = 8.4 mg/l).  Làm thoáng bằng dàn mưa tự nhiên: dàn một bậc hay nhiều bậc với sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng = 55% lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lượng CO2 giảm 50%.  Làm thoáng cưỡng bức: tháp làm thoáng cưỡng bức lưu lượng 30 – 40 m 3/h, lượng không khí tiếp xúc 4 – 6 m3/m3 H2O. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng = 70% lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lượng CO2 giảm 75%. GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 17 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Trong nước ngầm, ngoài Fe2+ còn có HS-, S2- (H2S) có tác dụng khử đối với sắt nên ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa sắt. 2H2S + O2  2S + 2H2O Nếu trong nước có oxy hòa tan thì phản ứng oxy hóa S2- xảy ra trước sau đó mới tiếp tục oxy hóa Fe 2+ thành Fe3+. Vì vậy, ta phải tính toán lượng oxy cung cấp để đủ oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ để đạt tiêu chuẩn cấp nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử sắt : pH , O 2 , hàm lượng sắt trong nước ngầm, CO2 , độ kiềm, nhiệt độ, thời gian phản ứng. Khi tất cả các ion Fe 2+ đã chuyển hóa thành các bông cặn Fe(OH)3 thì chúng sẽ được loại bỏ ở bể lọc. Khi có đủ hàm lượng oxy để oxy hóa sắt, thời gian oxy hóa trên công trình sẽ phụ thuộc vào trị số pH của nước. Bảng 3.1. Mốối quan hệ giữa pH và thời gian nước tếốp xúc trong bể tếốp xúc – b ể l ọc pH 6,0 Thời gian tiếp xúc cần thiết (thời gian lưu nước) trong bể lắng và bể lọc, 6,5 6,6 6,7 6,8 6,9 7 ≥ 7,5 90 60 45 30 25 20 15 10 60 45 30 20 18 14 12 5 phút Thời gian tiếp xúc cần thiết lưu nước trong bể lọc tiếp xúc và bể lọc trong, phút (Nguồn : số liệu đúc kết nhiều năm của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Công nghệ cấp – thoát nước). 3.3.1.2. Dùng hóa chất Khử sắt bằng các chất oxy hóa mạnh như : Cl 2, O3 , KMnO4 , … 2Fe2+ + Cl2 + 6H2O  2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ 3Fe2+ + KMnO4 + 7H2O  3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H+ Khử sắt bằng vôi : phương pháp này thường kết hợp với các quá trình ổn định hay làm mềm nước. Fe(HCO3)2 + O2 + H2O + Ca(OH)2  Fe(OH)3 + Ca(HCO3)2 GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 18 SVTH: Nguyễn Hồng Lai ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2  FeCO3 + CaCO3 3.3.1.3.Các phương pháp khử sắt khác : Khử sắt bằng nhựa trao đổi ion. Khử sắt bằng vi sinh vật. Khử sắt bằng điện phân. Khử sắt trong lòng đất. 3.3.2. Khử mùi vị 3.3.2.1. Bằng than hoạt tính : Đây là một ứng dụng hiệu quả nhất của than hoạt tính. Nó là một chất khử có khả năng loại bỏ một số chất oxy hóa như : clo, axít hypocloric, cloamin, ozon, permanganat, cromat Hình 3.1: Cột lọc than hoạt tính GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 19 SVTH: Nguyễn Hồng Lai Hình 3.2 : Cấu tạo và sự hấp phụ của than hoạt tính ĐATN: Thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết cấp cho nhà máy dược phẩm trung ương Vidipha 2Cl2 + C* + 2H2O <=> 4HCl + CO2 C* là than hoạt tính, clo trước khi phản ứng có thể hấp phụ trên bề mặt than. HOCl + C* <=> C*O + H+ + ClNH2Cl + C* + H2O <=> C*O + NH3 + H+ + Cl2NH2Cl + C*O  C* + 2H+ + 2Cl- + H2O + N2 2NHCl2 + H2O + C* <=> N2 + 4H+ + 4Cl- + C*O Tốc độ phản ứng với than hoạt tính : NH2Cl > HOCl > OCl- > NH2Cl 3.3.2.2. Bằng ozon. Ozon là một chất oxy hóa mạnh, nó có khả năng loại bỏ các chất vô cơ gây đục, loại bỏ màu và mùi vị của nước. Ưu điểm lớn nhất của ozon là xử lý tốt và GVHD:TS.Đặng Viết Hùng Trang 20 SVTH: Nguyễn Hồng Lai