Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt, tìm hiểu quy trình vận hành và các giải pháp khắc phục sự cố các công trình xử lý trong công nghệ đề xuất cho khu vực Thành phố Thái Bình, tỉnh Thái Bình
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƢỜNG KỲ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC KỲ NĂM HỌC 2020 - 2021 Đề tài tập lớn: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nƣớc mặt, tìm hiểu quy trình vận hành giải pháp khắc phục cố cơng trình xử lý công nghệ đề xuất cho khu vực Thành phố Thái Bình, tỉnh Thái Bình Họ tên học viên/sinh viên: Hoàng Quốc Huy Mã học viên/sinh viên: 1811071402 Lớp: ĐH8M2 Tên học phần: Thiết kế vận hành công trình mơi trƣờng Giáo viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Thu Huyền TS Đoàn Thị Oanh Hà Nội, ngày 23 0tháng năm 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 1.2.2 Hiện trạng kinh tế xã hội 1.3 Dự báo tình hình quy mô dân số khu vực CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.2 Phạm vi nghiên cứu 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phƣơng pháp luận 2.3.2 Phƣơng pháp phân tích tổng hợp tài liệu 2.3.3 Phƣơng pháp khảo cứu tài liệu 2.3.4 Phƣơng pháp cụ thể CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Xác định công suất cấp nƣớc 3.2 Lựa chọn nguồn cấp nƣớc thành phần tính chất nƣớc cấp 3.3 Đề xuất dây chuyền công nghệ 10 Quy trình vận hành cơng trình 12 KẾT LUẬN 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 LỜI MỞ ĐẦU Cũng nhƣ khơng khí ánh sáng, nƣớc thiếu đƣợc sống ngƣời Trong trình hình thành sống trái đất nƣớc mơi trƣờng nƣớc đóng vai trị quan trọng Nƣớc tham gia vào trình tái sinh giới hữu Nguồn nƣớc hình thành tích lũy chất hữu sơ sinh tƣợng quang hợp đƣợc thực dƣới tác dụng lƣợng mặt trời với góp phần nƣớc khơng khí Trong q trình trao đổi chất, nƣớc có vai trị trung tâm Những phản ứng lý, hóa học diễn với tham gia bắt buộc nƣớc Nƣớc dung môi nhiều chất đóng vai trị dẫn đƣờng cho muối vào thể Nƣớc mặt nguồn nƣớc phục vụ cho ngƣời ăn uống sinh hoạt Hiện nƣớc mặt bị ô nhiễm nghiêm trọng nhiều chất, hợp chất độc hại từ hình thành kiểu nhiễm khác nhƣ: nƣớc bị ô nhiễm sắt, nƣớc bị nhiễm chì nƣớc có thành phần BOD, COD cao, nƣớc bị ô nhiễm asen… Hiện trêm phạm vi Đồng sông Hồng, nƣớc mặt bị ô nhiễm phổ biến xảy nghiêm trọng tỉnh Thái Bình, Nam Định khu vực phía Tây Hà Nội Qua trình khảo sát thực địa tỉnh Hịa Bình tơi nhận định nƣớc mặt số vùng thuộc tỉnh Thái Bình có hàm lƣợng asen sắt nƣớc mặt vƣợt tiêu chuẩn nƣớc dùng cho sinh hoạt, ăn uống hàng chục lần ngƣời dân nơi chƣa có hệ thống xử lý phù hợp với điều kiện kinh tế, tự nhiên Chính cần có cơng trình xử lý nƣớc để giải vấn đề cấp bách nơi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu Hình Bản đồ vị trí thành phố Thái Bình (Nguồn: google-map) 1.1.1 Điều kiện tự nhiên a Vị trí địa lý Thành phố Thái Bình có diện tích 67,71 km2 Thái Bình thành phố tỉnh lỵ tỉnh Thái Bình, Việt Nam Thành phố Thái Bình trung tâm kinh tế, văn hố, xã hội, khoa học, quốc phịng tỉnh thành phố vùng duyên hải Bắc Bộ Nằm cách thủ đô Hà Nội 110 km, đồng thời đầu mối giao thông tỉnh; thuận lợi giao lƣu với tỉnh, thành phố vùng nhƣ Hải Phòng, Nam Định, đồng sông Hồng qua quốc lộ 10 Thành phố Thái Bình nằm vị trí trung tâm tỉnh, cách Hà Nội 110 km phía tây bắc, cách Hải Phịng 60 km phía đơng bắc, thành phố Nam Định 19 km phía tây có vị trí địa lý: Phía đơng nam phía nam giáp huyện Kiến Xƣơng Phía tây phía tây nam giáp huyện Vũ Thƣ Phía bắc giáp huyện Đơng Hƣng b Địa hình Địa hình tỉnh Thái Bình phẳng với độ dốc thấp 1%; độ cao phổ biến từ 1–2 m mực nƣớc biển, thấp dần từ bắc xuống đơng nam Thái Bình có bờ biển dài 52 km Thành phố Thái Bình có bốn sơng chảy qua: phía bắc đơng bắc có sơng Hóa dài 35 km, phía bắc tây bắc có sông Luộc (phân lƣu sông Hồng) dài 53 km, phía tây nam đoạn hạ lƣu sơng Hồng dài 67 km, sông Trà Lý (phân lƣu cấp sông Hồng) chảy qua tỉnh từ tây sang đông dài 65 km Các sông tạo cửa sơng lớn: Diêm Điền (Thái Bình), Ba Lạt, Trà Lý, Lân Do đặc điểm sát biển nên chúng chịu ảnh hƣởng chế độ thủy triều, mùa hè mức nƣớc dâng nhanh với lƣu lƣợng lớn hàm lƣợng phù sa cao, mùa đông lƣu lƣợng giảm nhiều lƣợng phù sa không đáng kể khiến nƣớc mặn ảnh hƣởng sâu vào đất liền từ 15–20 km c Đặc điểm khí hậu + Đặc điểm khí hậu: Thái Bình nằm vùng khí hậu cận nhiệt đới ẩm: mùa hè nóng ẩm, mƣa nhiều từ tháng đến tháng 9; mùa đông khô lạnh từ tháng 11 năm trƣớc đến tháng năm sau; tháng 10 tháng mùa thu mùa xuân khơng rõ rệt nhƣ nƣớc nằm phía vành đai nhiệt đới Nhiệt độ trung bình: 23,5 °C Số nắng năm: 1.600-1.800 Độ ẩm tƣơng đối trung bình: 85-90% 1.2.2 Hiện trạng kinh tế xã hội a Dân số Dân số theo tổng điều tra ngày 1/4/2019 206.037 ngƣời, mật độ dân số đạt 1.206 ngƣời/km2 b Kinh tế Năm 2014, tổng giá trị sản xuất địa bàn thành phố ƣớc đạt 19.868,3 tỷ đồng, tăng 10,02% so với năm 2013 1.3 Dự báo tình hình quy mơ dân số khu vực Thành phố Thái Bình có diện tích 67,71 km², dân số năm 2019 206.037 ngƣời, mật độ dân số đạt 1.206 ngƣời/km2 Theo Tổng cục Thống kê, tỉ lệ tăng dân số tự nhiên Thái Bình 1,2% Dân số thành phố Thái Nguyên năm 2030: N2030 = N2019 x (1 + 1,2% )11 = 234926 người CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Nƣớc mặt sông Hồng khu vực thành phố Thái Bình 2.2 Phạm vi nghiên cứu - Thành phố Thái Bình tỉnh Thái Bình - Nghiên cứu đƣợc thực trƣờng Đại học Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp luận Nắm vững kiến thức quy trình xử lý nƣớc mặt 2.3.2 Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu Phân tích tài liệu phƣơng pháp nghiên cứu văn bản,tài liệu cách phân tích chúng thành nhiều mặt, phận để hiểu vấn đề cách đầy đủ toàn diện, từ chọn lựa thơng tin cho khóa luận nghiên cứu Phân tích tài liệu chuẩn bị cho tổng hợp nhanh chọn lọc thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc 2.3.3 Phương pháp khảo cứu tài liệu Thừa kế thông tin số liệu nhà khoa học, quan môi trƣờng, trung tâm nghiên cứu số tài liệu liên quan nhƣ: giáo trình Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp, TCVN 4512:1998, TCXDVN 33:2006, 2.3.4 Phương pháp cụ thể Khảo sát thông tin khu vực nhằm thu thập số liệu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, môi trƣờng nắm rõ tình hình cấp nƣớc địa bàn thành phố Thái Bình CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Xác định cơng suất cấp nƣớc Tính toán lƣu lƣợng nƣớc cấp sinh hoạt cho khu vực thành phố Thái Bình - Lƣu lƣợng nƣớc sinh hoạt trung bình: = Trong đó: q : Tiêu chuẩn cấp nƣớc 150 (l/ngƣời.ngày) 5, Bảng 3.1 N : Số dân tính tốn Theo quy hoạch, số dân khu vực 234926 ngƣời f : tỉ lệ dân số đƣợc cấp nƣớc 99% tb => Qsh = - q N f = 1000 = 34887 (m3/ng.đ) Lƣu lƣợng nƣớc tính tốn cho ngày dùng nƣớc lớn ngày dùng nƣớc nhỏ nhất: Trong đó: : Hệ số dùng nƣớc khơng điều hoà ngày kể đến cách tổ chức đời sống , xã hội, chế độ làm việc sở sản xuất, mức độ tiện nghi, thay đổi nhu cầu dùng nƣớc theo mùa cần lấy nhƣ sau: = 1,2 1,4.Ta chọn = 1,3 = 0,7 0,9 Ta chọn = 0,8 => = 1,3 x 34886 = 45354 (m3/ng.đ) => = 0,8 x 34886 = 27910 (m3/ng.đ) - Lƣu lƣợng nƣớc tính tốn cho dùng nƣớc lớn dùng nƣớc nhỏ nhất: = = Trong đó: : hệ số dùng nƣớc khơng điều hoà K (Tỷ số lƣu lƣợng tiêu , thụ dùng nƣớc lớn so với dùng nƣớc trung bình ngày) 5, c.t 3-4 Với: 5, c.t 3-4 Trong đó: : Hệ số kể đến mức độ tiện nghi cơng trình, chế độ làm việc , sở sản xuất điều kiện địa phƣơng khác nhƣ sau: max = 1,2 1,5 min = 0,4 ÷0,6 β: Hệ số kể đến số dân khu dân cƣ 5, Bảng 3-2 Ta chọn: = 1,4 = 0,5 ; Với số dân 234926 ngƣời, nội suy ta đƣợc: βmax = 1,13 βmin = 0,58 => = max×βmax = 1,4 x 1,13 = 1,582 => = min×βmin = 0,5 x 0,58 = 0,29 Vậy ta tính đƣợc: = = = 2990 (m3/h) = = 338 (m3/h) = Lƣu lƣợng nƣớc cho trƣờng mầm non: Theo quy hoạch tồn khu vực thành phố Thái Bình có 50 trƣờng mẫu giáo với 15626 trẻ Tiêu chuẩn cấp nƣớc 100 (l/trẻ/ng.đ) Qmầm non = = 1563(m3/ng.đ) = Lƣu lƣợng nƣớc cho trƣờng tiểu học, trung học: Khu vực địa bàn có 35 trƣờng tiểu học với 26862 học sinh, 30 trƣờng trung học sở với 17205 học sinh, 10 trƣờng trung học phổ thông với 10695 học sinh, 22 trƣờng Đại học, trƣờng cao đẳng, trƣờng trung cấp nghề với 38524 sinh viên Tổng cộng có 93286 học sinh sinh viên Tiêu chuẩn cấp nƣớc 20 (l/hs.ngđ) có tổng cộng QTH = = = 1866 (m3/ng.đ) Lƣu lƣợng nƣớc cho thƣơng mại - dịch vụ khu vực: Lấy theo % lƣu lƣợng nƣớc sinh hoạt Ta chọn = 10% Qthƣơng mại - dịch vụ = × 10% = 34887 x 10% = 3488,7 (m3/ng.đ) Lƣu lƣợng nƣớc tƣới xanh, công viên - rửa đƣờng, ta có: - Nƣớc tƣới – cơng viên: Tiêu chuẩn cho lần tƣới: 3÷4 l/m2 Ta chọn l/m2 5, Bảng 3.3 Diện tích cây: 10,5ha = 105.000 m2 Qtƣới = = 420 (m3/ng.đ) Ngày thực tƣới lần; ca: 06h – 08h 16h – 18h - Nƣớc rửa đƣờng: Tiêu chuẩn cho lần rửa: 1,2 ÷ 1,5 l/m2 Ta chọn 1,4 l/m2 5, Bảng 3.3 Diện tích mặt đƣờng: 1.616.000 m2 Qrửa đƣờng = = 2.262,4(m3/ng.đ) Ta chọn thời gian rửa đƣờng ngày 6h, ngày thực lần rửa, từ 9h – 11h 14h – 16h Vậy ta có: Qtƣới - rửa đƣờng= Qtƣới + Qrửa đƣờng = 420 + 2.262,4= 2682,4(m3/ng.đ) Lƣu lƣợng nƣớc cho khu cơng nghiệp: + Diện tích khu cơng nghiệp: 260 ha= 260000 m2 Qcơng nghiệp= qtc× Scơng nghiệp = 260 22 = 5720 (m3/ng.đ) Lƣu lƣợng nƣớc cho bệnh viện: Lƣu lƣợng nƣớc cấp cho bệnh viện là: QBV = = = 750 (m3/ngđ) Tổng lƣu lƣợng nƣớc sử dụng: ∑ Q = (Qsh×1,1+Qmầm non+ QTH + Qthƣơng mại - dịch vụ + Qtƣới - rửa đƣờng +Qcơng nghiệp + Qbv) × 1,2 Trong : a: hệ số kể đến lƣợng nƣớc dùng phát triển công nghiệp địa phƣơng a = 1,05 – 1,1 Chọn a = 1,1 b: hệ số kể đến yêu cầu chƣa dự tính hết lƣợng nƣớc hao hụt rị rỉ q trình vận hành b= 1,2- 1,3 Chọn b =1,2 ∑Q= (34887×1,1 + 1563 + 1866 + 3488,7 + 2682,4 + 5720+ 750)= 54446 (m3/ng.đ) Lƣu lƣợng nƣớc dùng cho chữa cháy Theo tiêu chuẩn tính tốn mạng lƣới dựa vào lƣu lƣợng nƣớc chữa cháy kéo dài liền, lƣu lƣợng dùng cho chữa cháy đƣợc tính nhƣ sau: = = 972 (m3/ngđ) Trong đó: qcc: Tiêu chuẩn nƣớc chữa cháy (l/s), qcc = 30 l/s 5, Bảng 2.6 n: Số đám cháy xảy đồng thời, với số dân 234926 ngƣời, ta chọn số đám cháy xảy đồng thời n = [5, Bảng 2.6 Thời gian để khắc phục đám cháy, k: Hệ số xác định theo thời gian phục hồi nƣớc dự trữ chữa cháy, k =1 khu dân dụng Theo quy phạm lƣu lƣợng nƣớc chữa cháy khơng tính vào tổng nhu cầu mà đƣợc xem nhƣ trƣờng hợp bất lợi nhất, xảy mạng lƣới làm việc Công suất trạm bơm cấp II: QII = QML ×b (m3/ngđ) - Hệ số kể đến lƣợng nƣớc thất thốt, rị rỉ mạng lƣới 1,2 1,3 (đối với hệ thống cấp nƣớc mới) chọn b = 1,2 QTB(II) = 54446 × 1,2 = 65336 (m3/ngđ) Cơng suất trạm xử lý: QTXL= QTB(II) c + Qcc (m3/ngđ) c: Hệ số kể đến lƣợng nƣớc dùng cho thân trạm xử lý (rửa bể lọc, bể lắng…) c =1,05 1,1 chọn c = 1,05 QTXL= 65336 × 1,05+ 972 = 69574 (m3/ngđ) Thành phố có hai nhà máy nƣớc nhà máy nƣớc Thái Bình với tổng công suất 40.000 m3/ng.đêm ta thiết kế nhà máy xử lý nƣớc công suất 29574 m3/ngđ Tính tốn thiết kế trạm xử lý với cơng suất QTXL = 30000 (m3/ngđ) 3.2 Lựa chọn nguồn cấp nƣớc thành phần tính chất nƣớc cấp Thiết kế trạm xử lý nƣớc cấp cho thành phố Thái Bình với công suất với nguồn nƣớc mặt lấy từ sông Chảy Chất lƣợng nguồn nƣớc: mẫu nƣớc mặt sông Chảy Hình 3.1 Sơng Cầu đoạn qua thành phố Thái Ngun Bảng 3.1 Thông số nƣớc sông Cầu so sánh QCVN 02:2009/BYT Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị Nhiệt độ - Ph - 7,2 6,0 – 8,5 DO mg/l 7,2 >5 - Xử lý BOD5 mg/l 3,5 - Xử lý COD mg/l 6,5 15 - Xử lý TSS mg/l 315 30 Xử lý NH4+ mg/l 0,135 0,3 0,3 Không P-PO4- mg/l