Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt)

đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt) đồ án Xử lý nước thiên nhiên (nước mặt)

Phần I Lựa chọn dây chuyền công nghệ

Các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn trước khi xử lý:

- Hàm lượng cặn lơ lửng: Cmax= 400 mg/l, Cmin= 100 mg/l, CTB= 200 mg/l

Cation: Na+ + K+ = 19mg/l

Ca2+= 60,12 mg/l

Mg2+= 6,1 mg/l Anion: HCO-

3= 201 mg/l

SO42-= 21 mg/lSiO32-= 0,4 mg/l

1) Tổng hàm lượng muối hoà tan :

Xác định dựa vào công thức:

P = ∑M+ + ∑A- + 1,4 [Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO32-]Trong đó:

∑M+ = [Na+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [NH4+]

= 19 + 60,12 + 6,1 + 0,5 + = 85,72 (mg/l)+ ∑A-: Tổng hàm lượng các ion âm không kể HCO3-, SiO3-

∑ A-= [SO42-] +[Cl-] + [NO2-] + [NO3-] = 21 + 14 + 0,1 + 0 = 35,1 (mg/l)

P = 221,372 (mg/l)

2) Hàm lượng CO2 hoà tan:

Được xác định theo biểu đồ Langelier, từ giá trị của các tham số đã biết:

to = 22oC, P = 221,372 mg/l, Ki = 3,3 mgđl/l, pH = 7,5

⇒ [CO2] = 9,9mg/l.

II Đánh giá chất lượng nước nguồn :

Trước tiên, cần kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu cho trước:

][Ca2 +

+

16,12

][Mg2 +

=2060,,1204 +126,,161 = 3,5 (mgđl/l)

- Độ cứng Cacbonat:

Ck = [HCO61,023−]

= 61201,02=3,29 (mgđl/l)

 KiTP, CTP, Ck được xác định đúng

• Đánh giá chất lượng nước nguồn:

- So sánh với tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, ta thấy nguồn nước này có thể dùng làm nguồn cấp nước cho các trạm xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

- So sánh các chỉ tiêu với tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt, ta thấy các chỉ tiêu như độ màu, độ oxy hoá, hàm lượng các hợp chất chứa nitơ, H2S, chỉ số E.Coli lớn và cần được xử lý

 Cần tiến hành clo hoá sơ bộ trước khi đưa nước vào công trình xử lý

- Độ OXH KMnO4 = 6,8 mgđl/l > 0,15 Fe2+ + 3 = 0,15*0 + 3 = 3 nên phải khử bằng Clo

khử màu bằng phèn Al2(SO4)3

cho phép nên không phải làm mền nước

- Hàm lượng H2S = 0,1 mg/l<0,2 mg/l nên không cần sử lý H2S

hoạt

- Các chỉ tiêu Na+, Ca2+, Mg2+… nằm trong giới hạn cho phép

- Chỉ số E.Coli = 25 con/l >TC(<20 con/l) nên xử lý bằng Clo

nhanh để xử lý

Với trạm có công suất lớn ta dùng bể trộn đứng và bể phản ứng zíc zắc ngang

iii Sơ bộ chọn Dây chuyền công nghệ :

Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn dây chuyền công nghệ:

So sánh chất lượng nước nguồn với yêu cầu cấp nước để có biện pháp xử lý

- Điều kiện kinh tế kỹ thuật

Từ những điều đã phân tích ở trên, sơ bộ ta chọn DCCN xử lý nước mặt cho trạm

xử lý có công suất 41000m3/ngđ

IV.Xác định liều lượng các hoá chất đưa vào trong nước

1) Xác định lượng Clo hoá sơ bộ :

Bể phản úng zíc zắc ngang

Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Trọng lực

Bể chứa nước sạch

Vậy ∑LCl = 9,45 mg/l.

2) Xác định liều lượng phèn Lp :

* Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al2(SO4)3 khô Đưa phèn vào để xử lý độ màu:

- Liều lượng phèn để xử lý độ màu của nước được xác định theo độ màu M:

Lp = 4 M = 4 40= 25,298 (mg/l)

* Kiểm tra độ kiềm của nước theo yêu cầu keo tụ:

Khi cho phèn vào nước, pH giảm Đối với phèn Al, giá trị pH thích hợp để quá trình keo tụ xảy ra đạt hiệu quả từ 5,5 đến 7,5

Giả sử, cần phải kiềm hoá nước để nâng pH lên giá trị phù hợp với yêu cầu xử

lý, dùng vôi để kiềm hoá, lượng vôi được tính :

+ Lp, lp : liều lượng và đương lượng phèn đưa vào trong nước

Lp = 84,925 mg/l,

ep ((Al2(SO4)3) = 57 mgđl/l,

+ ek: đương lượng kiềm, chọn chất kiềm hoá là CaO nên ek = 28 mgđl/l

+ Kio : độ kiềm của nước nguồn, Kio = 3,3 mgđl/l

- 3,3 +0,5)*

80

100

= -45,85<0Như vậy độ kiềm của nước đảm bảo keo tụ, không cần phải kiềm hoá

V Xác định các chỉ tiêu cơ bản của nước sau xử lý :

Sau khi đưa phèn vào trong nước mà không cần kiềm hoá, nước sau xử lý có PH,

Ki giảm, CO2 và cặn lơ lửng C tăng

+ Lp, ep : liều lượng và đương lượng phèn: Lp =91,165 mg/l, ep = 57

 Ki* = 3,3 -

57

925,84

*to =220C Tra biểu đồ được f1(to)=2,06

*Ca2+ = 60,12 mg/l Tra biểu đồ được f2(Ca2+) =1,79

*Ki* =1,81mgđl/l Tra biểu đồ được f3(K*

hoá được tính theo hàm lượng CaO trong trường hợp pH*<pHs<8,4 là:

Lv = ev.β.Ki.

Cv

100

(mg/l)Trong đó: ev: đương lượng vôi, ev=28 mgđl/l

β : hệ số phụ thuộc pH* và I

Tra biểu đồ ta có β=0,4

Ki : độ kiềm của nước trước khi đưa vôi vào

Cv = độ tinh khiết của vôi, Cv = 80%

7) Hàm lượng clo để khử trùng nước :

Lượng clo khử trùng nước lấy sơ bộ LClkt = 2 mg/l

Phần II Tính toán các công trình trong dây chuyền

Ta lần lượt tính toán các công trình cho dây chuyền công nghệ thiết kế trên

1) Bể hoà phèn:

Có nhiệm vụ hoà tan phèn cục và lắng cặn bẩn Trạm có công suất khá lớn

41000 m3/ngđ

298,25.9

b W

)(85

10

m

W tt = =

⇒

Bể xây dựng bằng bê tông Sàn đỡ phèn gồm các thanh gỗ xếp cách nhau 10-15

mm, sàn đỡ cách đáy bể 0,5 m Bên dưới sàn đặt một dàn ống phân phối khí nén

 Dung tích bể hoà trộn:

Wh= 10000 .γ

h

P

b

L n Q

+ γ :khối lượng riêng của dung dịch (ở đây là nước).γ =1 T/m3

+btt:nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ, btt=5%

Chọn hai bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể: 2x2x1 m

ống cấp nuớc ống cấp khí

ghi đỡ

phèn cục

ống phân phối gió

Bể hòa

dung dịch

bể trộn đúng

22,16.9

tt b

b W

2) Bể pha chế dung dịch vôi sữa :

Bể có nhiệm vụ hòa tan vôi cục thành vôi sữa và cung cấp cho bể trộn Vớicông suất nhà máy khá lớn nên ta chọn thiết bị dùng khí nén để tôi vôi cục, hòa tanvôi thành vôi sữa

 Dung tích bể hoà trộn:

Wh= 10000 .γ

h

V

b

L n Q

+ γ :khối lượng riêng của dung dịch (ở đây là nước).γ =1 T/m3

10

W tt = =

⇒

+btt:nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ, btt=5%

Chọn hai bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể: 2 x 1 x 1,5 m

Sơ đồ thiết bị tôi vôi và pha vôi sữa

1 – Bể hòa tan vôi; 2 - rọ tôi vôi có khớp soay nối với thành bể; 3 – ròng rọcnâng rọ để đỗ bả vôi ra ngoài; 4 – ống dẫn nước vào bể tôi vôi; 5 – bơm nângdung dịch vôi bằng khí nén; 6 – ống dẫn dung dịch tuần hoàn để pha vôi; 7 – ốngdẫn khí nén; 8 – máng thu cặn bã vôi sau khi tôi; 9 – bể chứa cặn vôi; 10 – bểtiêu thụ vôi sữa 5%; 11 – máy khuấy; 12 – bơm định lượng

Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc sau :

Vôi cục được cho vào rọ (2) , vặn cho nước từ ống dẫn (4) vào rọ để tôi vôi,đồng thời cho máy bơm dung dịch bằng khí nén (5) (air - lift) hoạt động để tuầnhoàn dung dịch Vôi tôi theo ống đứng đi xuống đáy bể hòa tan, được bơm (5) bơmtuần hoàn lại vào rọ Dung dịch vôi sau quá trình lắng đứng trong bể (1) được thuvào máng rồi dẫn sang bể tiêu thụ (10) Trong bể tiêu thụ (10) đặt máy khuấy đểgiữ nồng độ sữa vôi đều trong toàn bộ thể tích với nồng độ 5%

 Xác định kích thước rọ tôi vôi :

Mỗi lần tôi ta cho vào rọ 50kg vôi cục, thể tích rọ cần thiết kế :

8

9

10

112

12

W =

2,1

05,0

= 0,042 m3

Rọ có tiết diện hình chữ nhật, thể tích rọ :

WR = 0,4 x 0,4 x 0,3 = 0,048m3

 Tính bơm air – lift tuần hoàn dung dịch vôi

- Diện tích tiết diện ngang của rọ : 0,4 x 0,4 = 0,16m3

Cường độ tuần hoàn dung dịch để tôi và hoàn tan vôi cục là 3,5m3/m2ph

Lưu lượng bơm tuần hoàn cần :

Q = 3,5.0,16 = 0,56 m3/ph = 33,6 m3/h

- Bơm đặt ở độ sâu 1,7 m so với dung dịch trong bể, chiều cao nâng h = 0,5m,

tỉ số H/h= 3,4m, tra bảng ta được hiệu suất bơm η= 0,59

Lưu lượng không khí cần thiết :

W =

1

4,1lg.23.59,0

5,0.6,33.1,1lg

.23

1,1

1 2

=

P P

h Q

20.149,17.54,1.5,12

298,25.410001000000

T L

Q p

=

=

)/(17,03600.24.7

100.1030

s l

) ( 10000

.

m G h P

T P Q F

o k

- Lưu lượng của hỗn hợp khí nước trong ống tuần hoàn Q = 33,6 + 9,31 =

 Chọn động cơ cánh khuấy :

Chọn số vòng quay cánh quạt là 40 vòng/phút

3) Thiết bị định lượng:

 Thiết bị định lượng phèn:

Dùng bơm định lượng để bơm dung dịch phèn công tác vào bể hoà trộn

Lượng phèn cần dùng cho một ngày :

Bơm định lượng phải bơm dung dịch phèn công tác 5 %

 Thiết bị định lượng vôi:

Sử dụng thiết bị bơm vôi sữa tỉ lệ với lưu lượng nước xử lý

+P: liều lượng hoá chất tính toán(g/m3)

+T: thời gian dự trữ hoá chất trong kho

T= 40 ngày

,1.2.100.10000

3,1.40.298,25

)(20,261,1.5,1.80.10000

3,1.40.22,16

5,032

cot2

1 2

1

o

g g

a

a

)(

+Pk: độ tinh khiết của hoá chất

+h: chiều cao cho phép của lớp hoá chất

+G0: Khôí lượng riêng của hoá chất, G0=1,15 T/m3

- Thời gian nước lưu lại trong bể: t = 2’

- Số bể thiết kế: lấy N = 2 bể, mỗi bể có Q = 845 m3/h = 0,237 m3/s

- Thể tích mỗi bể:

) ( 47 , 28 2 60

2 1708

60

N

t Q

- Diện tích đáy dưới bể tính với v1 = 1,2m/s

) ( 198 , 0 2 , 1

237 ,

237 ,

v1 :vận tốc nước dâng ở phần dưới

v2: vận tốc nước dâng ở phần trên

- Ta xây dựng bể bê tông cốt thép vuông, kích thước bể:

a1 = F1 = 0,198≈0,5 m

a 2 = F2 = 8,464≈3 m

- Chiều cao tầng đáy:

- Dung tích phần dưới :

3 2

1 2 1 1

1 3,5(0,198 8,464 0,198.8,464) 11,6

3

1).(

3

1

m F

F F F h

87,16

 Tính kích thước máng thu nước :

- Vận tốc nước chảy vào máng lấy v3 = 0,8 m/s

3

296,08,0

237,0

m v

 Kích thước máng a x b = 40x50 cm

6) Bể lắng ngang:

Ta tính với bể lắng ngang dùng để lắng cặn có keo tụ Ta chọn tốc độ lắng tính

ống xả

Bể trộn đứng

F= . 17082.1,9

0

=

u N

Q

= 449,47 m2 (u0 = 0,53 mm/s = 1,9 m/h)

- Ta chọn phượng pháp cào cặn cơ khí với hệ thống cào đặt trên dầm cầu

1708

H B N

Q

=31,63 m/h = 8,79mm/s

 v0<vS = 16,3 mm/s đảm bảo không xảy ra hiện tượng xói cặn

 Kiểm tra các chỉ số thủy lực của bể :

3.29

3.9

2

+

=+ H B

H B

= 1,80m

Độ nhớt động học : ν = 1,31.10-6 m2/s, với t=100C

10.31,1

80,1.10.879,0

12087<20000+ Chỉ số Froud :

80,1.81,9

)10.879,0(

2 2 2

0

R g

v

0,44.10-5 <10-5

Như vậy ta thấy kích thước bể tính toán như trên không đảm bảo điều kiện

ổn định dòng, làm giảm hiệu quả của quá trình lắng Để tăng chuẩn số Froud tagiảm chiều cao vùng lắng, chọn H=2m Ta có

- Vận tốc dòng chảy ngang trong bể : v0 =

2.9.2

1708 =

H B

Q

=47,44 m/h = 13,18mm/s

 R =

2.29

2.9

2

+

=+ H B

H B

= 1,38m

10.31,1

38,1.10.318,1

13844<20000

38,1.81,9

)10.318,1(

2 2 2

0

R g

v

1,28.10-5 >10-5

Vậy kích thước mỗi bể được chọn là BxLxH = 9x50x2m kích thước này đảm

bảo các điều kiện thủy lực về dòng chảy, về điều kiện ổn định dòng và phù hợp vớicông suất thiết kế của nhà máy

b) Tính toán tấm phân phối nước vào bể :

Để không gây ra hiện tượng ngắn dòng, không tạo ra các vùng nước chết vàcác vùng xoáy nhỏ làm giảm hiệu quả lắng thì một điều kiện quan trọng cần được

đặt ra là nước đi vào bể lắng cần được phân phối đều trên toàn bộ mặt cắt ngangcủa bể Biện pháp hiệu quả nhất để tạo ra sự phân phối đều vận tốc là dùng cáctấm phân phối khoan lỗ.

- Tấm chắn đặt cách cửa phân phối nước vào 1,5m

- Kích thước tấm chắn bằng kích thước ngang của bể BxH = 9x2m

- Để các bông cặn không bị phá vỡ, đường kính lỗ được chọn trong khoảng0,075-0,2m, và vận tốc nước qua lỗ từ 0,2-0,3m/s Ta chọn đường kính lỗ d =10cm

= 0,1m, vận tốc nước qua lỗ v=0,3m/s

- Tổng diện tích lỗ cần thiết trên mỗi tường chắn :

3,0.2

474,0

4.79,0

14,3

4)

 Đồng thời để tạo hiệu qủa cho việc phân phối đều nước vào bể lắng thì mỗi

bể ta bố trí 4 cửa lấy nước từ mương dẫn chung vào

c) Tính toán máng thu nước đã lắng :

Máng thu nước được tính toán sao cho nước thu vào máng đạt chất lượng tốtnhất

- Tổng chiều dài máng :

L > = =

00053,0.2.5

474,0

5H u0

Q

89,4 m ≈90m.

- Tổng chiều dài máng cho mỗi bể là 45m

- Ta đặt mỗi bể 4 máng thu nước, mỗi máng dài 11,2m.

- Kiểm tra tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng :

90.2

474

2 L

Q

2,63 l/s.m dài

q < 3 l/s.m đảm bảo yêu cầu

- Khoảng cách giữa các tâm máng là : 1,8m

2

474,

4

237

,

3,0

06,

bxh = 20x10cm

- Các rảnh thu nước mỗi bên mép máng ta bố trí dạng răng cưa, với góc của

20

06,

1m dài là 20cm, tức trên 1m dài sẽ có 5 răng thu nước, lưu lượng nước thu trên

5

.4,15

003,0

m N

t Q

30

- Hb: chiều cao bể Lấy Hb = 2 m

5,

b = = =

2.2.2,0.3600

1708

b B

+ δ : Chiều dài của vách ngăn (tường bê tông cốt thép) chọn δ =0,2m

2,07,0

- Bể lọc được tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường

- Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán:

- Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m)

- Hệ thống phân phối nước lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọcđầu có khe hở Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích công tác của bể

T

Q

.

6 , 3 − 1− 2

Trong đó:

Q =1708 m3/h = 41000m3/ngđ Công suất của TXL

T : Thời gian làm việc của 1 trạm trong một ngày đêm (giờ)

T = 24h

vbt : Vận tốc lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h)

- Tra bảng với bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc với cỡ hạt khác nhau, dtđ = 0,8 ÷

1mm,

 vbt = 7m/h

a : Số lần rửa mỗi bể trong 1ngđ ở chế độ làm việc bình thường,lấy a = 2 lần

W : Cường độ rửa lọc (l/s_m2).Tra bảng :W = 10(l/s_m2)

t1 : Thời gian rửa lọc (giờ) t1 = 6 ' = 0,1 giờ

t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa ,t2 = 0,35 giờ  F =

7.35,0.21,0.10.6,37.24

87

N

(m/h) + N1 : Số bể lọc ngừng để sửa chữa :N1 = 1

vtc = 8m/h < vtc = 8 ÷ 10m/h

Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh :

H = hđ + hv + hn + hp (m)

Trong đó:

hđ :Chiều cao lớp sỏi đỡ (m).Tra bảng hđ = 0,4 m (rửa bằng gió nước kết hợp)

hv :Chiều dày lớp vật liệu lọc hv = 1,2 m

hn :Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc (m):hn≥ 2 m.Lấy hn=2m

hP = 0,5m  H = 0,4 + 1,2 + 2 + 0,5 = 4,1 m

 Tính toán máng thu nước rửa lọc gió nước kết hợp

Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nước chảy i = 0,01

Mỗi bể bố trí 2 máng thu

Khoảng cách giữa các tâm máng là 2 (m) < 2,2 (m)

Khoảng cách từ tâm máng đến tường là 1 (m) < 1,1 (m)

Lưu lượng nước rửa một bể lọc là:

qr = F1b× W (l/s) Trong đó:

+ K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng, với máng có tiết diện đáy

hình tam giác ta lấy K = 2,1

=

2

0,61,5×

e

H×

+ 0,25 (m) Trong đó:

+ e : Độ trương nở của vật liệu lọc khi rửa, e = 20%

+ H : Chiều cao lớp vật liệu lọc (m)

=> h =

100

01,2 2×

+ 0,25 (m) = 0,49 (m)

Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải

nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 (m).

phía máng tập trung 0,01, máng dài 8 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập

Khoảng cách từ đáy máng thu tới đáy mương tập trung nước :

hm = 1,75× 3

m 2 m 2Bg

0,23328

⇒ hm = 0,59 (m) Chọn vận tốc nước chảy trong mương khi rửa lọc là 0,8 (m /s)

Tiết diện ướt của mương khi rửa là:

Đầu tiên, ngưng cấp nước vào bể

vòng 2 phút

Cung cấp nước rửa lọc với cường độ 2,5 (l/s.m 2 ), kết hợp với sục khí trong vòng

5 phút

Kết thúc sục khí, rửa nước với cường độ 8 (l/s.m 2 ) trong vòng 5 phút.

Cung cấp nước vào bể tiếp tục quá trình lọc và xả nước lọc đầu

Sử dụng loại chụp lọc đuôi dài, loại chụp lọc này có khe rộng 1 (mm)

Sơ bộ chọn 50 chụp lọc trên 1 (m 2 ) sàn công tác, tổng số chụp lọc trong một bể

là:

N = 50× F1b = 50× 29,16 = 1458 (cái)

Bố trí 40 hàng chụp lọc, mỗi hàng 40 cái tổng cộng 1600 cái

Lưu lượng nước đi qua một chụp lọc là: q =

N

W

= 50

= 1,5 (m/s) đảm bảo theo quy phạm.

chiều ngang và chiều dọc bể đều là 13,17 (cm).

Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc là:

Đường ống dẫn nước rửa lọc

Lưu lượng nước cần thiết để rửa 1 bể lọc:

Cường độ rửa gió thuần tuý là: W = 18 (l/s.m 2 )

Vận tốc của gió trong ống là: V = 20 (m/s) (quy phạm là 15 ÷ 20 m/s)

×

×

π = 3,14 20

0,5254

×

×

= 0,183 (m)

Chọn ống dẫn gió có đường kính là: 200mm

Đường ống thu nước sạch tới bể chứa :

Sử dụng 2 đường ống thu nước từ 4 bể lọc về bể chứa Đường ống được đặt ởtrên cao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc

ống từ một bể ra ống thu nước sạch chung tải 1 lưu lượng là 52,08l/s

đến bể lọc thứ 3, ống nhận lưu lượng = 52,08.3 = 156,24l/s  chọnđường kính 400mm

đến bể lọc thứ 4, ống nhận lưu lượng = 52,08.4 = 208,32l/s  chọnđường kính 450mm

Đường ống xả kiệt

Lấy đường kính ống là D100 (mm).