Thiết kế công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt cho cụm dân cư 10,000 người, công suất 2100m3ngày đêm

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP SINH HOẠT CHO CỤM DÂN CƯ 10,000 NGƯỜI, CÔNG SUẤT 2100m3NGÀY ĐÊM NGUỒN NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT KHU CHUNG CƯ CÔNG SUẤT 400 m3NGÀY ĐÊM THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP SINH HOẠT CHO CỤM DÂN CƯ 10,000 NGƯỜI, CÔNG SUẤT 2100m3NGÀY ĐÊM NGUỒN NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT KHU CHUNG CƯ CÔNG SUẤT 400 m3NGÀY ĐÊM

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Khi nền kinh tế phát triển đời sống người dân được nâng cao thì nhu cầu dùng nước sạch càng mạnh mẽ Do đó, vấn đề nước sạch là nỗi lo của người dân Việc đầu tư xây dựng một hệ thống xử lý nước sạch để cung cấp cho người dân là cần thiết và cấp bách Nó không chỉ đáp ứng nhu cầu dùng nước hàng ngày nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân mà còn tạo điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế của Việt Nam nói chung và của khu vực dân cư nói riêng

Nước trong thiên nhiên được dùng làm các nguồn nước cung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau Đối với các nguồn nước mặt thường có độ đục, độ màu và hàm lượng vi trùng cao Đối với các nguồn nước ngầm hàm lượng sắt và mangan thường quá giới hạn cho phép Có thể nói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu về mặt chất lượng cho các đối tượng dùng nước Chính vì vậy, trước khi đưa nước vào sử dụng cần phải tiến hành xử lý.

Mục tiêu của đồ án

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sinh hoạt cho cụm dân cư 10,000 dân đạt QCVN 01-1:2018/BYT “Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sạch dùng cho mục đích sinh hoạt”, nguồn nước sông Đồng Nai.

Đặc tính nguồn nước cấp

1.3.1 Tổng quan về nước mặt

Theo định nghĩa của Luật Tài nguyên nước 2012 số 34/VBHN-VPQH 2020, nước mặt là nước tồn tại trên mặt đất liền hoặc hải đảo Bên cạnh việc được sử dụng làm nước uống, nước mặt còn được sử dụng cho sinh hoạt, chăn nuôi, hoạt động công nghiệp,… Phần lớn nước này được tạo thành nhờ lượng mưa và nước chảy từ các khu vực lân cận Thành phần hóa học của nước mặt phụ thuộc vào tính chất địa lý nơi mà dòng nước chảy qua đến các thủy vực, chất lượng nước mặt còn chịu ảnh hưởng bởi các quá trình tự nhiên như mưa lũ, đời sống của hệ sinh vật nước , cũng như chịu sự tác động

2 bởi hoạt động của con người Trên cùng một con sông, chất lượng nước thường xuyên thay đổi đáng kể theo thời gian và không gian

Trong nước thường xuyên có các chất khí hòa tan, chủ yếu là oxy Oxy hòa tan trong nước có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của các thủy sinh vật

Nước mặt thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng đáng kể với các kích thước khác nhau, một số trong chúng có khả năng lắng tự nhiên, chất lơ lửng có kích thước hạt keo thường gây ra độ đục của nước sông, hồ

Ngoài ra còn có nhiều chất hữu cơ do sinh vật bị phân hủy; có nhiều rong tảo, thực vật nổi, động vật nổi,…

1.3.2 Các đặc trưng chính của nguồn nước cấp a) Chỉ tiêu vật lý

Nhiệt độ nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường Độ màu Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên, đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu platin – coban Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ PtCo Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa lý kết hợp Độ đục

Nước là môi trường truyền ánh sáng tốt, khi trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật… thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn Đơn vị đo độ đục thường là mg SiO2/L, NTU, FTU; trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên Tùy theo thành phần và hàm lượng lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng… Độ nhớt Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước Độ nhớt khi tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng, và giảm khi nhiệt độ tăng b) Chỉ tiêu hóa học Độ pH Độ pH của nước là đặc trưng bởi nồng độ ion H + trong nước (pH = -lg[H + ]) Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH Khi pH = 7 nước có tính trung tính, khi pH < 7 nước mang tính acid và khi pH > 7 nước mang tính kiềm Nước nguồn có pH thấp sẽ gây khó khan cho quá trình xử lý nước nước Độ kiềm

Có thể phân biệt độ kiềm thành độ kiềm riêng phần và độ kiềm toàn phần Độ kiềm toàn phần bao gồm tổng hàm lượng các ion bicarbonate, carbonat, hydroxit và anion của các muối acid yếu Người ta con phân biệt độ kiềm riêng phần như: độ kiềm bicarbonate hay độ kiềm hydrat Độ kiềm của nước ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lí nước Vì thế trong một số trường hợp nước nguồn có độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hóa chất để kiềm hóa nước Độ oxy hóa

Là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hết các hợp chất hữu cơ có trong nước Chỉ tiêu oxi hóa là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Độ oxi hóa của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng

Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III) Trong nước ngầm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên tới 30mg/L hoặc cơ thể còn cao hơn nữa Nước mặt

4 chứa sắt (III) ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù, thường có hàm lượng không cao và có thể khử sắt kết hợp với công nghệ khử đục Việc tiến hành khử sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm Khi trong nước có hàm lượng sắt > 0.5mg/L, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nước của đường ống

Các hợp chất chứa nitơ

Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng nitric (HNO2), nitrat (HNO3) và ammoniac (NH3) Các hợp chất chứa nitơ có trong nước chứng tỏ nước đã bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt Khi mới bị nhiễm bẩn trong nước có cả nitric, nitrat và ammoniac Sau một thời gian, ammoniac và nitric bị oxy hóa thành nitrat Việc sử dụng các loại phân bón nhân tọa cũng làm tăng hàm lượng amoniac có trong nước thiên nhiên c) Chỉ tiêu vi sinh

Vi khuẩn thường ở dạng đơn bào Tế bào có dạng cấu tạo đơn giản hơn so với các sinh vật khác Vi khuẩn trong nước uống có thể gây các bệnh kiết lị, viêm đường ruột và các bệnh tiêu chuẩn khác

Vi rút không có hệ thống trao đổi chất nên chúng thường chui vào tế bào của các loại cơ thể khác rồi lái sự tổng hợp các chất của tế bào chủ theo hướng cần thiết cho sự phát triển của vi rút Vi rút trong nước có thể gây bệnh viêm gan và viêm đường ruột Động vật nguyên sinh Động vật nguyên sinh là những cơ thể đơn bào chuyển động được trong nước Nhưng bệnh có thể có ở người do chúng là Giardia lamblia, Cryptosporidium,…

Tảo đơn bào thuộc loại quang tự dưỡng Chúng không trực tiếp gây bệnh cho chonguoiwf và động vật nhưng có thể sản sinh ra độc tố

Khảo sát chất lượng nước sông Đồng Nai

1.4.1 Tổng quan về sông Đồng Nai

Sông này bắt nguồn từ phía bắc cao nguyên Lâm Viên (Lang Biang), phía nam dãy Trường Sơn, độ cao các đỉnh núi đầu nguồn đạt trên 2.000m

Sông Đồng Nai có chiều dài khoảng 610km, diện tích lưu vực là 40 nghìn km 2 , lưu lượng bình quân 982 m 3 /s Hệ thống sông Đồng Nai có khá nhiều phụ lưu, số phụ lưu có chiều dài lớn hơn 10km là 253 sông suối Tổng lượng dòng chảy đạt tới 31 tỷ m 3 Sông Đồng Nai chảy qua lãnh thổ tỉnh ở phần trung lưu và hạ lưu

Sông Đồng Nai có lượng nước phong phú, là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho thành phố Biên Hoà, thành phố Hồ Chí Minh Nước thô lấy từ sống sẽ đi qua trạm bơm Hoá An, tứ đó chuyển qua cho các nhà máy xử lý, đặc biệt là nhà máy Thủ Đức, cung cấp nước tới cho 94% dân số thành phố Nước thô sau khi xử lý tại hai cụm nhà máy, được phân phối về 2.14 triệu hộ và gia đình

1.4.2 Thành phần và tính chất nguồn nước

Thông số Đơn vị Kết quả QCVN 01-

1:2018/BYT Độ màu Pt-Co 36 15 Độ đục NTU 9.1 2 pH - 6.9 6.0 – 8.5 Độ cứng mg/L 20 300

Bảng 1.1: Kết quả thử nghiệm nguồn nước đầu vào định kỳ của Nhà máy nước

Quy chuẩn về nước cấp sau khi xử lý được áp dụng theo QCVN 01-1:2018/BYT: Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sạch dùng cho mục đích sinh hoạt

TT Tên thông số Đơn vị tính Ngưỡng giới hạn cho phép Các thông số nhóm A

Thông số vi sinh vật

2 E.Coli hoặc Conform chịu nhiệt CFU/100 mL 10000 đảm bảo duy trì dòng chảy rối):

0.000798 = 1240258.772 (𝑡ℎỏ𝑎) Đường ống vào, ra bể keo tụ:

Vận tốc dòng nước vào bể chọn 𝑣 1 = 1 (𝑚/𝑠)

Diện tích mặt cắt ngang của ống dẫn vào bể trộn cơ khí:

1 = 0.02 (𝑚 2 ) Đường kính ống nước vào:

𝜋 = 0.176 (𝑚) Chọn ống Bình Minh DN 200, PN6 có bề dày là 5.9mm

21 Đường kính thực tế của ống nước 𝑑 0 ′ = 200 (𝑚𝑚) Đường kính trong thực tế của ống nước vào:

𝑑 0 ′ = 200 − 2 × 5.9 = 188.2 (𝑚𝑚) Kiểm tra lại vận tốc nước vào bể trộn cơ khí:

Vận tốc nước ra khỏi bể trộn cơ khí chọn 𝑣 2 = 0.92 (𝑚/𝑠)

Diện tích mặt cắt ngang của ống nước ra:

0.92 = 0.03 (𝑚 2 ) Đường kính ống nước ra:

𝜋 = 0.18 (𝑚) Chọn ống tương tự như ống dẫn nước vào bể trộn cơ khí.

Bể tạo bông cơ khí

Kích thước của bể tạo bông

Thời gian khuấy của bể tạo bông là 𝑡 = 22 phút

Số ngăn của bể tạo bông là 3 ngăn

Thể tích bể trộn tạo bông:

24 × 3600× 22 × 60 = 32.08 (𝑚 3 ) Thể tích 1 ngăn của bể trộn tạo bông:

3 = 10.69 (𝑚 3 ) Chiều cao hữu ích của bể chọn 𝐻 𝑖 = 3 (𝑚) (quy phạm từ 3m – 4.5m) Chọn chiều cao bảo vệ của bể tạo bông là 0.5m (quy phạm từ 0.3m – 0.5m)

𝐻 𝑏𝑣 = 0.5 (𝑚) Chiều cao xây dựng của bể tạo bông:

𝐻 = 𝐻 𝑖 + 𝐻 𝑏𝑣 = 3 + 0.5 = 3.5 (𝑚) Chiều rộng bể trộn cơ khí lấy bằng đường kính tương đương:

𝐵 = 𝐷 = 1.3 (𝑚) Chiều cao vách ngăn trong bể tạo bông:

3× 3.5 = 2.33 (𝑚) ≈ 2.4 (𝑚) Diện tích bề mặt 1 ngăn của bể tạo bông:

3 = 3.56 (𝑚 2 ) Chiều rộng 1 ngăn của bể tạo bông: 𝐵 = 𝐻 𝑖 = 3 (𝑚)

Chiều dài 1 ngăn của bể tạo bông:

Thể tích xây dựng của 1 ngăn của bể tạo bông:

Chọn cánh khuấy turbin 4 cánh nghiêng 45° Đường kính của cánh khuấy 𝑑 1 = 0.6 × 𝑑 = 0.6 × 2.13 = 1.28 (𝑚) Chọn cánh khuấy có đường kính 1.3m

Khoảng cách từ đáy bể tạo bông đến cánh khuấy:

3 = 1 (𝑚) Chiều rộng của cánh khuấy:

Năng lượng cần truyền cho cánh khuấy ở ngăn 1 của bể tạo bông

Gradient vận tốc ở ngăn 1 của bể tạo bông là 𝐺 1 = 100 𝑠 −1

Năng lượng cần truyền cho cánh khuấy ở ngăn 1 là:

Công suất của động cơ khuấy trộn 𝑃 1 = 𝐸 1

0.8 = 144.84 (𝑊) Kiểm tra lại công suất của động cơ ở ngăn 1:

Số vòng quay của cánh: 𝑛 1 = ( 𝑃 1

1.08×995×3 5 ) 1 3 = 0.08 (𝑣ò𝑛𝑔/𝑠) Kiểm tra hằng cố Reynold (Re >10000 đảm bảo duy trì dòng chảy rối):

Kích thước đường ống ra bể tạo bông:

Vận tốc nước ra khỏi bể trộn cơ khí chọn 𝑣 2 = 1 (𝑚/𝑠)

Diện tích mặt cắt ngang của ống nước ra:

1 = 0.024 (𝑚 2 ) Đường kính ống nước ra:

𝜋 = 0.031 (𝑚) Chọn ống Bình Minh DN 355, PN6 có bề dày là 10.4mm Đường kính thực tế của ống nước 𝑑 0 ′ = 355 (𝑚𝑚) Đường kính trong thực tế của ống nước vào:

𝑑 0 ′ = 355 − 2 × 10.4 = 334.2 (𝑚𝑚) Kiểm tra lại vận tốc nước vào bể trộn cơ khí:

Bể lắng đứng

Theo cấu tạo của bể chia ra làm hai phần:

• Phần thân là vùng lắng có dạng là hình hộp với tiết diện ngang của vùng lắng là hình vuông

• Phần đáy là vùng nén cặn có dạng là hình tháp cụt với tiết diện ngang là hình vuông

Tính toán với bể lắng đứng với lưu lượng 𝑄 = 2100 𝑚 3 ⁄𝑛đ

Diện tích tiết diện ngang vùng lắng

𝑣 𝑡𝑡 : tốc độ nước đi lên nhỏ hơn tốc độ rơi của hạt cặn 𝑢 0 = 0.5 𝑚𝑚/𝑠 (dựa theo tốc độ rơi của hạt cặn trong bể lắng ngang với hàm lượng xư lý nước có phèn hay không phèn) với hàm lượng cặn trong nước phèn nước đục lượng cặn 1200 mg/l suy ra tốc độ nước đi lên 𝑣 𝑡𝑡 = 0.3 mm/s

Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể 𝛽 = 1.5

Diện tích ngang của tiết diện ngăn bể phản ứng xoáy hình hộp:

60 × 𝐻 2 × 𝑁 với chiều cao vùng lắng chọn 𝐻 1 = 5m (quy phạm H = 2.6 -5 m) chiều cao của vùng bể phản ứng hình trụ 𝐻 2 = 0.9 × 𝐻 1 = 0.9 ∗ 5 = 4.5𝑚 chọn thời gian phản ứng trong ống trung tâm là 𝑡 = 15 𝑝ℎú𝑡 (quy phạm là 15 – 20 phút)

Chiều cao của bể lắng:

Chiều cao bảo vệ của bể lắng chọn Hbv = 0.5m

Chiều cao xây dựng của bể lắng:

Kích thước ống trung tâm: Đường kính ống trung tâm là:

𝐻 ố𝑛𝑔 𝑙𝑜𝑒 = 𝑑 ố𝑛𝑔 𝑙𝑜𝑒 = 2.38 (𝑚) ≈ 2.4 (𝑚) Đường kính phần đáy hình nón chọn 𝑑 1 = 600 (𝑚𝑚) = 0.6 (𝑚) Đường kính tấm hắt:

Góc nghiêng giữa tấm hắt so với mặt phẳng ngang chọn 17° Đường kính của bể lắng:

Thời gian xả cặn: Đường kính ống xả cặn chọn 𝑑 ′ = 200 (𝑚𝑚) = 0.2 (𝑚) (quy phạm từ 150mm – 200mm)

Góc nghiêng của phần nón chứa cặn của bể lắng so với mặt nằm ngang chọn (quy phạm từ 50° đến 70°)

Chiều cao phần hình nón chứa cặn:

2 × tan(90° − 50°)= 4.99 (𝑚) ≈ 5 (𝑚) Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn là

Dung tích phần chứa nén cặn của bể là (phần chứa nén cặn có hình dạng là hình tháp cụt)

4 = 112.59 (𝑚 3 ) Chọn hàm lượng cặn còn lại sau khi lắng C = 11 mg/l ( C = 10 – 12 mg/l)

Chọn hàm lượng cặn trong nước nguồn là 𝑐 𝑛 = 8 𝑚𝑔 𝑙⁄

Chọn hệ số tinh khiết của phèn nhôm sạch là K= 1

Chọn liều lượng phèn không ngậm nước P = 25 g/m 3 (trong quy phạm từ 25 – 35 g/m 3 )

Chọn độ màu nước nguồn M = 36 Pt-Co

Liều lượng vôi cho vào nước 𝑣 = 0 (𝑚𝑔/𝑙)

Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng:

Chọn nồng độ cặn trung bình đã nén chặt là 𝛿 = 90 𝑔 𝑚⁄ 3

Thời gian xả cặn giữa hai lần xả cặn là:

Hàm lượng căn sau lắng m = 10 (mg/l) (quy phạm từ 10 – 12 mg/l)

Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính phần trăm lượng nước xử lý:

Hệ số pha loãng cặn Kp = 1.15 (quy phạm từ 1.15 – 1.2)

Lưu lượng nước dùng cho việc xả cặn:

Tính toán thiết kế phần ống nước dẫn từ bể trộn sang bể lắng đứng (có ống trung tâm là bể phản ứng xoáy hình trụ)

Nước từ bể trộn vào phần bể phản ứng xoáy hình trụ (được lồng trong bể lắng) có tốc độ nước chảy trong ống là 𝑣 ố𝑛𝑔 = 0.1 𝑚 𝑠⁄

Suy ra ta có đường kính ống dẫn nước vào bể phản ứng xoáy hình trụ là

Chọn đường kính trong của ống dẫn nước vào là DN 450mm, PN6 có độ dày 13.2mm

Kiểm tra đường kính trong của ống:

𝐷 ố𝑛𝑔 ′ = 450 − 2 × 13.2 = 423.6 (𝑚𝑚) (thỏa) Kiểm tra khả năng dẫn lưu lượng của ống dẫn:

4 = 114.45 (𝑚 3 /ℎ) Phần trăm dẫn lưu lượng (quy phạm từ 20% - 30% theo TCXD33:2006)

Tính toán thiết kế phần máng thu nước để chuyển sang bể lọc Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và

4 máng hình nan quạt chảy tập trung vào máng chính

Vận tốc nước chảy trong máng là 0.6 – 0.8 m/s nên chọn vm = 0.6 m/s

Chiều cao mực nước trong máng chọn 0.12 m, suy ra nên chọn chiều cao máng máng vòng là 0.2 m

Thiết kế máng vòng chọn độ dày máng là 𝑡 𝑚á𝑛𝑔 = 0.1 (𝑚) Đường kính máng thu:

Số máng răng cưa chọn 4 máng

Lưu lượng trên mỗi máng răng cưa:

4 = 0.0061 𝑚 3 /𝑠 Tấm xẻ khe hình chữ V có góc đáy 90 0 để thu nước:

Chiều cao chữ V là: ℎ = 5 𝑐𝑚 (quy phạm: 5 – 8 cm)

Chiều cao cả tấm điều chỉnh bằng thép chọn 15 cm (quy phạm:15 – 16 cm) Khoảng cách các chữ V là 20 cm, đáy chữ V là 10 cm

Khi đó lưu lượng nước qua một khe chữ V chọn 𝑞 𝑜 = 0.0002 𝑚 3 ⁄𝑠

Số khe cần thiết trên mỗi máng răng cưa chữa V là:

Tiêu đề	Thiết kế công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt cho cụm dân cư 10,000 người, công suất 2100m3/ngày đêm
Tác giả	Ngô Hoàng Trúc Linh, Trương Khải Nguyên
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Thái Anh, PGS.TS. Đặng Vũ Bích Hạnh
Trường học	Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách khoa, Khoa Môi trường và Tài nguyên
Chuyên ngành	Kỹ thuật Môi trường
Thể loại	Đồ án môn học
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	38
Dung lượng	864,29 KB
File đính kèm	Đồ án XL nước thải sinh hoạt (công nghệ MBR).rar (1 MB)