đồ án môn học xử lý nước cấp thiết kế trạm xử lý nước cấp

YÊU CẦU NỘI DUNG THIẾT KẾ: Thuyết minh: - Đánh giá chất lượng nước nguồn; - Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước;.. - Tính toán công nghệ, cấu tạo các công trình chính, các công trìn

Trang 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌCXỬ LÝ NƯỚC CẤP

Hà Nội 2022

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNGĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC CẤP

Đề số: 30Sinh viên: Nguyễn Thanh Tùng Lớp: 65MNC

Giáo viên hướng dẫn: TS Đào Thị Minh Nguyệt

Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành:

I CÁC SỐ LIỆU, TÀI LIỆU CƠ SỞ THIẾT KẾ:

1.1 Công suất tính toán (m /ngđ): 3 34000 Nguồn nước: Ngầm

1.2 Mặt bằng khu đất xây dựng trạm xử lý có đường đồng mức cách nhau m 1.3 Mặt cắt địa chất tại khu vực xây dựng trạm xử lý:

1.4 Hướng gió chủ đạo trong năm: Đông-Nam1.5 Mực nước ngầm cao nhất cách mặt đất: 1.9 m 1.6 Các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn:

- Nhiệt độ của nước ( C): o 23- Độ màu (theo thang màu Cobalt, độ): 3- Độ kiềm toàn phần (mgđl/l): 5.2- Độ cứng toàn phần (mgđl/l): 6.51 - Độ cứng cacbonát (mgđl/l): 5.20 - Độ oxy hóa permanganat (mg/l): 4

NH : 2.5 4+ NO : 0.1 NO : 0.4 2- 3- Hàm lượng các Ion trong nước (mg/l):

-+ Anion: HCO : 317.4 SO : 67 Cl :41.5 SiO : 3.5 3- 42- - 3+ Cation: Ca : 123 Mg : 4.5 Na : 35 2+2++

2-SVTH: Nguyễn Thanh Tùng Lớp: 65MNC MSSV: 220365

Trang 3

- Hàm lượng Đồng Cu (mg/l): 0 tp- Hàm lượng Chì Pb (mg/l): 0 tp- Hàm lượng Oxy hòa tan (mg/l) : 0 - Hàm lượng Cặn lơ lửng (mg/l): + C : 10 max

+ C : 8TB + C : 6 min

- Coliform tổng số (khuẩn lạc/100 ml): 60

- Hàm lượng các chất khác thỏa mãn chất lượng nước dùng cho sinh hoạt

* Ghi chú: các số trong ngoặc (): số thứ tự hàng trong bảng các giá trị cho trước,được phát choSV kèm theo nhiệm vụ thiết kế

1.7 Yêu cầu chất lượng nước sau xử lý:

Đảm bảo yêu cầu chất lượng nước dùng cho sinh hoạt (QCVN 01-1:2018/BYT)

YÊU CẦU NỘI DUNG THIẾT KẾ: Thuyết minh:

- Đánh giá chất lượng nước nguồn;

- Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước;

- Tính toán công nghệ, cấu tạo các công trình chính, các công trình phụ trợtrong dây chuyền công nghệ xử lý nước;

- Tính toán công nghệ, cấu tạo các công trình xử lý nước thải (nước rửa lọc và bùn cặn) của Trạm xử lý nước

2.2 Bản vẽ: 03 bản vẽ A1, thể hiện:

- Quy hoặc mặt bằng Trạm xử lý nước, tỷ lệ 1/50 - 1/250

- Sơ đồ cao trình dây chuyền công nghệ Trạm xử lý nước (chọn tỷ lệ đứng, tỷ lệ ngangphù hợp)

- Chi tiết (mặt bằng, các mặt cắt) một số công trình chính trong dây chuyền công nghệ (cụm bể lọc) tỷ lệ 1/20 - 1/50

Hà nội, ngày tháng năm 20

Giáo viên phụ trách môn học

TS Đào Thị Minh Nguyệt

PHẦN 1: LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Trang 4

I XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC CÒN THIẾU1 Tổng hàm lượng muối hòa tan.

Xác định dựa vào công thức:

P = ∑M+ + ∑A- + 1,4 [Fe ] + 0,5[HCO ] + 0,13[SiO ]2+

∑ A-= [SO ] +[Cl ] + [NO ] + [NO ]42- - 2- 3 = 67 + 41.5 + 0.1 + 0.4 = 109 (mg/l)

-P = 165 + 109 + 1,4*16 + 0,5*317.4 + 0,13*3.5 = 453.366 mg/l

P = 453.366 (mg/l)2 Hàm lượng CO2 hòa tan

Ta có các số liệu: t ° =23℃, pH=7.1, Ki=5.2(mgdl/l), pH = 7.1 Theo biểu đồLangelier (Hình 6-2, Mục 6.206 TCXDVN 33:2006) ta có [CO ] = 32 (2 mg/l).

II Đánh giá chất lượng của nguồn nước.1 Kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu

SVTH: Nguyễn Thanh Tùng Lớp: 65MNC MSSV: 220365

Trang 5

a. Độ kiềm toàn phần: Nước thiên nhiên có độ pH = 7,1 < 8,4 nên độ kiềm của

nước chủ yếu là do lượng ion hyđrocacbonat [HCO ] gây nên (Nước không chứa3ion OH Ta xác định được:-

12.16 = 6.51 (mgđl/l) = 325.5 (mg/l)

Do ¿ ¿ + ¿ ¿ = 6.51 > ¿ ¿ = 5.2 nên C được xác định theo công thức:0 C = 0 ¿ ¿= 317.461.02 = 5.2 (mgđl/l)

⇒ Vậy các số liệu đưa ra K , C , C là chính xác.iTPTPk

2 So sánh chất lượng nước nguồn với quy chuẩn

Dựa theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN01:2018/BYT ta có bảng sau:

Bảng 1.1: Thông số chất lượng nước nguồn

Chấtlượngnguồnnước

Trang 6

- So sánh với tiêu chuẩn chất lượng nước cấp dùng cho ăn uống, ta thấy nguồnnước có thể làm nguồn cấp cho trạm xử lý phục vụ sinh hoạt ăn uống của khu dâncư.

- Tuy nhiên một số chỉ tiêu vượt quá mức cho phép:1 Độ oxi hóa theo Pemaganat = 4 (mgO /l) > 2 (mgO /l)222 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+,Fe3+) = 17 (mg/l) > 0,3 (mg/l)3 Hàm lượng H S = 0.1 (mg/l) > 0,05 (mg/l) 2

4 Coliform tổng số = 60 (con) > 3 (con)5 Hàm lượng cặn lơ lửng = 8 (mg/l) > 3 (mg/l) 6 Hàm lượng N H4+¿¿

= 2.5 (mg/l) > 0.3 (mg/l)7 Hàm lượng NO =0.1(mg/l) > 0.05 (mg/l)2-

- Hàm lượng Fe tổng số lớn hơn nhiều lần chỉ tiêu cấp nước ăn uống, ngoài rađộ oxy hóa Permanganat, H S, colifom vượt quá chỉ tiêu cho phép nên cần được2xử lý trước khi sử dụng với mục đích cấp nước ăn uống cho người dân

Trang 7

III.Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ:1 Các yếu tố ảnh hưởng đến dây chuyền công nghệ:

- Loại nguồn nước và chất lượng nước nguồn;- Yêu cầu chất lượng nước của đối tượng sử dụng;- Yêu cầu chất lượng nước cấp đặt ra;

- Công suất trạm cấp nước;

- Điều kiện kinh tế và khả năng thi công đặt ra;- Điều kiện địa phương.

a Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng:

+ Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng được tính bằng công thức: C* = C + 1,92 [Fe ] + 0,25M

Độ cứng toàn phần của nước

Ctp= 6.51 mgdl/l C = 6.51*2.8=18.228 đb > 12 đb nên phải tiến hành làm mềmtpnước

Các chỉ tiêu khác :

Trang 8

- Công suất của nhà máy là 34000 m /ngđ sử dụng bể lắng ngang tiếp xúc 3- Chỉ số E.Coli = 60 khuẩn lạc/100ml > QCVN 1-01/2018 nên xử lý bằng Clo - Công suất của nhà máy tương đối cao và mực nước ngầm cao = 1.9m nên ta sửdụng bể lọc aquazur V để xử lý

b Chọn sơ bộ dây chuyền công nghệ xử lý

- Từ những điều kiện phân tích trên với hàm lượng Fe là 16 2+ (mg/l) ta chọn sơ bộ

dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm cho trạm xử lý có công suất 34000 (m /ngđ)3

sơ bộ lựa chọn được hai dây chuyền công nghệ sau:-Sơ đồ dây chuyền công nghệ I:

Sơ đồ dây chuyền công nghệ II:

Trang 9

2 Liều lượng clo để clo hóa sơ bộ

Nước nguồn có chứa NH (NH ) và NO34+2

3 Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng

+ Đối với sơ đồ dây chuyền công nghệ I:Độ kiềm sau khi làm thoáng:

Trang 10

- CO2: Hàm lượng khí cacbonic tự do trong nước nguồn = 35 (mg/l)

CO = (1 - 0,3) 2 32 + 1,6 16 = 48(mg/l)

Độ pH của nước sau khi làm thoáng:

Từ biểu đồ quan hệ giữa pH, K , COi2 (Hình 6-2, Mục 6.206 TCXDVN 33:2006)ứng với các giá trị đã biết:

Ki = 4,624 * CO = 48 (mg/l) 2 t = 23 C00 P = 453.366 (mg/l)

Tra biểu đồ quan hệ giữa lượng pH, K , CO ta có: pH = 6,87 > 6,8; K = 4.624> 2 Doi2 * i*vậy có thể áp dụng phương pháp làm thoáng đơn giản cho dây chuyền để thỏa mãnđiều kiện phản ứng oxi hóa sắt xảy ra.

+ Đối với sơ đồ dây chuyền công nghệ II:Độ kiềm sau khi làm thoáng:

Độ pH của nước sau khi làm thoáng:

Từ biểu đồ quan hệ giữa pH, K , COi2 (Hình 6-2, Mục 6.206 TCXDVN 33:2006)ứng với các giá trị đã biết:

Ki = 4,624 * CO = 32 (mg/l) 2 t = 23 C00 P = 453.366 (mg/l)

Tra biểu đồ quan hệ giữa lượng pH, K , CO ta có: pH = 7 > 6,8; K = 4.624> 2 Doi2 * i*vậy có thể áp dụng phương pháp làm thoáng sơ bộ cho dây chuyền.

* Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi làm thoáng:

Trang 11

Sau khi làm thoáng pH trong nước giảm nên nước có khả năng mất ổn định, vìvậy ta phải kiểm tra độ ổn định của nước Độ ổn định của nước được đặc trưng bởi

trị số bão hòa I và được xác định theo công thức (TCXDVN 33:2006):

I = pH - pH*s

Trong đó:

pH*: Độ pH của nước sau khi làm thoáng;

pHs: Độ pH ở trạng thái cân bằng bão hòa CaCO của nước sau khi khử Fe ,3 2+được xác định theo công thức:

pHs =f1(t0) - f2(Ca2+) - f3(Ki*) + f4(P)

Trong đó:

f (t1 0): Hàm số nhiệt độ của nước sau khi khử sắt

f (Ca2 2+): Hàm số nồng độ ion Ca trong nước sau khi khử sắt2+f (K3i*): Hàm số độ kiềm Ki* của nước sau khi khử sắtf4(P): Hàm số tổng hàm lượng muối P của nước sau khi khử sắtTra đồ thị (Hình 6-1, Mục 6.204 TCXDVN 33:2006) ta xác định được:

t0 = 23 C => f0 (t1 0) = 2.04[Ca2+] = 123 (mg/l) => f (Ca ) = 2.092 2+Ki* = 4,84 (mgđgl/l) => f3(Ki*) = 1,68P = 455.6 (mg/l) => f (P) = 8,864Như vậy, pH = 2,04 2,09 1,68 + 8,86 = 7,13s

Trang 12

Hình 1.2: Đồ thị xác định pH của nước đã bão hòa Canxi Cacbonat đếntrạng thái cân bằng

Phương án I

I = pH* pHs = 6,87 – 7,13 = -0,26 (từ 0 đến ±0,25) =>∉Nước có khả năng tạo ra lắng đọng cacbonat canxi lên thành ống và thiết bị khitiếp xúc với nó.

Nhận thấy rằng trong dây chuyền I sau khi khử Fe , lượng CO tự do nhỏ hơn lượng2+2

CO2 cân bằng khá nhiều Do vậy ta cần phải làm cân bằng nước bằng cách phaaxit(H SO24 hoặc HCl)

Ta có công thức:

∆Ki=α K¿∆Ki(mđlg/l): gia số của độ kiềm.

K¿(mđlg/l): độ kiềm của nước trước khi xử lý bằng axit.

α: hệ số phụ thuộc vào pH của nước nguồn và chỉ số bão hòa I, giá trị củahệ số α được xắc định theo biểu đồ hình (15.2) (trang 526 sách cấp nướctập 2 của giáo sư Trịnh Xuân Lai).

Liều lượng axit sunfudric hay clohydric kỹ thuật cân thiết để xử lý ổn địnhnước xắc định theo công thức

a=∆Ki.e100p =100 α K e¿p (mg/l)

Phương án II

I = pH * pH = 7 – 7,13 = -0,13 < (từ 0 đến ±0,25) => nước ổn địnhs ϵ Nhận thấy rằng trong dây chuyền II sau khi khử Fe , lượng CO tự do nhỏ hơn2+

lượng CO cân bằng không quá nhiều Do vậy không cần quá trình xử lý ổn định nước.2

4 Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước

So sánh hai phương án sử dụng dây chuyền công nghệ như trên ta thấy phương ánII đảm bảo hiệu quả xử lý của quá trình khử sắt và đạt điều kiện về chất lượng nguồnnước và công suất Với chất lượng nguồn nước của khu vực là khá tốt hàm lượng cặnlơ lửng C0 = 10 mg/l là tương đối với nước ngầm nên ta chọn phương án 2 để thiết

maxkế

Trang 14

PHẦN 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ CẤU TẠO CÁC CÔNG TRÌNH I Công trình làm thoáng bằng giàn mưa.

2 Tính toán diện tích bề mặt giàn mưa

- Diện tích mặt bằng của giàn thoáng:F=Q

4 =35.42 (m )2

- Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa là 7.1 × 5 (m) = 35.42 (m )2

- Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ d = 5mm, khoảng cách giữa các lỗ là 100mm Kích thước mỗi tấm inox là 1×1 (m), cần sử dụng 24 tấm inox cho 1 sàn tung

- Chọn loại vật liệu là than cốc với đường kính d = 24mm- Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định như sau:

CO2tb =

CO2 max−Ct2,3× lgCmax

(kg/m )3

Trang 16

Hình 2.1: Bố trí sàn tung trên giàn mưa

3 Hệ thống phân phối nước

- Hệ thống có dạng xương cá.

- Hệ thống phân phối nước gồm: 4 ống dẫn nước chính cho 4 ngăn của giànmưa Trên mỗi ống chính dẫn nước, ta sắp xếp các ống phân phối nhánh, chọnkhoảng cách giữa 2 ống phân phối nhánh là 250 mm Như vậy trên 1 ngăn củagiàn mưa có 54 ống phân phối nhánh, được nối với ống phân phối chính theohình xương cá, ống phân phối nhánh có chiều dài bằng 2,3m.

- Lưu lượng trên mỗi ngăn của giàn mưa: qngăn = Q

4 =354.17 (m3/h)= 0.098 (m /s)3

a Tính toán ống phân phối chính

- Đường kính ống chính dẫn nước với vận tốc v = 1 m/s (TCXDVN 33:2006quy định v = 0,8 - 1,2 m/s) là:

b Tính toán ống phân phối nhánh

+ Vận tốc nước chảy trong ống: v = 1 – 1,5 m/s Chọn v = 1,3 m/s

+ Đường kính ống phân phối nhánh là: Dchính = √qngan× 4

n× π × v=√ 0.098 4×

54 × π × 1,3=0,042 (m)+ Chọn đường kính D42 Kiểm tra lại vận tốc:

v= 4 × 0.098

54 × π × 0,04 22=1,3(m/s) (Thỏa mãn)

Trang 17

+ Tổng diện tích lỗ trên ống phân phối nhánh theo quy phạm chọn từ 25– 50% diện tích ngang của ống phân phối chính Chọn tỷ lệ này là 50% thìtổng diện tích lỗ phun là:

0,5 ×π × 0.3 52

4 =0,048 (m )2

+ Chọn đường kính lỗ phun mưa là 5 mm và nghiêng so với phương nằmngang một góc 45o(TCXDVN 33:2006 thì d = 5-10mm), số lỗ phun mưa trên1 ống nhánh là:

a = 0.04854 ×π × 0,0052

(lỗ)

4 Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước

Để có thể thu oxy của khí trời, kết hợp với việc thổi khí CO ra khỏi giàn mưa,2đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, người ta xây dựng hệ thốngcửa chớp bằng bêtông cốt thép Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳngnằm ngang là 45 , khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200mm, cửa chớpođược bố trí ở xung quanh trên toàn bộ giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc vớikhông khí Các cửa chớp này được xây dựng cách mép ngoài của sàn tung0,6m.

5 Sàn thu nước

Sàn thu nước làm bằng bê tông cốt thép được đặt dưới giàn mưa có độ dốc0,02 về phía ống dẫn nước qua bể lắng tiếp xúc ngang.

6 Hệ thống thu nước và xả cặn trên giàn mưa

- Ống thu nước đặt ở đáy sàn thu nước và cao hơn mặt đáy sàn ít nhất200mm

- Mỗi giàn mưa có một ống thu nước từ giàn mưa sang bể lọc, vận tốc trongống là 1,5 m/s Đường kính ống thu nước là:

Dthu = √qngan× 4

π × v =√0.098 4×π ×1,5 =0,29 (m)

- Chọn D300 Kiểm tra lại vận tốc: v=4 × 0.098

π × 0.32=1.4 (m/s)

- Từ giàn mưa đi 2 ống sang bể lọc AquazurV Mối ống đường kính D500.- Ống xả cặn theo TCXDVN 33:2006 thì D = 100 - 200mm Chọn D150

7 Chiều cao giàn mưa

- Thiết kế giàn mưa có 2 sàn tung nước.- Khoảng cách giữa các sàn tung nước là 0,8 m

- Chọn chiều cao ngăn thu nước là 0,1 m

Trang 18

=> Chiều cao giàn mưa: H = 0,8 + 0,1 × 2 = 2,8 (m) Tổng hợp số liệu tính toán

- Chiều cao giàn mưa : 2.8 m - Chiều rộng 1 giàn mưa : 6 m - Chiều dài 1 giàn mưa: 4 m

II.Bể lắng ngang tiếp xúc

1 Đặc điểm của bể lắng tiếp xúc ngang

a nhiệm vụ:

- Làm nhiệm vụ giữ lại phần lớn lượng cặn có trong nước ( bông cặn trongnước lắng do trọng lực), thường giữ lại 90-98%, nước sau khi ra khỏi bể lắng,hàm lượng cặn còn lại không lớn hơn 20mg/l, từ đó nước mới qua được bể lọc.

- Tăng thời gian để các phản ứng OXH xảy ra hoàn toàn - Bể lắng ngang thu nước ở cuối

b.nguyên lý làm việc

- Nước được phân phối vào đầu bể lắng sau đó đi qua các lỗ trên vách ngăn

và chảy qua vùng lắng, tại đây các phản ứng oxy hóa tiếp tục xảy ra và tạokết tủa rồi lắng xuống đáy bể Nước sau khi đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua cáclỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước ở cuối dẫn vào mươngthu nước và phân phối nước qua bể lọc Cặn lắng được xả ra ngoài theo địnhkì bằng áp lực thủy tĩnh qua dàn ống thu xả cặn

2 Sơ đồ cấu tạo của bể lắng tiếp xúc ngang

Cấu tạo bể lắng ngang tiếp xúc

1) Ống dẫn nước 2) Máng phân phối nước3) Vách phân phối đầu bể

Trang 19

4) Vùng lắng5) Vùng chứa cặn

6) Vách ngăn thu nước cuối bể7) Máng thu nước

8) Ống dẫn nước sang bể lọc9) Ống xả cặn

3 Tính toán bể lắng tiếp xúc ngang.

- Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng Cmax¿

Trong đó:

V – thể tích của bể, V = 1416.67 (m )3Hbể – chiều cao bể (2,5 m ÷ 3 m¿

L =SB=472.02

16 =23.6 (m)- Chọn L = 24m để thuận tiện cho thi công.

- Đặt một vách ngăn không chịu lực cách tường 1 (m) Sử dụng phươngpháp cặn trượt về phía đầu bể (hố thu cặn đặt ở phía đầu bể).

- Vận tốc nước chảy trong các ngăn bể:vo = Q

2× bn× H × N = 1416.67

2 x 3.36 x 3 x 6 x 3600= 0.0033 (m/s) = 3.3 mm/s < 16.3 mm/svo < 16.3 (mm/s) (vận tốc xói cặn đã lắng) => Thỏa mãn

Kiểm tả các hệ số thủy lực của bể

- Chỉ số Reynol

Trang 20

Re = v × RνTrong đó:

R – Bán kính thủy lực các ngăn trong bểR = Hx bn

2 H +bn=2 x 3+3.363 x 5.04 =1.62 m – Độ nhớt động học, với t = 23

ѵ oC thì = ѵ 0.94 x 10-6 (m2/s) (Bảng 5.1trang 121 sách Cấp nước Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghệp– TS Trịnh Xuân Lai)

9,81 x 1.44 =7.7 10−

Theo đồ thị 6.15 (Trang 152 – sách Cấp nước Xử lý nước cấp cho sinhhoạt và công nghệp – TS Trịnh Xuân Lai) ảnh hưởng của chuẩn sốFroude đến thời gian lưu nước trong bể với Fr = 3,55 × 10 thì T = 0.9-6

tbTL

Khi đó thời gian lắng trung bình là:

6 Tính hệ thống phân phối nước và thu nước của bể lắnga Thiết kế ngăn phân phối.