- Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM là một công ty sản xuất thức uống, nên yêu cầu chất lượng của nước xử lý là rất cao.. Hiện tại công ty đang sử dụng nguồn nước cấp từ n
GIỚI THIỆU CHUNG
Đặt vấn đề
Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu trong cả sinh hoạt hàng ngày và sản xuất công nghiệp Trong cuộc sống, nước phục vụ cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, giải trí và các hoạt động công cộng Trong ngành công nghiệp, nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm sạch và sản xuất thực phẩm như đồ hộp và nước giải khát Hầu hết các ngành công nghiệp đều phụ thuộc vào nước như một nguyên liệu không thể thiếu cho sản xuất.
Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM, chuyên sản xuất thức uống, yêu cầu chất lượng nước xử lý rất cao Hiện tại, công ty đang sử dụng nguồn nước từ nhà máy xử lý nước cấp ở quận 12, nhưng chất lượng nước này chỉ đáp ứng nhu cầu sinh hoạt và không phù hợp cho sản xuất thức uống.
Dựa trên nhu cầu thực tiễn, nhóm chúng tôi đã quyết định chọn Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM để thực hiện đồ án công nghệ xử lý nước cấp Đề tài của chúng tôi là: “Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM”.
Mục đích của đồ án
Dựa trên các yếu tố thực tiễn như chất lượng nguồn nước, yêu cầu sau xử lý và nhu cầu sử dụng nước, hệ thống xử lý nước cấp được thiết kế phù hợp với điều kiện kinh tế và hiệu quả Mục tiêu là đáp ứng nhu cầu cấp nước cho sinh hoạt của công nhân và sản xuất bia tại Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM.
1.3 Nội dung của đồ án
- Khảo sát hiện trạng sử dụng nước của công ty bia Heineken
- Khảo sát, tính toán nhu cầu dùng nước cho mục đích sinh hoạt và sản xuất
- Phân tích và lựa chọn nguồn nước thích hợp
- Đề xuất công nghệ xử lý
- Tính toán, thiết kế các công trình trong hệ thống xử lý nước cấp được đề xuất
- Thể hiện bản vẽ thiết kế
Nội dung của đồ án
- Tên công ty: Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN VIỆT NAM
Văn phòng chính: 170 Lê Văn Khương, Tân Thới An, Quận 12, TP.HCM
- Ngành nghề kinh doanh: HEINEKEN sản xuất và phân phối các nhãn hiệu
Heineken®, Tiger, Larue, BIVINA, Bia Việt, Strongbow và Edelweiss.
HEINEKEN Việt Nam, một liên doanh giữa HEINEKEN và Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn (SATRA), đã có 30 năm phát triển với nhiều thành tựu nổi bật Bắt đầu từ nhà máy đầu tiên tại Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 1991, hiện tại, HEINEKEN Việt Nam sở hữu 6 nhà máy và hơn 3.000 nhân viên trên toàn quốc.
Chứng nhận hệ thống quản lý chất lượng: ISO 9001
Chứng nhận hệ thống quản lý vệ sinh an toàn thực phẩm: FSSC 22000
Chứng nhận hệ thống quản lý môi trường: ISO 14001
- Số lượng nhân viên: 1600 người Sản xuất ngày 2 ca 8h/ca, làm việc 26 ngày/ tháng.
- Công suất nhà máy: 680 triệu lít bia/năm.
Tầng chứa nước khai thác: Pliocen trên (n2 2)
Tổng số giếng khai thác: 5 giếng khoan
Tổng lượng nước khai thác: 5.500 m 3 /ngày đêm.
2.2 Quá trình hình thành và phát triển
Gerard Heineken khởi nghiệp với xưởng bia gia đình Chất lượng sản phẩm giúp xưởng nhanh chóng phát triển và thành công.
GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA QUẬN 12
Sơ lược công ty
- Tên công ty: Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN VIỆT NAM
Văn phòng chính: 170 Lê Văn Khương, Tân Thới An, Quận 12, TP.HCM
- Ngành nghề kinh doanh: HEINEKEN sản xuất và phân phối các nhãn hiệu
Heineken®, Tiger, Larue, BIVINA, Bia Việt, Strongbow và Edelweiss.
HEINEKEN Việt Nam, một liên doanh giữa HEINEKEN và Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn (SATRA), đã có 30 năm phát triển với nhiều thành tựu nổi bật Từ khi ra mắt nhà máy đầu tiên tại Thành phố Hồ Chí Minh vào năm 1991, HEINEKEN Việt Nam hiện đã sở hữu 6 nhà máy và tạo việc làm cho hơn 3.000 nhân viên trên toàn quốc.
Chứng nhận hệ thống quản lý chất lượng: ISO 9001
Chứng nhận hệ thống quản lý vệ sinh an toàn thực phẩm: FSSC 22000
Chứng nhận hệ thống quản lý môi trường: ISO 14001
- Số lượng nhân viên: 1600 người Sản xuất ngày 2 ca 8h/ca, làm việc 26 ngày/ tháng.
- Công suất nhà máy: 680 triệu lít bia/năm.
Tầng chứa nước khai thác: Pliocen trên (n2 2)
Tổng số giếng khai thác: 5 giếng khoan
Tổng lượng nước khai thác: 5.500 m 3 /ngày đêm.
Quá trình hình thành và phát triển
Gerard Heineken khởi nghiệp với xưởng bia gia đình Chất lượng sản phẩm giúp xưởng nhanh chóng phát triển và thành công.
Men A độc đáo của Heineken, được phát triển từ thế kỷ 19, vẫn là yếu tố then chốt tạo nên hương vị đặc trưng cho các sản phẩm của thương hiệu này.
- 1920: CHIẾN DỊCH TRUYỀN THÔNG ĐẦU TIÊN
Thương hiệu Heineken công bố chiến dịch truyền thông có sức ảnh hưởng đầu tiên trong Thế Vận Hội Olympic 1928 ở Amsterdam Đây là tờ áp phích với dòng chữ
“Bia Heineken” gắn trên một chiếc máy bay nhỏ, bay bên trên đám đông người hâm mộ.
Năm 1947, Heineken mở nhà máy bia đầu tiên ở Đông Nam Á Nhà máy bia
Surabaya ở Đông Ấn thuộc Hà Lan (Indonesia hiện nay) là cánh cửa để Heineken đến châu Á.
- 1954: MỘT THẾ GIỚI, MỘT NHÃN HIỆU
Heineken đã ra mắt một nhãn hiệu thống nhất trên toàn cầu, mang đến thông điệp mạnh mẽ: một thương hiệu, một loại bia, và một cam kết chất lượng không đổi.
- 1991: THÀNH LẬP HEINEKEN VIỆT NAM
Heineken đã chính thức bắt đầu hoạt động tại Việt Nam thông qua hợp đồng liên doanh với Công ty Thực phẩm Công nghệ, một công ty thành viên của Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn SATRA, với nhà máy đầu tiên được xây dựng tại Hóc Môn trong giai đoạn 1991-1993.
- 1993: TIGER CẤT TIẾNG GẦM ĐẦU TIÊN!
Năm 1993, Tiger – thương hiệu bia nổi tiếng nhất tại Việt Nam – lần đầu tiên được sản xuất trong nước.
- 1994: HEINEKEN ĐƯỢC SẢN XUẤT TẠI TP.HCM Đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng quốc tế, nhà máy Hóc Môn lần đầu tiên sản xuất bia Heineken.
HEINEKEN Việt Nam mở rộng bằng cách mua lại 3 nhà máy bia tại Đà Nẵng, Quảng Nam & Tiền Giang.
- 2016: VÌ MỘT VIỆT NAM TỐT HƠN
HEINEKEN Việt Nam được Phòng Thương mại & Công nghiệp Việt Nam (VCCI) công nhận là một trong ba công ty phát triển bền vững nhất trong 5 năm liên tiếp (2016-2020)
- 2016: MỞ RỘNG QUY MÔ CHO TƯƠNG LAI
Sau khi mua lại Nhà máy bia Vũng Tàu, HEINEKEN Việt Nam đã khởi công xây dựng nhà máy bia lớn nhất và thân thiện với môi trường tại Việt Nam trong giai đoạn 2016-2022.
- 2019: CHIẾN THẮNG NHANH HƠN, CÙNG NHAU
Sau nhiều năm hoạt động với 2 doanh nghiệp riêng biệt, công ty miền Bắc và miền Nam đã sáp nhập thành một HEINEKEN Việt Nam.
Bia Việt ra đời, tôn vinh sự đa dạng và những giá trị tốt đẹp của người Việt.
HEINEKEN Việt Nam đạt Giải thưởng Chất lượng lần thứ 12, từ khi giải thưởng này bắt đầu vào năm 2002.
- 2021: PHÁT TRIỂN CÙNG VIỆT NAM
HEINEKEN Việt Nam kỷ niệm 30 năm thành lập, đóng góp vào sự phát triển thịnh vượng của đất nước trong ba thập kỷ qua.
Quy trình sản xuất
Hình 2.1 Quy trình sản xuất bia
2.4 Danh sách nhóm sản phẩm của công ty
Hình 2.2 Sản phẩm của nhà máy bia
Khảo sát vấn đề môi trường và chất lượng kiểm soát môi trường tại công ty
- Nguồn khí thải, bụi: Từ hoạt động sản xuất và các hoạt động vận chuyển đi lại ;
- Tiếng ồn và nhiệt thừa: Phát sinh từ các quá trình sản xuất, máy móc, thiết bị sản xuất ;
Nước thải phát sinh từ các quá trình sản xuất, chủ yếu là từ công đoạn vệ sinh thiết bị, cũng như từ hoạt động sinh hoạt của công nhân viên và nước mưa chảy tràn.
- Chất thải rắn: Gồm chất thải rắn sản xuất và chất thải rắn sinh hoạt.
TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC
Tính toán lưu lượng nước cấp cho toàn bộ nhà máy bia
3.1.1 Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân
- Hệ số không điều hòa giờ lớn nhất trong nhà máy bia là: K = 3 (Theo TCVN 13606-2023)
- Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của công nhân: q= 25 (lít/người.ngđ)
- Lưu lượng sinh hoạt công nhân lớn nhất:
3.1.2 Lưu lượng nước sản xuất
- Số liệu ban đầu P = 1863 (m 3 bia/ngày đêm)
- Tiêu chuẩn dùng nước qtc = 2.65 (m 3 nước/ m 3 bia)
- Lưu lượng nước sản xuất:
3.1.3 Tổng công suất của trạm xử lý
Qtt = Qsx + Qsh max = 4937 + 118,8 = 5056 (m 3 /ngđ)
- Lưu lượng dùng cho trạm xử lý: Qtrạm = 50 (m 3 /ngđ)
Vậy công suất trạm xử lý: Q ngày = 5106 (m 3 /ngđ)
3.1.4 Lưu lượng nước theo giờ và biểu đồ nước
Sinh hoạt Sản xuất Tổng
Lựa chọn nguồn nước
3.2.1 Chất lượng nguồn nước sông Đồng Nai
Nhà máy tọa lạc tại khu vực Tân Thới An, Quận 12, TP.HCM, sử dụng nguồn nước mặt từ sông Đồng Nai, đoạn chảy qua Thành phố Biên Hòa.
Bảng 3.2 Giá trị WQI đánh giá chất lượng nước Giá trị WQI Mức đánh giá chất lượng nước
91 – 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt
76 – 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý phù hợp
51 – 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương khác
26 – 50 Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương khác
0 - 25 Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý trong tương lai
- Chất lượng nước sông và kết quả tính toán chất lượng nước sông theo chỉ số WQI
Hình 3.1 Chất lượng môi trường nước khu vực miền Nam theo chỉ số WQI 3 đợt đầu năm 2021
Chất lượng nước mặt trên sông Đồng Nai đang bị ô nhiễm nghiêm trọng với các chỉ số dinh dưỡng và hữu cơ vượt mức cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, đặc biệt là COD, TSS, Fe và N-NH4 +, trong đó Fe có tỷ lệ vượt chuẩn cao nhất Tuy nhiên, theo kết quả tính toán chỉ số chất lượng nước WQI trong ba đợt quan trắc năm 2021 tại 20 vị trí, chất lượng nước sông Đồng Nai vẫn được đánh giá khá tốt, với 100% giá trị WQI nằm trong khoảng từ 76 trở lên.
Trong năm 2021, chất lượng nước sử dụng cho cấp nước sinh hoạt đã có sự cải thiện đáng kể so với năm 2020, với 100% nguồn nước được xử lý phù hợp và 68,3% giá trị chỉ số chất lượng nước (WQI) tăng lên Tuy nhiên, kết quả quan trắc trong ba đợt đầu năm 2021 tại Hợp lưu sông Đồng Nai - Hồ Trị An cho thấy sự suy giảm mạnh về chất lượng nước qua các đợt quan trắc, tương tự như tình hình năm 2020.
Kết quả quan trắc tháng 6/2021 cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ (BOD5, COD) và ô nhiễm dinh dưỡng (N-NH4 +) tại các vị trí được khảo sát đã gia tăng so với trước đây.
Hình 3.2 Giá trị WQI tại các điểm quan trắc trên sông Đồng Nai
Kết quả quan trắc tháng 6/2022 tại 20 vị trí cho thấy chất lượng nước sông Đồng Nai vẫn khá tốt, tuy nhiên có xu hướng giảm so với cùng kỳ năm 2021 và tháng 5/2022 Cụ thể, 70% vị trí đạt mức chất lượng rất tốt với chỉ số WQI từ 91 – 100, cho thấy nguồn nước này có thể sử dụng cho cấp nước sinh hoạt nhưng cần có biện pháp xử lý phù hợp So với tháng 6/2021, khi có 85% vị trí đạt chỉ số WQI tương tự, và tháng 5/2022 với 80%, sự suy giảm này cần được chú ý.
Điểm Bến phà Cát Lái ghi nhận sự suy giảm chất lượng nước nghiêm trọng, đặc biệt do ô nhiễm cục bộ các thông số dinh dưỡng, với N-NO2- là chỉ số chính Kết quả quan trắc trong tháng 6/2021 và tháng 5/2022 cho thấy giá trị N-NO2- đều thấp hơn mức quy chuẩn cho phép.
Nhận xét chung: Nhìn chung chất lượng nước sông Đông Nai thiếu tính ổn định, chất lượng tại các khu vực khảo sát ở mức độ thấp và bị ô nhiễm.
3.2.2 Chất lượng nguồn nước ngầm
STT Thông số Giá trị Đơn vị QCVN 01-
1 Độ màu KPH Pt.Co 15
Bảng 3.3 Chất lượng nước ngầm quan trắc tại Quận 12 3.2.3 Phân tích lựa chọn nguồn nước
Nguồn nước mặt từ Sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa có chất lượng không ổn định và phụ thuộc vào thời gian Vào mùa khô, nước tương đối sạch và chỉ cần xử lý sơ bộ, nhưng vào mùa mưa, chất lượng nước không đảm bảo cho sinh hoạt, yêu cầu hệ thống xử lý phức tạp Thêm vào đó, khoảng cách từ nhà máy đến nguồn nước sông Đồng Nai lớn, dẫn đến chi phí xây dựng hệ thống dẫn nước cao.
Nguồn nước ngầm tại vị trí nhà máy có trữ lượng lớn và chất lượng nước tương đối ổn định, đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài với quy trình xử lý đơn giản và chi phí thấp.
⇒ Vì những lý do trên, nhóm chúng em cho công trình xử lý nước cấp, lựa chọn nguồn nước ngầm tại vị trí nhà máy.
3.2.4 Chất lượng nước yêu cầu sau xử lý
Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN chuyên sản xuất thức uống, cam kết chất lượng nước sau xử lý phải đáp ứng quy chuẩn QCVN 01-1:2018/BYT của Bộ Y tế, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn tối đa cho phép
2 Mùi vị - Không có mùi, vị lạ
5 Độ cứng tính theo CACO3 mg/l 300
6 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 1000
8 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0.01
10 Hàm lượng sắt tổng số mg/l 0.3
11 Hàm lượng Mangan tổng số mg/l 0.1
15 Coliform tổng số Vi khuẩn/100ml < 3
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
Đề xuất công nghệ xử lý nước ngầm
Hình 4.1 Công nghệ xử lý nước ngầm (Xử lý nước cấp_Nguyễn Lan Phương_tr20)
STT Thông số Đơn vị Giá trị Tiêu chuẩn nước nấu bia
3 Hàm lượng sắt tổng hợp mg 23 0.3
Bảng 4.1 Các thông số chất lượng nước vượt tiêu chuẩn
- Từ bảng so sánh các thông số vượt tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sản xuất nước uống, có các nhận xét như sau:
+ Hàm lượng sắt quá cao vượt tiêu chuẩn hơn 76 lần
+ Độ cứng vượt tiêu chuẩn 100 mg/l
+ pH thấp hơn so với tiêu chuẩn
+ Khử hết mùi hydro sunfua trong nước
Để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu, cần có giải pháp khử sắt hiệu quả, loại bỏ khí H2S, khử cứng, nâng cao pH và thực hiện khử trùng Nhóm đề xuất công nghệ dựa trên sơ đồ thứ 2 của “Nguyễn Lan Phương”, trong đó khử sắt được thực hiện bằng biện pháp làm thoáng.
+ Sử dụng vôi cho mục đích khử cứng và nâng pH
+ Sau khử cứng sẽ qua quá trình lắng để loại bỏ cặn, sau đó qua lọc và khử trùng.
Cơ sở tính toán
- Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dạng Fe(HCO3)2 chiếm phần lớn tỉ lệ và là một muối không bền vững, thường phân ly theo dạng:
- Do vậy mục đích của làm thoáng là cung cấp oxi để oxi hóa sắt, các phản ứng diễn ra:
- Tốc độ của phản ứng oxi hóa sắt được biểu thị theo phương trình sau:
Tốc độ khử sắt trong nước phụ thuộc vào nồng độ oxy và độ pH Vì vậy, phương pháp làm thoáng cần đảm bảo cung cấp đủ oxy và tăng cường độ pH để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình xử lý nước.
- Khi cho dung dịch vôi sữa vào nước, trước hết chúng sẽ kết hợp với CO2 hòa tan trong nước để tạo thành ion hidrocacbonat theo phản ứng:
Ca(OH)2 + CO2 → Ca(HCO3)2
Khi vôi được thêm vào nước, nó sẽ phản ứng với ion hidrocacbonat để hình thành ion cacbonat Ion cacbonat này sau đó kết hợp với ion canxi có trong nước, dẫn đến sự hình thành cặn CaCO3, lắng đọng và tách ra khỏi nước.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
- Để khử độ cứng magie phải pha vào nước một lượng vôi vừa đủ để tạo thành hydroxit magie không tan:
Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + 2CaCO3 + H2O
- Nếu như trong nước tồn tại muối magie sunfat và muối mange clorua thì các phản ứng tạo thành hydroxit magie như sau:
MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaSO4
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCl2
- Liều lượng vôi cần pha vào nước để khử cứng phụ thuộc vào tỷ số ion canxi, magie, hydrocacbonat.
Độ kiềm của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử sắt và có mối liên hệ với độ pH Khi sắt tồn tại dưới dạng bicacbonat Fe(HCO3)2, quá trình oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ và thủy phân Fe 3+ thành Fe(OH)3 sẽ giải phóng CO2, làm giảm pH và làm chậm quá trình khử sắt Ngược lại, trong nước có độ kiềm cao và CO2 thấp, pH sẽ tăng Để tăng hiệu quả khử sắt, cần thực hiện quá trình thoáng khí để loại bỏ CO2, từ đó nâng cao pH của nước.
+ Ki: Độ kiềm của nước sau khi khử sắt
+ Kio: Độ kiềm ban đầu của nước nguồn; Kio = 1.5 (mgdl/l)
+ C Fe 0 2+¿ ¿: Hàm lượng sắt trong nước ngầm; C Fe 0 2+¿ ¿ = 23 (mg/l)
4.2.4 Hàm lượng CO 2 tự do trong nước
Trong quá trình thoáng khí, 1mg Fe 2+ sẽ tạo ra 1,6 mg CO2 tự do, và phần lớn lượng CO2 này sẽ được giải phóng vào không khí Mức độ CO2 giải phóng phụ thuộc vào thiết kế của công trình xử lý.
- Hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu:
+ C¿)0: Hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu
+ K: Độ kiềm có trong nước nguồn, K = 1,5 (mgdl/l)
+ P: Tổng hàm lượng muối, P = 990 (mg/l)
+ μ : Lực ion của dung dịch, μ = 0,000022P → μ = 0.02
+ K1: Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic.
Bảng 4.2 Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic theo nhiệt độ. t o C 10 20 25 30
- Hàm lượng CO2 trong quá trình khử sắt:
+ C¿)0: Hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu, C¿)0= 878 (mg/l)
+ C Fe 0 2 +¿¿ : Hàm lượng sắt của nguồn, C Fe 0 2 +¿¿ = 23 (mg/l)
+ a: Hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng theo giáo trình “Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp_ Nguyễn Hữu Thủy_ Trang 204”:
Làm thoáng bằng giàn mưa, a = 0,5
Làm thoáng bằng giàn mưa: C¿) = 475.8 (mg/l).
Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió: C¿) = 124.6 (mg/l)
4.2.5 Giá trị pH sau quá trình làm thoáng
- Xác định pH có trong nước sau quá trình làm thoáng: pH - Trong đó:
+ C¿) : Hàm lượng CO2 sau quá trình khử sắt
+ K: Độ kiềm sau quá trình khử sắt, K = 0,672 (mg/l)
+ P: Tổng hàm lượng muối, P = 990 (mg/l)
+ μ : Lực ion của dung dịch, μ = 0,000022P → μ = 0,02
+ K1: Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic, lấy theo Bảng 4.2 Với nhiệt độ của nước là 26 o C, K1 = 4,31.10 -7
Làm thoáng bằng giàn mưa: C¿) = 475.8 (mg/l) => pH = 5.0.
Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió: C¿) = 124.6 (mg/l) => pH = 5.6.
4.2.6 Lượng oxy hòa tan trong nước của quá trình làm thoáng
- Nhu cầu oxy của nước: [O2] = Độ oxi hóa + 0,47.[H2S] + 0,143.[Fe 2+ ]= 6,3 (mg/l)
- Hàm lượng Oxy hòa tan trong nước sau quá trình làm thoáng cưỡng bức:
+ Cs: Hàm lượng oxy bão hòa trong nước phụ thuộc vào hàm lượng muối và nhiệt độ của nước lấy theo Bảng 4.3, Cs = 8,4 (g/m 3 )
+ KD: Hệ số truyền tách khí vào nước, phụ thuộc vào nhiệt độ, giá trị lấy theo bảng 10, KD = 0,0189
+ R: Tỉ lệ gió/nước; R = Q kk
Q N = 10 + K2: Hệ số tách khí kỹ thuật
K2 = V A × 2.10 -4 =2.10 -2 ( V A = 100, vì chiều cao của tháp cưỡng bức lấy là 3m)
+ t: Thời gian lưu nước và khí trong tháp; t = q h m = 270 (giây)
qm: cường độ tưới nước, qm = 40 (m 3 /m 2 h)
Lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước (g/m 3 ) khi tổng hàm lượng muối nhỏ hơn 1000mg/l
Bảng 4.3 Lượng oxy bão hòa trong nước theo nhiệt độ.
Phân tích lựa chọn các công trình đơn vị
Bảng 4.4 Hệ số truyền tách khí vào nước, phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Hàm lượng Oxy hòa tan sau quá trình làm thoáng tự nhiên lấy bằng 50% lượng oxy bão hòa ở điều kiện nhiệt độ là 25 o C, [O2] Hoà tan = 4,2 (mg/l)
Vậy lượng Oxy còn lại sau quá trình làm thoáng cưỡng bức:
Quá trình làm thoáng bằng giàn mưa không cung cấp đủ oxy cho quá trình khử sắt
4.2.7 Thế oxy hóa khử của nước sau quá trình làm thoáng a Tính thế oxi hóa khử Fe 2+ thành Fe 3+
E Fe 2+¿/Fe 3+¿ ¿ ¿= 1,34 – 0,177×pH = 0,3488 V b Tính thế oxi hóa của nước sau làm thoáng:
2 /H 2 O = 1,231 – 0,059×pH + 0,0145×log[O2] = 0,84 V c So sánh thế oxi hóa
Do E < 0, nên để phương pháp làm thoáng khử hết sắt thì cần phải nâng pH lên để E
4.3 Phân tích lựa chọn các công trình đơn vị
Phân tích cho thấy rằng phương pháp làm thoáng bằng thùng quạt gió mang lại hiệu quả cao hơn so với phương pháp làm thoáng bằng giàn mưa.
+ Đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình khử sắt
+ Khử hiệu quả khí CO2 ra khỏi nước nguồn
+ Làm tăng pH, thúc đẩy cho quá trình khử sắt có hiệu quả hơn
Sử dụng thùng quạt gió giúp tiết kiệm diện tích nhờ vào cường độ tưới cao và nguồn oxy nhân tạo, đồng thời có thiết kế đơn giản và chi phí thấp Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là tiêu tốn năng lượng cho quạt thổi gió.
Vì vậy sẽ sử dụng phương pháp làm thoáng bằng thùng quạt gió để khử sắt.
Bể trộn là thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất, giúp phân tán đều các phần tử hóa chất trong nước trước khi tiến hành phản ứng Quá trình này được thực hiện thông qua việc khuấy trộn, tạo ra các dòng chảy rối, từ đó tối ưu hóa sự tiếp xúc giữa các thành phần phản ứng Các loại bể trộn đa dạng, phù hợp với từng ứng dụng cụ thể trong sản xuất.
- Trộn thủy lực: Dùng các vật cản để tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy của hỗn hợp nước với hóa chất Trộn thủy lực gồm:
+ Thiết bị trộn đặt trong ống dẫn: Gọn, không có bộ phận chuyển động, thời gian trộn nhanh, không cần tốn cao trình
+ Khuấy trộn bằng máy bơm: Đưa hóa chất vào đầu hút của máy bơm, dùng tốc độ nước chảy đề hòa trộn hóa chất
+ Trộn trong ống dẫn: Sử dụng vành chắn hoặc thay đổi đường kính ống vận chuyển nước để tạo ra dòng chảy rối, xáo trộn hóa chất
Bể trộn vách ngăn là một công trình bê tông cốt thép với các vách ngăn được thiết kế đục lỗ so le, nhằm tạo ra sự xáo trộn dòng chảy và thúc đẩy quá trình hòa tan hóa chất hiệu quả Trong khi đó, trộn cơ khí sử dụng năng lượng từ cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối, với năng lượng này được truyền tải từ động cơ.
Bể trộn đứng là thiết bị phổ biến trong các nhà máy sử dụng vôi sữa, với dòng nước chảy từ dưới lên giúp các hạt hóa chất được giữ ở trạng thái lơ lửng và hòa tan dần Ưu điểm của bể trộn đứng là cấu trúc đơn giản, không yêu cầu máy móc và thiết bị trộn phức tạp, làm cho việc lựa chọn bể trộn trở nên dễ dàng và hiệu quả.
Hệ thống xử lý nước với công suất nhỏ và mức độ cơ giới thấp yêu cầu áp lực nước lớn để làm thoáng Điều này dẫn đến quyết định chọn Bể trộn đứng cho việc hòa trộn vôi với phèn trong quá trình khử cứng nước.
4.3.3 Bể phản ứng a Chức năng
Quá trình phản ứng tạo bông cặn giúp các hạt keo phân tán trong nước sau khi trộn với phèn, từ đó làm mất ổn định và tạo điều kiện cho chúng kết dính và va chạm, hình thành các hạt cặn lớn đủ để lắng trong bể lắng Bên cạnh đó, việc lựa chọn các loại bể trộn phù hợp cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
- Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:
Bể phản ứng xoáy hình trụ là giải pháp lý tưởng cho các nhà máy nhỏ, thường được lắp đặt trong bể lắng đứng Nhờ vào chuyển động xoáy của dòng nước từ trên xuống, các lớp nước ở bán kính khác nhau di chuyển với tốc độ khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho các hạt cặn và keo kết dính với nhau, hình thành bông cặn hiệu quả.
Bể phản ứng xoáy hình côn có hình dạng như một cái phểu lớn, với nước chảy vào từ đáy và dâng lên bề mặt, dẫn đến sự giảm tốc độ dòng chảy Tuy nhiên, lực quán tính khiến tốc độ dòng nước không đồng đều, tạo ra các xoáy nước nhỏ và các bông cặn có kích thước tăng dần theo chiều dòng chảy Ưu điểm của bể này là hiệu quả xử lý cao, trong khi nhược điểm là cấu trúc đặc biệt, gây khó khăn trong quá trình xây dựng.
Bể phản ứng vách ngăn thường được kết hợp với bể lắng ngang, sử dụng nhiều vách ngăn để thay đổi hướng dòng chảy, giúp các hạt cặn va chạm và kết dính tạo thành bông cặn Ưu điểm của loại bể này là đơn giản trong xây dựng và vận hành, tuy nhiên nhược điểm là khối lượng xây dựng lớn do cần nhiều vách ngăn và độ cao của bể để đảm bảo tổn thất áp lực trong toàn bộ hệ thống.
Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường được xây dựng trước bể lắng ngang, nơi nước được dẫn từ trên xuống qua các ống đứng phân phối Trong quá trình này, nước va chạm với các bông cặn nhỏ hình thành từ quá trình trộn, dẫn đến sự tích tụ và phát triển của các bông cặn do dòng nước đi lên Ưu điểm của hệ thống này là hiệu quả cao và cấu trúc đơn giản, tuy nhiên, nhược điểm là thời gian khởi động chậm và chỉ hoạt động hiệu quả sau 3-4 giờ.
Bể phản ứng tạo bông cơ khí sử dụng năng lượng từ cánh khuấy để tạo ra sự xáo trộn trong nước, giúp các hạt cặn va chạm và tăng kích thước Ưu điểm của phương pháp này là có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn linh hoạt Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là yêu cầu về máy móc và thiết bị cơ khí chính xác, cùng với điều kiện vận hành và quản lý phức tạp Việc lựa chọn bể trộn phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình này.
Bể phản ứng với lưu lượng xử lý nhỏ chỉ tạo ra bông cặn từ quá trình khử cứng bằng vôi sữa, dẫn đến hàm lượng cặn không lớn Do điều kiện cơ giới hóa thiết bị chưa cao, phương pháp kết hợp giữa bể phản ứng và bể lắng là lựa chọn tối ưu để đơn giản hóa công nghệ, giảm chi phí và tiết kiệm diện tích xây dựng.
Vì vậy nhóm chọn bể phản ứng xoáy hình trụ
Bể lắng là một thành phần thiết yếu trong quy trình xử lý nước, có chức năng loại bỏ các hạt cặn lơ lửng bằng cách sử dụng trọng lực Các loại bể lắng khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào nhu cầu và đặc điểm của hệ thống xử lý nước.
Lắng tĩnh và lắng theo từng mẻ là quá trình quan trọng trong hồ chứa nước, thường được áp dụng trong ngành công nghiệp để tuần hoàn nước sau mỗi mẻ sản xuất Quá trình này giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nước và bảo vệ môi trường.
Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã lựa chọn
4.4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước ngầm từ giếng khoan được bơm vào thùng quạt gió, nơi nước chảy qua hệ thống ống phân phối hình xương cá, phân phối đều lên lớp vật liệu tiếp xúc theo hướng từ trên xuống Dưới thùng quạt gió, quạt hút gió hoạt động để đưa không khí vào thùng từ dưới lên Tại đây, nước và gió tiếp xúc, giúp oxy khuếch tán vào nước, đồng thời loại bỏ khí cacbonic và hidro sunfur Oxy hòa tan trong nước sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình oxi hóa sắt.
Sau khi thực hiện quá trình làm thoáng, nước sẽ từ ngăn thu chảy vào bể trộn theo hướng từ dưới lên Phèn và vôi được định lượng sẽ hòa trộn đều vào nước Nước sau đó được dẫn ra khỏi bể trộn qua máng vòng và chuyển vào bể phản ứng xoáy hình trụ Tại đây, các bông cặn sẽ kết hợp và tăng kích thước.
Nước thoát ra từ bể phản ứng xoáy chứa bông cặn phải đi qua hệ thống làm giảm vận tốc xoáy phía dưới, sau đó chảy xuống đáy bể lắng đứng Tại đáy bể, các hạt cặn nặng sẽ được giữ lại, trong khi các hạt cặn nhẹ hơn sẽ nổi lên và kết dính với nhau, tăng kích thước và lắng xuống.
Nước trong được dẫn ra khỏi bể lắng qua hệ thống máng vòng thu nước, sau đó chảy vào bể lọc nhanh Tại đây, nước được lọc qua lớp vật liệu lọc và được thu ở ngăn thu nước, tiếp tục được vận chuyển đến bể chứa nước sạch.
- Trên đường ống dẫn nước sạch qua bể chứa, nước sẽ được châm Clo để khử trùng.
Nước từ bể chứa được dẫn vào hệ thống lọc RO, sử dụng phương pháp thẩm thấu ngược với màng bán thấm có kích thước lọc khoảng 1-10 Ao Quá trình này giúp loại bỏ các hợp chất có khối lượng phân tử lớn hơn 20 Dalton, bao gồm ion kim loại và các hợp chất hữu cơ, đảm bảo nước sạch và an toàn cho người sử dụng.
Sau quá trình lọc RO, nước sẽ được loại bỏ các hợp chất không mong muốn, mang lại độ tinh khiết cao nhất cho quy trình sản xuất bia.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
Hệ thống phân phối nước được thiết kế theo hình xương cá, với ống chính có chức năng dẫn nước và phân phối cho các ống nhánh Các ống nhánh được khoan nhiều lỗ để phun nước lên lớp vật liệu tiếp xúc, đảm bảo hiệu quả trong việc cung cấp nước.
- Lớp vật liệu tiếp xúc: Dùng các ống nhựa xếp các lớp vuông góc với nhau và khoảng cách các ống nhựa cách nhau 50 mm
Ngăn tập trung nước có chức năng dẫn nước ra ngoài, trong đó được lắp đặt ống thu gom nước để vận chuyển tới các công trình tiếp theo, cùng với ống xả cặn và ống cấp gió.
5.1.2 Tính toán thùng qu ạ t gió a Diện tích thùng quạt gió
+ F: Diện tích của thùng quạt gió (m 2 )
+ Q: Công suất của trạm xử lý, Q = 213 (m 3 /h)
+ qm: Cường độ mưa tính toán, qm = 50 (m 3 /m 2 h) (Theo TCXD 33 – 2006, mục 6.246)
Chọn thùng quạt gió hình chữ nhật có kích thước: 2.84m × 1.5m b Chiều cao quạt gió
Chiều cao của lớp vật liệu tiếp xúc
Phụ thuộc vào độ kiềm toàn phần của nước nguồn
Theo TCXD 33 – 2006, độ kiềm nhỏ hơn 2 mgdl/l thì H vl = 1,5 m.
Chiều cao toàn bộ thùng quạt gió
+ Hnt: Chiều cao ngăn thu nước ở đáy thùng, Hnt = 0,5m
+ Hvl: Chiều cao của lớp vật liệu tiếp xúc, Hvl = 1,5m
+ Hp: Khoảng cách từ hệ thống phun mưa tới bề mặt vật liệu tiếp xúc, Hp = 1m. c Hệ thống phân phối nước
Hệ thống phân phối nước bao gồm các ống nhánh có lỗ phun nước và ống chính chỉ chịu trách nhiệm vận chuyển nước đến các ống nhánh Độ phân phối nước đạt 95%, đảm bảo hiệu quả trong việc cung cấp nước đồng đều.
- Lưu lượng nước cần phun: Q = 213 (m 3 /h) = 59.2 (l/s)
- Khoảng cách giữa 2 ống nhánh: l = 250 mm => Số ống nhánh mỗi bên của ống chính là: n = 2840 : 250 = 11
- Lưu lượng nước chảy qua mỗi ống nhánh: Qnhánh = 59.2 : 11 = 5.4 (l/s)
+ Ống chính: nhựa HDPE ∅250, dày 14.8 mm, v = 1.2 m/s
+ Ống nhánh: nhựa HDPE ∅75, dày 4.5 mm, v = 1,22 m/s
- Tổn thất áp lực qua lỗ ống:
+ H: tổn thất áp lực của nước qua các lỗ (m)
+ A: hệ số tương ứng với độ phân phối đều, A lấy theo Bảng 5.1, A = 12 + Vc: vận tốc nước chảy qua ống chính, Vc = 1.2 (m/s)
+ Vn: vận tốc nước chảy trong ống nhánh, Vn = 1.22 (m/s)
Bảng 5.1 Giá trị của hệ số A tính theo độ phân phối đều nước (m)
(Nguồn: Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp_ Nguyễn Văn Lai_tr241)
- Chọn đường kính các lỗ trên ống nhánh là d = 10 mm => Tỷ số d δ = 4.5 10 ≈ 2.2.
- Tra Bảng 5.2 ta có hệ số lưu lượng μ tb = 0,64 d/ δ 1 1,5 2 2,5 3 4 μ tb 0,7 0,68 0,65 0,63 0,6 0,58
Bảng 5.2 Giá trị của μ tb tương ứng với tỷ số d/ δ (Nguồn: Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp_ Nguyễn Văn Lai_tr241)
- Tổng diện tích các lỗ trên các ống nhánh là:
Lưu lượng nước chảy vào ống chính được xác định là Q = 0,0592 m³/s Hệ số lưu lượng trung bình (μ tb) khi nước chảy qua lỗ phụ thuộc vào tỷ lệ giữa đường kính lỗ và độ dày của thành ống.
+ H: Tổn thất áp lực qua lỗ để đảm bảo độ phân phối đều m mong muốn
- Tổng số lỗ trên các ống nhánh: Vì khoảng cách giữa 2 lỗ là 100 mm và chiều dài của ống nhánh là 625 mm, nên 1 nhánh sẽ có 6 lỗ
∑ lỗ = 6 × 22 = 132 ( lỗ ) d Hệ thống cấp gió
- Lưu lượng gió cần thổi vào thùng quạt gió:
+ Q: Công suất nước của trạm xử lý trong 1 giờ
+ qtc: Lượng không khí cần cấp cho 1 m 3 nước (Theo TCXD 33 – 2006), qtc
- Áp lực gió: Lấy theo TCXD 33 – 2006 là 150 mm
Vậy cần chọn quạt gió theo thông số:
Hgió = 150 mm e Ống dẫn nước
- Đường kính của ống dẫn nước vào bể trộn là: d vào = √ 4 Vπ Q = √ 4 1.31× π × 0.0592 = 0.24 ( m ) = 240 ( mm )
Thiết kế chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 1 – 1.5 m/s (TCXD 33-2006), chọn v = 1.31 m/s
Vậy lựa chọn ống PVC có 240 (mm)
Ống xả cặn: Ống nhựa 32 mm
Ống thổi gió: Ống nhựa 32 mm
5.2 Thi ế t b ị pha ch ế hóa ch ấ t
5.2.1 Tính toán lượ ng vôi và phèn c ầ n cho quá trình kh ử c ứng
Lượng vôi dùng cho khử cứng
61 ¿¿ , nên công thức xác định vôi dùng để khử cứng là: a v ( ¿ ¿ 549 ± 0.614 a p (1)
+ av: Liều lượng vôi kỹ thuật (mg/l);
+ CO2: Hàm lượng CO2 tự do trong nước sau làm thoáng; CO2 = 64 (mg/l) + HCO 3
−¿ ¿ : Nồng độ ion bicabonat trong nước; HCO 3
+ ap: Liều lượng phèn FeCl3 tính chuyển thành sản phẩm không ngậm nước (mg/l)
+ e: Đương lượng của phèn hoạt tính, đối với phèn FeCl3, e = 54
+ Cv: Hàm lượng vôi tinh khiết CaO trong vôi kỹ thuật, Cv = 80 (%)
+ Số hạng a p e lấy dấu dương khi phèn được cho vào nước cùng với vôi
Lượng phèn dùng keo tụ cho quá trình khử cứng
Liều lượng FeCl3 cần thiết để tối ưu hóa quá trình lắng cặn Mg(OH)2 và CaCO3 trong việc khử độ cứng carbonat của nước được xác định qua công thức a p = 3 √ 3 M (2) Việc sử dụng công thức này giúp tính toán chính xác lượng FeCl3 cần thiết nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước.
+ ap: Liều lượng phèn FeCl3 tính chuyển thành sản phẩm không ngậm nước (mg/l)
+ M: là hàm lượng cặn trong nước (mg/l).
61 ¿¿ nên hàm lượng cặn tạo ra khi khử độ cứng Cabonat được xác định:
+ M0: Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước trước khi pha vôi, M0 = Fe(OH)3 = 23 (mg/l)
+ CO2: Hàm lượng CO2 sau làm thoáng; CO2 = 64 (mg/l)
−¿ ¿: Hàm lượng CO2 và hydrocacbonat trong nước, HCO 3
−¿ ¿ = 780 (mg/l) + av: Liều lượng vôi kỹ thuật tính theo công thức (1)
+ Cv: Hàm lượng vôi tinh khiết CaO trong vôi kỹ thuật, Cv = 80 (%)
- Từ đó ap = 34.8 av = 569 (mg/l)
Hàm lượng Vôi kỹ thuật sử dụng trong 1 giờ
+ av: Liều lượng vôi kỹ thuật (mg/l), av= 569 (mg/l) = 569.10 -3 (kg/m 3 )
+ Q: Công suất trạm xử lý, Q = 213 (m 3 /h)
Hàm lượng phèn sử dụng trong 1 giờ
+ ap: Liều lượng phèn (FeCl3) tính chuyển thành sản phẩm không ngậm nước + Q: Công suất trạm xử lý, Q = 213 (m 3 /h).
5.2.2 Bể pha chế vôi sữa a Cấu tạo
Bể được thiết kế với cấu trúc bê tông cốt thép, bao gồm phần trên hình trụ và phần dưới hình nón, với góc nghiêng giữa hai phần thành bể khoảng 30 – 40 độ, chọn α = 40 độ Đường kính của bể được xác định bằng chiều cao công tác bể, tức là d = h Dung tích của bể pha vôi cũng cần được tính toán chính xác để đảm bảo hiệu quả sử dụng.
+ Q: Công suất trạm xử lý (m 3 /h)
+ n: Số giờ giữa 2 lần pha vôi, theo TCXD 33-2006 quy định số giờ giữa 2 lần pha đối với trạm công suất 1200 – 10000 (m 3 /ngđ) = 12h
+ av: Liều lượng vôi cần thiết đưa vào av= 569 (mg/l)
+ β: Khối lượng riêng của vôi sữa, β = 1 (Tấn/m 3 ) c Kích thước của bể pha vôi
Đường kích phần ống trụ:
Chiều cao phần hình nón: h 1 = d
Thể tích phần hình nón:
Thể tích phần hình trụ:
Chiều cao công tác của hình trụ: h 2 = W 2 π R 2 = 23.4 π ×1.65 2 =2.74(m)
Chiều cao tổng cộng của bể:
+ h1: Chiều cao phần hình nón
+ h2: Chiều cao phần hình trụ
+ h3: Chiều cao phần bảo bệ d Tính toán động cơ khuấy
- Chiều dài toàn phần của cánh khuấy: lcq = 2 x 0.4d = 2.64 m (d: Đường kính của bể pha vôi sữa, d = 3.3 m)
- Diện tích của cánh khuấy: fcq = 0.1 × 29.1 = 2.91 (m 2 )
Với: 0,1 là diện tích mỗi cách quạt thiết kế cho 1 m 3 vôi sữa trong bể (theo quy phạm từ 0.1 – 0.2 m 2 )
- Chiều rộng mỗi cánh quạt: b cq = 1
Tra theo giáo trình xử lý nước cấp, TS Nguyễn Ngọc Dung, trang 23, NXB Xây Dựng, 2010
Công suất của động cơ khuấy:
- Máy khuấy được đặt trên nắp bể vôi sữa:
+ ρ: Trọng lượng thể tích dung dịch khuấy trộn, lấy ρ = 0,003794 (kg/m 3 ) + η: Hệ số hữu dụng của động cơ = 0,01
+ n: Số vòng quay của cánh quạt trong 1 giây, n = 0,67 (vòng/s)
+ d: Đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay, lấy d = 2 (m)
+ z: Số cánh quạt trên trục vòng quay, z = 4
+ h: Chiều cao cánh quạt, lấy h = 0,5 m
Theo TCXD 33-2006 số vòng quay cánh quạt € ≥ 40 vòng/phút, chiều dài cánh quạt l = 0.4 – 0.45d, chọn € = 45 vòng/phút e Tính toán bơm định lượng
- Dùng bơm định lượng để bơm vôi sữa tỉ lệ với lưu lượng nước xử lý vào bể hòa trộn
- Liều lượng vôi cần dùng cho một ngày:
+ Q: Lưu lượng nước xử lý (m 3 /ngđ).
+ a: Liều lượng vôi cho vào nước (g/m 3 ).
- Bơm định lượng phải bơm dung dịch vôi công tác bằng = 5 %
Lưu lượng bơm: q = 24 2910 ×3600 ×100 × 5 =0.67 (l/s) 5.2.3 Bể pha phèn
Bể trộn phèn có nhiệm vụ hòa tan phèn và lắng cặn bẩn, được thiết kế hình trụ tròn và xây dựng bằng gạch Bể này không chỉ thực hiện việc hòa trộn phèn mà còn hoạt động như bể tiêu thụ, với đường kính bằng chiều cao (d = h) Động cơ khuấy cơ khí được bố trí trên mặt bể để đảm bảo quá trình trộn diễn ra hiệu quả.
+ Q: Công suất trạm xử lý (m 3 /h), Q = 213 (m 3 /h); n: số giờ giữa 2 lần pha phèn, theo TCXD 33-2006 quy định số giờ giữa 2 lần pha đối với trạm công suất 1200
+ p: Liều lượng phèn cần thiết đưa vào, p = 34.8 (g/m 3 );
+ b p : Nồng độ phèn, b p = 10% (quy phạm 10 -17%)
+ β: Khối lượng riêng của dung dịch, β = 1 T/m 3 b Kích thước của bể
+ d: Đường kính của bể, d = 1.04 (m) c Tính toán thiết bị khuấy trộn
- Chiều dài toàn phần của cánh quạt: lcq = 0,4 x d x 2 = 0.83 (m) Với: d là đường kính bể, d = 1.04 (m).
- Diện tích của cánh khuấy: fcq = 0.1 x Wp = 0.1 × 0.89 = 0.089 (m 2 )
Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0.1 m 2 cánh quạt/1m 3 phèn trong bể (Theo quy phạm từ 0.1 – 0.2 m 2 )
- Chiều rộng mỗi cánh quạt: b cq = 1
+ fcq: Diện tích của cánh khuấy, fcq = 0,025 (m 2 ).
+ lcq: Chiều dài toàn phần của cánh khuấy, lcq = 0,6 (m).
Công suất của động cơ khuấy:
- Theo TCXD 33-2006 số vòng quay cánh quạt € ≥ 40 vòng/phút, chiều dài cánh quạt, chọn € = 45 vòng/phút
+ ρ: Trọng lượng thể tích dung dịch khuấy trộn, lấy ρ = 0,003794 (kg/m 3 )
+ η: Hệ số hữu dụng của động cơ = 0,01
+ n: Số vòng quay của cánh quạt trong 1 giây, n = 0,67 (vòng/s)
+ d: Đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay, lấy d = 0.5 (m) + z: Số cánh quạt trên trục vòng quay, z = 4
+ h: Chiều cao cánh quạt, lấy h = 0,25 (m)
Thiết bị định lượng phèn:
- Dùng bơm định lượng để bơm dung dịch phèn công tác vào bể hòa trộn
- Liều lượng phèn cần dùng cho một ngày là:
+ Q: Lưu lượng nước xử lý, Q = 720 (m 3 /ngđ)
+ p: Liều lượng phèn cho vào nước, p = 34,66 (g/m 3 )
- Bơm định lượng phải bơm dung dịch vôi công tác bằng = 5 %
5.2.4 Kho dự trữ hóa chất
Kho dự trữ hóa chất được thiết kế để đảm bảo cung cấp liên tục cho 1 đến 2 tháng tiêu thụ, với điều kiện khô ráo, thoáng mát và có mái che Diện tích của kho dự trữ phèn cần được xác định hợp lý để đáp ứng nhu cầu sử dụng.
+ Q: Lưu lượng nước xử lý
+ p: Liều lượng phèn tính toán
+ T: Thời gian giữ hóa chất trong kho, T = 40 ngày
+ α: Hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, α = 1.3
+ Go: Khối lượng riêng của hóa chất (T/m 3 ), thường lấy Go = 1.1 (tấn/m 3 ) + Pk: Độ tinh khiết của hóa chất (%), Pk = 80%
+ h: Chiều cao cho phép của lớp hóa chất lấy theo (TCXDVN 33 : 2006, mục 6.331, trang 127), phèn nhôm cục h = 2 m b Diện tích của kho dự trữ vôi
+ Q: Lưu lượng nước xử lý
+ a: Liều lượng vôi tính toán
+ T: Thời gian giữ hóa chất trong kho, T = 40 ngày
+ α: Hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, α = 1.3
+ Go: Khối lượng riêng của hóa chất (T/m 3 ), thường lấy Go = 1.1 (tấn/m 3 )
+ Pk: Độ tinh khiết của hóa chất (%), Pk = 80%
+ h: Chiều cao cho phép của lớp hóa chất lấy theo (TCXDVN 33 : 2006, mục 6.331, trang 127), phèn nhôm cục h = 1.5 m c Tổng diện tích của kho chứa hóa chất
- Bể trộn đứng chia làm 2 phần:
+ Phần hình hộp phía trên: Có chứa máng thu nước sau khi trộn, sử dụng loại máng đục lỗ xung quanh
+ Phần hình chóp bên dưới: Có ống dẫn dung dịch vôi và phèn vào, ống dẫn nước sau quá trình làm thoáng
Nước sau khi được làm thoáng sẽ được dẫn qua ống vào bể trộn theo hướng từ dưới khối hình nón đi lên phần khối trụ Tại đỉnh khối nón, dung dịch vôi và phèn sẽ được dẫn vào và hòa trộn đều từ dưới lên trên Sau khi trộn xong, nước sẽ chảy vào máng thu nước ngay trên bể trộn và tiếp tục được dẫn vào bể lắng đứng.
5.3.3 Tính toán bể trộn a Thể tích bể
+ Qtt: Công suất trạm xử lý
+ t: Thời gian pha trộn lấy với vôi, t = 1,5 phút b Chiều cao hình chóp
Diện tích tiết diện ngang của khối hình hộp phía trên: f t = Q tt v 2 = 0.0592 0.025 =2.37
+ Q tt : Công suất trạm xử lý; Q tt = 0,0592 (m 3 );
+ v2: Vận tốc nước dâng trong bể; v 2= 0,025 (m/s), (quy phạm 25 – 28 mm/s)
Chiều dài mỗi cạnh là: l t = 1.54 m.
Diện tích tiết diện ngang của khối hình chóp phía dưới:
Thiết kế chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 1 – 1.5 m/s (TCXD 33-2006), chọn v = 1.31 m/s
- Diện tích đáy bể chổ nối ống: fd = d 2 = 0.0576 m 2
Chiều cao của phần hình chóp: h d =1
+ lt: Độ dài cạnh của hình vuông phía trên
+ d: Độ dài cạnh của hình vuông ngay đoạn nối ống
+ α : Góc hợp bởi 2 góc nghiêng của hình chóp; α = 40 o c Chiều cao của phần hình hộp phía trên
Thể tích của phần hình chóp:
Thể tích của phần hình trụ:
Chiều cao của phần hình hộp: h t = W 2 f t = 2.08
2.37 =0.88 ( m) d Chiều cao toàn phần của bể trộn đứng
+ hd: Chiều cao của phần hình chóp
+ hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0.3 (m)
+ ht: Chiều cao của phần hình chóp e Máng thu gom nước
Thiết kế thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước yêu cầu độ dốc của máng về phía ống tháo nước là 0,02 Tổng diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng phải đảm bảo tốc độ nước chảy qua lỗ đạt v1 = 1 (m/s) theo tiêu chuẩn TCXDVN 33:2006, mục 6.54, trang 52 Khi nước chảy trong máng, nó sẽ dẫn đến ống thoát nước theo hai hướng ngược chiều, do đó lượng nước thu được từ máng là q m = Q.
Kích thước của máng thu nước:
Với: v m là tốc độ dòng chảy trong máng thu nước, v m =0,6 (m/s) (TCXD 33- 2006)
- Chiều cao của máng thu: h m = f m b m = 0.049 0.1 = 0.49 ( m )
Với: b m chiều rộng của máng thu nước, chọn b m = 0.1 m
Tính toán các lỗ thu nước trên máng:
- Tổng diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng:
Với: v 1 tốc độ nước chảy qua lỗ, v 1 = 1 (m/s) (Theo TCXDVN 33:2006, mục 6.54, trang 52).
- Tổng số lỗ trên máng: n = 4 × ∑ f t π d 2 = 189 ( lỗ )
Với d: là đường kính của một lỗ, chọn d = 20 mm
+ Pm: Chu vi phía trong của máng thu nước, Pm = 4×d = 4×1.54 = 6.16 (m)+ n: Tổng số lỗ ở trên máng, n 9 (lỗ) f Ống dẫn nước vào và ra bể
Đường kính của ống dẫn nước vào bể trộn: d vào = √ 4 × vπ Q = √ 4 × 1.31 0.0592 × π =0.24 ( m ) $0( mm)
Thiết kế Chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 1 – 1.5 m/s (TCXD 33-2006), chọn v = 1.31 m/s
Vậy lựa chọn ống PVC có 240 mm.
Đường kính của ống dẫn nước ra khỏi bể trộn: d ra = √ 4 × vπ Q = √ 4 × 0.88 0.0592 × π =0.29 ( m ) )0 (mm)
Thiết kế Chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 0,8 – 1 m/s (TCXD 33-2006), chọn v = 0,88 m/s
Vậy lựa chọn ống PVC có 290 mm.
5.4 Bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy
Bể lắng đứng bao gồm hai phần chính: vùng lắng hình trụ ở phía trên và vùng chứa nén cặn hình nón ở phía dưới Cặn được tích lũy trong vùng chứa nén cặn sẽ được thải ra ngoài theo chu kỳ thông qua ống và van xả cặn.
Bể phản ứng xoáy là một hệ thống bao gồm một ống hình trụ đặt ở trung tâm, dẫn vào phần trên của bể lắng đứng Hệ thống này có ống dẫn nước chính để đưa nước vào bể, cùng với hai vòi phun nước phun theo hướng tiếp tuyến với chu vi bể Việc này tạo ra chuyển động xoáy, giúp tăng cường quá trình phản ứng và hình thành cặn hiệu quả hơn.
Nước được dẫn vào bể phản ứng qua ống trung tâm, nơi nó được phun ra bằng hai vòi phun tạo ra chuyển động xoáy Chuyển động này thúc đẩy quá trình phản ứng tạo cặn, sau đó nước sẽ đi xuống dưới qua bộ phận hãm để làm giảm chuyển động xoáy trước khi vào bể lắng Trong bể lắng, nước di chuyển từ dưới lên, trong khi cặn rơi xuống đáy Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng xung quanh bể và được chuyển sang bể lọc.
5.4.3 Bể phản ứng xoáy a Diện tích của bể phản ứng
+ Qtt: Lưu lượng nước tính toán
+ T: Là thời gian lưu nước trong ngăn phản ứng; lấy T = 15 (theo TCXD
+ H: Là chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng Chọn chiều cao vùng lắng bằng 4m (Theo TCXD 33:2006 lấy H = 2,6 – 5m) nên H = 3,6 m + N: số bể; N = 1 b Đường kính của bể
- Trong đó: F f là diện tích của bể phản ứng xoáy c Hệ thống ống dẫn nước vào bể
Đường kính của ống dẫn nước vào bể: d nước = √ 4 vπ Q = √ 4 × 0.9 0.0592 × π = 0.29 ( m )
+ v: Vận tốc nước chảy ở trong ống, v = 0,9 (m/s)
+ Q: Lưu lượng nước dẫn vào bể, Q = 0,0592 (m 3 /s)
Chọn ống nhựa HDPE có Ө280 mm, có chiều dày 20.6 mm
Đường kính miệng vòi phun:
+ qv: Lưu lượng qua vòi phun; qv = 0,0296 (m 3 /s)
+ μ : Hệ số lưu lượng lấy bằng; μ = 0.908
+ v: Vận tốc nước qua vòi; v = 2 (m/s)
Chọn ống nhựa có Ө 140 mm
- Xác định lại vận tốc vòi phun: v = 4 × q v π × μ × D v 2 = 4 × 0.0296 π × 0.908 × 0.144 2 = 2 ( m )
Khoảng cách từ miệng phun tới thành buồng phản ứng:
0.2 x D tt = 0.2 x 4.34 = 0.868 (m) d Sàn khử vận tốc xoáy
- Các vách ngăn hướng dòng xếp thành hình nan quạt
- Khoảng cách giữa các vách ngăn là 0,3 m
5.4.4 Bể lắng đứng a Chọn vận tốc cho dòng nước đi lên trong bể lắng v = uo = 0,6 (mm/s) Đặc điểm nguồn nước và phương pháp xử lý
Tốc độ rơi của hạt cặn u o
Xử lý có dùng phèn
- Nước đục ít (hàm lượng cặn Co < 50 mg/l) 0,35 – 0,45
- Nước đục vừa (hàm lượng cặn Co < 50 - 250 mg/l) 0,45 – 0,50
- Nước đục (hàm lượng cặn Co > 250 mg/l) 0,50 - 0,60
Xử lý sắt trong nước ngầm 0,60 – 0,65
Xử lý nước mặt không dùng phèn 0,12 – 0,15
Bảng 5.3 Vận tốc nước trong bể lắng
(Nguồn: Bài giảng Xử lý nước cấp_Nguyễn Lan Phương, tr 58) b Tính toán vùng lắng
+ Qtt: Là lưu lượng nước tính toán của trạm xử lý, Qtt = 213 (m 3 /h)
+ v: Tốc độ tính toán của dòng nước đi lên (mm/s) Tốc độ này không được lớn hơn tốc độ lắng của cặn Tra Bảng 5.3; v= 0,6 (mm/s)
Hệ số β được xác định trong khoảng 1,3 – 1,5, phụ thuộc vào đường kính bể (D) và chiều cao của vùng lắng (H) Theo TCXD 33:2006, Mục 6.66, giá trị β được lấy là 1,5 Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc tính toán và thiết kế bể lắng hiệu quả.
+ F b : Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng; F b = 29.6 (m 2 )
+ F f : Diện tích của bể phản ứng xoáy; F f = 14.79 (m 2 )
Ta có: D/H = 1.5 = β = 1.5 Chiều cao của vùng lắng cặn là H = 5 (m) d Hệ thống máng thu nước trong bể lắng
Máng răng cưa bằng bê tông cốt thép được sử dụng để thu nước trong bể, giúp đảm bảo nước được thu đều trên bề mặt máng.
Kích thước của máng thu nước:
- Chiều rộng của máng thu nước: bm = 0.2 x D = 0.2 x 7.5 = 1.5 (m)
Với: D là đường kích của bể lắng, D = 7.5 (m).
- Diện tích mặt cắt ướt trong máng:
: Lưu lượng nước trung bình chảy vào máng
+ v m : Vận tốc nước chảy trong máng 0,5 – 0,6 m/s (TCVN 33:2006), chọn Vm 0,5 m/s
- Chọn chiều cao máng: hm = 0,3 (m)
- Chiều dày của máng bằng một nửa chiều dày của thành bể là 0,1 m
Kích thước của răng của:
- Bề dày của máng răng cưa là 50 mm;
- Đường kính trong máng răng cưa là Dm = 4,32 (m)
- Chiều dài của máng răng cưa : lm = π x Dm = 3,14 x 4,32 = 13,5648 (m)
- Chiều cao tổng của máng răng cưa là 200 mm
- Khe thu nước được vát 90 o
- Chiều cao khe là 70 mm
- Khoảng cách các đỉnh răng cưa là dkc = 140 mm
- Lưu lượng nước qua 1 khe: q=Q h tb n !3
97 =2.2( m 3 h khe) e Tính toán phần nén cặn
Chiều cao hình nón chứa nén cặn: h n = D−d
+ h n : Là góc nghiêng của phần nón so với mặt phẳng ngang; lấy α = 60 0 (theo TCXD 33:2006, α = 60 - 70 0 )
+ D: Là đường kính của bể lắng (m)
+ d: Là đường kính đáy của hình nón bằng đường kính ống xả cặn; chọn d = 200 mm (theo TCXD 33:2006, d = 150 - 200mm)
Dung tích của phần chứa cặn hình nón:
+ ℎn: Chiều cao hình nón chứa nén cặn; ℎn = 6.3 (m)
+ D: Là đường kính của bể lắng (m); D = 7.5 (m)
+ d: Là đường kính đáy của hình nón bằng đường kính ống xả cặn, chọn d = 200 mm (theo TCXD 33:2006, d = 150 - 200mm) f Tính toán thời gian xả cặn
Nồng độ cặn lớn nhất trong nước được đưa vào bể lắng được tính theo công thức:
C = Cn + CP + 1,92 [Fe 2+ ] + Cv = 669 (mg/l)
+ Cn là nồng độ cặn trong nước nguồn, Cn = 0 (mg/l)
+ Cv là lượng vôi cho vào nước (mg/l), theo tính toán thì Cv = 590 (mg/l)
+ Cp là nồng độ phèn cho vào bể trộn theo tính toán thì Cp = 34,8 (mg/l)
Thời gian giữa 2 lần xả cặn:
+ δ tb : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt Tra bảng 6.8 - TCXD 33:2006 ta có δ tb = 35000 (g/m 3 ) nén sau 6 giờ
+ Wc: Dung tích của phần chứa cặn bể lắng, Wc = 95.3 (m 3 )
+ m: Là hàm lượng cặn sau khi lắng, lấy m = 12 mg/l (Theo TCXD 33:2006 qui định m = 10 - 12 mg/l)
KẾT LUẬN
Việc sử dụng nguồn nước chất lượng để sản xuất bia là yếu tố quyết định đến sự thành công của sản phẩm Nguồn nước nấu bia, đặc biệt là nước ngầm, không chỉ đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng mà còn cung cấp đủ lượng nước cần thiết, đồng thời duy trì tính ổn định trong quá trình sản xuất Chất lượng đầu vào của nước nấu bia đóng vai trò quan trọng trong việc mang đến sản phẩm bia đạt chuẩn cho người tiêu dùng.
Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho nhà máy bia quận 12 nhằm đưa ra phương án khả thi đảm bảo chất lượng nước nấu bia và cung cấp đủ lượng nước cần thiết Nhóm mong muốn đảm bảo tính ổn định của nguồn nước và rất mong nhận được sự chỉ bảo từ giảng viên nếu có hạn chế hay sai sót trong quá trình thực hiện.