Đồ Án cấp nước cho công nghiệp Đề tài báo cáo thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho nhà máy bia quận 12

- 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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

ĐỒ ÁN CẤP NƯỚC CHO CÔNG NGHIỆP

ĐỀ TÀI BÁO CÁO

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO NHÀ MÁY

BIA QUẬN 12

GVHD: Lê Thị Lan Thảo

NHÓM 6 _ DH21MT

2 Lê Nguyễn Phương Đăng 21127084

TP.HCM, tháng 04 năm 2024

MỤC MỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Mục đích của đồ án 5

1.3 Nội dung của đồ án 5

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA QUẬN 12 3

2.1 Sơ lược công ty 3

2.2 Quá trình hình thành và phát triển 4

2.3 Quy trình sản xuất 6

2.5 Khảo sát vấn đề môi trường và chất lượng kiểm soát môi trường tại công ty 8

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC 9

3.1 Tính toán lưu lượng nước cấp cho toàn bộ nhà máy bia 9

3.1.1 Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân 9

3.1.2 Lưu lượng nước sản xuất 9

3.1.3 Tổng công suất của trạm xử lý 9

3.1.4 Lưu lượng nước theo giờ và biểu đồ nước 10

3.2 Lựa chọn nguồn nước 11

3.2.1 Chất lượng nguồn nước sông Đồng Nai 11

3.2.2 Chất lượng nguồn nước ngầm 14

3.2.3 Phân tích lựa chọn nguồn nước 15

3.2.4 Chất lượng nước yêu cầu sau xử lý 15

CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 17

4.1 Đề xuất công nghệ xử lý nước ngầm 17

4.2 Cơ sở tính toán 18

4.2.1 Lý thuyết khử sắt 18

4.2.2 Lý thuyết khử cứng 19

4.2.3 Độ kiềm của nước 19

4.2.4 Hàm lượng CO 2 tự do trong nước 20

4.2.5 Giá trị pH sau quá trình làm thoáng 21

4.2.6 Lượng oxy hòa tan trong nước của quá trình làm thoáng 22

4.2.7 Thế oxy hóa khử của nước sau quá trình làm thoáng 23

4.3 Phân tích lựa chọn các công trình đơn vị 24

4.3.1 Làm thoáng 24

4.3.2 Bể trộn 24

4.3.3 Bể phản ứng 25

4.3.4 Bể lắng 26

4.3.5 Bể lọc 27

4.3.6 Khử trùng 27

4.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã lựa chọn 29

4.4.1 Sơ đồ công nghệ 29

4.4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 30

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 32

5.1 Thùng quạt gió 32

5.1.1 Cấu tạo 32

5.1.2 Tính toán thùng quạt gió 32

5.2 Thiết bị pha chế hóa chất 35

5.2.1 Tính toán lượng vôi và phèn cần cho quá trình khử cứng 35

5.2.2 Bể pha chế vôi sữa 38

5.2.3 Bể pha phèn 40

5.2.4 Kho dự trữ hóa chất 43

5.3 Bể trộn đứng 44

5.3.1 Cấu tạo 44

5.3.2 Nguyên lý hoạt động 44

5.3.3 Tính toán bể trộn 45

5.4 Bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy 48

5.4.1 Cấu tạo 48

5.4.2 Nguyên lý làm việc 48

5.4.3 Bể phản ứng xoáy 49

5.4.4 Bể lắng đứng 50

5.5 Bể lọc nhanh 57

5.5.1 Cấu tạo 57

5.5.2 Nguyên lý hoạt động 58

5.5.3 Tính toán 58

5.6 Khử trùng bằng Clo 64

5.6.1 Cấu tạo 64

5.6.2 Nguyên lý hoạt động 64

5.6.3 Tính toán hệ thống khử trùng 65

5.7 Bể chứa nước sạch 67

5.7.1 Chức năng 67

5.7.2 Tính toán 67

5.8 Hệ thống lọc RO 69

5.8.1 Giới thiệu chung 69

5.8.1.1 Cấu tạo 70

5.8.1.2 Nguyên lý hoạt động RO 73

5.8.2 Thiết kế hệ thống RO 74

5.8.2.1 Nguồn nước đầu vào , lưu lượng và chất lượng nước đầu ra 74

5.8.2.2 Chọn hệ thống 75

5.8.2.3 Chọn loại màng 76

5.8.2.4 Hệ thống đèn UV 78

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề

- Nước là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống sinh hoạt công nghiệp hằng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp Trong sinh hoạt nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh và các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng khác ; trong công nghiệp sản xuất, nước được dùng cho quá trình làm sạch, sản xuất thực phẩm như: Đồ hộp, nước giải khát Hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước như một nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất

- 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 nhà máy xử lí nước cấp ở quận 12, nhưng chất lượng nước từ nhà máy chỉ đáp ứng cho nhu cầu sinh hoạt, không phù hợp cho nhu cầu sản xuất thức uống của công ty

- Do trên nhu cầu thực tiễn đó, nhóm chúng em chọn Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM để làm đồ án công nghệ xử lý nước cấp với tên đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH NHÀ MÁY BIA HEINEKEN QUẬN 12 TP.HCM”

1.2 Mục đích của đồ án

- Dựa trên điều kiện thực tiễn: Chất lượng nguồn nước, yêu cầu chất lượng nguồn nước sau khi xử lý, nhu cầu dùng nước để thiết kế hệ thống xử lý nước cấp phù hợp về điều kiện kinh tế và hiệu quả để đáp ứng nhu cầu cấp nước cho cả mục đích sinh hoạt của công nhân và sản xuất bia tại cho 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

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA QUẬN 12 2.1 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

 Điện thoại: 84-28-37 17 3411 / 13

 Fax: 84-28-3717 3409

- Ngành nghề kinh doanh: HEINEKEN sản xuất và phân phối các nhãn hiệu

Heineken®, Tiger, Larue, BIVINA, Bia Việt, Strongbow và Edelweiss

- Là liên doanh giữa HEINEKEN và Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn (SATRA), HEINEKEN Việt Nam có bề dày lịch sử 30 năm với những dấu ấn và thành tựu đáng tự hào Từ nhà máy đầu tiên tại Thành phố Hồ Chí Minh năm 1991, đến nay HEINEKEN Việt Nam đã có 6 nhà máy với hơn 3.000 nhân viên trên khắp Việt Nam

 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

- Nước cấp:

 Tầng chứa nước khai thác: Pliocen trên (n2 )

 Tổng số giếng khai thác: 5 giếng khoan

 Tổng lượng nước khai thác: 5.500 m3/ngày đêm

2.2 Quá trình hình thành và phát triển

- 1873: KHỞI ĐẦU Ở AMSTERDAM

Gerard Heineken khởi nghiệp với xưởng bia gia đình Chất lượng sản phẩm giúp xưởng nhanh chóng phát triển và thành công

- 1886: MEN A ĐỘC ĐÁO CỦA HEINEKEN

Được tạo ra từ thế kỷ 19, đến nay men A độc đáo vẫn là chìa khóa tạo nên hương vị đặc trưng của các sản phẩm Heineken

- 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 hâmmộ

- 1947: SẢN XUẤT TẠI CHÂU Á

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 giới thiệu một nhãn hiệu duy nhất trên tất cả các thị trường toàn cầu, với thông điệp rõ ràng: một thương hiệu, một loại bia, một bảo chứng chất lượng

- 1991: THÀNH LẬP HEINEKEN VIỆT NAM

Cùng với hợp đồng liên doanh với Công ty Thực phẩm Công nghệ (nguyên là công

ty thành viên của Tổng Công ty Thương mại Sài Gòn SATRA), Heineken đã bắt đầu hoạt động tại Việt Nam với Nhà máy đầu tiên ở Hóc Môn (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

- 2007: VƯƠN RA TOÀN QUỐC

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 bắt đầu xây dựng nhà máy bia lớn nhất và thân thiện với môi trường nhất tại Việt Nam (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

- 2020: BIA CHO VIỆT NAM

Bia Việt ra đời, tôn vinh sự đa dạng và những giá trị tốt đẹp của người Việt

- 2020: ĐAM MÊ CHẤT LƯỢNG

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

2.3 Quy trình sản xuất

Hình 2.1 Quy trình sản xuất bia

2.4 Danh sách nhóm sản phẩm của công ty

2.5 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: Từ các quá trình sản xuất (phần lớn là công đoạn vệ sinh thiết bị) và quá trình 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

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ PHÂN TÍCH

LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC 3.1 Tính toán lưu lượng nước cấp cho toàn bộ nhà máy bia

3.1.1 Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân

- Số công nhân: N = 1600

- 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:

Qsh max ¿q × N × f ×k1000 =25 ×1600 × 99 %×31000 =¿118,8 (m3/ngđ)

3.1.2 Lưu lượng nước sản xuất

- Số liệu ban đầu P = 1863 (m3 bia/ngày đêm)

- Tiêu chuẩn dùng nước qtc = 2.65 (m3 nước/ m3 bia)

- Lưu lượng nước sản xuất:

Qsx = P × qtc = 1863 × 2.65 = 4937 (m3/ngđ)

3.1.3 Tổng công suất của trạm xử lý

Qtt = Qsx + Qsh max = 4937 + 118,8 = 5056 (m3/ngđ)

- Lưu lượng dùng cho trạm xử lý: Qtrạm = 50 (m3/ngđ)

 Vậy công suất trạm xử lý: Qngày= 5106 (m3/ngđ)

 Công suất 1 giờ: Qgiờ = 213 (m3/h)

3.1.4 Lưu lượng nước theo giờ và biểu đồ nước

Giờ trong ngày

3.2.1 Chất lượng nguồn nước sông Đồng Nai

- Vị trí nhà máy ở khu vực Tân Thới An, Quận 12, TP.HCM, nguồn nước mặt lấy

nước từ nước mặt sông Đồng Nai, đoạn chảy qua Thành phố Biên Hòa

Bảng 3.2 Giá trị WQI 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

100 (nguồn nước sử dụng cho cấp nước sinh hoạt nhưng có biện pháp xử lý phù hợp), và có xu hướng được cải thiện so với cùng kỳ năm 2020 (có 68,3% giá trị WQI tăng so với cùng kỳ năm 2020) Tuy chất lượng nước được cải thiện so với cùng kỳ năm 2020 nhưng kết quả quan trắc 3 đợt đầu năm 2021 tại Hợp lưu sông Đồng Nai - Hồ Trị An cũng ghi nhận sự suy giảm mạnh qua các đợt quan trắc (WQIđợt 1=100, WQIđợt 2=96, WQIđợt 3=83) như năm 2020 (WQIđợt 1=80, WQIđợt 2=95,

ô nhiễm hữu cơ (BOD5, COD), ô nhiễm dinh dưỡng (N-NH4 ) có sự gia tăng so với

2 đợt còn lại

 Năm 2022:

Hình 3.2 Giá trị WQI tại các điểm quan trắc trên sông Đồng Nai

- Đợt 3/2022 (tháng 6) tại 20 vị trí cho thấy kết quả chất lượng nước sông Đồng Naicòn khá tốt nhưng có xu hướng giảm so với đợt quan trắc cùng kỳ năm 2021 (tháng 6/2021) và đợt quan trắc liền kề (tháng 5/2022), 70% vị trí chất lượng nước đạt mứcrất tốt, giá trị WQI từ 91 – 100 (nguồn nước sử dụng cho cấp nước sinh hoạt nhưng

có biện pháp xử lý phù hợp) (đợt tháng 6/2021 có 85% và đợt tháng 5/2022 có 80%

vị trí quan trắc có giá trị WQI từ 91- 100)

- Trong đó, điểm Bến phà Cát Lái có chất lượng nước suy giảm mạnh do nước bị ô nhiễm cục bộ thông số dinh dưỡng (đặc trưng bởi thông số N-NO2-) (đợt quan trắc cùng kỳ năm 2021 (tháng 6/2021) và đợt quan trắc liền kề (tháng 5/2022) giá trị N-NO2- đều thấp hơn 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

01-1:2018/BYT

mùa mưa, chất lượng nước không đảm bảo cho mục đích cấp nước sinh hoạt, đòi

hỏi hệ thống xử lý thiết kế và quản lý phức tạp Ngoài ra, khoảng cách từ nhà máy tới nguồn nước sông Đồng Nai lớn, chi phí xây dựng hệ thống dẫn nước cao

- Nguồn nước ngầm ở vị trí nhà máy có trữ lượng lớn, chất lượng nước tương đối

ổn định có khả năng đáp ứng nhu cầu dài hạn, xử lý đơn giản, ít chi phí hơn

⇒ 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 là một công ty sản xuất thức uống,chất lượng nước yêu cầu sau khi xử lý phải tuân thủ theo quy chuẩn của nước cungcấp cho ăn uống của Bộ Y tế - QCVN 01-1:2018/BYT

CHƯƠNG IV: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 4.1 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)

nước nấu bia

- 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

- Dựa vào sơ đồ công nghệ của “Nguyễn Lan Phương” và nhận xét như trên: Để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu thì cần phải có giải pháp khử sắt hiệu quả, khử khí H2S ra khỏi nguồn nước và sau đó phải khử cứng, nâng cao pH, khử trùng Nhóm đề xuất công nghệ như sơ đồ thứ 2 của “Nguyễn Lan Phương”+ Khử sắt 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

- Theo phương trình cho thấy: Tốc độ khử sắt sẽ phụ thuộc vào oxi và độ pH của nước, do vậy phương pháp làm thoáng phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi và làm tăng pH của nước.

4.2.2 Lý thuyết khử cứng

- 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

- Tiếp tục cho vôi vào nước, vôi sẽ kết hợp với ion hidrocacbonat thành ion

cacbonat Ion cacbonat mới tạo thành sẽ kết hợp ion canxi có trong nước để tạo ra cặn CaCO3 lắng đọng, 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

4.2.3 Độ kiềm của nước

- Độ kiềm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử sắt và có liên hệ trực tiếp với độ pH của nước Khi trong nước nguồn tồn tại nhiều sắt ở dạng bicacbonat Fe(HCO3)2 thì lượng CO2 được giải phóng từ quá trình oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 là nguyên nhân làm giảm pH của nước và làm chậm trễ quá trình khử sắt Trong nước mà có độ kiềm lớn, CO2 nhỏ thì pH nước sẽ càng

cao Cần phải làm thoáng để đuổi CO2 ra khỏi nước, tăng pH để tăng hiệu quả khử sắt.

Ki = Ki0 – 0.036 × 23 = 0,672 (mgdl/l)

- Trong đó:

+ Ki: Độ kiềm của nước sau khi khử sắt

+ Kio: Độ kiềm ban đầu của nước nguồn; Kio = 1.5 (mgdl/l)

+ C Fe0+ ¿ ¿: Hàm lượng sắt trong nước ngầm; C Fe0+ ¿ ¿ = 23 (mg/l)

4.2.4 Hàm lượng CO 2 tự do trong nước

- Trong quá trình làm thoáng 1mg Fe2+ sẽ tạo thành 1,6 mg CO2 tự do, phần lớn lượng CO2 giải phóng ra sẽ bay vào không khí Lượng CO2 giải phóng ra phụ thuộc vào công trình xử lý

- Hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu:

C¿)0 = K 44 K

1×10 pH+√μ =4.31 ×10 44 ×1.5−7×105.1+ √ 0.02 ≈ 878 (mg/l)

- Trong đó:

+ 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.

K 1 3,34.10-7 4,05.10-7 4,31.10-7 4,52.10-7

- Hàm lượng CO2 trong quá trình khử sắt:

C¿) = C¿)0×(1 – a) + 1.6 CFe02 +¿¿

- Trong đó:

+ C¿)0: Hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu, C¿)0= 878 (mg/l)

+ CFe02+¿¿: Hàm lượng sắt của nguồn, CFe02+¿¿= 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 cưỡng bức, a = 0,9

- Vậy:

 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 26oC, 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.[Fe2+]= 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/m3)

+ 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)

 H = 3 (m)

 qm: cường độ tưới nước, qm = 40 (m3/m2.h)

Lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước (g/m 3 ) khi tổng hàm lượng muối nhỏ

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 25oC, [O2] Hoà tan = 4,2 (mg/l)

 Vậy lượng Oxy còn lại sau quá trình làm thoáng cưỡng bức:

+ 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

- Mặt khác: Sử dụng thùng quạt gió sẽ ít tốn diện tích hơn vì cường độ tưới cao, nguồn oxy được cung cấp nhân tạo, xây đựng đơn giản, ít tốn kém Nhưng nhược điểm của làm thoáng là tốn năng lượng cấp cho quạt thổi gió

 Vì vậy sẽ sử dụng phương pháp làm thoáng bằng thùng quạt gió để khử sắt 4.3.2 Bể trộn

a Chức năng

- Bể trộn sử dụng để đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môitrường nước trước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phần tử phản ứng, việc này được thực hiện bằng cách khuấy trộn

để tạo ra các dòng chảy rối trong nước

+ 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 đoạn mương bê tông cốt thép có các vách ngăn được đục lỗ so le nhau để gây ra sự xáo trộn dòng chảy thúc đẩy hòa tan hóa chất+ Trộn cơ khí: Dùng năng lượng cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối, năng lượng của cánh khuấy được truyền tải bởi động cơ

+ Bể trộn đứng: Thường sử dụng trong các nhà máy có sử dụng vôi sữa, với chiều dòng nước chảy từ dưới lên, các hạt hóa chất sẽ được giữ ở trạng thái lơ lửng và hòa tan dần Ưu điểm là cấu tạo công trình đơn giản, không cần máy và thiết bị trộn phức tạp

có thể lắng trong bể lắng

b Các loại bể trộn

- Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

+ Bể phản ứng xoáy hình trụ: Áp dụng cho các nhà máy nhỏ, thường đặt trong bểlắng đứng Lợi dụng chuyển động xoáy của dòng nước từ trên xuống, các lớp nước ở bán kính khác nhau có tốc độ chuyển động khác nhau và tạo điều kiện tốt nhất cho các hạt cặn, keo, kết dính với nhau tạo thành bông cặn

+ Bề phản ứng xoáy hình côn: Có dạng như một cái phểu lớn Nước đi vào từ đáy

bể và dâng lên mặt bể, tốc độ nước sẽ giảm dần Tuy nhiên do ảnh hưởng bởi lực quán tính, tốc độ dòng nước không đều đã tạo ra các xoáy nước nhỏ, tạo ra các bông cặn và kích thước bông cặn sẽ tăng dần theo chiều dòng chảy Ưu điểm là hiệu quả cao Nhược điểm là cấu tạo đặc biệt, khó xây dựng

+ Bể phản ứng vách ngăn: Thường được sử dụng kết hợp với bể lắng ngang Dùng nhiều vách ngăn để đổi chiều dòng chảy, các hạt cặn được vận chuyển lệch

nhau sẽ dẫn đến va chạm và kết dính với nhau tạo thành bông cặn Ưu điểm là đơn giản trong xây dựng và vận hành Nhược điểm là khối lượng xây dựng lớn

do nhiều vách ngăn và bể phải cao để thỏa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể.+ Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng: Thường xây dựng trước bể lắng ngang, nước được dẫn từ trên xuống qua các ống đứng phân phối và va chạm với các bông cặnnhỏ được hình thành từ quá trình trộn, các bông cặn tích tụ và lớn dần do quá trình đi lên của nước Ưu điểm là hiệu quả cao, cấu tạo đơn giản Nhược điểm là khởi động chậm, làm việc có hiệu quả chỉ sau 3-4 giờ làm việc

+ Bể phản ứng tạo bông cơ khí: Dùng năng lượng cánh khuấy để tạo sự xáo trộn trong nước, gây ra sự va chạm giữa các hạt cặn, làm tăng kích thước của hạt cặn lên Ưu điểm là có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn Nhược điểm chính

là cần phải có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện vận hành quản lý phức tạp

c Lựa chọn bể trộn

- Lưu lượng xử lý nhỏ, bể phản ứng chỉ phục vụ cho việc tạo bông cặn từ quá trình khử cứng bằng vôi sữa, hàm lượng cặn không lớn Điều kiện về mức độ cơ giới hóa thiết bị chưa cao Vì vậy nên lựa chọn phương pháp kết hợp giữa bể phản ứng với

bể lắng để đơn giản hóa công nghệ và giảm chi phí, diện tích xây dựng

 Vì vậy nhóm chọn bể phản ứng xoáy hình trụ 4.3.4 Bể lắng

- Bể lắng ngang: Dòng chảy ngang và cặn rơi theo phương thẳng đứng, hình dáng

có thể là hình chữ nhật hoặc hình tròn, dùng để lắng cặn thô và cặn keo tụ

- Bể lắng đứng: Có dòng nước đi từ dưới lên, các cặn sẽ rơi dần xuống, có hình dáng là hình vuông hoặc hình tròn dùng để lắng cặn keo tụ

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Nước đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng được hình thành trong quá trình lắng, cặn dính bám vào lớp cặn, nước trong thu trên mặt, cặn thừa được đưa sang phần nén cặn, dùng để lắng cặn có khả năng keo tụ

- Bể lắng nghiêng: Dùng để lắng nước đã được trộn phèn

4.3.6 Khử trùng

a Chức năng

- Tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lí nước Đảm bảo nước cấp không còn vi trùng gây bệnh và truyền bệnh

b Lựa chọn phương pháp khử trùng

- Chọn khử trùng bằng Clo lỏng vì đây là phương pháp rẻ tiền, đạt hiệu quả cao và

dễ quản lý

- Clo lỏng là một loại Clo nguyên chất có màu vàng xanh, trọng lượng riêng là 1,47 kg/l Được sản xuất trong nhà máy và đựng trong các bình có dung tích từ 50 – 500 lít, áp suất trung bình từ 6-8 at Khi dùng Clo hóa lỏng để khử trùng nước, tại nhà máy phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Clorator, Clorator

có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi vào nước

- Nguyên lý: Clo là một chất oxy hóa mạnh Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng đặc trưng xảy ra là quá trình thủy phân Clo, tạo thành axit hypoclorit (HOCl, cótác dụng diệt trùng mạnh) và axit clohydric:

vi sinh vật bị tiêu diệt

- Mặt khác vì acid hypoclorit là một acid rất yếu nên dễ phân hủy thành acid

clohydric và oxi nguyên tử tự do:

HOCI ↔ HCI + O

 Chính oxi nguyên tử này sẽ oxi hóa các vi khuẩn

4.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã lựa chọn 4.4.1 Sơ đồ công nghệ

4.4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

- Nước ngầm tại giếng khoan sẽ được bơm lên thùng thùng quạt gió Nước sẽ chảy qua hệ thống ống phân phối nước hình xương cá và được phân phối đều lên trên lớp vật liệu tiếp xúc theo hướng từ trên xuống Phía dưới thùng quạt gió sẽ được bốtrí một quạt hút gió, quạt sẽ vận chuyển gió đi vào thùng theo hướng từ dưới lên Nước và gió tiếp xúc với nhau, tại đây oxy sẽ được khuếch tán vào trong nước, 1 lượng khí cacbonic và hidro sunfur sẽ bị khử, thoát ra ngoài Oxy đi vào nước sẽ đóng vai trò oxi hóa sắt

- Sau quá trình làm thoáng, nước sẽ từ ngăn thu nước chảy vào bể trộn theo hướng

từ dưới lên, phèn và vôi được định lượng và chảy theo nước, được hòa trộn đều vào nước Nước đi ra khỏi bề trộn bằng máng vòng, sau đó được dẫn vào bể phản ứng xoáy hình trụ Tại đây các bông cặn tạo ra sẽ kết hợp với nhau và tăng kích thước

- Nước ra khỏi bể phản ứng xoáy có chứa các bông cặn, nước phải chảy qua hệ thống làm giảm vận tốc xoáy phía dưới của bể phản ứng và đi xuống đáy của bể lắng đứng Tại đáy bể lắng đứng, các hạt cặn có trọng lượng lớn sẽ được giữ lại, cáchạt cặn nhỏ sẽ di chuyển lên phía trên và tiếp tục kết dính với nhau, tăng kích thước

và lắng xuống

- Nước trong đi ra khỏi bể lắng đứng bằng hệ thống máng vòng thu nước Nước được dẫn vào bể lọc nhanh Nước được lọc qua lớp vật liệu lọc, sau đó được thu ở ngăn thu nước và tiếp tục được vận chuyển qua 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 nước sạch sẽ được dẫn vào hệ thống lọc RO dùng phương pháp thẩm thấu ngược sử dụng màng bán thấm có kích thước lọc vào khoảng 1-10Ao Màng thẩm thấu ngược sẽ loại bỏ các hợp chất có khối lượng phân tử > 20 Dalton như các ion kim loại, các hợp chất hữu cơ…

- Sau quá trình lọc RO thì các hợp chất không mong muốn sẽ được loại bỏ khỏi nước ta sẽ được nước có độ tinh khiết cao nhất cho quá trình sản xuất bia

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 5.1 Thùng quạt gió

5.1.1 Cấu tạo

- Hệ thống phân phối nước: Có dạng hình xương cá, gồm ống chính nhận nhiệm vụ dẫn nước vào và phân phối nước cho các ống nhánh Trên các ống nhánh có khoan các hàng lỗ để thực hiện nhiệm vụ phun nước lên lớp vật liệu tiếp xúc

- 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 để dẫn nước ra ngoài, trong ngăn này đặt ống thu gom nước vận chuyển cho các công trình sau, ống xả cặn và ống cấp gió

+ F: Diện tích của thùng quạt gió (m2)

+ Q: Công suất của trạm xử lý, Q = 213 (m3/h)

+ qm: Cường độ mưa tính toán, qm = 50 (m3/m2.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 Hvl = 1,5 m

 Chiều cao toàn bộ thùng quạt gió

H = Hnt + Hvl + Hp = 3 (m)

- Trong đó:

+ 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 gồm các ống nhánh được khoan lỗ thực hiện nhiệm vụ phun nước, còn ống chính chỉ thực hiện nhiệm vụ vận chuyển nước cho các ống nhánh Độ phân phối đều nước m = 95%

- Lưu lượng nước cần phun: Q = 213 (m3/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)

- Lựa chọn ống:

+ 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

+ 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)

+ g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)

m 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,6 0,5

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 = 4.510 ≈ 2.2

- Tra Bảng 5.2 ta có hệ số lưu lượng μ tb = 0,64

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)

+ H: Tổn thất áp lực qua lỗ để đảm bảo độ phân phối đều m mong muốn

+ g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)

- Tổng số lỗ trên các ống nhánh: Vì khoảng cách giữa 2 lỗ là 100 mm và chiều dàicủa 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:

Qgió = Q x qtc = 213 x 10 = 2130 (m3/h) = 0,592 (m3/s)

- Trong đó:

+ Q: Công suất nước của trạm xử lý trong 1 giờ

+ qtc: Lượng không khí cần cấp cho 1 m3nước (Theo TCXD 33 – 2006), qtc =10

- Áp lực gió: Lấy theo TCXD 33 – 2006 là 150 mm

 Vậy cần chọn quạt gió theo thông số:

 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

¿549 ± 0.614 a p (1)

- Trong đó:

+ av: Liều lượng vôi kỹ thuật (mg/l);

+ CO2: Hàm lượng CO2 tự do trong nước sau làm thoáng; CO2 = 64 (mg/l)+ HCO3−¿ ¿ : Nồng độ ion bicabonat trong nước; HCO3−¿ ¿= 780 (mg/l)

+ 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 tăng cường quá trình lắng cặn Mg(OH)2 và CaCO3

tạo ra khi khử độ cứng cabonat của nước xác định bằng công thức:

+ 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)

+ HCO3−¿ ¿: Hàm lượng CO2 và hydrocacbonat trong nước,HCO3−¿ ¿ = 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 (%)