công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp công suất 600m3 nagỳ đem

công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp công suất 600m3 nagỳ đem Nguồn nước : nước ngầm Công suất cấp nước : 600m ngày đêm Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước : QCVN 02:2009BYT Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị QCVN 02:2009 (CỘT 1) Nhiệt độ C pH 5,5 6,0 8,5 Độ màu TCU 12 15 Độ đục NTU 7 5 Độ kiềm mgCaCO l mgl 5 Tổng hàm lượng muối hòa tan mgl 325 Hàm lượng amoni mgl 3 Hàm lượng sắt tổng số mgl 12 0,5 Hàm lượng mangan tổng số mgl 0,1 Ghi chú: QCVN 02:2009 : Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt Cột I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước

Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường MỞ ĐẦU Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình mọi người cần từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày. Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các họat động giải trí, và các họat động công cộng khác…Còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất. Tùy thuộc vào mức độ phát triền công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp của mọi cộng đồng mà nhu cầu về nước cấp với số lượng và chất lượng khác nhau. Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước càng ngày bị ô nhiễm và cạn kiệt. … Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp đề đáp ứng cả về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất công nghiệp. 1 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CHUNG VỀ NƯỚC NGẦM 1. Khái niệm Nước ngầm( nước dưới đất) là nước được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ lại ở các tầng chứa nước bên dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau. 2. Đặc tính của nước ngầm -Độ đục thấp. -pH thường khá thấp -Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định -Không có ôxy hòa tan nhưng có chứa nhiều khí: CO 2 , H 2 S…. -Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magiê, flo. -Không có sự hiện diện của vi sinh vật. Một số nơi nước ngầm còn có độ cứng khá cao, đôi khi còn bị nhiễm nitrat, nhiễm mặn, asen… 3. Các phương pháp xử lý nước ngầm Về nguyên tắc nước chứa hàm lượng tạp chất ở dạng nào lớn hơn giới hạn cho phép thì phải xử lý trước khi đem sử dụng. Có rất nhiều phương pháp xử lý nước. a. Phương pháp cơ học Nước từ nguồn được bơm cấp 1 phun qua giàn mưa thành những tia nhỏ để ôxy của không khí tác dụng với Fe 2+ thành Fe 3+ . Nước dàn mưa được dẫn đi lắng lọc ở các bể lọc chứa chất lọc (cát, đá, than hoạt tính…) b. Phương pháp hóa học Là phương pháp dùng hóa chất, các phản ứng hóa học trong quá trình xử lý nước. Nếu nước có độ đục lớn chứng tỏ chứa nhiều chất hữu cơ và sinh vật phù du thì dùng phèn và chất tạo keo tụ để ngưng tạp chất. 2 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Nước chứa nhiều ion kim loại (độ cứng lớn) xử lý bằng vôi, sôđa hoặc dùng phương pháp trao đổi ion. Nước chứa nhiều độc tố H 2 S xử lý bằng phương pháp oxy hóa, clo hóa, phèn. Nước chứa nhiều vi khuẩn thì phải khử trùng bằng các hợp chất chứa clo, ozon. Nước chứa Fe thì oxy hóa Fe 2+ bằng oxy không khí (làm thóang giàn mưa) hoặc dùng chất oxy hóa để xử lý… Độ kiềm của nước nhỏ làm cho quá trình keo tụ khó khăn, nước có mùi vị thì phải kiềm hóa bằng amoniac (NH 3 ). Sau khi cacbon hóa, clo hóa sơ bộ rồi thêm KMnO 4 . Nước có nhiều oxy hòa tan thì phải xử lý bằng cách dùng các chất khử để liên kết oxy. Đó là hydrazin, natrithisunfat… Nhìn chung các phương pháp xử lý hóa học thường đạt năng suất và có hiệu quả cao. c. Phương pháp vi sinh Trên thế giới hiện nay phương pháp xử lý nước bằng vi sinh đang được nghiên cứu và có một số nơi đã áp dụng. Trong phương pháp này một số chủng loại vi sinh đặc biệt đã được nuôi cấy và được đưa vào trong quá trìng xử lý nước với liều lượng rất nhỏ nhưng đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên cho đến nay những kết quả nghiên cứu của phương pháp này chưa được công bố rộng rãi. Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lãnh vực khác nhau mà ngườt ta đã sử dung cac phương pháp khác nhau để xử lý nước cấp cho lãnnh vực đó. Thông thường thì người ta kết hợp cả 2 phương pháp cơ học và hóa học để xử lý nước. 3 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường CHƯƠNG II. XỬ LÝ NƯỚC 1. Đề bài Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu sau: - Nguồn nước : nước ngầm - Công suất cấp nước : 600m 3 / ngày đêm - Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước : QCVN 02:2009/BYT Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị QCVN 02:2009 (CỘT 1) Nhiệt độ o C - - pH - 5,5 6,0- 8,5 Độ màu TCU 12 15 Độ đục NTU 7 5 Độ kiềm mgCaCO 3 /l mg/l 5 - Tổng hàm lượng muối hòa tan mg/l 325 - Hàm lượng amoni mg/l - 3 Hàm lượng sắt tổng số mg/l 12 0,5 Hàm lượng mangan tổng số mg/l 0,1 - Ghi chú: QCVN 02:2009 : Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt Cột I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước Nhận xét : Nhìn vào bảng chỉ tiêu và so sánh với quy chuẩn ta có thể thấy, một số chỉ tiêu vượt mức quy chuẩn quy định: 4 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường - Chỉ tiêu pH gấp 1,1 lần( kết quả 5.5 > quy định 6,0), - Chỉ tiêu độ đục gấp 1,4 lần ( kết quả 7 > quy định 5), - Hàm lượng sắt tổng số gấp 24 lần ( kết quả 12> quy định 0.5). - Còn lại các chỉ tiêu khác nằm trong quy chuẩn cho phép QCVN 02:2009/BYT là quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt. 2. Đề xuất phương án xử lý Phương án 1 Xả cặn Cấp nước Nước ngầm Nguồn nước bơm từ giếng lên được đưa qua công trình làm thoáng ngằm mục đích khử sắt và mangan có trong nguồn nước. Sau đó nước được tiếp tục đưa qua bể lọc để làm trong – khử màu nước, sau công đoạn lọc nước được dẫn vào bể tiếp xúc khử trùng và đưa vào mạng lưới cấp nước. Lượng nước rửa lọc sẽ được dẫn qua bể lắng nước rửa lọc , theo chu kì cặn được xả ra ngoài. Ưu điểm: quy trình đơn giản, vốn đầu tư thấp, thích hợp cho những nguồn nước ngầm tương đối sạch. Nhược điểm: chỉ sử dụng cho nguồn nước ngầm có chất lượng loại A, đối với các nguồn nước nhiễm sắt cao thì khi áp dụng quy trình trên chất lượng nước ra sẽ không đảm bảo chất lượng. 5 Lắng nước rửa lọc Tiếp xúc khử trùng Lọc làm thoáng Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Phương án 2: phèn Clo nước ngầm cấp nước Xả cặn ra hồ nén cặn Nước bơm từ giếng lên được vào bể trộn, dung dịch phèn cũng được đưa vào bể để tiến hành quá trình trộn. Sau đó nước được đưa qua bể keo tụ tạo bông, tiếp tục qua bể lắng, bể lọc và cuối cùng nước được đưa vào bể tiếp xúc khử trùng nhằm ổn định nước trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước. Cặn từ bể lắng theo đường ống ra hồ nén cặn. Nước từ quá trình rửa lọc được đưa qua bể lắng nước rửa lọc, lượng nước sau khi lắng được tuần hoàn trở lại vào bể keo tụ tạo bông. Ưu điểm: hiệu quả khủ sắt cao, tận dụng được lượng nước rửa lọc, vận hành đơn giản Nhược điểm: chi phí xây dựng cao, chỉ thích hợp cho nguồn nước ngầm có chất lượng nước đạt tiêu chuẩn loại B 6 Trộn Tiếp xúc khử trùng Lọc Lắng Keo tụ tạo bông Lắng nước rửa lọc Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Phương án 3 phèn Clo Nước nước cấp ngầm ` Xả cặn Nước bơm từ giếng lên được đưa qua hệ thống làm thoáng tự nhiên bằng dàn mưa. Tiếp tục nước được đưa qua bể lắng cùng với dung dịch phèn, sau công đoạn này hàm lượng sắt trong nước. Sau đó nước được đưa qua bể lọc với mục đích loại trừ những cặn các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng. Sau quá trình lọc nước được đưa vào bể ổn định nước, dung dịch clo được đưa vào trên đường ống dẫn đến bể ổn định nước nhằm khử trùng. Nước rửa lọc được đẫn đén hồ chứa nước rửa, tại đây quá trình lắng xảy ra. Cặn thu được từ bể lắng và hồ chứa nước rửa được xả ra ngoài. Ưu điểm: chất lượng nước đầu ra tốt đủ tiêu chuẩn đưa vào mạng lưới cấp nước, thích hợp cho nguồn nước ngầm có hàm lượng sắt cao. Nhược điểm: chi phí xây dựng và vận hành cao, thích hợp với nguồn nước ngầm có chất lượng tương đối tốt. 3. Lựa chọn phương án 7 Bể ổn định nước Lọc Lắng TrộnLàm thoáng Hồ chứa nước rửa Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Với nồng độ Fe trong nước vượt cao, độ đục và pH vượt mức QCVN cho phép, thì phương án xử lý tối ưu nhất là Phương án 3 Các công trình xử lý và nhiệm vụ của chúng 1. Giàn mưa Khử CO 2 trong nước Làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện khử Fe 2+ thành Fe 3+ 2.Thiết bị trộn Sử dụng thiết bị trộn ống dẫn Nhiệm vụ: đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước. Hóa chất được cho vào trong đường ống dẫn sang bể lắng. Sau điểm cho hóa chất thay một đoạn ống dẫn nước nguồn đến bể lắng bằng đoạn ống có đường kính nhỏ hơn 3. Bể lắng ngang Nhiệm vụ Lắng đọng cặn sinh ra trong các phản ứng, cặn vôi, cặn tạo ra trong quá trình oxy hóa sắt và mangan. Tăng thời gian để các phản ứng oxy xảy ra hoàn toàn. Cấu tạo: bể lắng ngang thu nước ở cuối. Nguyên lý hoạt động: 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 tạo kết tủa rồi lắng xuống đáy bể. Nước sau khi từ đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua các lỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước ở cuối dẫn vào mương thu nước và phân phối nước đi vào các bể lọc. Cặn lắng được xả ra ngoài theo định kỳ bằng áp lực thủy tĩnh qua dàn ống thu xả cặn. 8 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường 4. Bể lọc Nhiệm vụ Loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng Khử mangan nhờ lớp oxit mangan trên bề mặt cát lọc Dạng bể lọc: bể lọc nhanh Cấu tạo và nguyên lý làm việc Bể lọc nhanh thiết kế dưới đây sử dụng hai lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than antraxit. Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa về bể chứa nước sạch. Khi rửa: nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước. Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa 5. Khử trùng nước Nhiệm vụ Dùng để sát trùng nước trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước Để Clo hóa nước cần phải có kho chứa Clo tiêu thụ hằng ngày, thiết bị để Clo hóa nước thành hơi và thiết bị định lượng Clo (Clorator). Ống dẫn Clo có độ dốc chung 0,01 về phía thùng đựng Clo lỏng và không được phép có các mối nốicó thể tạo thành các vật chắn thủy lực hoặc nút khí. Ống dẫn Clo phải dùng loại vật liệu chịu được nước Clo 4. Xác định và đánh giá các chỉ tiêu nguồn nước Ta có tổng hàm lượng các muối hòa tan trong nước là P = 325 mg/l 9 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Xác định CO 2 tự do trong nước nguồn Lượng CO 2 trong nước nguồn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ kiềm K i , pH và được xác định theo biểu đồ Langlier ( Hình 3.1 : Biều đồ quan hệ giữa K i , CO 2 và độ pH trong nước, sách Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung) Với P= 325mg/l Chọn nhiệt độ T =25 0 C pH = 5,5 Độ kiềm 0 i K = 5mg/l Tra bảng Langlier ta xác định được hàm lượng CO 2 tự do là 14mg/l Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng Độ kiềm sau làm thoáng được xác định theo công thức [ ] )036,0( 20* + −= FexKK ii K i 0 : độ kiềm của nguồn nước, K i 0 =5mg/l → )/(568,4)12036,0(5 * lmgxK i =−= Hàm lượng CO 2 sau làm thoáng CO 2 = (1-a).CO 0 2 + (1,6. [Fe 2+ ]) a : Hiệu quả khử CO 2 bằng công trình làm thoáng, tùy thuộc vào công trình làm thoáng (TCN 33 – 85) . Đối với phương pháp làm thoáng bằng giàn mưa thì a = 0,75 – 0,8. Chọn a = 0,8 →CO 2 = (1- 0,8).14 +(1,6 . 12) =22 (mg/l) pH cuả nước sau làm thoáng 10 [...]... Sàn thu nước: được đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc 20 0 về phía ống dẫn nước sau khi làm thoáng Sàn thu được làm bằng bêtông cốt thép - Hệ thống thu nước và xả cặn: ống thu đặt ở mặt đáy sàn thu nước, cao hơn mặt đáy sàn 0,2 m nhằm ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình sau - Diện tích ống dẫn nước là: ( ) Q 600 = = 6,9.10 −3 m 2 ≈ v 86400.1.1 S= 0,007 m Trong đó: Vận tốc dòng nước theo... thấp - Hệ thống phân phối nước: Trên mỗi giàn mưa ta bố trí một ống phân phối nước chính có chiều dài bằng chiều rộng giàn mưa Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 1 m/s - Đường kính ống phân phối chính là: D= Q.4 600.4 = 86400.π v 86400.2.π 1 = 0,066m Chọn đường kính ống phân phối chính là 70 mm, kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống : v= Q.4 600.4 = 2 π D 86400.2.π (0,07) 2 =1m/s Chọn khoảng cách... lắng ngang - Dung tích bể lắng W =Q.T= 600 2 24 = 50(m3) Trong đó, Q: công suất xử lý của trạm (m3/h) T: thời gian lưu nước trong bể (h) Chọn T = 2h Chọn chiều cao vùng lắng H = 2 m ( chiều cao này từ 2- 3,5 m - Diện tích mặt bằng bể lắng: F= W 50 = = 25(m 2 ) H 2 17 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Chọn hệ thống xử lý gồm một bể lắng chia thành hai ngăn lắng, mỗi ngăn xem... nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường -Chiều dài của bể lắng là: L= F 25 = = 6,25( m) B 4 Chọn chiều dài bể lắng 6,5m -Tính lại thời gian lưu nước trong bể lắng T= V 2.6,5.4 = = 2,08(h) Q 600 / 24 Đầu bể lắng thiết kế một tường chắn để phân phối dòng nước vào bể Tường này cách đầu bể 1,5 m Trên tường phân phối đục các lỗ, tổng diện tích các lỗ phụ thuộc vào vận tốc nước qua lỗ - Tổng diện tích các. .. dưới cùng cách lớp cặn 0,3 m, chiều cao vùng chứa cặn 1m Vậy hàng lỗ dưới cùng cách đáy bể 1,3 m - Chiều dài làm việc của bể lắng là: Lb = 6,5 – 1,3 = 5,2(m) - Chiều dài ống thu nước L= 1 1 Lb = x5,2 = 3 3 1,7(m) Sử dụng một ống thu khoảng cách giữa ống và tường bể là 1m - Lưu lượng nước dùng tính đường kính ống thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng tính toán →Lưu lượng nước chảy vào mỗi ống thu trong một... thước 0,085 x 0,085 m Chiều cao từ sàn công tác đến mặt nước trong máng là 0,3m Chọn tổn thất áp lực qua bể lắng là 0,5 m 24 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Bảng 2: Các thông số tính toán bể lắng ngang Các thông số tính toán Dung tích bể lắng Số ngăn lắng Chiều dài x chiều rộng mỗi ngăn Chiều cao bể Thời gian lưu nước Đường kính ống thu nước 4 Kết quả 50 m3 2 6,5 x 4 m 3,6... Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Chọn tốc độ lọc: v= 7 m/h Chu kỳ lọc: 12h Sử dụng biện pháp rửa lọc gió nước kết hợp Tính toán số bể lọc và diện tích mỗi bể lọc - Diện tích của các bể lọc: F= Q Tvbt − 3, 6Wt1 − at2 vbt Trong đó: Q là công suất xử lý (m3/ngày đêm) T: thời gian làm việc 24 h vbt: vận tốc làm việc bình thường 7 m/h a:số lần rửa bể trong một ngày đêm làm việc... + 1,1 + 2 + 0,3 = 3,8 (m) - Tính đường ống từ bể lắng sang bể lọc nhanh: Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng sang các bể lọc nhanh được tính theo công thức: D= 4.Q ( m) π v Với Q = 600 (m3/ngày đêm) V: vận tốc nước trong đường ống, chọn v = 1 (m/s) Thay các giá trị vào công thức trên ta được: D= 4.600 = 0,094m 86400.π 1 Vậy chọn ống dẫn nước từ bể lắng sang máng phân phối nước của bể lọc có đường kính... Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào bể lọc: máng này được xây dựng bằng bê tông cốt thép ở cuối bể lắng, ba ống thu nước cùng chảy vào một máng thu -Lưu lượng tính toán máng thu lấy hơn 30% lưu lượng xử lý →Qtt= 1,3 600 86400 =9.10-3(m3/s) Chọn chiều cao chảy vào máng thu là 0,6 m →Diện tích mặt cắt ngang máng thu là: 23 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội S=... đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường Ta có các giá trị đã biết K i* = 4,568(mg / l ) CO2= 22 mg/l T= 250C P= 325 mg/l Tra bảng Langlier ( Hình 3.1 : Biều đồ quan hệ giữa Ki, CO2 và độ pH trong nước, sách Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung) Ta có pHsau làm thoáng = 7 Như vậy sau khi làm thoáng pH = 7< 6,8 nên không cần phải điều chỉnh pH 11 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà . và hóa học để xử lý nước. 3 Trường đại học tài nguyên và môi trường Hà Nội Khoa môi trường CHƯƠNG II. XỬ LÝ NƯỚC 1. Đề bài Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống. sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa về bể chứa nước sạch. Khi rửa: nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn. công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu sau: - Nguồn nước : nước ngầm - Công suất cấp nước : 600m 3 / ngày đêm - Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước : QCVN 02:2009/BYT Chỉ tiêu