đồ án “xử lý nước mặt làm nước cấp sinh hoạt công suất 2500m3 ngày đêm”

Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu dưới đây: - Nguồn nước: Mặt - Công suất cấp nước: 2500m3/ngày đêm - Chỉ tiêu chất

BỘ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

TÊN ĐỒ ÁN: “XỬ LÝ NƯỚC MẶT LÀM NƯỚC CẤP SINH HOẠT CÔNG

Họ và tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Minh Phương

Lớp : CĐ10CM3

Mã sinh viên: CC01004079

Giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Thị Mai

Hà Nội – 10/2013

PHẦN I: LỰA CHỌN DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1.1. Đánh giá chất lượng nước thô và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý 5

1.1.1.Đặc điểm chung của nước mặt 51.1.2.Đánh giá chất lượng nước 5

1.2. Đề xuất sơ đồ công nghệ 6-71.3 Thuyết minh quy trình 7-8

1.3.1 Phương án 1 71.3.2 Phương án 2 81.4 So sánh 2 phương án 8

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY TRUYỀN

CÔNG NGHỆ

2.1 Công trình thu 9-11

2.1.1 Song và lưới chắn rác 9-11

a Song chắn rác 9-10b) Lưới chắn rác 10-112.1.2 Trạm bơm 112.2 Tính toán hóa chất keo tụ và thiết bị pha trộn phèn 11

2.2.1 Xác định liều lượng phèn đưa vào keo tụ 11-122.2.2 Kiểm tra độ kiềm của nước 12-132.2.3 Bể hòa trộn phèn 132.2.4 Bể tiêu thụ 142.2.5 Tính toán lưu lượng gió 14-152.3.Bể trộn phèn cơ khí 15-16

2.4 Bể tạo bông 16-17 2.5 Bể lắng đứng 17-19 2.6 Bể lọc nhanh 19-22 2.7 Khử trùng nước 22-23 2.8 Bể chứa nước sạch 23 2.9 Bể lắng nước rửa lọc 24-25 2.10 Bể lắng bùn và thiết bị nén bùn 25 2.11 Tính toán diện tích mặt bằng các công trình phụ 25-26 Tài liệu tham khảo 27

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Phương

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Thị Mai

1 Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu dưới đây:

- Nguồn nước: Mặt

- Công suất cấp nước: 2500m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: QCVN 02:2009/BYT

Chỉ tiêu Đơn vị đo Nước nguồn QCVN

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ

- Bản vẽ tổng mặt bằng khu xử lý

PHẦN I: LỰA CHỌN DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1.1 Đánh giá chất lượng nước thô và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý

1.1.1 Đặc điểm chung của nước mặt:

Nước là một nhu cầu thiết yếu đảm bảo sự sống của con người và các sinh vật trên tráiđất Việt Nam là một trong những quốc gia có hệ thống sông ngòi dày đặc Bao gồm cácnguồn nước trong các ao, đầm, hồ chứa, sông suối Do kết hợp từ các dòng chảy trên bềmặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng cơ bản của nước mặt là:

- Chứa khí hòa tan đặc biệt là ôxy

- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước trong các ao đầm, hồ do xảy ra quátrình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủyếu ở dạng keo

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao

- Có chứa nhiều vi sinh vật

1.1.2.Đánh giá chất lượng nước:

Dựa vào các số liệu đã có trên bảng, so sánh chất lượng nước thô và QCVN02:2009/ BYT ta thấy nguồn nước có các chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu:

- Độ màu cao gấp gần 8.6 lần → cần xử lý

- Độ đục cao gấp 46 lần → cần xử lý

- Hàm lượng sắt tổng số gấp 54 lần → cần xử lý

- Hàm lượng tổng chất rắn hòa tan và TSS cao → dùng phèn để xử lý

- Công suất trạm nhỏ Q = 2500 m3/ngày đêm nên ta dùng Lắng trong có lớp cặn

lơ lửng – Lọc nhanh, hoặc lắng đứng – lọc nhanh

- Do có dùng phèn nên trong dây chuyền công nghệ phải có thêm công trình trộn

và phản ứng

- Do yêu cầu chất lượng nước sau xử lý dùng để cung cấp phục vụ cho mục đích

ăn uống và sinh hoạt nên cần được khử trùng bằng Clo

1.2 Đề xuất sơ đồ công nghệ

Theo chất lượng nước nguồn thì phương án xử lý được đề ra là:

Nước nguồn

Bể chứanước sạch

lớp cặn lơ lửngMạng lưới sử dụng

đó nước được bơm tới bể trộn cơ khí.

Tại bể trộn cơ khí, tại đây dung dịch phèn đã được pha ở các thiết bị pha chế phèn được

cấp vào và được khuấy trộn đều với nước giúp cho quá trình tạo bông diễn ra nhanh hơn

và đều hơn, nhằ mục đích đạt hiệu quả xử lý cao

Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm 1 Bể trộn cơ khí

Bể tạo bông

Bể lắngđứng

Bể chứa Bể lọc nhanh

lọc

Đóng bánh Nén bùn

Nguồn tiếp nhận

Mạng lưới sử dụng

Sử dụng bể trộn cơ khí với mục đích hòa trộn đều lượng phèn trước khi cho vào bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng đạt được hiệu quả tối ưu công dụng của phèn.

Sau đó nước tiếp tục chảy qua bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Sử dụng bể lắng trong có lớp cặn lớp cặn lơ lửng vì dựa vào TCXDVN 33-2006 bể có công suất đến 3000 m3/ ngày đêm

Sau đó nước từ kênh phân phối sẽ chảy vào bể lọc áp lực , phần cặn còn xót lại trong quátrình lắng sẽ được giữ lại ở quá trình lọc Thay vì sử dụng bể lọc chậm ở đây ta sử dụng

bể lọc áp lực để đạt được công suất mong muốn

Nước sau khi lọc xong được khử trùng bằng Clo trước khi đi vào bể chứa nước sạch Sau

đó nước sẽ được bơm rồi phân phát tới mạng lưới sử dụng

1.3.2 Phương án 2

Cũng giống như ở sơ đồ 1 nhưng có phần khác ở chỗ sau khi phản ứng ở bể trộn, sẽ dẫn đến bể keo tụ tạo bông Và sau đó các bông cặn sẽ được lắng ở bể lắng đứng sử dụng bể lắng đứng sẽ đạt được hiệu quả lắng cao hơn dựa theo TCXDVN 33-2006, sau đó qua bể lọc nhanh và được khử trùng bằng Clo rồi phân phát tới mạng lưới sử dụng Nước ở quá trình nén bùn và lắng nước rửa lọc sẽ được thải ra nguồn thải theo hệ thống

( Dựa vào bảng 1.2 – trang 15, sách Sử lý nước cấp – TS Nguyễn Ngọc Dung)

1.4 So sánh 2 phương án

Ưu điểm - Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

xử lý nước với công suất bất kỳ

- Hiệu quả xử lý cao, tốn ít diện tích

-Bể lắng đứng hoạt động ổn định, có thể hoạt động tốt khi chất lượng nước đầu vào thay đổi

-Thuận lợi trong vận hành xử lý

Nhược điểm - Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

nhạy cảm với sự thay đổi lưu lượng và nhiệt độ nguồn nước

- Quản lý vận hành phức tạp: theo dõi thường xuyên chất lượng nước

ra để thu cặn một cách hợp lý , đòihỏi trình độ cao

-Khối lượng công trình chiếm diện tích lớn để xây dựng

Dựa vào bảng thông số ban đầu và bảng so sánh, lựa chọn phương án 2 vì nó có nhiều ưu điểm và hiệu quả đạt được cao hơn.

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY TRUYỀN

2.1.1 Song và lưới chắn rác

a Song chắn rác

- Diện tích song chắn rác tại họng thu được tính theo công thức:

S= K1.K2.K3 (m2)Trong đó:

+ Q: là lưu lượng nước (Q=2500 m3/ngày đêm = 104 m3/h =0,0289m3/s)

+ n là số cửa thu nước, chọn n=1

+ v : là vận tốc nước qua song chắn rác (Theo TCXD 33-2006 , v =(0,2-0,6) m/s chọn v=0,4 m/s)

+ K1 : là hệ số co hẹp do các thanh thép K1 =

Với a: Khoảng cách giữa các thanh thép (a =(40- 50 ) mm chọn a=40mm=0,04m)

+ Q: Là lưu lượng tính toán Q = 0,0289 (m3/s)

+ n là số cửa thu nước, chọn n=1

+ V: Là vận tốc nước qua lưới, với lưới chắn phẳng lấy V=0,2-0,4 (m/s) Ta chọn v = 0,3(m/s)

+ K2: Là hệ số co hẹp do rác bám vào lưới K2= 1,5

+ K3: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng, k3= 1,2

+ K1: Là hệ số co hẹp do các thanh thép xác định theo công thức:

Với: a: Kích thước mắt lưới, a = 3 (mm).

d: Đường kính dây đan lưới, d = 1,0 (mm)

m2Thiết kế lưới chắn rác có kích thước là B x L = 0,15x 0,15 m

+ n – Hiệu suất của bơm, n = 80%

Sử dụng 2 bơm trong trạm, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng

2.2 Tính toán hóa chất keo tụ và thiết bị pha trộn phèn

2.2.1 Xác định liều lượng phèn đưa vào keo tụ

- Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al2(SO4)3 khô Đưa phèn vào để xử lý độ màu và độ đục

- Thông thường phèn nhôm đạt hiệu quả cao nhất khi nước có pH=5,5- 7,5

Bảng 1: Liều lượng phèn để xử lý nước ( Theo bảng 6.3 TCXD 33-2006)

Hàm lượng cặn (mg/l) Liều lượng phèn không chứa nước dùng để

xử lý nước đục (mg/l)Đến 100

101-200201-400401-600601-800801-10001001-1500

25-3530-4035-4545-5050-6060-7070-80

- Dựa theo bảng 1 hàm lượng cặn là 240mg/l, chọn liều lượng phèn không chứa nước là Pp1= 45mg/l

- Độ màu của nước 129TCU

+ Xử lý nước có độ màu tính theo công thức:

) / (

Pp =Trong đó:

Pp : liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước , mg/l

M: Độ màu của nước nguồn tính bằng độ theo thang màu Platin- Côban, M= 129

=> Pp2= = 45,43 mg/l > Pp1Dựa theo 6.11 TCXD 33-2006 và bảng 6.3 TCXD 33-2006, ta lựa chọn giá trị lớn nhất nên : Pp= 45,43 mg/l

2.2.2 Kiểm tra độ kiềm của nước

Khi cho phèn vào nước, pH giảm Đối với phèn Al, giá trị pH thích hợp để quá trìnhkeo tụ xảy ra đạt hiệu quả từ 5,5 đến 7,5

Giả sử, cần phải kiềm hoá nước để nâng pH lên giá trị phù hợp với yêu cầu xử lý,dùng vôi để kiềm hoá, lượng vôi được tính: (Theo sách xử lý nước cấp, Nguyễn NgọcDung)

(mg/l)Trong đó:

+ Pk: Hàm lượng chất kiềm hóa

+ Pp: Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ Pp=45,43 mg/l

+ e1 :đương lượng phèn đưa vào trong nước, ep ((Al2(SO4)3) = 57 mgđl/l

+ e2: đương lượng kiềm, chọn chất kiềm hoá là CaO nên ek = 28 mgđl/l

+ Kt : độ kiềm của nước nguồn, Kt = 3,3 mgđl/l

+ C: nồng độ CaO trong sản phẩm sử dụng, C = 80%

+ 1: độ kiềm dự trữ

=> Pk

Như vậy độ kiềm của nước đảm bảo keo tụ, không cần phải kiềm hoá.

+ Chiều dài cánh tính từ trục quay = 0,4 – 0,45 bề rộng của bể

- Dung tích của bể trộn phèn tính theo công thức:

)(γ 10000

m b

P n Q W

h

p

h =

( Theo TCXD 33:2006)Trong đó:

+ Q là lưu lượng nước xử lý = 104,16 (m3/h)

+ Pp liều lượng hóa chất dự tính cho vào nước = 45,43(mg/l)=45,43 (g/m3)

+ n số giờ giữa 2 lần hòa tan, đối với trạm công suất 1200-10.000 m3/ngày,n = 12h+ bh là nồng độ dung dịch hóa chất trong thùng hòa trộn = 10 %

+ γ là khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3

=> (m3) Chọn kích thước bể: 0,2835 x 1x 0,2835 = 0,567 m3 Lấy chiều cao an toàn là 0,3m(Theo TCXD 33:2006, Hbv = 0,3 – 0,5m)

m3

B

b W W

t

h h

Trong đó: Bt là nồng độ dung dịch phèn trong bể tiêu thụ = 5%

→ Wt =

=5

10.567,0

1,134 ( m3)Chọn các kích thước của bể tiêu thụ là: 1,134 x 1,0x 1,0= 1,134 m3 Lấy chiều cao antoàn là 0,3 m

2.2.5 Tính toán lưu lượng gió

Theo quy phạm lấy cường độ khí nén ở thùng hòa trộn là 10l/sm2 và ở bể tiêu thụ là5l/sm2

- Lưu lượng gió thổi vào bể tính theo công thức: ( theo sách XLNC-TS Nguyễn NgọcDung)

Qgió= 0,06.W.F (m3/phút)Trong đó: W: Cường độ sục khí trong bể (l/sm2)

F : Diện tích bề mặt bể (m2)

- Có 1 bể hòa trộn, diện tích bể là: 0,2835mx1,0m =0,2835 m2

=> Qgió1= 0,06.10.0,2835= 0,1701(m3/phút)

- Có 1 bể tiêu thụ, diện tích bể là: 1,0mx1,134m=1,134m2

=> Qgió2= 0,06.5.1,134=0,3402 (m3/phút)

=> Tổng lưu lượng gió được đưa vào 2 bể là:

Q= Qgió1 + Qgió2 = 0,1701+0,3402= 0,5103 (m3/phút)

2.3 Bể trộn phèn cơ khí

- Mục đích: hòa trộn đều dung dịch phèn (từ bể tiêu thụ) với nước cần xử lý

- Nguyên tắc: nước và phèn đi vào bể từ phía đáy bể, sau khi hòa trộn đưa sang bể phảnứng tạo bông

- Chọn phương pháp trộn cơ khí Vì loại bể này có thời gian khuấy trộn ngắn, dung tíchcủa bể nhỏ, tiết kiệm vật liệu xây dựng, có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn.u

- Thời gian khuấy trộn: 30giây – 60giây (TheoSách XLNC-TS Nguyễn Ngọc Dung)

- Tính toán cho bể trộn cơ khí

+ Chọn thời gian khuấy là t = 40 giây

+ Chọn chiều cao lớp nước là H = D = 0,6m

+ Công suất xử lý Q = 2500m3/ngđ = 0,0289 m3/s

Khi đó thể tích của bể cơ khí là: V = t.Q = 40.0,0289= 1,156 m3

Mặt khác: V = H

=4

≈ 14 , 3

156 , 1 3

m T Q

W =

(Theo sách XLNC-TS Nguyễn Ngọc Dung)

Trong đó:

+ Q là lưu lượng nước trong bể, Q = 104 m3/h

+ T là thời gian lưu nước trong bể, t = 30 phút ( Theo quy phạm t = 10 - 30 phút)

→ W =

35260

30.104

m

=

Chia bể làm 2 ngăn, chọn chiều cao và chiều rộng của bể là:

H = B = 3m

→ Diện tích của mỗi ngăn là: f =H x B=3.3= 9 ( m2)

Chiều dài của bể là: Lbể = W/f = 5,77m → lngăn = 5,77/2 = 2,88 m

Dung tích mỗi ngăn là: Vngăn = H x B x L = 3 x 3 x 2.88 = 25,92 m3

- Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và 4 bản cánh khuấy đối xứng qua trục Tổng diện tích bản khuấy bằng 18% diện tích mặt cắt ngang của bể (theo qui phạm = 15 - 20%):

∑ fcánh = f x 0,18 = 9 x 0,18 = 1,62 m2

→ Diện tích mỗi cánh là: f = 1,62/4 = 0,405 m2

• Diện tích ngang của vùng lắng của bể lắng đừng:

F= (m2)

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước tính toán (m3/h) , Q= 104m3/hVtt: Tốc độ tính toán dòng nước đi lên (mm/s) vtt=0,4 (theo quy chuẩn từ 0,35-0,45mm/s)

N: Số bể lắng đứng , N=2 : Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể lấy trong giới hạn từ 1,3-1,5 Giớihạn dưới lấy khi tỉ số giữa đường kính và chiều cao bể bằng 1, giới hạn trên lấy khi tỉ số này bằng 1,5 =1,4

 m2

• Diện tích ngăn phản ứng đặt trong bể:

f= (m2)

Trong đó:

t: Là thời gian lưu nước trong ngăn phản ứng lấy bằng 20 phút (15-20 phút)

H: Chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng

Chiều cao vùng lắng lấy =5m (2,6-5m)

Đường kính bể lắng: D= =8,02 m

(theo sách XLNC-TS Nguyễn Ngọc Dung)

• Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn:

c: Nồng độ cặn trong nước đưa vào bể lắng

c= Cn+K.P+0,25M+v (mg/l)trong đó: Cn: hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l) , Cn=240mg/l

M: Độ màu của nước nguồn thang màu platin- côban, M=129

K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn , K=0,55 ( đối với phèn nhôm sạch)

P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước (g/m3), P=45,43g/m3

v: Liều lượng vôi kiềm hóa( nếu có)

 C=240+0,55.45,43+0,25.129= 297,23(mg/l) + Tính Wc:

a- Số lần rửa một bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường a=2

W- Cường độ nước rửa lọc (l/sm2), W=15(l/sm2) ( W=14-16l/sm2)t1- Thời gian rửa (h), t1=6 phút =0,1h ( t1= 7-6 phút)

t2 – Thời gian ngừng bể lọc để rửa (h) t2=0,35h

 F==13,46 m2-Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:

N=0,5.= 0,5.=1,83 (theo sách XLNC- TS Nguyễn Ngọc Dung)

Lấy N= 2 bể

-Diện tích mỗi bể lọc là: Fbể= =6,73 m2

-Chọn kích thước của bể là: Dài x rộng LxB= 2x3,365m

-Chiều cao toàn phần của bể lọc :

H= hđ + hv + hn + hp (m)

Trong đó:

hđ- Chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hđ= 0,7mhv- Chiều dày lớp vật liệu lọc gồm than Antraxit và cát Thạch anh hv= L1 + L2=0,4+0,8=1,2m ( Than Antraxit L= 400-500mm, chọn L=400mm; cát Thạch anhL=700-800mm, chọn L=800mm)

hn – Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, hn=2mhp- Chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc, lấy hp=0,5m (0,3-0,5m)

 H= 0,7 + 1,2+ 2 + 0,5 =4,4 (m)

• Tỉ lệ lượng nước rửa so với lượng nước vào bể lọc:

P=, % ( theo Sách XLNC- TS Nguyễn Ngọc Dung)

Trong đó: T0- Thời gian công tác giữa 2 lần rửa bể

Qr= , m3/sTrong đó:

 B= 2,1 = 0,36 (m)

- Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung:

hm= 1,75 , m

Trong đó:

qM- Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s)

A – Chiều rộng máng tập trung, lấy A=0,7mg- Gia tốc trọng trường bằng 9,81 m/s2

• Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh

- Tổn thất áp lực trong hệ thống đáy trung gian có chụp lọc :

m g

V

5,081,92

2μ

2 2

Ls: Chiều dày của lớp sỏi đỡ: 0,7 m

a và b là các thông số phụ thuộc vào kích thước hạt Ứng với kích thước hạt d =

0,5-1mm thì a = 0,76; b = 0,017 (Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung).

 h= (0,76+0,017.15).1,2.0,5= 0,609 (m)

Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm=2m

Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là:

2.7 Khử trùng nước

Liều lượng Clo cần thiết trong 1 giờ là:

C= (kg/h)Trong đó:

Q- Lưu lượng nước nguồn xử lý (m3/h), Q=104m3/h

a- Liều lượng Clo khử trùng, mg/l, lấy a=3mg/l (theo TCXD 33:2006 từ 2-3mg/l)

 C==0,312 (kg/h)

- Liều lượng Clo dùng để khử trùng trong 1 ngày đêm là:

Cngày= 24.C=24.0,312=7,488 (kg/ngày đêm)

- Lượng Clo dự trữ trong 30 ngày:

C30= 30.Cngày= 30.7,488= 224,64 (kg)

Để định lượng Clo, xáo trộn Clo hơi với nước cần lắp đặt một thiết bị chuyên dụng là Clorator

2.8 Bể chứa nước sạch

Nước sau khi được khử trùng sẽ được dẫn vào bể chứa nước sạch

- Chức năng của bể chứa nước sạch: điều hòa lưu lượng giữa trạm bơm cấp 1 và trạmbơm cấp 2, nó còn có nhiệm vụ dự trữ lượng nước chữa cháy, nước xả cặn bể lắng, rửa bểlọc và nước dùng cho nhu cầu khác của nhà máy nước

- Tại bể xảy ra quá trình tiếp xúc giữa nước cấp với dung dịch Clo (30 phút) để loại bỏnhững vi trùng còn lại trước khi cấp nước vào mạng lưới cấp nước

- Dung tích của bể chứa:

W= 15%.Q=15%.2500=375 (m3)+Chọn số bể là 1 bể, h= 5m