Đồ án kỹ thuật xử lý nước cấp công suất 15000m3ng đêm sử dụng theo sơ đồ công nghệ giàn mưa bể lắng đứng ly tâm, bể lọc nhanh một lớp, bể chứa, có kiềm hóa sơ bộ và sử dụng hóa chất là clo để khủ trùng, đồ án của sinh viên làm qwertyuiopasdfghjkl;xcvbnm,w

Đồ án mô học kỹ thuật xử lý nước cấp công suất 15000m3ngđêm sử dụng theo sơ đồ công nghệ giàn mưa bể lắng đứng ly tâm, bể lọc nhanh một lớp, bể chứa, có kiềm hóa sơ bộ và sử dụng hóa chất là clo để khủ trùng, đồ án của sinh viên làm qwertyuiopasdfghjkl;xcvbnm,wertyuiopsdfghjklcvbnm,.dfghjklertyuioxcvbnm,dfgh

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

- Công suất cấp nước: 15000m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước:

Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị

tan

Hàm lượng sắt tổng số mg/l 15 Hàm lượng amoni mg/l 4

Hàm lượng mangan tổng số

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thu Hoài

Giảng viên hướng dẫn

Vũ Thị Mai

I Đề xuất công nghệ xử lý

1 Xác định chỉ tiêu trước khi làm thoáng

1.1 Hàm lượng CO 2 trong nước trước khi làm thoáng

- Với nước nguồn có pH0 =6,5; Ko= 3(mg- đl/l); Pto= 260 (mg); t = 21 0C

Dựa vào biểu đồ Langelier ta xác định được CCO o

2 = 90 (mg/l)

1.2 Xác định phương pháp khử sắt:

Theo điều 6.242, nếu độ kiềm của nước ngầm Ko ≥ (1+ Fe+2

28 ) , pH của nước sau khithủy phân sắt có trị số < 6,8 thì áp dụng phương pháp làm thoáng khử khí CO2 để tăng

pH của nước ngầm

Bước 1: -

Có hàm lượng CO2 trước khi làm thoáng CCO o

2 = 90 (mg/l)Hàm lượng CO2 trong nước sau làm thoáng được xác định theo công thức

Kết luận: Theo TCVN: 33-2006 nguồn nước này không khử sắt bằng phương pháp làmthoáng đơn giản được

Bước 2: Lấy 20% lượng CO2 ( Theo điều 6.243, nếu làm thoáng đơn giản không được

mà sau khi trừ đi 80% lượng CO2, tìm được trị số pH > 6,8 và độ kiềm > 1 mgđl/l thì

áp dụng làm thoáng trên các dàn tiếp xúc tự nhiên )

 CO2= 114*0,2=22,8mg/l)

Dựa vào biểu đồ Langelier ta xác định được pH = 7 > 6,8

Kết luận: Theo điều 6.243, TCVN:33-2006 nguồn nước này khử sắt bằng phươngpháp làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa được

1.3 Độ kiềm của nước sau khi khử sắt

Độ kiềm ban đầu của nước nguồn: 3mg/l

Độ kiềm của nước sau khi khử sắt tính theo công thức:

Ki = Kio – 0,036.[Fe2+] (mgđl/l) (Theo công thức 5-1, trang 164, Xử lí nước cấp,

Nguyễn Ngọc Dung)

Trong đó:

+ Ki : Độ kiềm của nước nguồn sau khi khử sắt (mgđl/l)

+Ko: Độ kiềm ban đầu của nước nguồn (mgđl/l)

+C Fe2 

: Hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l), [Fe2+] = 15 mg/l

 Độ kiềm của nước sau khi khử sắt là:

Ki = Ko – 0,036.[Fe2+] = 3– 0,036 15 = 2,5 (mgđl/l)

2 Lựa chọn phương án xử lý

Lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và đặc trưngcủa nguồn nước, yêu cầu chất lượng nước cấp và công suất trạm nước cấp cần xử lý.Hơn nữa, chất lượng của nguồn nước có thể thay đổi theo vị trí (điểm lấy nước cấp) vàthời gian (các mùa trong năm), do vậy công nghệ xử lí nước và quá trình vận hànhcũng sẽ thay đổi theo tính chất của nguồn nước thô Như vậy cần biết được chất lượngnước thô, so sánh với yêu cầu chất lượng nước sau xử lý để có thể lựa chọn công nghệ

xử lý nước phù hợp, đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể, chọn hóa chất và tính toán liều lượng

hóa chất cần dùng, tối ưu hóa điều kiện vận hành cho từng công đoạn và sắp xếp cácbước xử lý cho phù hợp.

Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và chất lượng nước sau

xử lí để quyết định cần tách gì ra khỏi nước, chọn thông số chính về chất lượng nước

và đưa ra kỹ thuật xử lí cụ thể, chọn hóa chất và liệu lượng hóa chất cần dùng, tối ưuhóa các điều kiện vận hành cho từng bước xử lí và sắp xếp các bước cho thật hợp lí

Công suất cấp nước: Q = 15000m3/ngđ

 Độ đục vượt 1,2 lần

 Từ những đánh giá trên ta có thể đưa ra 2 phương án xử lý sau:

Chọn bể lọc nhanh vì phù hợp khi khử Fe<=15mg/l

Hàm lượng amoni nhỏ hơn 5 nên không phải clo hóa sơ bộ,

clorine Sân phơi

bùn

Phương án 2:

So sánh lựa chọn phương án:

Ưu điểm Chỉ có một lớp vật liệu lọc

nên tốn ít chi phí hơn., côngtrình đơn giản tốn ít chi phí

Được sử dụng rộng rãi,thích hợp khi rửa bể bằnggió nước kết hợp => khôngtốn nước

-Bể lọc nhanh 2 lớp có tốc độlọc nhanh hơn, kéo dài chu kìlàm việc của bể

Nhược điểm Bể lọc nhanh 1 lớp tốc độ

Bể lắng đứng tiếp xúc

Bể lọc nhanh

2 lớp

Giàn mưa

Sân phơi bùn

clorine

dụng

Qua việc phân tích trên ta thấy phương án 2 là hợp lý vì vậy sẽ chọn phương án 2làm phương án tính toán

Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm:

o Clo hóa sơ bộ

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước được bơm từ giếng lên giàn mưa để khử sắt, đồng thời với hàm lượngamoni trong nguồn nước nhỏ nên khi qua amoni sẽ được khử nên không cần clo hóa sơ

bộ Tại giàn mưa nước sẽ được làm thoáng qua hệ thống sàn tung, các hợp chất Fe2+,

Mn2+ chuyển thành Fe3+ và Mn4+, quá trình oxi hóa này sẽ được tăng cường qua bể lắngđứng tiếp xúc khi đó một phần hợp chất keo của sắt, mangan sẽ được lắng ở bể lắng,một phần sẽ được dẫn qua bể lọc nhanh một lớp và được lọc sạch tại đó.Sau đó, nước

sẽ được khử trùng bằng clorua và dẫn vào bể chứa nước sạch để phục vụ cho cấp nước.Cặn được sinh ra từ bể lắng và cặn sau rửa lọc được tập trung tại bể chứa cặn đồngthời nước sau rửa lọc sẽ được đưa trở về giàn mưa để xử lý lại

I Tính toán thiết kế

1 Clo hóa sơ bộ

Dùng phương pháp clo hóa nước đến điểm đột biến để xử lí NH4+

Khi cho clo vào nước với liều lượng bằng hoặc nhỏ hơn theo tỷ lệ trọng lượng phân tửgam Cl : NH4+ bằng 1 : 1 tức là cứ 2,6 mg clo cho 1 mg NH4+ thì quá trình chuyển hóa

NH4+ và clo tự do thành cloramin sau 30 phút (Giáo trình XLNC – Trịnh Xuân Lai tr.451)

-Lượng clo cần sử dụng trong ngày là

(4−3 )× 2,6 ×15000.10−3=39(kg/ngđ )

2 Giàn mưa

- Mục đích: khử Fe và Mn

- Cấu tạo của giàn mưa gồm:

+ Hệ thống phân phối nước

+Q là lưu lượng nước xử lí; Q = 15000 (m3/ngđ) = 625 ( m3/h)

+q là cường độ phun mưa, lấy theo mục 6.246b/TCXD 33- 2006 q=10-15(m3/m2h);chọn q = 15 (m3/m2h)

 Chia giàn mưa thành N =5 ngăn, diện tích mỗi ngăn:

f = N F = 62,55 = 12,5 m2 => Mỗi ngăn có kích thước 6x 2(m)

- Lưu lượng nước vào mỗi giàn mưa: q = 625/ (5x 3600) = 0,035 m3/s

a Hệ thống phân phối nước của mỗi giàn mưa

Dùng hệ thống phân phối nước dạng ống, bố trí dạng xương cá gồm ống phânphối chính và các nhánh phụ

 Lưu lượng ở mỗi ống nhánh: qn = 20q = 0.043

20 =2,15× 10

−3 (m3/s)

Mà diện tích 1 lỗ:

 Tổng số lỗ: N = S s= 0.022

7.85 ×10−5=280lỗ

Số lỗ trên mỗi nhánh là: n = 20N = 280

20 =14 lỗTrên mỗi nhánh khoan 2 hàng lỗ so le nhau hướng ra 2 bên, hợp với phươngngang góc 45o; mỗi bên có 7 lỗ

Chiều dài ống nhánh: l = 3−0.252 =1,3 m

Khoảng cách giữa tâm các lỗ là 1,36 =0,22 m

b Hệ thống sàn tung nước và lớp vật liệu tiếp xúc

Theo mục 6.246b/TCXD 33-2006, hệ thống sàn tung nước đặt dưới hệ thống phânphối nước và cách 0,6 m và làm bằng gỗ chiều rộng 20 cm, dày 0.05 m đặt cách đềunhau 10cm Dưới sàn tung là các sàn đổ lớp tiếp xúc khử khí với vật liệu tiếp xúc làcốc than xỉ với chiều cao 0.3 m, lớp nọ cách lớp kia 0.8 m

 Tính toán số lớp vật liệu tiếp xúc: ( theo TS Nguyễn Ngọc Dũng)

Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc: F tx= G

K ∆ C tb

Trong đó:

+ K: Hệ số khử khí, chọn vật liệu than cốc có d=24mm với diện tích bề mặt đơn vị

là 120 m2/m3, theo biểu đồ 5-8, xác định được K= 0,077m/h ứng với nhiệt độ nướcnguồn là 21oC

+ Fe2+: hàm lượng sắt của nguồn nước là 15mg/l

+ 1,64: Lượng CO2 tách ra khi thủy phân 1mg sắt của nước nguồn (mg/l)

+Cđ: Hàm lượng CO2 tự do ban đầu trong nước ngầm, (mg/l), Cđ=90mg/l

+ Ct: Hàm lượng CO2 tính toán ứng với độ pH=7.5, và độ kiềm của nước nguồn

h tx=W

F =

21,12

42 =0,5 m

Chiều cao lớp tiếp xúc mỗi sàn theo TCVN33/2006 0,3-0,4m, chọn bằng 0,3m, vậy sốlớp vật liệu tiếp xúc là 2

c Hệ thống sàn thu nước và ống thu nước.

Sàn thu nước đặt dưới đáy giàn mưa để hứng nước sau quá trình làm thoáng, có độdốc 0,05 về phía ống xả cặn, ống xả cặn có đường kính D = 100-200mm ( theo mục6.246b /TCXD 33-2006) chọn D = 150 mm; sàn làm bằng bê tông, chiều cao sàn thu là0,5m; ống dẫn nước sạch để cọ rửa có đường kính D= 50mm;

Đường kính ống thu nước:

d thu=√π v 4 q thu=√3.14 ×1.5 4 × 0.035=0.2m

Trong đó vthu là vận tốc nước chảy trong ống lấy theo phần b mục 6.246/TCXD33-2006; vthu = 1,5 m/s

d Chiều cao giàn mưa

Chiều cao dàn mưa: H gm=H st+H vl+H n

Trong đó: (theo TCVN33-2006BXD)

+ Hst : khoảng cách từ sàn tung đến máng phân phối Hst = 0.6 m

+ Hvl: Chiều cao vật liệu tiếp xúc Giàn mưa thiết kế có 2 lớp vật liệu tiếp xúc,khoảng cách giữa các giữa các lớp là 0,8m Trên mỗi sàn đặt vật liệu tiếp xúc là thancốc dạng cục đường kính 24mm, diện tích bề mặt đơn vị 120 m3/m2( bảng 5-3: đặctính lớp vật liệu tiếp xúc – TS Nguyễn Ngọc Dũng

Hvl = 1* 0.8 + 0,3*2+0,02x2+0,05= 1,49m

+ Hn : chiều cao ngăn thu nước Hn = 0.5m

Chiều cao ngăn thu nước phía nước ra:0,7m

Chiều cao dàn mưa:

H gm=H fm+H vl+H n = 0,6x2 + 1,49 + 0,7 = 3,39(m)

3 Bể lắng đứng tiếp xúc

Bể lắng đứng thường có dạng hình vuông hoặc hình tròn

Cấu tạo gồm có các bộ phận chính sau:

v= H l.1000

2,4.1000 42.60 =0,95(mm/s)Diện tích toàn phần của lắng tiếp xúc:

 Chia thành 5 bể lắng: f 1 bể= 182

5 =36,4 (m2)Chọn bể lắng đứng tiếp xúc dạng hình vuông với kích thước 6x6m

 Lưu lượng nước qua mỗi bể sẽ là:

Q 1 bể= 625

5 =125 (m3/h)=0,035m3/sTốc độ nước chảy qua ống trung tâm là 1,1m/s (0,8-1,2),

 Đường kính ống trung tâm:d thu=√π v 4 q =√4 x 0,035 π 1,1 =0,2(m)

Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 chiều cao ống trung tâm, vậy chiều cao ống trung tâmlà: H tt= H l

0,8=

2,4 0,8=3(m)Chọn chiều rộng đáy nhỏ của phần nón thu cặn là 0,4m

Chiều cao phần hình nón: H n= 6−0,4

2 tg50=3,3(m)Vậy tổng chiều cao của bể lắng đứng tiếp xúc là:

H=Htt+ Hn+ Hbv=3+3,3+0,5=6,8(m)

 Máng thu nước bể lắng đứng tiếp xúc, (theo mục 6.69 TCVN 33/2006): do diện tích bể là 34,75 >20m2, ta có hệ thống máng thu nước là máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và ống có đục lỗ hình nan quạt gồm 6 nhánh tập trung vào máng chính, nước chảy trong ống với tốc độ 0,5-0,6m/s, đường kính các lỗ lấy bằng 20mm, tốc độ nước chảy qua lỗ lấy bằng 1m/s

Ống xả cặn: đường kính ống xả của bể lắng đứng lấy bằng 150mm, (150-200mm)

Thông số bể lắng đứng

tiếp xúc Đơn vị Giá trị

Chiều rộng 1 bể m 6

Đường kính đáy phần

4 Bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc

- Chọn bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh.

V

tb (m/h)

V làmviệctăngcường

V

tc (m/h)

Chiều dàyVLL (mm)

+ Q là lưu lượng nước xử lí; Q = 15000 m3/ngđ

+T là thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày đêm; chọn theo mục 6.102/TCXD 2006; T = 24h

33-+Vtb là tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường; Vtb = 6m/h(bảng 6-11)+a: số lần rửa bể lọc trong một ngày đêm, ở chế độ làm việc bình thường, a=1

+W là cường độ rửa nước chọn theo bảng 6.13 mục 6.115/TCXD 33- 2006;

W = 14 – 16 l/sm2; chọn W = 15 l/sm2

+t1 là thời gian rửa lấy theo bảng 6.13; t = 5-6 phút, chọn t1 = 6 phút

+t2 là thời gian ngừng bể lọc để rửa, t2 = 0,35 h( mục 6.102)

 Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:

 Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức:

+hn là chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc, hn = 2 m (Theo 6.106 TCXD 33:2006)+hbv là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m

+hh: chiều cao hầm thu nước: 1m, đáy bể lọc phải dốc 0,005m về phía ống xả

a Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc

Do có một lớp vật liệu lọc nên dùng biện pháp rửa bằng nước và gió kết hợp, dùng hệthống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc, vì để hạn chế sự xáo trộn giữa lớp sỏi đỡ vàlớp cát lọc Cường độ nước rửa lọc W = 16 l/s.m2 (Theo bảng 6.13 TCXD 33:2006, W

= 14 – 16 l/s.m2) ứng với mức độ nở tương đối của vật liệu lọc là 25%

Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc:

Để phân phối nước rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc loại K1 có đường kính phía trên48mm và tổng chiều dài 280mm

Chọn phương pháp phân phối khí và nước bằng chụp lọc

Số chụp lọc lấy n = 34 cái/1 m2diện tích lọc (33-2006TCXDVN)

- Tổng số chụp lọc trên toàn bể:

a : khoảng cách giữa tim chụp lọc đến tường a =0.28m

Và bố trí 30 hàng dọc khoảng cách giữa các tim chụp lọc là

n= L−2b

30−1=

5−2.0,18

29 =0,16 mTheo 6.122 [1], khoảng cách giữa các chụp lọc 140-180mm

Lấy tốc độ gió là vgió = 15 m/s (Theo 6.122 TCXD 33:2006, vgió = 15 – 20 m/s), đườngkính ống gió chính tính như sau:

D gió=√4 × Q gió

π × v gió=√3,14 × 15 4 ×0,33 =0,15 m=150 mm

Lấy Dgió = 150 mm

c Tính toán hệ thống thu nước rửa lọc:

Bể có chiều rộng 4,4m, chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tamgiác, khoảng cách giữa tâm các máng d = 4,4/2 = 2,2 m (theo mục 6.117-TCVN33/2006 thì không được lớn hơn 2,2m)

Khoảng cách từ tâm máng tới tường lấy bẳng 2,2/2 = 1,1m

 Lượng nước rửa thu vào mỗi máng:

Trong đó:

+ W: cường độ rửa lọc, W = 15 (l/s.m2)

+ d: khoảng cách giữa các tâm máng, d = 2,2 m

+ l: chiều dài của máng, l = 5 m

- Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là I = 0,01.

 Chiều cao toàn bộ của máng:

Hm = hHCN + hđ + δm = 0,45 + 0,3+0,01x5 = 0,8 (m)

 Khoảng cách từ bể mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước là:

∆Hm = L x e100 + 0,25 (m) (T.S Nguyễn Ngọc Dũng-[2])

Trong đó:

+ L: chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1,5 m

+ e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 30% (theo bảng 6.13 – [1])

 ∆Hm = 1,5 x 30100 + 0,25 = 0,7 (m)

Khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vậtliệu lọc tối thiểu 0,07 m [2]

 Vậy ∆Hm sẽ phải lấy bằng: 0,85 + 0,07 = 0,92 (m)

Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước

 Khoảng cách từ đáy máng thu nước đến đáy máng tập trung nước:

+ Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = 0,3 m

+ W: cường độ nước rửa lọc, W = 15 l/s.m2

=> hđ = 0,22 x 0,3 x 15 = 0,99 (m)

- Tổn thất áp lực qua vật liệu lọc:

hvl = (a + b.W) L.eTrong đó:

+ a, b là các thông số phụ thuộc đường kính tương đương của vật liệu lọc, a = 0,76;

b = 0,017 với d=0,5-1,2( cát thạch anh),

+ W = 15 l/s.m2

+ e = 30%, độ nở tương đối của vật liệu lọc

+ L: chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1,5 m

=> hvl = (0,76 + 0,017 x 15) x 1,5 x 0,3= 0,46 (m)

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

=> Vậy tổng tổn thất áp lực trong nôi bộ bể lọc là:

Σh = hh = hcl + hđ + hvl + hbm = 0,82+ 0,99 + 0,46 + 2 = 4,27 (m)

f Chọn máy bơm rửa lọc

Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức

Hr = hhh + hô + ht + hcb

+Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh ht = 3 (m) (Theo Điều 6.355 TCXD 33:2006)+Hhh là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thunước rửa (m)

Hhh = 6 + 3 – 2 + 0,88 = 7.88 (m)

6: Chiều sâu mức nước trong bể chứa

3 : Độ chênh lệch mực nước giữa bể lọc và bể chứa

2 : Chiều cao lớp nước trong bể lọc

Vậy Hr = 12 m và Qr = 306 l/s, ta chọn được bơm rửa lọc

Thông số bể lọc nhanh Đơn vị Giá trị

Chiều cao m 4,3Chiều rộng máng thu nước rửa lọc m 0.8Chiều cao máng thu nước rửa lọc m 0.66Đường kính ống chính phân phối nước

5 Khử trùng nước

 Hàm lượng cặn sau làm thoáng: (mục 6.68[1])

Cmax=Cn + KP+ 0,25MTrong đó: Cn: hàm lượng cặn nước nguồn gồm hàm lượng cặn ban đầu, do khử sắt, mangan

+P: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước(g/m3)

Khử trùng nước bằng Clo lỏng, sử dụng thiết bị phân phối Clo bằng Clorator

Đối với nước ngầm, lượng Clo dùng để khử trùng là 0,7÷1 mg/l [1], chọn 1 mg/l.Lượng Clo cần thiết để khử trùng đã được tính ở trên là:

- Cloratơ dùng để định lượng clo hơi vào nước.

- Chọn Cloratơ chân không.Lượng Clo tiêu thụ trong một ngày :

3.5.3 Cấu tạo trạm Clo

- Trạm Clo được xây dựng cuối hướng gió, gồm 2 gian riêng biệt Trong đó mộtgian để Cloratơ và một gian chứa Clo lỏng Các gian có cửa thoát dự phòng

- Trạm được xây dựng cách li với các khu khác, có hệ thống cửa kín được thônggió thường xuyên bằng quạt

- Trạm có giàn phun nước áp lực cao Trạm có bố trí một tháp trung hòa Clo ốngdẫn Clo là ống cao su có dường kính là D20

Liều lượng clo khử trùng lấy bằng 1mg/l =10-3kg/m3 (Theo TCVN 33:2006 mục 6.161: lượng clo 0,7-1 mg/l)

Lượng clo cần dùng trong 1 giờ:

C=Q ×a=625 ×10−3 =0,625(kg/h)

Trong đó: