Tính toán thiết kế trạm xử lý nước mặt

tính toán thiết kế trạm xử lý nớc 4.1. chất lợng nguồn nớc - tiêu chuẩn nớc ăn uống 4.1.1. thành phần - tính chất nguồn nớc Bảng phân tích thành phần và tính chất nguồn nớc, sử dụng cấp cho thị trấn đợc lấy tại khu vực khoan thăm dò tại phức hệ T 2 ađg (khu vực khai thác). Bảng thành phần chất lợng nớc STT Các chỉ tiêu cơ bản Đơn vị Hàm lợng 1 Nhiệt độ 0 C 23 2 pH 7,4 3 Độ màu cô ban Độ cô ban Không 4 Độ kiềm toàn phần mgđl/l 5,1 5 Độ cứng toàn phần mgđl/l 5,0 6 Fe 2+ mg/l 5,0 7 K + ,Na + mg/l 30,59 8 Ca + mg/l 82,56 9 Mg + mg/l 11,67 10 Clorua Cl - mg/l 42,54 11 Nitrat NO 3 - mg/l 3,59 12 Amoniac NH 4 + mg/l 0 13 HCO 3 - mg/l 314,25 14 Sunphat SO 4 - mg/l 0 15 Photphat PO 4 3- mg/l 0,38 16 Hidrosunphua H 2 S mg/l 0 17 Hàm lợng cặn Max Min mg/l 15 12 18 Colifom Sl/100ml 4 19 Ecoli Sl/100ml 0 20 Mn 2+ mg/l 0,0035 21 SiO 3 - mg/l 1,05 22 Hg mg/l 0,0015 23 Pb mg/l 0,0005 24 As mg/l 0,0003 25 Cr mg/l 0,0015 27 Zn mg/l 0,0026 28 Cyanua cn mg/l 0,005 29 Gốc HaloZen mg/l 0 30 Cu mg/l 0,0006 31 Cd mg/l 0,0001 4.1.2. tiêu chuẩn nớc ăn uống sinh hoạt Tiêu chuẩn vệ sinh nớc ăn uống - Ban hành theo Quyết định của Bộ trởng Bộ Y tế số - 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002. Bảng tiêu chuẩn chất lợng nớc ăn uống sinh hoạt STT Các chỉ tiêu chất lợng Đơn vị Hàm lợng 1 độ đục ntu 2 2 pH 6,5 ữ 8,5 3 Độ màu cô ban Độ cô ban <10 4 Độ kiềm toàn phần mgđl/l 5 Độ cứng mg/l CaCO 3 300 6 Độ oxi hoá KMnO 4 mg/l O 2 2 7 Hàm lợng sắt toàn phần mg/l 0,5 8 Crom cr mg/l 0,05 9 Chì pb mg/l 0,01 10 Na + mg/l 50 - 80 11 Ca + mg/l 75 - 100 12 Mg + mg/l 0,2 13 Clorua Cl - mg/l 250 14 Nitrit NO 2 - mg/l 3 15 Nitrat NO 3 - mg/l 50 16 Amoniac NH 4 + mg/l 1,5 17 Flo mg/l 0,7 ữ 1,5 18 Sunphat SO 4 - mg/l 250 19 Photphat PO 4 3- mg/l 2,5 20 Hidrosunphua H 2 S mg/l 0,05 21 Hàm lợng cặn Max Min mg/l <3 22 Acsenic as mg/l 0,01 23 Mangan Mn mg/l 0,5 24 Niken ni mg/l 0,02 25 Selen se mg/l 0,01 26 Thuỷ ngân hg mg/l 0,01 27 Kẽm zn mg/l 3 28 Cadimi cd mg/l 0,003 29 Nhôm al mg/l 0,2 30 Cyanua cn mg/l 0,07 31 Fecal coliform Mpn/100m 0 32 Tổng coliform Mpn/100m 0 4.1.3. Tổng hàm lợng muối Chúng ta xác định thêm những chỉ tiêu cần thiết cho tính toán thiết kế. Tổng hàm lợng muối đợc tính theo công thức: P = Me + + Ae - + 1,4ì[Fe 2+ ] + 0,5ì[HCO 3 - ] + 0,13ì[SiO 3 2- ] (mg/l) Trong đó: Me + :tổng ion dơng trừ [Fe 2+ ] Me + = [Ca 2+ ] + [Mg 2+ ] + [NH 4 + ] + [Na + ] = 82,56 + 11,67 + 0 + 30,59 = 124,82 (mg/l) Ae - là tổng ion âm trừ [HCO 3 - ] Ae - = [Cl - ] + [SO 4 2- ] + [NO 2 - ] + [NO 3 - ] + [PO 4 3- ] = 42,54 + 0 + 3,59 + 0,38 = 46,51 (mg/l) P = 124,82 + 46,51 + 1,4 ì 5 + 0,5 ì 314,25 + 0,13 ì 1,05 = 335,59 (mg/l) 4.1.4. Xác định lợng CO 2 tự do có trong nớc nguồn với các số liệu: Hàm lợng muối P = 335,59 (mg/l) Nhiệt độ của nớc t o = 23 o C Độ pH = 7,4 độ kiềm K io = 2,7 (mgđl/l) Tra biểu đồ quan hệ giữa K i , CO 2 và độ pH trong nớc (giáo trình xử lý nớc cấp - TS. Nguyễn Ngọc Dung ) ta xác định hàm lợng CO 2 tự do trong nớc nguồn là [CO 2 ] là 18 (mg/l). 4.1.5. Đánh giá chất lợng nớc nguồn a. Kiểm tra mức độ chính xác của các chỉ tiêu: Độ kiềm toàn phần: K tp = [ ] 02,61 3 HCO = 15,5 02,61 25,314 = (mgđlg/l) Độ cứng toàn phần: C tp = [ ] 04,20 2+ Ca + [ ] 16,12 2+ Mg = 04,20 56,82 + 08,5 16,12 67,11 = (mgđlg/l) Nh vậy các chỉ tiêu tính toán là chính xác. b. Nhận xét: Hàm lợng cặn (C max = 15 mg/l) lớn hơn chỉ tiêu nớc cấp cho sinh hoạt. Vì vậy, phải khử sắt. độ màu (0) do đó không phải làm trong. 4.1.6. Lựa chọn sơ bộ phơng pháp khử sắt Trong quá trình khử sắt sẽ tạo thành 2 CO tự do, trong quá trình làm thoáng phần lớn tự do sẽ đợc giải phóng ra khỏi nớc bay vào không khí. Để xác định hàm lợng 2 CO còn lại trong nớc thì ta phải xác định lợng 2 CO căn cứ vào trị số độ kiềm và độ pH của nớc nguồn bằng cách tra biểu đồ hình (5 - 1) Giáo trình Xử lý nớc cấp - TS Nguyễn Ngọc Dung để tìm hàm lợng 2 CO trong nớc nguồn trớc khi làm thoáng,sau đó cộng thêm vào lợng 2 CO tự do này là 1 lợng 2 CO bổ sung do thuỷ phân sắt tạo ra. Hàm lợng 2 CO còn lại trong nớc sau khi làm thoáng xác định theo công thức: [ Co 2 * ] = [ Co 2 0 ] + [ Co 2 ] (mg/l) trong đó: [ Co 2 * ] : Hàm lợng Co 2 sau khi làm thoáng. (mg/l) [ Co 2 0 ] : Hàm lợng Co 2 bổ sung do thuỷ phân sắt tạo ra. (mg/l) [ Co 2 ] : Hàm lợng Co 2 ban đầu trong nớc. (mg/l) cứ 1 mg fe thuỷ phân tạo ra 1,6 mg/l Co 2 và độ kiềm giảm 0,036 mg/l. vậy 5 mg fe thuỷ phân tạo ra 8 mg/l Co 2 [ Co 2 * ] = 18 + 8 = 26 (mg/l) Độ kiềm của nớc sau khi làm thoáng: Ki = K i0 - 0,036 + ì 2 Fe C Trong đó: K i0 : Độ kiềm ban đầu của nớc nguồn. (mgđlg/l) 0,036: Độ kiềm giảm đi do thuỷ phân 1 mg fe. Ki = 5,1- 0,036 ì 5 = 4,92 Tra biểu đồ hình (5 - 1) Giáo trình Xử lý nớc cấp - TS Nguyễn Ngọc Dung, với các thông số: Hàm lợng muối P = 335,59 (mg/l) Nhiệt độ của nớc t o = 23 o C Hàm lợng 2 CO = 26 mg/l. độ kiềm K io = 2,7 (mgđl/l) Ta tìm đợc pH = 7,2 Vì: Độ kiềm trong nớc > 1 mg/l. Độ pH > 6,8 do đó dùng phơng pháp làm thoáng đơn giản. 4.2. Lựa chọn dây chuyền công nghệ Căn cứ vào công suất trạm hàm lợng cặn lơ lửng có trong nớc và các thông số về chất lợng nớc do khảo sát chất lợng và tính toán ta lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ nh trên hình 4.1 1. Ph ơng án I : Trạm bơm I Làm thoáng trên mặt bể lọc nhanh Bể chứa n- ớc sạch Clo khử trùng Mạng lới 2. Ph ơng án II : Hình 4.1. Các phơng án dây truyền công nghệ. 3.Phân tích: làm thoáng đơn giản và lọc: Phơng pháp làm thoáng đơn giản và lọc có chiều cao phun ma nhỏ ( 1m ), với chiều cao đó chỉ đủ thời gian cho nớc đợc cấp thêm oxi. Lợng Fe 2+ đợc oxi hoá thành Fe 3+ với tỷ lệ nhỏ. Quá trình oxi hoá Fe 2+ thành Fe 3+ và thuỷ phân Fe 3+ thành Fe(OH) 3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc. Do đó hiệu quả xử lý cao. u điểm: - công trình xử lý đơn giản. - hiệu quả xử lý cao và ổn định. - chu kỳ lọc kéo dài do tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc tăng chậm. Phạm vi áp dụng: - Sử dụng cho nguồn nớc có hàm lợng sắt 15 mg/l. Trạm bơm I Bình hoà trộn không khí Bể lọc sinh học trọng lực Bể chứa nớc Clo khử trùng Mạng lới - độ oxi hoá [ 0,15(Fe 2+ ) ] mgđl/l. - hàm lợng NH 4 mg/l. - độ màu của nớc khi bơm khỏi giếng 15 0 - độ ph sau khi làm thoáng 6,8 - độ kiềm còn lại trong nớc > + + 28 1 3 Fe mgđl/l. - sơ đồ này có thể áp dụng cho công suất bất kỳ. làm thoáng bằng bể lọc sinh học trọng lực: khử sắt bằng phơng pháp sinh học đợc diễn ra ở lớp vật liệu lọc trong các bể lọc. Khác với khử sắt bằng hóa lý, lớp vật liệu lọc trong bể lọc sinh học đã đợc bao phủ bởi lớp màng vi khuẩn. Lớp màng này càng rắn chắc thì hiệu quả xử lý càng cao. Thông thờng thời gian luyện vật liệu lọc để khử sắt phải kéo dài trong thời gian khoảng 10 ngày. bể lọc khử sắt có thể đợc làm việc trong điều kiện áp lực hay trọng lực. u điểm: - khả năng giữ cặn sắt của bể lọc sinh học lớn gấp 5 lần so với bể lọc khử sắt thông thờng. - phơng pháp khử sắt thông thờng không phải dùng thêm hoá chất. - tốc độ lọc cao nhờ độ rắn chắc của lớp màng sinh học bao quanh hạt vật liệu lọc. Tốc độ lọc có thể đạt tối đa 40 ữ 50m/h, tức là lớn gấp 5 ữ 7 lần so với bể lọc nhanh khử sắt thông thờng. - tiết kiệm lợng nớc rửa lọc chỉ bằng 1/5 lần so với bể lọc khử sắt thông thờng. đặc biệt có thể dùng nớc thô để rửa lọc, tuyệt đối không dùng nớc đã pha clo khử trùng để rửa vì sẽ làm giảm quần thể vi khuẩn khử sắt có trong bể lọc. 4.3. tính toán các công trình trong trạm xử lý Hình 4.2. Làm thoáng đơn giản (phun nớc trực tiếp trên mặt bể lọc). cho nớc phun trên mặt bể lọc với chiều cao 0,9m tính từ mực nớc cao nhất trong bể lọc tới giàn ống phân phối nớc. Dùng giàn ống khoan lỗ để phân phối nớc. Với chiều cao 0,9m nh vậy, nớc đợc cấp thêm oxi tự do. Khi làm thoáng, Fe 2+ đợc oxi hoá thành Fe 3+ với tỉ lệ nhỏ. Quá trình oxi hoá Fe 2+ thành Fe 3+ và thuỷ phân Fe 3+ thành Fe + (OH) 3 chủ yếu xảy ra trong lớp vật liệu lọc. Giàn ống phân phối : có dạng hình xơng cá, trên có khoan lỗ đờng kính 6mm. tốc độ nớc chảy trong ống v = 1,5 - 2m/s, cờng độ ma 10 m 3 /m 2 h. Bể lọc nhanh: có cấu tạo và nguyên tắc làm việc giống nh các bể lọc nhanh thông thờng. Do quá trình oxi hoá và thuỷ phân sắt còn tiếp tục xảy ra trong lớp vật liệu lọc nên ngay từ đầu chu kỳ lọc, cặn đã bám sẵn trong lớp vật liệu lọc và độ chứa cặn của lớp vật liệu lọc sẽ cao hơn. Các thông số tính toán: - đờng kính tơng đơng của hạt vật liệu lọc d tđ = 0,9 - 1,3 mm. - chiều dày lớp vật liệu lọc 1m. - tốc độ lọc v bt = 7 m/h. - tốc độ lọc tăng cờng là v tc = 10 m/h. - Rửa lọc bằng gió nớc kết hợp. - cờng độ rửa lọc đối với nớc là W n = 12 (l/s.m 2 ). - Cờng độ gió rửa lọc là: W gio = 20 (l/s.m 2 ). - Thời gian rửa nớc thuần tuý là t 1 = 0,1h = 6 - Thời gian ngừng để rửa bể là t 2 = 0,35h = 20 - Chiều dày lớp vật liệu đỡ 0,2m. 0.90 6 5 11 8 9 2 8 7 15 13 4 11 12 1 7 14 6 2 5 2 15 9 1 8 3 10 3 4.3.1. Bể lọc nhanh trọng lực: Sơ đồ cấu tạo bể lọc nhanh đợc trình bày trên hình 4.7 Hình 4.3. Bể lọc nhanh. Chú thích: (1)- Đờng ống dẫn nớc lọc vào bể. (2)- Đờng ống dẫn nớc trong về bể chứa. (3)- Lớp nớc trên mặt vật liệu lọc. (4)- Lớp vật liệu lọc. (5)- Lớp vật liệu đỡ. (6)- Hệ thống thu nớc trong và phân phối nớc rửa lọc. (7)- ống dẫn nớc trong vào bể (8) - Máng phân phối nớc lọc và thu nớc rửa lọc. (9) - Mơng phân phối nớc lọc (10) - Mơng tập trung nớc rửa lọc. (11)- ống cấp nớc rửa lọc. (12)- ống xả nớc lọc đầu. (13)- ống xả nớc rửa lọc. (14)- ống xả kiệt. (15)- ống cung cấp gió rửa lọc. 1. Tính toán bể lọc a. các thông số kích thớc của bể lọc: Tổng diện tích mặt bằng các bể lọc đợc tính nh sau: 21 6,3. tvatWavT Q F btnbt = (m 2 ) Trong đó: Q: là công suất trạm xử lý, Q = 70.000 (m 3 /ngđ). T: là thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm, T = 24 (h). v bt : là tốc độ lọc khi làm việc bình thờng, v bt = 7 (m/h). W n : là cờng độ nớc rửa, W n = 8 (l/s.m 2 ). t 1 : là thời gian rửa lọc, t 1 = 4 phút = 0,067 h. t 2 : là thời gian ngừng làm việc của bể để thực hiện các thao tác rửa, t 2 = 0,3 (h). a : là là số lần rửa lọc trong một ngày đêm ở chế độ bình thờng. a = 2 Thay số ta có: 88,377 735,021,0126,3724 000.60 = ì = xxxx F (m 2 ) Số bể lọc là: 2,988,3775,05,0 =ì=ì= FN bể. Chọn phơng án xây dựng 10 bể. Kiểm tra tốc độ lọc tăng cờng : hm N N vv bttc /78,7 110 10 7 1 = ì= ì= . [...]... của mơng tập trung là hợp lý Đáy mơng tạo độ dốc i= 0,01 về phía ống thu nớc rửa lọc đến công trình tiếp theo Đờng kính ống xả: D = 600 mm tỷ lệ lợng nớc rửa so với lợng nớc vào bể lọc tính theo công thức: P= w ì f ì t1 ì 60 ì N ì 100 (%) Q ì To ì 1000 Trong đó: w : Cờng độ rửa lọc wn = 12 l/s.m2 f : Diện tích một bể lọc, f = 37,8 m2 N : Số bể lọc, N = 3 Q : Công suất trạm xử lý, Q = 2500 m3/h T0: Thời... gian xả nớc lọc đầu, thời gian To = 24 ( 0,1 + 0,07 + 0,35) = 11,38h 2 vậy : P= 12 ì 37,8 ì 6 ì 60 ì 10 ì 100 = 5,74(%) 2500 ì 11,38 ì 1000 d Tính toán mơng phân phối nớc vào bể Nớc trong ống dẫn từ bể lắng tới qua mơng phân phối nớc vào bể lọc vào từng bể Thiết kế hai mơng phân phối nớc vào bể, mỗi mơng phân phối nớc cho 1 bể lắng Lu lợng nớc chảy trong mỗi mơng là: Qm = 60000 = 347,22l / s 2 ì 24 ì... 0,542m / s F 0,8 ì 0,8 e Tính toán hệ thống phân phối nớc rửa lọc Quy trình rửa bể: - Bơm khí với cờng độ 20 l/s m2 trong thời gian 2 phút - Bơm nớc kết hợp khí ,với cờng độ khí 15 l/s m2 và cờng độ nớc 4 l/s.m2 sao cho cát lọc không bị trôi vào máng trong thời gian 5 phút - Cuối cùng ngừng bơm khí và tiếp tục bơm nớc thuần tuý với cờng độ 8 l/s m2 trong thời gian 4 phút nước khí tới bể trộn phèn... chiều cao lớp vật liệu đỡ; hđ = 0,2 m hl: chiều cao lớp vật liệu lọc; hl = 1 m hn: chiều cao lớp nớc trên mặt lớp vật liệu lọc; hn = 2 m H = 1 + 0,1 + 0,2 + 1 +2 = 4,3 m Chiều cao xây dựng bể lọc là: HXD = H + hbv (m) Trong đó: hbv: chiều cao bảo vệ; hbv = 0,3 m Vậy: HB = 4,3 + 0,3 = 4,6 (m) b Tính toán hệ thống phân phối và thu nớc rửa lọc: Máng phân phối và thu nớc rửa lọc nh hình 4.4 Với kích thớc... 6,3 (m) ta chọn mỗi bể 3 máng phân phối nớc và thu nớc rửa lọc Máng làm bằng bê tông cốt thép, có mặt cắt ngang hình ngũ giác với đáy hình tam giác Khoảng cách giữa tim máng là l = 6,3 0,3 = 2,0 (m), (Quy phạm l 2,2 m ) 3 Khoảng cách giữa tim máng với tờng 1m Chiều dài máng l = 6 (m) Lu lợng nớc rửa bể tính theo công thức: qr = Wn ì d ì l (l/s) Trong đó: Wn: là cờng độ nớc rửa, Wn = 12 (l/s.m2) d:... hệ thống diện tích bề mặt công tác Hệ thống phân phối khí và nớc bằng chụp lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn,bơm định lượng lực qua các khe lớn hơn nhiều so với tổng tổn thất áp cặn độ chênh áp ở các điểm khác nhau, vì vậy áp lực trớc các lỗ ở mọi điểm coi nh bằng nhau, lu lợng qua các lỗ bằng nhau (đều), đây là u điểm của phơng pháp phân phối trở lực lớn Tổng diện tích cần thiết của các khe hở... đáy máng lấy về phía máng tập trung nớc là i = 0,01, chiều dày thành máng lấy là =0,1m Chiều cao toàn phần của máng thu nớc là: Hm = hCN + hđ + (m) Hm = 0,34 + 0,22 + 0,1 = 0,66 (m) Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên của máng thu đợc xác định theo công thức : hm = Lìe + 0,25(m) 100 trong đó: L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1m e : Độ giãn nở tơng đối của lớp vật liệu lọc, e = 20%... = 0,72 + 0,07 = 0,79 (m) c Mơng tập trung nớc rửa lọc nớc rửa lọc từ máng thu tràn vào mơng tập trung nớc Chọn chiều rộng mơng tập trung BM = 0,8(m) Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy mơng tập trung tính theo công thức: hm = 1,75 ì 3 2 qM + 0,2 (m) g BM Trong đó: qM : Là lu lợng nớc chảy vào mơng, qm = f ì w 37,8 ì 12 = = 0,454 m 3 / s 1000 1000 ( BM : là chiều rộng mơng, BM = 0,8 (m) g: gia tốc trọng . tính toán thiết kế trạm xử lý nớc 4.1. chất lợng nguồn nớc - tiêu chuẩn nớc ăn uống 4.1.1. thành phần - tính chất nguồn nớc Bảng phân tích thành phần và tính chất nguồn nớc,. trong bể lọc. 4.3. tính toán các công trình trong trạm xử lý Hình 4.2. Làm thoáng đơn giản (phun nớc trực tiếp trên mặt bể lọc). cho nớc phun trên mặt bể lọc với chiều cao 0,9m tính từ mực nớc. lọc. 1. Tính toán bể lọc a. các thông số kích thớc của bể lọc: Tổng diện tích mặt bằng các bể lọc đợc tính nh sau: 21 6,3. tvatWavT Q F btnbt = (m 2 ) Trong đó: Q: là công suất trạm xử lý, Q