Đồ án xử lý nước cấp bể lọc tiếp xúc

Hiểu rõ giá trị của nước sạch, biết cách xử lí nguồn nước tự nhiên thành nước sạch để cung cấp là yêu cầu cần thiết sau khi học môn này.. Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, em đã trưở

MỤC LỤC:

Trang

Lời nói đầu 2

A LỰA CHỌN DÂY CHUYÊN CÔNG NGHỆ I Nhiệm vụ thiết kế 3

II Tính toán, kiểm tra các thông số 4

III Lựa chọn dây chuyên công nghệ 7

B TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 1 Thùng quạt gió 8

2 Bể lắng đứng tiếp xúc 14

3 Bể lọc nhanh trọng lực 18

4 Bể chứa nước sạch 25

5 Tính toán công trình khử trùng nước 26

6 Trạm bơm cấp II 27

C SƠ ĐỒ CAO TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC : 2 Bể lọc nhanh trọng lực 29

1 Bể chứa nước sạch 29

3 Bể lắng đứng tiếp xúc 29

4 .Thùng quạt gió .30

D.QUI HOẠCH MẶT BẰNG NHÀ MÁY NƯỚC ……… 31

KẾT LUẬN……… 31

Tài liệu tham khảo………32

LỜI MỞ ĐẦU

Nước đóng vai trò cực kì quan trọng cho sự sống trên trái đất trong đó có sự sống của con người Xã hội loài người càng phát triển nhu cầu dùng nước ngày càng tăng mạnh mẽ cả về chất lượng lẫn số lượng Khác với quá khứ, nước tự nhiên hiện nay, ít nhiều bị nhiễm bẫn bởi các hoạt động tự nhiên và nhân tạo Sử dụng trực tiếp nước từ tự nhiên trong sinh hoạt và các hoạt động khác không còn hợp lí trong bối cảnhmức sống và nhận thức của con người đã nâng cao rất nhiều nữa ( kể cả ở Việt Nam)

Xử lí nước cấp (XLNC) vì thế trở thành một khâu quan trọng, bắt buộc trong ngành cấp nước

Là một trong các môn học chuyên ngành của SV ngành môi trường, sau này XLNC sẽ là một trong những công việc mà em có thể làm sau khi ra trường Hiểu rõ giá trị của nước sạch, biết cách xử lí nguồn nước tự nhiên thành nước sạch để cung cấp

là yêu cầu cần thiết sau khi học môn này Đồ Án xử lí nước cấp giúp em cụ thể hóa những điều đã được học Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, em đã trưởng thành hơntrong việc nhìn nhận vấn đề, lựa chọn dây chuyền công nghệ, tính toán các công trình, thiết kế và đọc bản vẽ bể lọc, mặt bằng…

Đồ án của em đã được hoàn thành, em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án này Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Lan Phương đã góp ý giúp đỡ em chọn ra được phương án cuối cùng trong thiết kế và bản

vẽ Em cũng xin cảm ơn các bạn đã giúp em trong quá trình làm đồ án

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2013

Sinh Viên

A LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ :

- Thiết kế trạm xử lý nước cấp với công suất thiết kế Qtk = 18000 m3/ ngđ

- Nguồn cung cấp nước: Nước ngầm

- Hướng gió chủ đạo trong năm: Đ-B

- Yêu cầu nước sạch sau xử lý: Đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đối với nước dùngcho ăn uống và sinh hoạt (Theo quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của

Bộ Y Tế)

* Đánh giá chất lượng nước nguồn :

Dựa theo TIÊU CHUẨN VỆ SINH NƯỚC ĂN UỐNG (Ban hành kèm theoQuyết định của Bộ trưởng Bộ y tế số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18-4-2002) và các chỉtiêu chất lượng nước nguồn ta thấy nguồn nước sử dụng có các chỉ tiêu sau đây:

Số

thứ

tự Tên chỉ tiêu Ðơn vị tính

Giới hạn tối đa

Số liệu trong nước nguồn

Nước nguồn có hàm lượng sắt khá lớn do đó ta lựa chọn phương pháp xử lý nước

là làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió

II TÍNH TOÁN, KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ :

1 Các thông số trước khi làm thoáng :

a Công suất tính toán của trạm xử lý nước cấp :

Công suất thiết kế của trạm là Q tk = 18000 m3/ngđ

Lưu lượng nước dùng riêng cho trạm : 10% Q tk

=> Công suất tính toán của trạm Q = 1,1.Q tk =1,1 18000 =19800 m3/ngđ

b Tổng hàm lượng muối:

tổng hàm lượng muối trong nước ngầm được tính theo công thức:

p=

trong đó:

- : tổng hàm lượng các ion dương

- : tổng hàm lượng các ion âm

b Xác định CO 2 tự do có trong nước nguồn :

Lượng CO2 tự do có trong nước nguồn phụ thuộc vào độ PH, Ki, to, Tổng hàmlượng muối P và được xác định theo biểu đồ Langlier:

HCO 0,5.

Fe 1,4.

Ae Me

Ca Me

Me

 Ae

, 138



Me

Tra biểu đồ 6-2 TCXDVN 33-2006 ta xác định được hàm lượng CO2 tự do trongnước nguồn là 38 mg/l.

2 Xác định các thông số sau khi làm thoáng :

Nước nguồn là nước ngầm có hàm lượng sắt Fe2+ = 12 mg/l, công suất tính toán

bức để xử lý nước

Quá trình oxy hóa sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III và thủy ngân sắt hóa trị IIIthành bông cặn Fe(OH)3 để lắng đọng biểu hiện bằng phương trình sau :

4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 +8H+ Đồng thời xảy ra phản ứng phụ :

Để oxy hoá và thuỷ phân 1mg Fe2+ thì tiêu thụ 0,143 mg O2 đồng thời làm

max :là hàm lượng cặn nước nguồn = 10 mg/l

M là độ màu của nước (thang màu Pt/Co) =13 độ

=> Cmax = 10 + 1,92 x 12 + 0,25 x 13 = 36.29 mg/l

3 Kiểm tra ổn định nước :

Sau khi làm thoáng pH của nước, nước có khả năng mất ổn định nên ta phải kiểmtra độ ổn định của nước Độ ổn định được đặc trưng bởi trị số bão hoà J:

J = pH0 – pHs

- pH0 : Độ pH của nước sau khi làm thoáng.Theo tính toán pH0 = 7,2

- pHs : Độ pH của nước sau khi đã bảo hoà Cacbonat đến trạng thái cân bằng tính theocông thức:

pHs = f1( t ) – f2( Ca2+ ) – f3( K ) + f4( P )Trong đó f1( t ) , f2( Ca2+ ) , f3( K ) , f4( P ) là những trị số phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng

độ canxi, đồ kiềm, tổng hàm lượng muối trong nước, xác định theo đồ thị H-6.1,TCXDVN 33-2006:

III LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ :

Dựa trên các số liệu tính toán, với công suất trạm xử lý là 5280 m3/ngđ, có xử lý

ổn định nước, nên ta chọn dây chuyền xử lý nước nguồn như sau :

Cl2

Thuyết minh quá trình công nghệ :

Nước ngầm thô qua trạm bơm cấp I được dẫn lên thùng quạt gió và được phân

phối đều thông qua hệ thống dàn ống phân phối, sau đó rơi xuống,qua lớp vật liệu tiếpxúc tiếp xúc với không khí, nước tại đây nước được chia nhỏ dần qua các lớp vật liệu

Nước nguồn(nước ngầm)

Làm thoáng cưỡng bứcbằng thùng quạt gió

Bể lắng tiếp xúc(bể lắng đứng)

Bể lọc nhanh

BCNS

MLCNTBII

Khử trùngbằng clo

tiếp xúc, tạo điều kiện cho oxi hòa tan vào nước, oxi hóa sắt II thành sắt III, tạo thành

Nước tiếp tục được đưa sang bể lắng đứng tiếp xúc, lúc này quá trình oxi hóa và thủy

phân sắt diễn ra hoàn toàn, đồng thời bể lắng giữ một phần bông cặn nặng trước khi

sang bể lọc Nước từ bể lắng sang bể lọc nhanh trọng lực, các hạt cặn lơ lửng trong

nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt vật liệu lọc thìđều được giữ lại, các hạt keo sắt, keo hữu cơ gây ra độ đục và độ màu, có kích thướcnhỏ hơn nhiều lần kích thước các lỗ rỗng nhưng có khả năng kết dính và hấp thụ lên

bề mặt hạt lớp vật liệu lọc nên vẫn được giữ lại Nước từ bể lọc nhanh theo đường ống

sang bể chứa nước sạch Quá trình đưa nước đến bể chứa nước sạch phải có đường ống châm clo khử trùng nước Sau đó qua trạm bơm cấp II cung cấp cho mạng lưới.

B TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ:

Cấu tạo thùng quạt gió gồm các bộ phận sau :

1 hệ thống phân phối nước

2 vật liệu tiếp xúc

3 sàn đỡ vật liệu tiếp xúc

4 quạt gió

5.ống cấp khí để rửa thông quạt gió

6 ống câp nước để rửa thông quạt gió

7 ống xả nước để rửa thông quạt gió

1 Hệ thống phân phối nước:

Hệ thống phân phối nước có dạng hình xương cá, với các ống nhánh được khoan 2 hàng lỗ so le ở nửa bên dưới bên dưới có hướng tạo thành 450 so với phương thẳng đứng đường kính lỗ 10-12mm tổng diện tích các lỗ lấy bằng 30-35% diienj tích tiết diện ngang của ống chính

Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh : 250-300mm

Khoảng cách giữa các tim lỗ : 200-300mm

3 Sàn thu nước có xi phông: nước xuống sàn thu nước trước khi dẫn xuống

bể lắng phải qua ống xiphông Mục đích không cho khí của quạt gió lọt vào ốngdẫn nước xuống mà chỉ được đi từ dưới lên trên thùng quạt gió

chiều rơi của nước tạo điều kiện tiếp xúc giữa nước với không khí giúp khử sắthiệu quả

Khi dùng thùng quạt gió theo tiêu chuẩn TCVN33-2006 sẽ giải phóng được

b TÍNH TOÁN THÙNG QUẠT GIÓ:

1 Diện tích thùng quạt gió tính theo công thức

q

Q

F  (m 2 )

với: Q:công suất trạm xử lí(m3/h) Q= 19800m3/ngđ= 825m3/h

qm:cường độ mưa tính toán(m3/m2h) Lấy qm= 40(m3/m2h)

Hnt: chiều cao ngăn thu nước Hnt = 0,5 (m)

Hfm: chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc H = 1(m)

hvltx : tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc

Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu tiếp xúc lấy bằng 30mm/1m chiều dài của thùng

Hvltx= 2m nên hvltx= 2.30= 60 mm

hcb : Tổn thất cục bộ chọn hcb = 15 mm ( quy phạm 1520mm)

hsan : Tổn thất qua sàn phân phối lấy bằng 10mm

ho : Tổn thất qua ống phân phối gió lấy bằng 15mm.

 Hgió= hvltx + hcb + hsan + ho (m)= 60 + 15+ 10 + 15 = 100(mm)

* Chọn máy quạt gió theo các thông số cơ bản:

Qgió = 2,29 (m3/s)

Hgió = 100 mm

Ta chọn 1 quạt gió cung cấp cho 4 thùng và 1 quạt gió dự phòng

2 Hệ thống phân phối nước:

Gồm ống chính và các ống nhánh đấu với nhau theo dạng xương cá

Trên các ống nhánh đục lỗ  10 thành 2 hàng hướng xuống dưới và nghiêng so vớiphương nằm ngang 1 góc 450 Diện tích 1 lỗ là:

- Bể lắng tiếp xúc có chức năng lưu nước lại trong bể tạo điều kiện cho quá trình oxi hoá

và thuỷ phân sắt diễn ra hoàn toàn, đồng thời giữ một phần bông cặn nặng trước khi đưa sang

bể lọc Chức năng chính của bể lắng tiếp xúc là để cho Fe2+ tiếp xúc với oxi khí trời, nên còngọi là bể lắng tiếp xúc

Cấu tạo bể lắng tiếp xúc, mặt bằng hình vuông:

2

1 7

3

t: thời gian nước lưu lại trong bể 15 – 20 phút, chọn t = 15 (phút)

60

15 825





(m3)

- Lấy chiều cao vùng lắng của bể là Hl = 2 (m), theo quy phạm Hl = 1,5 ÷ 3,5 (m)

- Tốc độ nước dâng trong bể:

22 , 2 60 15

1000 2 1000

- Tốc độ nước chảy trong ống trung tâm (giới hạn cho phép 0,8 – 1,2m/s) [3]

Chọn v = 0,8 m/s, đường kính ống trung tâm là:

3 , 0 1000 8 , 0 14 , 3

29 , 57 4 4

- Tổng diện tích của mỗi bể lắng tiếp xúc kể cả ống trung tâm:

f +

4 d2

4

3 , 0 14 ,

3  2

= 25,85 (m2)Chọn thiết kế bể lắng tiếp xúc hình vuông với kích thước mỗi bể 5,1 × 5,1 = 25,85 (m2)

- Chiều cao vùng lắng lấy bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ:

Htrụ =

8 , 0

 : góc hợp bởi hai cạnh phần hình nón so với mặt phẳng ngang ( = 50 -700 , chọn

α = 500) [1]

2

4 , 0 1 , 5

- Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc:

H = Htr + Hn + Hbv = 2,5 + 2,8 + 0,5 = 5,8 (m)

Máng thu nước:

Vì diện tích của bể lắng lớn hơn 12 (m2) nên để thu nước đã lắng ta dùng máng vòngchảy tràn quanh bể và 4 máng hình nan quạt, nước sẽ chảy theo 2 chiều rồi vào máng tậptrung

- Nước chảy theo 2 hướng nên lưu lượng tính toán của máng vòng:

2

05729 , 0

Q

(m3/s) Q: lưu lượng vào mỗi bể 825/4= 206,25 (m3/h) = 0,05729 (m3/s)

- Diện tích mặt cắt ngang của máng vòng:

m

m m

Chiều rộng máng 0,3m và chiều cao lớp nước là 0,16m

- Thiết kế 4 máng nan quạt với lưu lượng tính toán của máng là:

- Vận tốc nước chảy trong máng: Vmtt = 0,6 (m/s)

- Tiết diện của máng: fmtt = 0,00573,6

mtt

V Q

= 0,1 (m2), kích thước: 0,5 x 0,2 (m)

- Thời gian xả cặn:

T =

) (

W

C Q

N

C



 (h)

d D d D

8 , 2 14 ,

 : Nồng độ trung bình của cặn đã nén, xử lý không dùng phèn tra bảng 6.8 trang 36,

M: độ màu của nước nguồn M = 13 (độ Pt/Co)

v: liều lượng vôi kiềm hóa nước v = 0 (mg/l)

=> Cmax = 10 + 1,92×12 + 0,25.13 + 0 = 36,3 (mg/l)

Vậy : T =

) 10 3 , 36 ( 825

300000 4

5 , 19 ) (

W

N kp

.

100 W C

4.BỂ LỌC NHANH TRỌNG LỰC

1 Máng tập phân phối nước lọc và tập trung nước rửa lọc

2 Máng tập trung

3 Ống dẫn gió rửa lọc

4 Ống nhánh phân phối gió rửa lọc

5 Ống phân phối nước rửa lọc

a Kích thước các bộ phận trong bể lọc nhanh:

Theo bảng 6.11 (TCXDVN 33:2006) Chọn lớp vật liệu lọc là cát thạch anh với đường kính nhỏ nhất dmin = 0,7mm; đường kính lớn nhất dmax = 1,6mm; đường kính tương đương dtđ = 0,75 – 0,8mm Hệ số không đồng nhất K = 1,3 -1,5 Rửa lọc bằng gió nước kết hợp sử dụng giàn ống phân phối

Công suất của trạm xử lí: Q = 19800 (m3/ng.đ)

Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm: T = 24(h)

Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường:Vbt =6-8(m/h) Chọn Vbt=7(m/h)

Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường: a = 1

W: Cường độ nước rửa lọc Chế độ rữa gió nước kết hợp, lấy theo điều 6.123 –TCXD33-2006.

W1 =2,5sm2 :lưu lượng nước khi rửa gió+nước

.t1 = 5phút: thời gian rửa gió nước kết hợp

W2= 6 l/sm2 :lưu lượng nước khi rửa bằng nước

.t2 = 4phút: thời gian rửa bằng nước

.t3 = 0,35 giờ Là thời gian ngừng bể lọc để rửa

Tốc độ lọc tăng cường cho phép: Vtc = 8-10(m/h)

 Vậy trạm xử lí có 6 bể lọc nhanh diện tích mỗi bể (45 )m2, mỗi dãy 3 bể

* Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh:

H = hvl + hd + hn +hbv + htn (m)

Trong đó:

hvl: chiều cao lớp vật liệu lọc(lớp cát lọc); hvl = 1,0 m.(bảng 6.11tcxd33-2006)

hn: chiều cao lớp nước trên mặt vật liệu lọc; hn = 2,5m.quy phạm hn2m

hbv: 0,5 m

hd:chiều cao lớp đỡ:= 0,2 m

htn:chiều cao tầng thu nước:= 1,0 m

Vậy H = 1,0 + 2,5 + 0,5 + 0,2 +1,0 = 5,2 m

Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc:

Bể rộng 5 m, mỗi bể bố trí 3 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác

Khoảng cách giữa các tim máng sẽ là:

d: Khoảng cách giữa các tim máng; d = 1,67m

l: Chiều dài máng (lấy bằng chiều dài của bể); l = 4 m

đáy tam giác k = 2,1

qm: Lưu lượng nước vào máng; qm = 0.08 m3/s

a: Tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật của máng với

2 053 0

Vậy chiều cao hình chữ nhật của máng là hCN = 0,21m

Chiều cao phần đáy tam giác của máng là

hđ =0,5Bm =0,5 x 0,35 = 0,175 m

Độ dốc đáy máng về phía máng tập trung nước với i = 0,01

Chiều dày thành máng lấy m = 0,08m

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa:

Hm = hCN + hđ + m = 0,21+ 0,175 + 0,08 = 0,465 m

Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước:

Máng phân phối nước lọc

và thu nước rửa lọc

3 , 0

Trong đó: H: Chiều dày lớp vật liệu lọc; H= 1,5m

e: Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc; e = 30%

h = 1 ,510030 + 0,3 = 0,75m

Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm caohơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,1m

mương tập trung (i = 0,01); máng dài 4 m nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0.465 + 0.01x 4 = 0,505 m.Ta có h = 0,75-0,505=0,245m

+ 0,2 = 0,476 m

Đáy máng có độ dốc i = 0,01 về phía ống thu nước (nước rửa lọc)

Mực nước trong máng tập trung thấp hơn đáy máng thu 0.2m

Tính toán các đường ống kĩ thuật :

Đường ống dẫn nước từ bể lắng qua bể lọc: Khối bể lọc gồm 6 bể, được bố trí thành 2 dãy nên sẽ có 2 ống dẫn từ khối bể lắng tới Lưu lượng nước qua mỗi ống:

2 3600 24

1000 19800

Cường độ gió Wjio=15(l/s.m2)

Lưu lượng gió cung cấp cho một bể

Qjio= W F=1520 =300 (l/s) =0.3 m3/s

Vjio(15-20(m/s)) Chọn V=20 (m/s)

Ls là chiều dày lớp vật liệu đỡ =0,2(m)

W: Cường độ nước rửa lọc = 8 (l/s)

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

hvl = Lvl = 1,5(m)

Tính toán chọn bơm nước rửa lọc :

Áp lực công tác cần thiết của máy bơm:

Trong đó:

4: Chiều sâu lớp nước trong bể chứa (m)

3,5: Độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m)

2: Chiều cao lớp nước trong bể lọc (m)

0,476: Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m)

hô: Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m)

Sơ bộ chọn chiều dài ống dẫn rửa lọc L = 50 m Lưu lượng nước chảy trong ống

qr = 0,16 m3/s; đường kính ống dr = 350mm; tra bảng tính toán thủy lực; ta được 1000i

x QxT

xNx x

T: Thời gian công tác trong 1 ngày = 24h

n: Số lần rửa lọc trong 1 ngày n = 2 lần

t1, t2, t3: Thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể

33 11

.

825

100 6 60 5 ,

20

52



x x

x x x x

(%)