Thiết kế nhà máy cấp nước cho Thị trấn với số dân 50.000 người, Thị trấn không có nhà máy xí nghiệp, có vài hộ gia đình làm tiểu thủ công nghiệp.
Trang 1I LÝ DO VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1 LÝ DO THIẾT KẾ
Song song với việc học lý thuyết ở trên lớp sinh viên phải thực hiện đồ án mơn học,nhằm hồn thành và nắm vững mơn học “xử lý nước cấp”
2 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế nhà máy cấp nước cho Thị trấn với số dân 50.000 người, Thị trấn khơng cĩnhà máy xí nghiệp, cĩ vài hộ gia đình làm tiểu thủ cơng nghiệp
Phần: Thuyết minh
Tính tốn cơng suất trạm xử lý (m3/ngđ)
Tính tốn các cơng trình đơn vị
Trang 2II CÁC SỐ LIỆU THIẾT KẾ
1 Dân số của thị trấn: N = 50.000 dân
2 Các chỉ tiêu về chất lượng nước sông:
Trang 3III XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC TIÊU THỤ:
- N= 50.000 dân
- qtc= 120 l/ng.ngđ ( tra bảng 3.1/14 – TCXD 33-2006)
1 Lượng nước dùng cho sinh hoạt:
7800 3
, 1 1000
000 50 120
- qtc: lượng nước 1 người tiêu thụ trong 1 ngày đêm (l/ng.ngđ)
- N: số dân tính toán
- K: hệ số không điều hoà, K=1,3
2 Lưu lượng nước phục vụ công cộng ( tưới cây xanh, rửa đường, cứu hỏa … ) :
Theo bảng 3.1 – TCXD 33 - 2006 cho đô thị loại II, III
780 7800
% 10
% 10
3 Lưu lượng nước cho công nghiệp dịch vụ:
780 7800
% 10
% 10
4 Lưu lượng nước cho khu công nghiệp:
2340 7800
% 30
% 30
5 Lượng nước thất thoát:
925 2 700 11
% 25 )
Q = 16.000 m3/ngđ = 666,67 m3/h = 0,19 m3/s
Trang 4IV TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO XỬ LÝ NƯỚC CẤP:
NỘI DUNG TÍNH TOÁN BAO GỒM:
1 ĐỀ SUẤT CÔNG NGHỆ CỦA TRẠM XỬ LÍ
2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
3 TÍNH TOÁN CHI PHÍ XỬ LÍ
1 ĐỀ SUẤT CÔNG NGHỆ CỦA TRẠM XỬ LÍ
Theo chất lượng nước nguồn thì phương án xử lý được đề ra là :
Clo
Phèn
Trang 5THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ
Phương án 1:
- Nước từ sông sẽ được bơm lên trạm bơm cấp 1, tại miệng thu nước lắp đặtsong chắn rác để cản lại những vật rắn trôi nổi trong nước Sau đó nước đượcbơm đến bể trộn cơ khí
- Tại bể trộn nước sẽ được tiếp xúc với hóa chất phèn để tạo kết tủa Nhờ cóbể trộn mà hóa chất được phân phối nhanh và đều vào trong nước, nhằm đạthiệu quả xử lý cao nhất
- Sau khi nước tạo bông cặn lắng ở bể trộn sẽ được dẫn đến bể phản ứng Tạiđây
- Sau đó các bông cặn đó sẽ được lắng ở bể lắng ngang Tiếp theo nước sẽchảy vào mương phân phối và được đưa vào bể lọc nhanh
- Những hạt cặn còn sót lại sau quá trình lắng sẽ được giữ lại trong vật liệulọc, còn nước sau lọc thì sẽ tiếp tục qua các công trình xử lý tiếp theo
- Nước sau khi được làm sạch các cặn lắng thì cần phải được khử trùng đểtiêu diệt vi khuẩn và vi trùng trước khi đưa vào sử dụng
- Nước sau khi khử trùng sẽ được đưa đến bể chứa Sau một thời gian nước sẽđược bơm ra mạng lưới để đáp ứng cho nhu cầu của người dân
Phương án 2
Cũng giống như phương án 1 nhưng ở phương án 2 không dùng bể lắng
ngang mà thay vào là dùng bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Ở bể này các hạt
cặn sẽ tự kết hợp tạo thành bông cặn lớn hơn và lắng xuống đáy bể Vì thế sơ
đồ xử lý này không sử dụng bể phản ứùng
Trang 6LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN:
- Khối lượng công trình nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích đất xây dựng
- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng đạt hiệu quả xử lý rất tốt
Nhược điểm:
- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng rất nhạy cảm với sự dao động về lưu
lượng và nhiệt độ của nguồn nước : thay đổi lưu lựơng không được quá 15% vànhiệt độ không quá 1oC trong vòng 1h Nếu lưu lượng thay đổi thất thường cóthể gây xáo trộn cặn gây hiệu quả xử lý rất thấp
- Quản lý vận hành phức tạp : tầng cặn lơ lửng đòi hỏi phải ở một chiều caonhất định, theo dõi thường xuyên chất lượng nước đầu ra sau bể lắng để thucặn hợp lý
Chọn Phương án 1 để tính toán
Trang 7
2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
2.1 CÔNG TRÌNH THU:
Chọn loại công trình thu nước và trạm bơm bố trí kết hợp trong một nhàTính toán công trình thu gồm nội dung sau:
Song chắn rác
Lưới chắn rác
Ngăn hút - Ngăn thu
2.1.1 SONG CHẮN RÁC
Song chắn rác đặt ở cửa thu nước của công trình
Tính toán song chắn rác dựa trên các thông số sau:
- Lưu lượng công trình, Q = 0,19 m3/s
- Đường kính thanh thép, chọn d= 8mm
- Khoảng cách giữa các thanh thép, a=(40 50)mm, chọn a=40 mm
- Vận tốc nước chảy qua song chắn, theo TCVN-33-85, v=(0,4 0,8)m/s, chọn v=0,5 m/s
- Số cửa thu nước, chọn n=2Khi đó, tính được:
- Hệ số co hẹp do các thanh thép:
2 , 1 40
8 40
a
d a K
- Hệ số co hẹp do rác bám vào song: thường lấy K2 = 1,25
- Hệ số kể đến hình dạng của thanh thép: K3 =1,25
Do đó, tiết diện của song chắn rác là:
2 3
2
2 5 , 0
25 , 1 25 , 1 2 , 1 19 , 0
m K
K K n v
Trang 82.1.2 LƯỚI CHẮN RÁC
Lưới chắn rác là một tấm lưới đan bằng dây thép có đường kính 1,5 mm,lưới chắn được đặt cuối đường ống, giữa ngăn thu và ngăn hút
Chọn loại lưới phẳng để tính toán
Tính toán lưới chắn rác với các thông số sau:
- Q: Lưu lượng công trình, Q=0,19 m3/s
- n: số lượng cửa đặt lưới, n=2
- v: vận tốc nước chảy qua lưới, v = (0,2 0,4)m/s, chọn v=0,3m/s
- d: đường kính dây đan lưới, d=(1 1,5)mm, chọn d=1,5 mm
- Kích thước mắt lưới, a=4 mmKhi đó:
- Hệ số co hẹp : 1 , 89
4
5 , 1 4
2
2 2
2
a
d a K
- Hệ số co hẹp do rác bám vào lưới: K2 = 1,5
- Hệ số kể đến hình dạng: K3 =(1,15 1,5), chọn K3=1,3
Diện tích lưới chắn là:
14 , 1 2
3 , 0
3 , 1 5 , 1 89 , 1 19 , 0
3 2
Trang 9Chọn kích thước mắt lưới là: Bl x Hl = 0,8 m x 1,4 m
2.1.3 NGĂN THU –NGĂN HÚT
o Kích thước mặt bằng ngăn thu:
- Chiều dài : A1 = (1,6 3 )m, chọn A1 = 2,5 m
- Chiều rộng : B1 = Bl +2e = 1 + 2x0,5 = 2,0 m
với e = (0,4 0,6) , chọn e = 0,5 m
o Kích thước mặt bằng ngăn hút:
- Đường kính ống hút:
m v
Q
2 , 1 19 , 0 4 4
- Chiều rộng: để tiện thi công ta chọn B2 = B1 = 2 m
- Chiều dài: A2 = (1,5 3)m , chọn A2=3m Trong ngăn hút ta đặt các bơm trục ly tâm ngang để hút nước đưa vào trạmxử lý, Sử dụng 2 bơm chìm ( 1 hoạt động, 1 dự phòng ) có lưu lượng 670 m3/h
2.2 TÍNH TOÁN LIỀU LƯỢNG HÓA CHẤT
2.2.1 THIẾT BỊ ĐỊNH LƯỢNG LIỀU LƯỢNG PHÈN
Tính toán dựa trên các thông số sau:
Trang 10 Căn cứ vào hàm lượng cặn của nguồn nước mặt là: 500mg/l, chọn liềulượng phèn nhôm không chứa nước dùng để xử lý nước đục theo bảng 6.3
Liều lượng phèn để xử lí nước trang 47 “TCXD 33-2006” là: 50 mg/l
Căn cứ vào độ màu của nguồn nước là 70 Pt-Co , nên liều lượng phènnhôm được xác dịnh là:
l mg
P Al 4 70 33 , 47 /
So sánh liều lượng phèn cần dùng để khử độ đục và liều lượng phèn cần để
khử độ màu thì ta chọn liều lượng phèn tính toán là: PAl = 50 mg/l
Dung tích bể hoà trộn:
3
33 , 3 1 10 000 10
50 10 67 , 666 000
.
P n Q W
- Q : lưu lượng nước xử lý, Q = 666,67 m3/h
- n : thời gian giữa hai lần hoà tan phèn, với công suất
(10000 50000) m3/ngày , n =(8 12)h, chọn n = 10h
- Pp : liều lượng phèn dự tính cho vào nước , Pp = 50 mg/l
- bh : nồng độ dung dịch phèn trong thùng hoà trộn (1017 %),
lấy bh =10%
- : khối lượng riêng của dung dịch, =1 tấn/m3
Chọn 1 bể hoà trộn, kích thước bể là: 2m x 1,5m x 1,1 m = 3,3 m 3
Dung tích bể tiêu thụ:
5
10 33 , 3
m b
b W W
t
h h
Trong đó:
- bt = (4 10)% , chọn bt = 5%
- bt : nồng độ dung dịch phèn trong thùng tiêu thụ
Chọn 1 bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể là: 2,0m x 1,96m x 1,7m = 6,664 m 3
Chọn chiều cao an toàn ở bể hoà trộn và bể tiêu thụ là:(0,3 0,5)m
Chọn quạt gió và tính toán ống dẫn khí nén
Trang 11Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hoà trộn là:
Qh = 0,06 xWh x F = 0,06 x 10 x 3,0 = 1,8 m3/phút
Trong đó: Wh = cường độ khí nén ở thùng hoà trộn 10l/sm2(theo qui phạm)
Lưu lượng gió cần thiết ở bể tiêu thụ là:
Qt = 0,06 x 5 x3,92 = 1,176 m3/phút
Trong đó : cường độ khí nén ở thùng tiêu thụ lấy bằng 5 l/sm2
Tổng lương gió phải vào bể hoà trôn và bể tiêu thụ là:
Qgió = Qh + Qt = 1,8 + 1,176 = 2,976 m3/phút = 0,05 m3/s
Đường kính ống gió chính:
mm m
Đường kính ống dẫn gió đến thùng hoà trộn
mm m
03 , 0 4 4
03 , 0 4 2
Đường kính ống nhánh vào thùng hoà trộn
- Thiết kế 3 nhánh
Qnh 0 , 005m /s 5l/s
3 2
03 ,
D nh 0 , 02 20
15 14 , 3
005 , 0 4
Tính số lỗ khoan trên giàn ống gió ở bể hoà trộn:
Theo qui phạm ( 6.22 – 52 TCXD 33-2006 ) :
Trang 122 2
07 , 7
10 2
,5328
4 Ghi đỡ phèn
5 Ống dẫn dung dịch hoá chất sang bể định lượng
6 Ống xả
Trang 132.2.2 LIỀU LƯỢNG VÔI CHO VÀO
Liều lượng chất kiềm hóa ( vôi ) được tính theo công thức:
Pk =e1( Pp/e2 – Kt + 1 )100/c Trong đó:
- Pk: hàm lượng chất kiềm hóa( mg/l)
- Pp: hàm lượng phèn cần dùng để keo tụ, Pp = 50 (mg/l)
- e1, e2: trong lượng đương lượng của chất kiềm hóa và của phèn, ta có e1 = 28, e2 = 57 (mg/mgđl )
- Kt: độ kiềm nhỏ nhất của nước nguồn, Kt = 2 ( mgđl/l)
- c: tỉ lệ chất kiềm hóa nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng,
c = 80 (%)
Pt = 28(50/57 – 2 + 1)x100/80 < 0 Độ kiềm tự nhiên của nước đủ
đảm bảo cho quá trình thủy phân phèn, trường hợp này không cần kiềm hóa nước.
2.3 BỂ TRỘN CƠ KHÍ
Bể trộn có tác dụng giúp cho hóa chất tiếp xúc đều với nước Nó đưa các phần tửhóa chất vào trạng thái phân tán đều trong nước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạođiều kiện tốt nhất giữa chúng với các phần tử tham gia phản ứng Khi cho phèn vàonước chúng sẽ tác dụng với muối kiềm của Ca, Mg để tạo thành các hydroxit kém tandễ kết tủa Bông kết tủa của phèn sẽ hấp dẫn các hạt keo tự nhiên Do đó, các hạt sẽcó kích thước lớn và sẽ dễ lắng hơn
2.3.1 KÍCH THƯỚC BỂ:
Q = 16.000 m3/nđ = 666,67 m3/h = 0,19 m3/s
Chọn thời gian khuấy trộn trong bể là 30 giây.
- Thể tích bể trộn là:
V = 30 x 0,19 = 5,56 (m3 )
Chọn 1 bể trộn có tiết diện vuông.
Trang 14- Chiều dài cạnh của bể:
41 , 1 3
2
56 , 5 3
56 , 5
a
V hi
- Chiều cao toàn phần của bể
H = hhi + hbv = 2,81 + 0,4 = 3,2 mTại cuối bể ta bố trí mương tràn dẫn nước sang công trình tiếp theo
Mương có chiều ngang 0,6 m, cao 1 m
Chiều dài máng lm = 1,4m
2.3.2 THIẾT BỊ KHUẤY TRỘN:
Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 45o hướng lên để khuấy trộn đồng thời kéo nước từ dưới lên
Đường kính cánh tuabin:
D 0,5a = 0,5x 1,41 = 0,71 m Chọn D = 0,7 m Năng lượng cần truyền vào nước :
P = G2V =10002 5,56 0,0009= 5004 J/s = 5kW
Với G = 1000 s-1 : gradient vận tốc
= 0,0009 Ns/m2 : độ nhớt động lực của nước ứng với t = 25oC
Hiệu suất động cơ = 0,8
Công suất thực tế của động cơ:
6 , 26
8 , 0
3 / 1
5004
P n
Trang 15L = 0,25 D = 0,25 x 0,7 = 0,175 (m)
- Chiều rộng cánh khuấy:
B = 0,2.D = 0,2 x 0,7 = 0,14 (m)
- Đường kính ống dẫn nước vào bể d = 500 mm
47 , 0 5 , 0 2
19 , 0 4 2
4
19 , 0
2 2
4 , 1 81 , 9 4
19 , 0
19 , 0
2 a h
Q v
N: số bể phản ứng lấy bằng số bể lắng ngang, N = 2
TC nước nguồn Hàm lượng cặn (mg/l) v(mm/s)
Trang 16- Nước nguồn có độ đục thấp
- Nước có độ đục trung bình
- Nước có độ đục lớn
- Chọn chiều rộng của bể phản ứng bằng chiều rộng của bể lắng ngang là:
B = 5,6 m.
- Chiều dài ngăn phản ứng:
6 ,
25 67 , 666 60
- Chiều cao hữu ích của bể phản ứng:
hhi = 3 , 3
6 , 5 5 ,
7 139
F
V m thỏa (theo quy phạm > 3m)
- Chọn chiều rộng đáy bể bd = 0,3 m
- Chiều cao phần hình tháp:
2.4.2 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC
- Nước theo mương vào máng phân phối nước rồi theo các đường ống xuống đáy bể
- Mương phân phối sâu 2,5 m, rộng 0,8 m
Trang 17- Kích thước máng phân phối: cao hm = 1 m, dài L = 7,5 m, chiều rộng
máng 0,8 m.
- Thể tích máng: Vm= 1x 7,5 x 0,8 = 6 m3
- Thời gian lưu nước trong máng:
32 , 126 19
, 0
4 6 2
Chọn 6 ống nhựa để dẫn nước từ máng xuống đáy bể
- Lượng nước qua mỗi ống chính
008 , 0 6 4
19 , 0 9
Chọn ống có đường kính dc = 150 mm
- Vận tốc nước chảy:
45,015,0
008,044
008 , 0
004 , 0 4 4
5 , 7
L
Hai ống đầu tiên cách thành bể 0,5 m
- Khoảng cách giữa hai ống nhánh:
Trang 184 , 1 4
6 , 5
6 , 0 ) 1 588 , 0 56 , 2 ( 81 , 9 2
45 , 0 5 , 0
2 2
- Trong ngăn phản ứng đặt hai tường tràn để hướng dòng, khoảng cách giữa các tấm tường:
5 , 2 3
5 , 7
cd
- Chiều cao lớp nước trên vách tràn: chọn hnt = 0,6m
- Vận tốc nước tràn từ bể phản ứng:
028 , 0 6 , 0 2 6 , 5
19 , 0
2
h N B
Q
- Chiều cao bức trường tràn tính từ đáy bể đến mép vách:
ht = H – hbv – hnt = 5,9 – 0,44 – 0,6 = 4,86 (m)
- Chiều cao lớp vách tràn tiếp theo là : 4,76 (m)
Trang 19- Cuối bể ta bố trí vách tường hướng dòng có chiều cao chọn hhd = 4,6m
- Chiều cao khe từ bể phản ứng sang bể lắng: 3,3 + 2,16 – 4,6 = 0,86 (m)
- Vận tốc nước chảy trên vách hướng dòng:
02 , 0 2 6 , 5 86 , 0
19 , 0 2
.
Q
- Trước khi qua bể lắng nước sẽ qua tường ngăn để hướng dòng và phân phối nước Chiều cao tường ngăn: htn = 0,5 5,9 = 2,95 (m)
- Khoảng cách từ tường ngăn đến tường tràn: e= 0,8 m
- Vận tốc nước chảy qua khe:
021 , 0 8 , 0 6 , 5 2
19 , 0
2
Q
HÌNH : BỂ PHẢN ỨNG CÓ LỚP CẶN LƠ LỬNG
2.5 BỂ LẮNG NGANG
Bể lắng dùng để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuốngđáy bể bằng trọng lực
Trang 20505 55 , 0 6 , 3
67 , 666 5 , 1 6 ,
Chọn số bể lắng ngang: n = 2 bể
Chọn chiều cao vùng lắng: H0= 3 m (quy phạm 3 4 m )
Chiều rộng mỗi bể là:
N H v
Q B
tb
6 , 5 2 3 5 , 5 6 , 3
67 , 666 6
,
Mỗi bể lắng ngang được chia làm 2 ngăn,
Chiều rộng mỗi ngăn là: b B 2 , 8m
2
6 , 5
N B
F
2 6 , 5
L
= 15 Đúng bằng tỉ số đã chọn
Nếu chiều rộng mỗi ngăn b = 2,8 m hàng lỗ cuối cùng nằm cao hơn mứccặn tính toán là 0,3m (theo qui phạm là 0,3 0,5m) thì diện tích công táccủa vách ngăn phân phối vào bể, đặt cách đầu bể 1,5 m (theo qui phạm là 1
2m) là:
F n b (H0 0,3) = 2,8 x ( 3 – 0,3 ) = 7,56 m2
Trang 21 Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn của bể là:
q 167m /h 0 , 0463m /s
2 2
67 ,
2.5.2 TÍNH TOÁN MÁNG THU NƯỚC:
Nước từ bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng chuyển sang bể lắng qua váchngăn sát thành tràn, ngập sâu 0,3m hướng dòng nước chảy xuống phân bốđều trên bề mặt và tránh xáo động bề mặt bể
- Chiều cao nước trên thành tràn:
33 , 0 05 , 0 8 , 2
0463 , 0
v b
q n
(m)Phần thu nước sau bể lắng dùng hệ thống máng đục lỗ chảy ngập trên mặt nước cuối bể:
- Chiều dài máng: 30
3
45 2 3
8 , 2
- Tốc độ trong máng thu lấy vm = 0,6 (m/s) (quy phạm 0,6 0,8 m/s)
- Tiết diện của máng thu: 0 , 04
6 , 0 2
0463 , 0
m
n t
v
q
- Chiều rộng máng: chọn bm = 0,2 (m)
- Chiều sâu máng: 0 , 2
2 , 0
04 , 0
0463 , 0
v
q
- Đường kính lỗ chọn dl = 25 mm (quy phạm dl 25mm)
00049,0
0232,0
Trang 22Mỗi bên bố trí 24 lỗCác lỗ thường nằm ngang hai bên ống, lỗ của máng phải đặt cao hơn đáy máng 50 80 mm.
Khoảng cách giữa các tâm lỗ: 30/24 = 1,25 (m)
Mép trên của máng cao hơn mức nước cao nhất trong bể 0,1m
2.5.3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CẶN LẮNG
Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kì với thơi gian giữa hai lần xả cặn là T=24h Thể tích vùng chứa nén cặn của 1 bể lắng là:
350002
125,56767,66624
m N
C C
- T: thời gian làm việc giữa gai lần xả cặn (6 24)h,
- Q: lưu lượng nước đưa vào bể, Q = 666,67 m3/h
- N : số lượng bể lắng ngang, N=2
- C: hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng (10 12)mg/l, chọn C=12mg/l
- Cmax: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, được xác định theo công thức sau:
Cmax= Cn + KP + 0,25M + v =500 +1x50 +0,25x70 +0 = 567,5 mg/l
- : nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt , chọn =35000g/m3
Diện tích mặt bằng 1 bể lắng là:
2
5 , 252 2
505
m N
b
c
5 , 252
Trang 23H b H0H c 3 0 , 5 3 , 5m
Chiều cao xây dựng của bể lắng:
m
H XD 3 , 5 0 , 5 40,5 m = chiều cao bảo vệ
Chiều dài tổng cộng của bể lắng cả 2 ngăn phân phối và thu nước:
Lb = 45 + 2.1,5 = 48 m
Thể tích 1 bể lắng:
3
2 , 1075 6
, 5 4
B H L
W b b b
Lượng nước tính bằng phần trăm mất đi khi xả cặn ở 1 bể là:
% 4 , 2 24 2
67 , 666
100 127 5 , 1
Dung tích chứa cặn của 1 ngăn là:
3
5 , 63 2
5,63
Thời gian xả cặn qui định t= 8 10 phút, chọn t=10 phút
Diện tích của máng xả cặn (chọn vm=1,25 m/s)
0 , 09 2
25 , 1
11 , 0
m
F m
Kích thước máng a = b/2
Nếu a = 0,21m thì b = 0,42 m
Tốc độ nước qua lỗ = 1,25 m/s
Chọn dlỗ = 25mm (qui phạm 25mm)
Ta có : flỗ=0,00049m2
Tổng diện tích lỗ trên 1 máng xả cặn là :