tính toán thiết kế cải thiện hệ thống xử lý nước cấp cho công ty giấy tiền Vĩnh thành

trình bày về tính toán thiết kế cải thiện hệ thống xử lý nước cấp cho công ty giấy tiền Vĩnh thành

CHƯƠNG 6

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO HỆ

THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO CÔNG

TY GIẤY TIỀN VĨNH THÀNH

NỘI DUNG:

6.1 CÔNG NGHỆ HIỆN HỮU CỦA CÔNG TY

6.2 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO

6.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH

6.1 CÔNG NGHỆ HIỆN HỮU CỦA CÔNG TY

6.1.1 Sơ đồ công nghệ hiện hữu

Hình 6.1 Sơ đồ công nghệ hiện hữu của công ty

6.1.2 Mô tả công nghệ

Nguồn nước thô từ 02 giếng khoan được bơm bơm lên giàn phun mưa với lưulượng 42m³/h, phía dưới giàn mưa là bể tiếp xúc có sử dụng máy sục khí cưỡngbức, sau đó nước được dẫn qua ngăn lắng, tại đây một phần sắt III (Fe3+) sau khikết tủa sẽ lắng xuống, phần còn lại của sắt III bị loại bỏ hết sau khi qua bể lọcthô và bể lọc áp lực Nước sau khi qua ngăn lắng sẽ tới bể lọc thô và xuống ngăn

Giếng khoanGiàn mưaBể tiếp xúc

Bể lọc thôBể lắng

Bể chứa trung gianBể lọc áp lực

Bể chứa nước sạch

Máy

Thổi

khí

chứa trung gian, cuối cùng được bơm vào bể lọc áp lực, nước sạch sau lọc theo hệthống đường ống vào bể chứa nước sạch và được bơm đi phục vụ cho nhu cầu sinhhoạt và sản suất của công ty.

6.1.3 Các công trình đơn vị trong hệ thống

6.1.3.1 Bơm giếng cấp I

Giếng khoan của Công ty được khai thác từ 2 giếng với độ sâu 220m, đường kínhgiếng là 750mm và đường kính ống bơm là 168mm Sử dụng 2 bơm công suất 2.5

KW dùng nguồn điện xoay chiều 3 pha 210V, bơm với lưu lượng 42m3/h

Kết quả xét nghiệm mẫu nước giếng của công ty có chất lượng như sau:

Bảng 6.1 Kết quả xét nghiệm mẫu nước giếng.

STT CHỈ TIÊU LÝ HÓA ĐVT XÉT NGHIỆM NƯỚC KẾT QUẢ TCVN 1329/2002/ BYT

Sàn tung nước: Gồm có 1 sàn tung nước, cấu tạo của sàn tung nước được thiết kếtừ 2 tấm thép d = 5mm với kích thước mỗi tấm như sau L x B = 3840 x 1220 mm

trên tấm thép khoan các lỗ Þ10 Các lỗ này nằm so le nhau và cách nhau tính từtâm các lỗ là 60mm.

6.1.3.3 Bể tiếp xúc

Bể tiếp xúc hiện hữu của Công ty được thiết kế dưới Giàn mưa với kích thước bểnhư sau: L x B x H = 3 x 2.5 x 2.5(m) và được xây bằng tường gạch + bê tông cốtthép với độ dày 250mm Cách 200mm đáy bể được thiết kế hệ thống phân phốikhí cưỡng bức hình xương cá, bể tiếp xúc có sử dụng máy sục khí cưỡng bức vớimục đích cung cấp thêm oxy vào nước đến mức bảo hòa, tạo điều kiện cho Fe2+chuyển thành Fe3+ dưới dạng kết tủa, sau đó nước được dẫn qua ngăn lắng

6.1.3.4 Bể lắng

Nước từ bể tiếp xúc được dẫn qua bể lắng theo nguyên tắc tự chảy bằng 4 ốngnhựa PVC Þ90, được gắn cách thành trên bể 200 mm Tại đây một phần Fe3+ saukhi kết tủa sẽ lắng xuống, phần còn lại không thể lắng sẽ bị loại bỏ hết sau khiqua bể lọc thô và bể lọc áp lực Cấu tạo của bể lắng cũng được xây dựng bằngtường gạch và bê tông cốt thép với kích thước như sau: L x B x H = 3.4 x 1 x2.5(m) với độ dày tường là 250mm

6.1.3.5 Bể lọc thô

Sau khi lắng, nước được chuyển qua bể lọc nhờ vào 2 ống nhựa PVC Þ90 phânphối, nước thấm qua lớp vật liệu lọc với chiều dày nhất định để giữ lại trên bềmặt hoặc giữa các khe của lớp vật liệu lọc các hạt cặn trong nước chưa lắng hoặckhông lắng được ở bể lắng đưa qua

Cấu tạo của bể lọc cũng được xây dựng bằng tường gạch và bê tông cốt thép vớikích thước như sau: L x B x H = 3.6 x 3.3 x 2.5(m) với độ dày tường là 250mm.Dười đáy bể là hệ thống thu nước lọc, tiếp đó là đến lớp vật liệu lọc, độ dày củalớp vật liệu lọc như sau sỏi là350mm, cát lọc 600mm

6.1.3.6 Bể chứa trung gian

Bể chứa trung gian được thiết kế dưới bể lọc thô, nước sau lọc được thu vào hệthống ống và chảy trực tiếp xuống bể chứa trung gian Nhiệm vụ của nó là chứanước tạm thời để bơm cấp lọc bơm vào bể lọc áp lực.

Cấu tạo : L x B x H = 4.6 x 3.5 x 1.7(m) với độ dày tường là 250mm

6.1.3.7 Bể lọc áp lực

Nước từ bể chứa trung gian và được bơm cấp lọc bơm vào bể lọc áp lực, trong bểlọc áp lực sẽ xảy ra quá trình giữ cặn sắt III dưới tác dụng của vật liệu giữ sắt làhạt mod

Cấu tạo của bể lọc áp lực được thiết kế như sau: chiều cao của bể là 1.5m, đườngkính bể 1.2m, bồn được chế tạo bằng thép CT3, thân dày 5mm, Bên trong bồn sơnphủ 2 loại, bên ngoài sơn 2 lớp sơn chống gỉ và 2 lớp sơn màu xanh Bồn chịu áplực thử p= 4kg/cm² và áp lực làm việc p = 2.5kg/cm²

6.1.3.8 bể chứa nước sạch

Được thiết kế bên cạnh bể chứa trung gian và có L x B x H = 4.6 x 3.5 x 1.7 (m)

6.2 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO

6.2.1 Mục đích của việc cải tạo

Nguồn nước giếng tại Công ty Tiền Vĩnh Thành có hàm lượng sắt cao (25mg/l).

Do đó, làm cho thời gian lọc ngắn, trung bình 10h/ng, Điều này làm hạn chế thờigian lọc, tuổi thọ của vật liệu lọc và tiêu tốn khoảng 100 -150 m3/ngày dùng choviệc rửa lọc, tiêu hao năng lượng điện và thao tác điều chỉnh các van khi thay đổichế độ làm việc của hệ thống dẫn đến tuổi thọ của các van cũng giảm

Bên cạnh đó, hệ thống hiện hữu của Công ty còn gặp một số bất cập như bể lọcáp lực để khử lượng sắt còn lại sau khi qua bể lọc được sử dụng loại vật liệu cótên là Mod, loại vật liệu này chỉ khử sắt có hiệu quả trong 2 - 3 chu kỳ lọc đầutiên và khả năng giữ cặn kém dẫn đến tiêu hao nhiều nước rửa lọc Chính điềunày sẽ làm cho công suất của hệ thống không đạt 1.000m3/ngđ Cho nên cần cải

tạo lại bể lọc áp lực này hay cần thay thế vật liệu lọc khác sao cho có hiệu quảhơn và tiêu tốn nước rữa lọc ít Ngoài ra, theo kết quả phân tích chất lượng nướcđầu ra của hệ thống hiện hữu thì các chỉ tiêu về Mangan, Clorua, Độ cứng khôngđạt tiêu chuẩn TCVN 1329/2002/BYT.

Trước những hạn chế của hệ thống hiện có, việc cải tạo hệ thống nhằm mục đíchkhắc phục những hạn chế nêu trên để có chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩnTCVN 1329/2002/BYT cung cấp cho quá trình sản xuất và sinh hoạt của anh chị

em công nhân trong Công ty Việc cải tạo lại bể lọc áp lực khử sắt sẽ làm giảmthời gian rửa lọc, tăng tuổi thọ vật liệu cao hơn, giảm lượng nước tiêu tốn, hạnchế năng lượng điện tiêu hao cho việc rửa lọc và các thao tác vận hành hệthống.Và việc thiết kế một số công trình mới nhằm xử lý một số chỉ tiêu chưa đạttiêu chuẩn như Sắt, Mangan, Clorua, Độ cứng là rất cần thiết

6.2.2 Phương án cải tạo hệ thống

Dựa vào thành phần, tính chất của nguồn nước và kết quả xét nghiệm mẫu nước

giếng, chúng ta thấy cần phải xử lý các chỉ tiêu sau: Fe, Mn, Ca, Cl - Từ đó em

xin đưa ra phương án cải tạo lại hệ thống xử lý nước cấp công suất 1000m³/ngđcủa Công ty như sau:

6.2.2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương án (trình bày trang bên)

Hình 6.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ theo phương án cải tạo

6.2.2.2 Mô tả công nghệ

Nguồn nước thô từ 02 giếng khoan được bơm bơm lên giàn phun mưa với lưulượng khoảng 42 m³/h nhằm giải phóng một phần khí CO2 trong nước dưới tácdụng của khí trời

Giếng khoanBể tiếp xúcBể lắng ngang

Bể lọc nhanh

Bể chứa trung gian

Bồn lọc áp lực

Bồn trao đổi cation

Bồn trao đổi anion

Bể chứa nước sạch

Máy thổi khí

Bơm rửa

dd NaCl 7-10%

dd NaOH 2-5%

Phía dưới giàn mưa là bể tiếp xúc có sử dụng máy sục khí cưỡng bức với mụcđích cung cấp thêm oxy vào nước đến mức bảo hoà, tạo điều kiện cho Fe2+chuyển thành Fe3+ dưới dạng kết tủa, sau đó nước được dẫn qua ngăn lắng, tạiđây một phần Fe3+ sau khi kết tủa sẽ lắng xuống, phần còn lại không thể lắng sẽ

bị loại bỏ hết sau khi qua bể lọc thô và bể lọc áp lực

Nước sau khi qua ngăn lắng sẽ tới bể lọc thô và xuống ngăn chứa trung gian vàđược bơm cấp lọc bơm vào bể lọc áp lực, trong bể lọc áp lực sẽ xảy ra quá trìnhhấp phụ Mangan và giữ cặn Sắt III dưới tác dụng của vật liệu giữ sắt là thanAthranxite và hấp phụ mangan là Ferrolite

Từ bể lọc áp lực nước tiếp tục qua bồn trao đổi ion với vật liệu trao đổi là hạtcation gốc acid mạnh, nước đi qua trao đổi thì hầu hết các muối Ca và Mg bị giữlại, lúc này độ cứng trong nước có thể giảm xuống còn 150mg/l, nước sạch saukhi đã được loại bỏ hết các tạp chất sẽ theo hệ thống đường ống vào bồn trao đổicó chứa hạt anion để loại bỏ tiếp clorua và cuối cùng vào bể chứa nước sạch vàđược bơm đi phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản suất của Công ty

Kết thúc một chu kỳ lọc, trước khi tiến hành rửa lọc, mở van dẫn khí từ máy thổikhí vào bể lọc áp lực để xáo trộn vật liệu với thời gian 05 phút nhằm mục đíchtách các hạt cặn bám vào vật liệu theo nguyên lý cọ xát, xong bật bơm rửa lọckhoảng 05 phút bơm nước tại bể chứa trung gian để rửa lọc Đối với bể lọc thôcũng tiến hành rửa tương tự như bể lọc áp lực nhưng không rửa pha gió, kết thúcmột chu kỳ lọc của bể lọc thô, nước sau rửa lọc sẽ được gom về hệ thống xử lýnước thải của Công ty

Sau khoảng thời gian hoạt động, dung lượng trao đổi của hạt nhựa cation và aniongần như là bảo hoà nên cần phải hoàn nguyên lại hạt nhựa bằng dung dịch NaCl7-10% và NaOH 2-5%

6.2.3 Ước tính hiệu quả xử lý qua các công trình

Bảng 6.2 Ước tính hiệu quả xử lý qua các công trình

Tên các công trình

BỂ LỌC NHANH

BỂ LỌC ÁP LỰC

BỂ TRAO ĐỔI CATION

BỂ TRAO ĐỔI ATION

Cl-: 0% Độ cứng: 0%Fe: 37% Mn:10%

Cl-:0% Độ cứng: 0%Fe:40.8% Mn:78%

Cl-: 0% Độ cứng: 0%Fe: 0% Mn: 0%

Cl-:0% Độ cứng: 60%Fe: 0% Mn: 0%

Cl-: 75% Độ cứng: 0%

6.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH

Q F

qm: Cường độ mưa tính toán (quy phạm 10 – 15 m³/m²-h)

chọn L x B = 3 x 1.5m (tháp có mặt cắt ngang hình chữ nhật)

Dựa vào các thông số ở trên chọn phương pháp làm thoáng đơn giản bằng dànống hình xương cá với các kết quả tính toán sau:

Đường kính ống chính:

 m mm

d d d

F

m F

F F

V Q

90 086

0 4

14 3 00585 0 4

00585 0 2 / 0117 0 2

0117 0

2 2

V : Vận tốc nước trong ống = 1.8 – 2m/s (lấy theo quy phạm)

F : Diện tích tiết diện ngang của ống

Vậy đường kính ống chính của giàn mưa là Þ 90

Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh bằng 0.3m

=> số ống nhánh của giàn mưa là:

3 0

5 1 2

3

 

 m mm

d d d

f

m F

F f

V q

34 034

0 4

14 3 00078 0 4

00078 0 5 1 / 0017 0 5

1 0017 0

2 2

V : Vận tốc nước trong ống nhánh = 1.5 – 2m/s (lấy theo quy phạm)

f : Là diện tích tiết diện ngang của ống

Vậy đường kính ống nhánh của giàn mưa là Þ34

Tổng diện tích lỗ bằng 35 – 40% diện tích tiết diện ngang của ống chính

0 4

003 0 14 3

0

002 0 2







6.3.2.Bể tiếp xúc

Được giữ nguyên thiết kế ban đầu của công nghệ hiện hữu với L x B x H = 3 x 2.5

x 2.5(m) xây bằng tường gạch và bê tông cốt thép

6.3.3.Bể lắng ngang

Vtb= k x U0=7.5 x 0.5 = 3.75(mm/s)

Trong đó:

0

U : Tốc độ rơi của cặn, chọn U0 = 0.5(mm/s)

( Nguồn theo bảng 3.2 sách Nguyễn Ngọc Dung,2003 )

Diện tích bể lắng ngang tính theo công thức:

) ( 31 8 1

86 55 5 , 0 6 , 3

42 33 , 1

6 , 3

2 0

m U

Vn

m



Chiều rộng bể:

H V

Q B

TB

3 , 2 225 , 18

42 35

, 1 75 , 3 6 , 3

42

6 ,

Chiều dài bể lắng:

L l = 13 , 5 ( )

3 2

31

m B

5 , 13





Ho

L

(Đúng tỉ số đã chọn)

Diện tích cần thiết của các lỗ ở ngăn phân phối nước vào:

1

3 , 0

0117 , 0

m V

Q f

lo

Vlỗ chọn theo QP : 0,2 ÷ 0,3m/s

Diện tích của các lỗ vách ngăn thu nước cuối bể

2

5 , 0

0117 , 0

m V

Q f

lo

Vách ngăn đặt cách tường là 1.5m và Vlỗ 2 theo QP = 0,5m/s

hàng lỗ cuối cùng của vách ngăn đầu nằm cao hơn mức cặn tính toán là 0,5m(0,3 ÷ 0,5) thì diện tích của vách ngăn 1 là:

f1 = H0 -0.5 = 1.35 – 0.5 = 0.85 (m2)

và vách ngăn 1cũng đặt cách tường 1,5m (QP = 1 ÷ 2m) chọn đường kính lỗ ởvách ngăn 1 là d = 0,05m (0,05 ÷ 0,15m)  diện tích một lỗ là Slỗ 1 = 0,002m2Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất là:

002 , 0

039 , 0 1

Đường kính lỗ ở vách ngăn 2 là d = 0.05

 diện tích 1 lỗ là S lỗ 2 = 0.002 (m2)

Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối thứ 2 là:

002 , 0

0234 , 0 2

C: Hàm lượng cặn còn lại sau khi lắng, C = 12 mg/l

CV : Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể, CV = 250mg/l

 : Nồng độ trung bình của cặn đã nén, chọn  = 25000g/m3(lấy theo bảng3-3, Sách Nguyễn Ngọc Dung)

  4 5 3

25000

12 250 42

* 8







 chiều cao trung bình của bể lắng

6.3.4 Bể lọc nhanh.

a) Thiết kế bể lọc nhanh sử dụng một lớp cát.

Tổng diện tích lọc của trạm xử lý:

*  1  2

Trong đó:

Q : Công suất trạm xử lý (Q = 1000m3/nđ)

T : Thời gian làm việc trong một ngày: chọn T = 24h

vbt: Tốc độ lọc tính toán ở chế độ ở chế độ làm việc bình thường (chọn6m/h)

a : Số lần rửa mỗi bể lọc trong ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường chọn a = 2 lần

W: Cường độ nước rũa lọc: chọn W = 12(l/s.m2)

t1 : Thời gian rữa lọc 0.1giờ

t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa lọc 0.35giờ

Vậy : F = 24*6 3,6*121000*0,1 2*0,35*6= 7,4m2

Trong bể lọc chọn cát thạch anh với đường kính hạt dtđ = 0,7  0,8mm

Hệ số không đồng nhất k = 2  2,2

Chiều dày cát lọc L = 0,7m

Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:

N = 0,5* F = 0,5* 7 , 4 = 1.36 (bể), làm tròn là 1 bể.

Kích thước của bể lọc: L : B = 3 : 2,5 (m)

Chiều cao của bể lọc nhanh

H = hđ + hv + hn + hp (m.)

hđ: Chiều cao lớp đỡ(m), chọn 0,15m

hv:Chiều dày lớp vật liệu lọc 0,8 m

hn: Chiều cao lớp nứơc trên lớp vật liệu lọc 1.2m

hp: Chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng bể rửa lọc: (hp  0,3m)

H = 0,15 + 0,8 + 1.2 + 0,3 = 2.4(m)

b) Biện pháp rữa lọc bằng gió và nước phối hợp, Tính hệ thống dẫn nước rửa lọc

Cường độ rữa lọc W=15 (l/sm2) Chọn theo quy phạm

Lượng nước rửa một bể lọc

Qr = 1000f *W = 71000,4*15 = 0,111 (m3/s) = 111 (l/s)

f : Diện tích bể lọc

Dùng ống thép để phân phối nước rửa bể lọc

Với vận tốc nước chảy trong ống là 1,91 m/s (quy phạm < 2m/s)

Đường kính d = 250mm (bảng tra thủy lực)

Số ống nhánh của một bể lọc là m = * 2 17 , 85

28 , 0

5 2 2

* 28 ,

B

Làm tròn: 18 ống (với 0,28 là khoảng cách giữa hai ống nhánh)

Lưu lượng nước rửa lọc qua mỗi ống nhánh

* 4





Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% tiết diện ngang của ống (Quy phạm 3035%)

 = 0,35 * 0,090625 = 0,01717 (m2)

Chọn lỗ có đường kính dlỗ = 12mm (Theo quy phạm 10 12 mm)

Diện tích một lỗ là lỗ = 0 , 000113

4

012 , 0

* 4





Tổng số lỗ là: n0 = 0,01717/0,000113 = 608 (lỗ)

Số lỗ trên mỗi ống nhánh là : 34

18

608

 (lỗ)Trên ống nhánh số lỗ phải được đặc thành hai hàng so le, hướng xuống phía dướivà nghiêng một góc 45o so với trục nằm ngang của ống

Số lỗ trên một hàng của ống nhánh: 17

525 , 0 3





Với: 0,525 là đường kính ngoài của ống gió chính (m)

3 : Chiều dài bể lọc

c) Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc

Chọn cường độ gió rửa lọc Wg = 15 m/s

1000

4 , 7

* 15 1000

Đường kính ống gió chính như sau:

dg =

g

g v

* 4

dgù =

g

g v

Qg

 = 4**00,111,09 = 17,48m/s (chấp nhận)Số ống gió nhánh là: Lấy số ống gió nhánh bằng ống nước nhánh là 18 ống

Lượng gió trong mỗi ống nhánh là: 0,111/18 = 6,17(l/s)

Đường kính ống gió nhánh như sau:

dn

g =

g

n g v

g : Lưu lượng trên ống gío nhánh

vg: Vận tốc trên ống gío nhánh (lấy vg = 15m/s)

dn

g =

g

n g v

Q

00617 , 0

* 4

nhận)

Với đường kính ống gió chính là: 90mm

Diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính là:

g = 0 , 00635

4

09 , 0

* 4

Chọn lỗ có đường kính dlỗ = 3mm (theo quy phạm 2 5 mm)

Diện tích một lỗ là lỗ = 2 2 7 * 10 6

4

003 , 0

* 4





Tổng số lỗ gió là : m= 0,00254/7*10-6 m2 = 362lỗ

Số lỗ trên mỗi ống gió nhánh là: 20

22 , 0 3





Trong đó:

0,22 : Đường kính ngoài của ống gió chính

10 : số lỗ trên một hàng (vì lỗ gió trên ống nhánh phải được đặc thành haihàng so le và nghiêng một góc 45o so với trục thẳng đứng cua ống)

L = 3m: Chiều dài của bể

d) Tính tổn thất áp lực khi rữa bể lọc nhanh.

Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoang lỗ:

( )

2 2

2 2

m g

v g

v

p   

vo :Tốc độ nước chảy ở đầu ống chính (vo = 1,91m/s)

vn :Tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh (vn = 1,99m/s)

g: Gia tốc trọng trường (9,81m/s2)

: Hệ số sức cản

 = 2,22 1

w

K với KW = 0,35  = 1 18 , 96

35 , 0

2 , 2

2  

81 , 9

* 2

99 , 1 81 , 9

* 2

91 , 1 96 , 18

2 2

m

Tổn thất qua lớp sỏi đở:

hđ = 0,22LsW (m)

Ls: Chiều dày lớp sỏi đở (Ls = 0,7m)

W: Cường độ rửa lọc (W = 15(l/sm2)