công nghệ xử lý nước cứng từ nguồn nước ngầm

trình bày công nghệ xử lý nước cứng từ nguồn nước ngầm

Trang 1

ĐỒ ÁN – THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT 20000m /ngày.

GIỚI THIỆU CHUNG

A Đặt vấn đề:

Nước, một nhu cầu thiết yếu cho toàn bộ sự sống trên trái đất, không có nước, cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại được Hàng ngày cơ thể người cần từ

3 đến 10 lít nước cho các hoạt động bình thường Lượng nước này thông qua con đường thức ăn, nước uống đi vào cơ thể để thực hiện các quá trình trao đổi chất, trao đổi năng lượng, sau đó theo con đường bài tiết mà thải ra ngoài

Đối với cây trồng, nước là nhu cầu thiết yếu đồng thời còn có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất, đó là những nhân tố quan trọng cho sự phát triển của thực vật

Trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hoả, phun nước, tưới cây rửa đường,…trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu bia…hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất

Cấp nước sạch và đầy đủ là những điều kiện tiên quyết để cải thiện sức khoẻ cộng đồng vàphát triển kinh tế xã hội

Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt và ô nhiễm dần Vì thế, con người phải biết khám phá và xử lý các nguồn nước mới để có thể đáp ứng đủ nước sạch cho cộng đồng và nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của người dân

B Mục đích của đề tài:

Bài viết này giới thiệu sơ lược về nước cứng, qua đó đề xuất công nghệ xử lý nước cứng từ nguồn nước ngầm

Trong xử lý nước cấp, tuỳ thuộc vào chất lượng nguồn nước và yêu cầu về chất lượng nước cấp mà người ta quyết định quá trình xử lý để có được chất lượng nước cấp đảm bảo các chỉ tiêu và ổn định chất lượng nước cấp cho nhu cầu sử dụng

Tuỳ thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức sinh hoạt cao cấp của mỗi cộng đồng mà nhu cầu về nước với chất lượng khác nhau cũng rất khác nhau

Ở các nước phát triển, nhu cầu dùng nước có thể gấp nhiều lần so với các nước đang phát triển

Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lượng nước cấp, trong đó có thể có các chỉ tiêu cao thấp khác nhau, nhưng nhìn chung các chỉ tiêu này phải đạt tiêu chuẩn an toàn về sinh về số vi trùng có trong nước, không có chất độc hại làm nguy hại đến sức khoẻ của con người và nhất là phải đạt được các tiêu chuẩn của tổ chức sứ khoẻ thế giới hoặc của cộng đồng châu âu Thông thường, nước cấp cho các nhu cầu sinh hoạt phải đảm bảo chỉ tiêu về độ pH, nồng độ oxy hoà tan, độ đục, màu sắc, hàm lượng sắt, mangan, độ cứng, mùi vị…ngoài ra, nước

Trang 2

cấp sinh hoạt cần phải ổn định về mặt lý học, hoá học cũng như các chỉ tiêu vệ sinh

an toàn khác như số vi trùng trong nước

Nước cấp cho nhu cầu công nghiệp ngoài các chỉ tiêu chung về chất lượng, còn tuỳ thuộc vào từng mục đích sử dụng mà đặt ra những yêu cầu riêng Ví dụ nước cấp nồi hơi ở các quá trình sử dụng hơi nước cần phải được làm mềm trước khi sử dụng, nước cấp cho các quá trình sản xuất thực phẩm phải đảm bảo tuyệt đối

an toàn về mặt vệ sinh

Ở đây, em xin trình bày về hệ thống cấp nước sinh hoạt khử cứng với công suất 20000m3/ngày

Trang 3

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CỨNG 1.1 Khái niệm chung về nước cứng:

Ion canxi và magiê là nguyên nhân chính gây nên độ cứng trong nước Ngoài

ra, sự hiện diện của các cation kim loại của sắt, natri, mangan và stronti có thể là nguyên nhân gây nên độ cứng Các cation này hiện diện với các anion như là HCO3-, SO42-, Cl-, NO3- và SiO42-

1.2 Phân loại:

1.2.1 Độ cứng tạm thời (độ cứng có cacbonat)

Các cacbonat và bicacbonat của canxi, magiê và natri được gọi là độ cứng có cacbonat hoặc độ cứng tạm thời, nó có thể được loại bỏ bằng cách đun sôi nước

1.2.2 Độ cứng vĩnh cửu (độ cứng không có cacbonat):

Độ cứng không có cacbonat hay độ cứng vĩnh cửu được tạo bởi chloride và sulfate kết hợp với các cation hoá trị 2 Chính độ cứng này là nguyên nhân gây đóng cặn và ăn mòn đường ống và các nồi nấu, nồi chưng cất

1.2.3 Độ cứng toàn phần:

BẢNG PHÂN LOẠI NƯỚC CỨNGPhân loại độ cứng Mg/l CaCO3

Nếu như trong nước hàm lượng của ion HCO3- > Ca2+ + Mg2+ (mgdl/l) thì trị số của độ cứng cacbonat bằng tổng hàm lượng của ion canxi và magiê Lượng dư HCO3- là cacbonat natri (Na2CO3) và cacbonat kali (K2CO3)

Nếu như trong nước hàm lượng của ion HCO3- < Ca2+ + Mg2+ (mgdl/l) thì trị số của độ cứng cacbonat bằng tổng nồng độ ion HCO3-

Nếu biểu thị nồng độ ion Ca2+, Mg2+ và HCO3- bằng mg/l thì độ cứng tổng và các độ cứng thành phần được tính theo các công thức sau ( tính bằng mili đương lượng gam trong một lít nước, mgđl/l)

Độ cứng toàn phần:Co

Trang 4

Ca2+ Mg2+

Co = + 20,04 12,16Độ cứng cacbonat: Ck_

Mg2+

CMg =

12,16Giới hạn cho phép của độ cứng trong nước ăn uống, sinh hoạt theo quy phạm không vượt quá 7mgđl/l

1.3 Các đơn vị đo độ cứng:

Độ Đức: °dH = 10mg CaO hoặc 7,14 mg MgO hoà tan trong 1 lít nước

Độ Pháp: °f = 10mg CaO hoà tan trong 1 lít nước

Độ Anh: °e = 10mg CaO hoà tan trong 0,7lít nước

Việt Nam dùng đơn vị đo độ cứng là mili đương lượng trong 1 lít (mgđl/l)

1mgđl/l = 2,8°dH

1.4 Các vấn đề của nước cứng:

Mặc dù nước cứng không ảnh hưởng đến sức khỏe con người Nhưng khi sử dụng, nước cứng thường gây nên nhiều tác hại cho người sử dụng: làm tốn nhiều xà phòng và chất tẩy, tạo ra cặn kết bám vững chắc bên trong đường ống, thiết bị công nghiệp làm giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng Khử cứng (làm

Trang 5

mềm nước) thực chất là quá trình xử lý giảm hàm lượng canxi và magiê nhằm hạ độ cứng của nước xuống đến mức cho phép

1.5.Các phương pháp khử cứng (làm mềm nước): có 4 phương pháp khử cứng:

+ Phương pháp hóa học :

Làm mềm nước bằng hóa chất bằng cách pha các hóa chất khác nhau vào nước để kết hợp với ion Ca2+ và Mg2+ tạo thành các hợp chất không tan trong nước

+ Phương pháp nhiệt: đun nóng hoặc chưng cất nước

+ Phương pháp trao đổi ion: lọc nước cần làm mềm qua lớp cationit có khả năng trao đổi ion Na+ hoặc H+ có trong thành phần của hạt cationit với ion Ca2+ và

Mg2+ hòa tan trong nước và giữ chúng lại trên bề mặt của các hạt lớp vật liệu lọc

+ Phương pháp tổng hợp: là phương pháp phối hợp hai trong ba phương pháp kể trên (phương pháp thứ nhất và thứ hai, hoặc thứ nhất và thứ ba…)

+ Lọc qua màng bán thấm, thẩm thấu ngược (RO)

1.6 Tiêu chuẩn nước đầu ra:

Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

(Tiêu chuẩn tạm thời ban hành kèm theo QĐ số 505 BYT/QĐ ngày 13.4.1992)

Các chỉ tiêu về chất lượng nước Đối với các đô thịĐộ trong, sneller (cm)

Độ màu, thang màu cobalt (độ)

Mùi, vị (đậy kín sau khi đun 40° - 50°)

Hàm lượng cặn không tan (mg/l)

Hàm lượng cặn sấy khô (mg/l)

Vùng ven biển

Vùng nội địa

≤ 3

<10006,5 – 8,55

<60

>0,05

Trang 6

Chương 2:

THIẾT KẾ HTCN SINH HOẠT KHỬ CỨNG VỚI CÔNG SUẤT

20.000m 3 /ngày đêm.

2.1 Lựa chọn nguồn nước:

Nước ngầm : được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Do vậy, nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axít và chứa ít chất khoáng Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hyđrocacbonat khá cao Ngoài ra đặc trưng chung của nước ngầm là:

• Độ đục thấp;

• Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định;

• Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S…

• Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magiê, flo

• Không có hiện diện của vi sinh vật

2.2 Các thông số thiết kế :

2.3 Lựa chọn công nghe ä:

Ở đây, khử cứng để cấp nước sinh hoạt ta sử dụng phương pháp hóa chất Làm mềm nước bằng vôi và sođa là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất

Trang 7

ký của nước Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magiê ở mức tương đương với hàm lượng của ion hyđrocacbonat trong nước Nếu cho thêm vôi vào nước sau khi đã chuyển tất cả CO2 và ion hyđrocacbonat thành ion cacbonat và để lắng xuống dưới dạng hợp chất CaCO3 thì tuy trong nước có tạo ra cặn không tan Mg(OH)2 làm giảm độ cứng magiê, nhưng tổng độ cứng lúc đó không giảm vì Ca2+

của vôi mới cho vào thay ion Mg2+ kết hợp với anion của các axít mạnh tạo thành muối canxi của các axit mạnh tan trong nước

Độ cứng toàn phần:

Ca2+ Mg2+ 250 50

Co = + = + =16,6(meq/l)20,04 12,16 20,04 12,16

Điều kiện:

Ca2+ Mg2+

+ = 16,6 (meq/l) 20,04 12,16

HCO3- 150

= = 2,46 (meq/l)61,02 61,02

Ca2+

CCa = = 12,5 (meq/l)

20,04 Độ cứng Magiê:

Mg2+

CMg = = 4,1(meq/l)

12,16Trong trường hợp này, các ion Ca2+ và Mg2+ còn dư nằm trong dạng kết hợp với anion của axít mạnh, ngoài vôi phải cho thêm vào nước hóa chất có chứa ion CO32-

để chuyển lượng ion dư Ca2+ của vôi thành hợp chất không tan CaCO3 Trong thực tế xử lý nước thường dùng sođa Na2CO3

Khi cho Na2CO3 vào nước ion Ca2+ còn dư sẽ chuyển thành cặn theo phản ứng:

CaSO4 + Na2CO3  CaCO3↓ + Na2SO4

CaCl2 + Na2CO3  CaCO3↓ + 2NaCl

Còn Magiê chuyển thành cặn do cho thêm vôi vào theo phản ứng:

MgSO4 + Ca(OH)2  Mg(HO)2↓ + CaSO4

Trang 8

MgCl2 + Ca(OH)2  Mg(HO)2↓ + CaCl2

Quy trình công nghệ

2.4 Thuyết minh quy trình:

Đối với quy trình khử cứng nguồn nước ngầm cho sinh hoạt, ở đây ta chọn xử lý bằng hóa chất vì yêu cầu khử cứng trong nước cấp sinh hoạt không cao khoảng 500mg/l CaCO3 và xử lý bằng hóa chất rẻ tiền và khá hiệu quả Trong quá trình này, đầu tiên, chúng ta có thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hoá để khử sắt, mangan, các loại khí và mùi có trong nước ngầm

- Nếu sử dụng giàn mưa thì tốn diện tích cũng như chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi đi vào hoạt động thì việc quản lý tương đối dễ dàng và thuận tiện Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn, cần tiến hành vệ sinh thường xuyên do các cặn sắt dễ dàng bám trên các sàn tung làm chít các lỗ dẫn đến làm giảm hiệu quả giàn mưa

- Nếu sử dụng tháp oxy hóa thì ngược lại là ta sẽ tiết kiệm được mặt bằng xây dựng, chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi vận hành thì tốn chi phí nhiều hơn so bới sử dụng giàn mưa (do phải cung cấp điện năng để hoạt động máy thổi khí trong tháp oxy hóa), quản lý cũng gặp khó khăn hơn, việc duy tu, bảo dưỡng cũng khó khăn do lâu ngày cặn sắt dễ bám chít trên lớp vật liệu tiếp xúc (hoặc sàn tiếp xúc), lúc này phải ngừng hoạt động của tháp để tiến hành vệ sinh

Vì vậy, trong quy trình này sử dụng giàn mưa để khử sắt, CO2 và khuếch tán Oxy vào nước

Sau quá trình làm thoáng là quá trình châm hóa chất ( ở đây sử dụng clo và vôi) Hóa chất thường được châm ngay sau khi làm thoáng cũng có khi hóa chất

Bể nén bùn Khử nước

Bùn khô

Trang 9

được châm trước khi làm thoáng nhưng điều này thường không có lợi bởi vì trong nước ngầm thường có một số khí do quá trình phân hủy kị khí trong đất sinh ra như

H2S… nên nếu cho hóa chất vào trước khi làm thoáng thì sẽ hao tốn thêm hóa chất để khử các chất này, trong khi các hóa chất này thường là các chất khí dễ dàng bị khử qua làm thoáng Clo cho vào nước nhằm mục đích là oxy hóa Fe2+ thành Fe3+

thủy phân thành Fe(OH)3, còn vôi cho vào nước mục đích để nâng pH và nâng độ kiềm trong nước tạo môi trường cho phản ứng oxy hoá và thủy phân sắt diễn ra dễ dàng và đồng thời để khử độ cứng magiê trong giai đoạn này (ở đây độ cứng toàn phần không giảm do khử 1 ion Mg2+ thì tạo 1 ion Ca2+) Nhưng lượng hóa chất ở đây cho vào phải đảm bảo khử hết Fe2+ có trong nước và đảm bảo pH ≅ 10.8 để tạo điều kiện cho Mg(OH)2 và CaCO3 kết tủa

Sau khi cho hóa chất vào thì ta phải tiến hành trộn đều nước và hóa chất để phản ứng diễn ra thuận lợi Các công trình dùng để trộn hóa chất có thể chia làm hai loại là: khuấy trộn bằng cơ học và khuấy trộn bằng thủy lực và có các loại công trình như sau: bể trộn sử dụng cánh khuấy, trộn ngay trên đường ống, bể trộn đứng, bể trộn có tấm chắn khoan lỗ, bể trộn có vách ngăn thu hẹp… trong các công trình dùng khuấy trộn hóa chất như trên thì nên sử dụng bể trộn cơ khí vì công suất xử lý ở đây khá lớn và thời gian lưu nước trong bể trộn cơ khí không cao nên thể tích của bể nhỏ dễ vận hành, còn nếu sử dụng bể trộn đứng thì thời gian trộn vôi trong bể lâu hơn và thể tích bể khá lớn nên khó vận hành Vì vậy, sử dụng bể trộn

cơ khí trong hệ thống xử lý này là hoàn toàn hợp lý

Sau khi trộn đều với hóa chất, nước được đưa sang công trình kế tiếp là công trình lắng tiếp xúc Mục đích của công trình này là tạo thời gian để các phản ứng diễn ra và đồng thời thu hồi các cặn của các phản ứng này

Đối với xử lý nước công suất lớn, thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời

gian lưu nước trong bể lắng tốt nhất là khoảng 1 – 4h Với bể lắng tiếp xúc dùng để

khử cứng thì thời gian như thế mới đủ đảm bảo cho phản ứng diễn ra và đảm bảo

thời gian cho các cặn kết tủa lắng trong bể Ta chọn công trình sử dụng kế tiếp sau

bể trộn đứng là bể lắng tiếp xúc

Sau khi ra khỏi bể lắng tiếp xúc nước tiếp tục đi sang công trình cuối cùng trong hệ thống xử lý đó là bể lọc Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể lắng đồng thời giữ lại một phần CaCO3, Mg(OH)2 bão hoà Đối với hệ thống xử lý nước có công suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc khoảng

5 – 8 m/h Ở đây, ta cũng có thễ sử dụng bể lọc áp lực với vận tốc lọc > 10m/h nhưng nếu sử dụng bể lọc này sẽ tốn chi phí đầu tư cao đồng thời chi phí bảo trì, sửa chữa cũng là một vấn đề, loại bể này thường được sử dụng ở những nơi thiếu diện tích Bể lọc áp lực do bể lọc kín, khi rửa không quan sát được nên không khống chế được lượng cát mất đi, bể lọc làm việc kém hiệu quả dần, và khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng hay rò nước, xảy ra tình trạng rửa ngược, đưa cát lọc về bơm Vì vậy, ở đây ta nên sử dụng bể lọc nhanh để lọc nước cuối cùng vì hệ thống xử lý đơn giản, dễ quản lý, chi phí đầu tư thấp

Trang 10

Nước xử lý được châm Clo trước khi đưa vào bể chứa với mục đích khử trùng.

2.5 Tính toán lượng hóa chất:

 Tính nồng độ CO2 còn lại sau khi làm thoáng:

Khử CO2 – trị số K2t theo kết quả thực nghiệm ở bảng (9.3 sách Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của TS Trịnh Xuân Lai), có K2t toàn dàn là: K2t – trị số khử khí CO2, hấp thụ khí Oxy

K2t = K2t1 + 2 x K2t2 = 0,357 + 2 x 0,431 = 1,219

 Lượng CO2 còn lại trong nước sau làm thoáng :

C = CS – (CS – CO) e-K

2t ;Trong đó:

CS: nồng độ hòa tan bão hòa của khí CO2; CS = 1 mg/l

CO: nồng độ CO2 ban đầu; CO = 22 mg/l

Yêu cầu đầu ra của nước là : độ cứng = 5meq/l, Ca2+ = 5meq/l, Mg2+ = 0meq/l

Lượng Ca2+ cần xử lý là: 12,5 – 5 = 7,5meq/l

0,33CO2 + 0,33 CaO  0,33 CaCO3↓

0,18(Fe + 2HCO3) + 0,18 CaO  0,18 Fe(oH)3↓

2,28 (Ca + 2HCO3) + 2,28 CaO  2,28 CaCO3↓

5,22 (Ca + SO4) + 5,22 Na2CO3 5,22 CaCO3↓ + 5,22 (2Na + SO4)

Trang 11

1,78 (Mg + SO4) + 1,78CaO  1,78Mg(OH)2↓+ 1,78 (Ca + SO4)1,78(Ca + SO4) + 1,78Na2CO3  1,78 CaCO3↓ + 1,78 (2Na + SO4)2,32(Mg + 2Cl) + 2,32 CaO  2,32 Mg(OH)2↓+ 2,32(Ca + 2Cl)

2,32 (Ca + 2Cl) + 2,32 Na2CO3 2,32 CaCO3↓ + 2,32(2Na + 2 Cl)Lượng vôi dư = 1,25 meq/l ( để nâng pH = 10,8)

Lượng CO2 để trung hòa lượng vôi dư:

1,25 (Ca + OH) + 1,25 CO2  1,25 CaCO3↓

Do yêu cầu nước đầu ra nên giữ hàm lượng độ cứng canxi ở 40mg CaCO3 /l (thấp nhất) để tạo lớp phủ bề mặt ống giảm tính ăn mòn ống

Nồng độ CaCO3 và Mg(OH)2 sau xử lý bão hòa không tan có hàm lượng như sau: CaCO3 = 40 mg CaCO3/l= 0,8 meq/l và Mg(OH)2 = 10mg CaCO3/l = 0,2meq/l.Trong đó có 25 mgCaCO3/l CaCO3 = 0,5 meq/l chuyển hóa thành Ca(HCO3)2

,CaCO3 còn lại với hàm lượng cân bằng 15mgCaCO3/l = 0,3 meq/l do pH xuống pH

= 8.3

0,2 Mg(OH)2 + 0,4 CO2  0,2Mg(HCO3)2

0,5 CaCO3 + 0,5 CO2  0,5 Ca(HCO3)2

Vôi = 0,33 + 0,18 + 2,28 + 1,78 + 2,32 = 6,89meq/l = 6,89 eq/m3

Sođa = 5,22 + 1,78 + 2,32 = 9,32 meq/l = 9,32 eq/m3

CO2 = 1,25 + 0,4 + 0,5 = 2,15 meq/l = 2,15 eq/m3

Vôi = 6,89 eq/m3 x 28 g/eq x 20000 m3/ngày x 1kg/ 1000g = 3858,4 kg/ngày

Sođa = 9,32 eq/m3x 53 g/eq x 20000 m3/ngày x 1 kg/ 1000g = 9879,2 kg/ngày

CO2 = 2,15 eq/m3x 22 g/eq x 20000 m3/ngày x 1 kg/ 1000g =946 kg/ngày

CaCO3 = 0,33 + 2,28 + 5,22 + 1,78 + 2,32 + 1,25 – 0,8 =12,38 meq/l = 12,38 eq/m3

Mg(OH)2 = 1,78 + 2,32 – 0,2 = 3,9 meq/l = 3,9 eq/m3

Fe(OH)3 =0,18 eq/m3

CaCO3 =12,38 eq/m3x 50g/eq x 20000 m3/ngày x 1 kg/ 1000g =12380 kg/ngày.Mg(OH)2 = 3,9 eq/m3x 29 g/eq x 20000 m3/ngày x 1 kg/ 1000g =222 kg/ngày

Fe(OH)3 =0,18eq/m3x35,67g/eq x 20000m3/ngàyx1kg/1000g =128,412 kg/ngày

Trang 12

Gp = 27,04 x 20000 x 1 kg/1000g = 540,8(kg/ngày) = 0,5408(tấn/ngày).

2.6 Thuyết minh tính toán :

2.6.1 Tính toán công trình thu:

Lưu lượng cần thiết: Q = 20000m3/ngày = 231,5 l/s

Giả sử mực nước ngầm sâu 30m so với mặt đất

Cao trình giàm mưa cao: 7,9m

 Chiều cao cột nước tĩnh : Hs = 30 + 7,9 = 37,9m

 Giả sử chiều dài tuyến ống lên giàn mưa khoảng L = 450m

Chọn bơm :

 Hai bơm có Q1 = 70 l/s, D = 200mm, H1 = 22,5m/km = 0,0225m/m

Công suất bơm:

P1 = 20 x Q x (Hs + H1x L)

P1 = 20 x 70 x (37,9 + 0,0225 x 450) = 67235w = 67,235kw

 Hai bơm có Q2 = 50 l/s, D = 200mm, H2 = 11,7m/km = 0,0117m/m

P2 = 20 x 50 x(37,9 + 0,0117 x 450) = 43165 w = 41,165kw

2.6.2 Tính toán thiết bị làm thoáng:

Chọn giàn mưa là thiết bị làm thoáng Công suất thiết kế: Q = 20000m3/ngày

Chọn cường độ tưới của giàn mưa: qm= 10 m3/m2_h

Q 20000

F = = = 83,33 (m2)

qm 10 x 24Chia giàn mưa thành N = 10 ngăn, diện tích của mỗi ngăn giàn mưa sẽ là:

F 83.33

f = = = 8.333 (m2)

Chọn kích thước mỗi ngăn giàn mưa là : 3 x 2,8 = 8,4 (m2)

 Chọn chiều cao lớp tiếp xúc của mỗi sàn : htx = 0,3m (quy phạm là : 0,3 - 0,4 m)

 Thiết kế giàn mưa ba tầng

 Chiều cao tổng cộng của lớp vật liệu tiếp xúc:

Htx = ∑htx = 0,3 x 3 = 0,9mKhối tích lớp vật liệu tiếp xúc:

W = Htx x f = 0,9 x 84 = 75,6 m2

Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc:

Ftx = ftx x W Trong đó:ftx diện tích bề mặt đơn vị (m2/ m3) của than cốc đường kính d=24mm theo bảng 5.3/174 sách “Xử lý nước cấp” (ts Nguyễn Ngọc Dung):

ftx = 120 m2/m3

Trang 13

Ftx = 120 x 75,6 = 9072m2

 Chiều cao của mỗi tầng là: 0,8m

 Chiều cao của ngăn thu là : 0,6m

 Chiều cao tổng cộng mỗi ngăn: 0,8 +0,8 +0,8 +0,6 = 3m

 Tính toán đường ống dẫn lên nước lên giàn mưa:

Lưu lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa là:

Q 833,33

q = = = 83,33 (m3/h) = 23,51(l/s)

N 10Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa bằng thép

Theo quy phạm tốc độ nước chảy trong ống dẫn nước chảy trong ống là :

Kiểm tra lại vận tốc trong ống dẫn:

Máng phân phối bao gồm:

- 1 máng chính có tiết diện hình chữ nhật: rộng 0,4 m

- Có các máng phụ vuông góc với máng chính có tiết diện hình chữ V với các răng cưa ở mép trên của máng để phân phối nước

- Khoảng cách giữa các máng phụ là: Lp = 0,3m

- Chiều sâu máng phụ là: hp = 220mm

- Chiều rộng của máng phụ : bp = 250mm

Suy ra: tiết diện máng phụ là:

) ( 0275 , 0 25 , 0 22 , 0 2

1 2

m b

h

S mp = × p × p = × × = Chiều dài một ngăn giàn mưa là: L = 3m = 3000mm

Số máng phụ trong một ngăn giàn mưa là:

L 3000

Np = - 1 = - 1 = 9 máng

Lp 300Máng được bố trí như hình vẽ

Tổng tiết diện các máng phụ: ∑fp = 9 x 0,0275 = 0,2475(m2)

Trang 14

Kiểm tra vận tốc trong máng phụ:

q 83,33

∑fp 3600x0,2475

Đặt dưới máng phân phối với khoảng cách là: 0,6m

Sàn tung được làm bằng ván gỗ rộng 20cm đặt cách nhau 10cm

Sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc nằm phía dưới sàn tung nước

Chọn sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc làm bằng tôn hay bê tông đục lỗ Tỉ lệ lỗ chiếm 30 - 40% diện tích sàn

Đường kính lỗ d = 2cm =20mm

π x d2 3,14 x 202

⇒ Tiết diện của lỗ: SL = = = 314 mm2

4 4Diện tích sàn: S = 8,4m2= 8,4.106 (mm2)

Chọn số lỗ trên sàn là: N = 9000 lỗ

Kiểm tra tỉ số tổng diện tích lỗ trên diện tích sàn:

Để có thể thu ôxi của khí trời, kết hợp với việc đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa, đồng thời đảm bảo nước không bắn ra ngoài, nười ta thiết kế hệ thống cửa chớp Các cửa chớp có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gỗ Góc nghiệng giữa cửa chốp với mặt phẳng nằm ngang là 45°

Khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200mm với chiều tộng mỗi cửa là 200mm Các cửa chớp được bố trí ở xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí

Sàn thu nước được đặt dưới đáy giàn mưa Có độ dốc từ 0,02 - 0,05 về phía ống dẫn nước xuống bể trộn

Theo quy phạm vận tốc nước xuống bể trộn là: v = 1 - 1,5m/s, chọn v = 1,2m/s

 Đường kính ống dẫn nước từ sàn thu xuống bể trộn:

4 x Q 4 x 83,33

π x v π x 1,2 x 3600

Trang 15

Chọn D = 150mm tương ứng với v = 1,3 m/s nằm trong quy phạm cho phép 1- 1,5 m/s

 Bố trí 5 vòi phun nước rửa sàn: d = 20mm nằm về 1 phía của giàn mưa, với khoảng cách phục vụ xa nhất là 10m

 Trang bị 10 ống thoát nước sàn: d = 100mm đề xả nước thau rửa sàn thu nước

2.6.3 Tính toán bể trộn :

Sử dụng bể trộn cơ khí: bể trộn cơ khí sử dụng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối

- Thời gian khuấy: Tk = 20s

- T = 25°C

- G = 1000s-1

Thể tích bể trộn cần:

Qxt 833,333 x 20

V = = = 4,6m3

3600 3600Chọn chiều cao bể trộn: H = 3m

Đường kính bể trộn:

4 x V 4 x 4,6

π x H 3,14 x 3Trong bể đặt tấm chặn để ngăn chuyển động xoay của nước

Chiều cao tấm chắn: hc = 3m

Chiều rộng tấm chắn: bc = 0,14m

Dùng máy khuấy turbin 4 cánh nghiêng góc 45° hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên

 Đường kính máy khuấy : Dk≤ 0,5D = 0,5 x 1,4 =0.7(m)

Chọn đường kính máy khuấy: Dk = 0,6(m)

 Máy khuấy đặt cách đáy: hk = Dk = 0,6(m)

 Chiều rộng cánh khuấy: Bk = 0,2Dk = 0,2 x 0,6 = 0,12(m)

 Chiều dài cánh khuấy: Lk = 0,25Dk = 0,25 x 0,6 = 0,15(m)

 Năng lượng cần chuyển vào nước:

P = G2xVxµ

Trong đó:

G: cường độ khuấy trộn (s-1): G = 1000(s-1)

V: thể tích bể khuấy (m3): V = 4,6m3

µ: độ nhớt động lực của nước (Nm2/s)

Ở t = 25°C , µ = 0,894.10-3(Nm2/s), ρ = 998,1(kg/m3)

Trang 16

P = 10002 x 4,6 x 0,894.10-3 = 4112,4(W)Hiệu suất của động cơ: η=0,8.

Công suất của động cơ: P : η = 4112,4 : 0,8 =5140,5(W)

 Xác định số vòng quay của máy khuấy:

P = K ρ Nk3.D5

Trong đó:

P: là năng lượng cần chuyển vào nước: P = 4112,4W

ρ: khối lượng riêng của nước ở t = 25°C, ρ = 998,1(kg/m3)

Nk: số vòng quay của máy khuấy trong 1 giây (v/s)

Dk: đường kính cánh khuấy (m)

K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Ruston

- Cánh khuấy chân vịt 3 cánh K = 0,32

- Cánh khuấy chân vịt 2 cánh K = 1

- Turbin 6 cánh phẳng đầy vuông K = 6,3

- Turbin 4 cánh nghiêng 45° K = 1,08

- Turbin kiểu quạt 6 cánh K = 1,65

- Turbin 6 cánh đầu tròn cong K = 4,8

- Cánh khuấy gắn 2÷6 cánh dọc trục K =1,7

 Số vòng quay của máy khuấy:

P 4112,4

Nk =3 = 3 = 3,66(v/s) = 219,65 (v/phút)

Kx ρ xD5 1,08x998,1x0,65

Phải có hộp giảm tốc cho động cơ

2.6.4 Tính toán bể lắng tiếp xúc:

Nhiệm vụ: lưu nước lại trong bể tạo điều kiện cho quá trình khử cứng diễn ra

hoàn toàn đồng thời giữ lại một phần bông căn nặng trước khi sang bể lọc

Các thông số thiết kế bể lắng tiếp xúc thể hiện trong bảng như sau:

G cho ngăn tạo bông

GT cho ngăn tạo bông

Thời gian xáo trộn nhanh

G cho ngăn xáo trộn nhanh

Thời gian lưu nước của ngăn tạo bông Thời gian

lưu nước của ngăn lắng

Tải trọng ngăn lắng bông cặn phèn

Chiều cao lớp nước

Góc của vách ngăn tiếp xúc

(theo phương ngang)

Tổng diện tích cánh khuấy

Vận tốc dài của đỉnh cánh khuấy

20 – 80 s-150.000 – 100.000

10 – 30s

600 – 1000 s-1

10 – 30 phút1.0 – 2.0 giờ

50 – 75 m3/m2 ngày2.4 – 4.5

45 – 60o

15 – 20% tổng diện tích mặt cắt ngang phần tạo bông

0.1 – 0.9 m/s

Trang 17

Tỉ số Dài: Rộng CD

520

∞

1.21.51.9Chọn G = 50s-1

Thời gian lưu nước của ngăn tạo bông: t = 25 phút

Suy ra: Gt = 50 x 25 x 60 = 75000

Giá trị Gt nằm giữa 50000 – 100000, vậy chọn thời gian lưu nước t = 25 phút là hợp lý

Ta tiến hành xây dựng 6 bể lắng tiếp xúc

Lưu lượng nước đi qua một bể là: q = Q/6 = 139m3/h

 Thể tích ngăn tạo bông của mỗi bể:

RTB = bán kính đáy dưới của phần tạo bông, m

rTB = bán kính đáy trên của phần tạo bông, m

α = góc nghiêng của vách,°

h

RTB = + rTB.

tgα

B = diện tích đáy dưới, m2

h = chiều cao ngăn tạo bông, m Chọn chiều cao ngăn tạo bông h = 3,5m

 Chọn góc nghiêng của vách, α = 60°

Trang 18

 Mỗi bản có kích thước: rộng W = 0,13m, dài L = 3m.

 Tổng diện tích cánh khuấy:

Tỉ số trên nằm giữa 15 – 20%, như vậy chọn kích thước trên là hợp lý

 Năng lượng khuấy trộn P:

P = µG2VTrong đó:

V = thể tích ngăn tạo bông, m3

G = Gradient vận tốc, s-1

µ = độ nhớt động lực học, N.s/m2 Ở nhiệt độ 25°C, µ = 0,894.10-3 N.s/m2

CD = hệ số kéo

Ai = diện tích cánh, m2; A1 = A2 = A3 = A = 0,13 x 3 = 0,39m2

vi = vận tốc tương đối của cánh thứ i so với nước

= 0,6 – 0,75 vận tốc dài của đỉnh cánh khuấy, m/s

ρ = khối lượng riêng của nước, ở nhiệt độ 25°C , ρ = 997 kg/m3

Tỉ số L/W = 3/0,13 = 23 Vậy hệ số kéo CD = 1,5

 Vận tốc tương đối của cánh thứ i so với nước:

2π ri n

vi = 0,75 = 0,0785 ri n

60

Trang 19

Trong đó:

ri = bán kính của guồng thứ i, m ( i = 1 – 3)

n = số vòng quay, vòng/phút

 Năng lượng guồng cánh khuấy:

P = x ( 0,0785)3 x n3 x (13 + 0,73 + 0,43)

2129,34 = 0,1985 n3

n3 = 651,64 ⇒ n = 8,67 vòng/ phút

Vận tốc cánh khuấy ngoài cùng:

v1 = 0,0785 r1n = 0,0785 x 1 x 8,67= 0,68m/s < 0,9m/s

Như vậy thiết kế cánh khuấy đạt yêu cầu

Chọn góc thành bể lắng là 60°, theo phương thẳng đứng:

Chọn thời gian lưu nước là HRT = 1,5 h

 Thể tích phần lắng ở một bể là:

R = bán kính đáy lớn (ở trên) của phần lắng

r = bán kính đáy dưới của phần lắng

β = góc thành bể theo phương thẳng đứng β = 60°

h = chiều cao phần hữu ích của bể lắng, coi h = hTB = 3,5 m

R = + r = + r = 2 + r

tgβ tg601

⇒ VI = x π x h x (R2 + r2 + Rr)

3

⇒ 266,37 = 1,05 x 3,5 x (3r2 + 6r + 4 )

Trang 20

 Tải trọng bề mặt phần lắng:

LA = q/AL = 139 x 24 /103.886 = 32,112 m3/m2.ngày < 50 m3/m2.ngày

Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kỳ với thời gian giữa hai lần xả cặn là T = 24h

 Thể tích vùng chứa cặn của bể lắng là:

⇒ Chiều cao vùng nén bùn là: Hbùn = HL/7,29 = 3,5/ 7,29 = 0,48m

 Chiều cao tổng cộng của bể lắng là:

H= HI + Hbùn + HBV + H1

HBV : là chiều cao bảo vệ từ lớp nước đến thành bể; HBV = 0,4m

H1 : chiều cao lớp trung gian giữa vùng cặn và vùng lắng, H1 = 0,3m

Trang 21

1,5 28,6

139 24Thời gian xả cặn quy định t = 8 – 10 phút Chọn t = 10 phút

 Lưu lượng bùn cần xả là:

QC = WC/t = 28,6/(10 x60) = 0,0477m3/s

Chọn vận tốc hút bùn là: v = 1,5m/s

 Đường kính ống hút bùn:

4 x QC 4 x 0,0477

√ π x v √ 3,14 x 1,5

Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và 6 máng hình nan quạt chảy tập trung vào máng chính (do diện tích 1 bể lắng là 37,05m2) Nước chảy trong máng với vận tốc v = 0,6 - 0,7m/s đường kính ống xả lấy bằng 150 - 200mm

Nước chảy theo 2 chiều, nên diện tích mặt cắt ngang của máng vòng được tính

Fv = = = 0,03215m2

2.v 2 x 0,6Trong đó:

Tiết diện ngang của máng nan quạt:

Q 0,03858

Fq = = = 0,0107 m2

6 x 0,6 6 x 0,6Chọn tiết diện máng : (0,12 x 0,09)m

Trường hợp không cho chảy tràn mà đục lỗ quanh máng lấy dlỗ = 20 - 30mm và vlỗ

=1m/s

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	401 KB