TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC MẶT SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI CẤP CHO SINH HOẠT CÔNG SUẤT 5000m3/ngày.đêm

Chất lượng nước thiên nhiên có thể được phân loại và đánh giá theo các chỉ tiêu sau: Các chỉ tiêu lý học Các chỉ tiêu hóa học Các chỉ tiêu sinh học

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MÔN: XỬ LÝ NƯỚC

ĐỀ TÀI:

DANH SÁCH NHÓM

• Phạm Tiến Bách

• Phạm Công Lí

• Trần Phương Nam

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC MẶT

Các đặc trưng:

- Chứa khí hòa tan đặc biệt là oxy.

- Chứa nhiều chất lơ lửng.

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao.

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo.

- Chứa nhiều vi sinh vật.

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC MẶT

Chất lượng nước thiên nhiên có thể được phân

loại và đánh giá theo các chỉ tiêu sau:

1 Các chỉ tiêu lý học

2 Các chỉ tiêu hóa học

3 Các chỉ tiêu sinh học

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC MẶT

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC MẶT

Các chỉ tiêu hóa học:

• Độ cứng

• Độ kiềm

• Độ pH

TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC MẶT

Các chỉ tiêu sinh học:

• Vi khuẩn

• Tổng chất rắn hòa tan

CHẤT LƯỢNG NGUỒN NƯỚC SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI

Giới thiệu hệ thống sông và

Chất lượng nước tại các điểm quan trắc

Khu vực sơng Sài Gịn (tại trạm Phú

Cường, Bình Phước và Phú An)

• pH : pH trung bình tháng trên sông Sài Gòn từ 07/2004 - 07/2005

0 3 6 9

Trạm

• Nồng độ ơxy hịa tan (DO):

Nồng độ DO trung bình tháng tại các trạm quan trắc

trên sông Sài Gòn từ tháng 07/2004 - 07/2005

07.2004 07.2005 TCVN (5942-1995-A)

• Nhu cầu oxy sinh hĩa (BOD):

Nồng độ BOD 5 trung bình tháng tại các trạm quan trắc

trên sông Sài Gòn từ 07/2004 - 07/2005

07.2004 07.2005 TCVN 5942-1995 loại A

• Các kim loại nặng (Pb, Cd, Hg, Cu): Thường cĩ nồng độ nhỏ hơn 0,01 mg/l.

• Hàm lượng dầu:

Nồng độ dầu trung bình tháng tại các trạm quan trắc

trên sông Sài Gòn từ 07/2004 - 07/2005

Khu vực sơng Đồng Nai (tại trạm

Hĩa An và Cát Lái)

• pH pH trung bình tháng tại các trạm quan trắc

trên sông Đồng Nai từ tháng 07/2004 - 07/2005

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Trạm

07.2004 07.2005 TCVN 5942-1995 A

• Nồng độ ơxy hịa tan (DO):

Nồng độ DO trung bình tháng tại các trạm quan trắc trên sông Đồng Nai từ tháng 07/2004 - 07/2005

2

4

6

Trạm mg/l

• Nhu cầu oxy sinh hĩa (BOD5):

Nồng độ BOD5 trung bình tháng tại các trạm quan trắc

trên sông Đồng Nai từ tháng 07/2004 - 07/2005

07.2004 07.2005 TCVN 5942-1995 - A

07.2004 07.2005 TCVN 5942-1995 - A

Khu vực Cần Giờ – Nhà Bè (tại các trạm Nhà Bè, Tam Thơn Hiệp, Lý Nhơn và cửa

sơng Vàm Cỏ )

• pH: pH tại các trạm quan trắc khu vực hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai

từ tháng 07/2004 - 07/2005

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Trạm

• Nồng độ ơxy hịa tan (DO):

DO tại các trạm quan trắc khu vực hạ lưu sông Sài Gòn - Đồng Nai

07.2004 07.2005 TCVN (5942-1995-B)

• Nhu cầu oxy sinh hĩa (BOD5):

Nồng độ BOD5 trung bình tháng tại các trạm quan trắc khu vực hạ lưu

sông Sài Gòn - Đồng Nai từ tháng 07/2004- 07/2005

07.2004 07.2005 TCVN 5942-1995 loại B

• Hàm lượng dầu

Nồng độ dầu trung bình tháng tại các trạm quan trắc khu vực hạ lưu sông

Sài Gòn - Đồng Nai từ tháng 05/2004- 05/2005

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC

Bể tạo bông Bể lắng li tâm Bể lọc nhanh

Nén bùn Lắng nướcRửa lọcCông trình thu

Nguồn tiếp nhận

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC

1 - CÔNG TRÌNH THU NƯỚC

• Công trình thu đặt ở lòng sông, buồng thu đặt sát bờ, trạm bơm tách riêng.

• Đầu họng thu đặt lưới chắn, mắt lưới 5 x 5mm, bằng sợi dây đồng, đường kính

2mm, khung thép hàn có thể tháo lắp dễ dàng để làm sạch và thay thế khi cần

• Vận tốc chảy qua lưới v 0,6m/s để tránh m/s để tránh hiện tượng kéo rác vào ống

• Diện tích lưới chắn xác định theo công thức:

• Trong đó:

– Q- Lưu lượng cần thu Q = 0,058 m3/s

– v- vận tốc qua lưới v < 0,6m/s để tránh m/s, nên chọn

v = 0,5m/s– K1- hệ số thu hẹp diện tích do các dây làm lưới choán chỗ và rác bám, K=1,5 - 1,6m/s để tránh , chọn K=1,5

m2

• Vậy kích thước lưới chắn là 0,42m x 0,42m.

V

Q K

174 ,

0 5

, 0

058 ,

0 5 ,

1

F

– - Khối lượng thể tích của nước,  =1000 kg/m3

– -hiệu suất của bơm, lấy = 80%

• Trong ngăn thu bố trí hai bơm cùng công suất 14,2 kW, một bơm hoạt động còn một bơm kia để dự phòng, hai

20058

.0

1000102

2.CÁC CÔNG TRÌNH CHUẨN BỊ DUNG DỊCH PHÈN.

• Nhiệm vụ của bể hoà trộn là hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn Nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn

thường cao nhưng không vượt quá nồng độ bảo hòa

• Liều lượng phèn để xử lý nước đục theo bảng sau:

Hàm lượng cặn của nước

nguồn (mg/l)

Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3không chứa nước (mg/l)

Đến 100101-200201-400401-6m/s để tránh 006m/s để tránh 01-800

801 -1000

1001 -1400

25-3530-4540-6m/s để tránh 045-7055-806m/s để tránh 0-906m/s để tránh 5-105

• Ứng với hàm lượng cặn nước mặt sông

SG – ĐN vào khoảng 270mg/l, chọn lượng phèn P=50 mg/l

• Căn cứ vào độ màu của nước mặt sông

SG – ĐN vào khoảng 150 Pt.Co, ta xác

định được lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 cần thiết để khử màu theo công thức :

mg/l

• Vậy chọn lượng phèn là P=50mg/l

49 150

4

 M

PAl

• Dung tích bể hoà trộn phèn tính theo công thức:

)

( 10000

1000

.100

P n

Q b

P n

Q W

h

p h

• Trong đó :

– Q :Lưu lượng nước xử lý (m3/h) Q= 208 m3/h

– n: Thời gian giữa hai lần hoà tan phèn, lấy n = 24 giờ– Pp : Liều lượng lượng phèn dự tính cho vào

nước (g/m3 ) Pp = 50mg/l = 50g/m3

– bh :Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hoà trộn (%).Chọn bh= 10% (Theo TCXD-33:1985 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hoà trộn trong

khoảng 10 ÷ 17%.)

– : Khối lượng riêng của dung dịch tấn/m3

• Trong bài toán này loại phèn sử dụng để làm chất keo tụ

là phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước



• Vậy dung tích bể hoà trộn phèn là:

• Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể trộn

hình vuông với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng

là 2 :1 Vậy ta chọn kích thước bể 1,08 × 1,08 × 2,2m = 2,5 m3

• Chọn chiều cao an toàn cho bể hoà trộn phèn

là : 0,4 m (Theo tiêu chuẩn chọn chiều cao an toàn nằm trong khoảng 0,3 ÷ 0,5 m).

3

5 ,

2 1

10 10000

50 24

2.2 Tính toán thiết bị khấy trộn phèn

• Bể được khấy trộn bằng máy trộn cánh quạt, dung tích

bể khấy trộn được tính ở trên là Wh = 2,5 m3

• Bể được thiết kế hình vuông với tỉ lệ kích thước như

• Năng lượng khuấy trộn cần thiết:

(W)

• Trong đó:

– k: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu

cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy kiểu

k

P  

937 972

, 0 1

1000 08

, 1

.

 k n Dkh

• Công suất động cơ:

W trọng lượng riêng của dung dịch được khuấy trộn.

= 0,8 hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động (hiệu suất)

1171 8

0





3 THIẾT BỊ PHA CHẾ VÔI:

• Công thức xác định liều lượng chất kiềm hoá

mg/l

c

100

1

Ke

Pe

2

p 1

• Trong đó:

– Pk : Hàm lượng chất kiềm hoá (mg/l)

– Pp : Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l) ,

đã tính Pp= 30mg/l

– e1, e2 : Đương lượng của chất kiếm hoá và của phèn (mg/mgđl) (Trong trường hợp này sử dụng chất kiềm hoá là CaO nên e1 = 28; và đối vơi chất keo tụ là

Al2(SO4)3 nên e2 = 57

– Kt : Độ kiềm nhỏ nhất của nước nguồn (mgđl/l)

– 1 : Độ kiềm dự phòng của nước (mgđl/l)

– c : Tỉ lệ chất kiềm hoá nguyên chất có trong sản

phẩm sử dụng (%) (Trường hợp này c = 80%)

.

v

k v

b

P n Q

W 

0 1

5 10000

42 ,

11 12

208

10000

b

P n Q W

• Tại trạm bố trí hai bể, một làm việc, một

dự phòng.

• Dung dịch vôi 5% ở bể tiêu thụ được định lượng đều với lưu lượng không đổi bằng bơm định lượng để đưa vào bể trộn đứng, tương tự thì ta cũng bố trí hai bơm định

lượng ở hai bể.

• Tính toán thiết bị khấy trộn vôi sữa

– Bể được khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt; dung tích bể pha vôi sữa được tính toán ở

trên là Wv = 0,57 m3

– Bể được thiết kế hình tròn, đường kính của

bể phải lấy bằng chiều cao công tác của bể d

= h, chiều cao xây dựngcủa bể là h + 0,4m

( theo Quy phạm chiều cao an toàn của bể lấy 0,3 ÷ 0,5 m).

4

4

d 2 h d 3

Wv    

• Vậy đường kính bể :

m9

, 0

4 57 , 0

• Chọn số vòng quay của cánh quạt là 6m/s để tránh 0 vòng/phút (Quy phạm≥ 40 vòng/phút), chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính bể (Quy phạm = 0,4 ÷ 0,45d).

lcq = 0,45.d = 0,45.0,9 = 0,405 m

• Vậy chiều dài toàn phần của cánh quạt là

0,405 x 2 = 0,81m

• Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3

vôi sữa trong bể (Quy phạm = 0,1 ÷ 0,2m2)

fcq = 0,15.Wv = 0,15 0,57 = 0,09 m2

• Chiều rộng mỗi cánh quạt là:

bcq = fcq÷lcq = 0,09 ÷ 0.405 = 0,22m

• Năng lượng khuấy trộn cần thiết:

(W)

• Trong đó

– k: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy phẳng 2 cánh

– ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, ρ = 1000 kg/m3

– n: số vòng quay trong 1 giây, n = 6m/s để tránh 0/6m/s để tránh 0 vòng /s

– Dkh: Đường kính cánh khuấy, Dkh = 0,81 m

5

3 .

n Dkhk

• Công suất động cơ:

W

4718

,0

4 BỂ TRỘN CƠ KHÍ

• Mục đích:

– So với lượng nước cần xử lý, lượng hoá chất

sử dụng thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ Mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi tiếp xúc với nước Vì vậy, cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hoá chất ngay sau khi chúng vào nước nhằm đạt được hiệu quả xử lý cao nhất.

Chọn bể trộn tròn, với Q= 5000 m3/ngày đêm =

0,058m3/s, nhiệt độ t=300CChọn gradient vận tốc G= 800 s-1

Thời gian khuấy HRT= 40s

Chiều sâu lớp nước H= D

Thể tích bể trộn:

V = HRT x Q =40s x 0,058 m3/s = 2,32 m3

Mà V= H x D2/4 =D D2/4 = 2,32 m3Nên H= D = 1,44 m

Chọn chiều cao bảo vệ hbv=0,3m

Vậy chiều cao bể Hbể = 1,44 + 0,3 = 1,74 m

• Năng lượng khuấy:

P= .V.G2 =0,8.10-3 × 2,32 × 8002= 1187,84 W Với: -Độ nhớt động lực của nuớc, ở 300 C nên

=0,8.10-3N.s/m2

• Công suất của động cơ

N = P/ = 1187,84/0,8 = 1484,8 W

• Dùng máy khuấy tuabin bốn cánh nghiêng góc

450, hướng lên trên Đường kính cánh khuấy Dkh

giảm dần ở những ngăn sau Nhờ sự điều chỉnh tốc độ khuấy trộn này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bông cặn tạo thành ngày càng lớn

• Chọn bể tạo bông khuấy trộn bằng cánh guồng, trục ngang,

• Chia bể làm 2 ngăn, mỗi ngăn chia 3 buồng, chọn kích thước chiều rộng và chiều cao của mỗi buồng là:

208 60

• Chiều dài bể:

m

• Trong đó:

– n là số ngăn phản ứng

– f tiết diện mỗi ngăn

• Chiều dài mỗi ngăn: l = 4/2 = 2 m

• Các ngăn được ngăn cách với nhau bằng các vách hướng dòng theo phương thẳng đứng.

• Dung tích mỗi buồng:

4 96

, 12 2

• Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh khuấy đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương ngang.

• Tổng diện tích bản cánh lấy bằng 17% diện tích mặt cắt ngang bể (qui phạm: 15-20%)

R1 = 0,9 m và R2 = 0,6m/s để tránh m

• Chọn tốc độ quay của guồng khuấy ở ngăn đầu là 5

vòng/phút, ngăn giữa là 4 vòng/phút, ngăn cuối là 3 vòng/phút.

• Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với mặt nước

bằng 75% vận tốc của bản thân đầu bản cánh.

n

R v

60

75,0

2

75,

2

.

.

• Giá trị gradient vận tốc:

(s-1)

• Trong đó:

– P - Nhu cầu năng lượng (W)

– Vng- thể tích của một ngăn tạo bông,

.





67 6

, 10 10 798 ,

0

58 ,

48 6

, 10 10 798 ,

0

75 ,

33 ,

8





G

6 BỂ LẮNG LI TÂM:

• Nguyên tắc làm việc:

– Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng

– Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm

bể ra ngoài và từ dưới lên trên Ơ đây, cặn được

lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc

– So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm có

một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy

có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng , do đó chiều cao công tác của bể nhỏ, thích hợp xây dựng ở

những khu vực có mực nước ngầm cao Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường

Q F

21 , 0

• Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m

• Kiểm tra lại tải trọng máng tràn:

m3/m.ngày, đạt yêu cầu

17 , 7

49 ,

110 17

, 7 2

L m ngày

• Tính ngăn phân phối nước:

– Ngăn phân phối nước được thiết kế hình trụ có khoan

lỗ trên vách ngăn, mép dưới vách ngăn ngập dưới

mực nước trong bể ở độ sâu bằng chiều sâu bể lắng tại thành bể (h = 1,5 m)

– Diện tích xung quanh của ngăn phân phối là:

fp = .d.h = 3,14.4.1,5 = 18,84 m2

– Tổng diên tích các lỗ trên vách ngăn:

m2 ( lấy vlỗ = 0,3 m/s) 





 0 2

3 , 0

058 ,

0

lo

lo

v Q f

, 0

2 ,

• chu vi ngăn phân phối:

6

12560 6





n l

%5

%08,1

%

10084

,18

2,

• Trong đó :

– Q : Lưu lượng nước đưa vào bể (m3/ngày đêm) Q =

5000 m3/ngày đêm

– C : Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng (C

= 10 ÷ 12mg/l).Trong trường hợp này C = 12 mg/l

– δ nồng độ trung bình của cặn đã lắng lấy theo bảng nồng độ cặn sau lắng, chọn =30.000 g/m3 (theo

– K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, chọn k = 1 ứng với phèn nhôm không sạch – M: độ màu nước nguồn, M = 150 Pt –Co

– v: liều lượng vôi kiềm hoá nước, v = 23,7 mg/l

, 381 ( 5000 )

Q

Q C

-

6m/s để tránh 500 8500 25.000 29.000 36m/s để tránh 000

-7500 9300 27.000 31.000 38.000

-8.000 10.000 30.000 35.000 41.000 150.000

7 BỂ LỌC NHANH:

Cấu tạo và nguyên lý làm việc:

• Lớp phía trên là than ăngtraxit nghiền nhỏ,

có đường kính tương đương dtd=1,1 mm,

hệ số không đồng nhất, k=2, chiều dày lớp cát lọc lấy L1 = 400mm.

• Lớp phía dưới là cát thạch anh, cỡ hạt

dtd=0,7mm, k=2, L2=400mm

• Khi lọc: Nước được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân

phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ

thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch.

• Khi rửa: Nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân

phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước

Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng.

• Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết

kế, rồi cho bể làm việc Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa

chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa ngay vào

bể chứa Thời gian xả lọc đầu qui định là 10 phút.

Hầm thu nước

Lớp vật liệu đỡ Lớp vật liệu lọc Lớp nước trên vật liệu lọc

• Tính toán:

– Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý xác định theo công thức:

bt

m

T.v

Q

bt

v t a t

W

F

.

6 ,





– t1 : Thời gian rửa lọc (giờ), Chọn bằng 6m/s để tránh phút =0.1 giờ

– t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 giờ

• Vậy ta tính được tổng diện tích bể lọc của trạm

xử lý là :

m2

• Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:

– Chọn N = 3 bể ( N không được nhỏ hơn 3 để khi một

bể ngưng làm việc thì vận tốc trọng các bể còn lại không vượt quá 1,5 lần bình thường)

6 ,

27 8

35 , 0 2 1

0 15 6 , 3 8

24

, 27

5 , 0 5

,

N

• Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rửa :

.

1

N N

N v

N

N v

1 3

3 8.

– hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hd = 0,7m

– hn : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, lấy hn = 2m

– hv : Chiều dày lớp vật liệu lọc gồm than Antraxít và cát thạch anh, hv= L1+L2 = 0,8m

• Vậy chiều cao bể là :

H = hd + hv + hn + hp = 0,7 + 0,8 + 2 + 0,5 = 4 m

RỬA LỌC:

• Xác định hệ thống phân phối nước rửa

– Chọn biện pháp rửa bể bằng gió và nước kết hợp

– Cường độ nước rửa lọc W = 15 l/s.m2 (Theo quy phạm là 15 ÷16m/s để tránh l/s.m2, ứng với mức độ

nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%)

– Lưu lượng nước rửa của một bể lọc là :

s

W f

Qr  .  9 , 2 . 15  0 , 138 m3 /

• Chọn đường kính ống chính là dc = 200

mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống là vc = 1,5 m/s (nằm trong giới hạn cho phép ≤ 2 m/s).

• Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,28m, (theo quy phạm 0,25 ÷ 0,3m)

• Số ống nhánh của một bể lọc sẽ là:

ống nhánh

22 28

, 0

2 1 ,

3 2

28 ,

 B m

• Bố trí các ống : ống nhánh được đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữa các ống nhánh

la 0,28 m; bố trí dàn ống theo kiểu xương cá.

• Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống

nhánh là :

• Chọn đường kính ống nhánh dn = 50 mm bằng thép, thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh sẽ là

vn = 1,91 m/s (nằm trong giới hạn cho phép 1,8

÷ 2,0 m/s)

l/s 3,

622

1000

138