đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước cấp

Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước.Trong thực tế thường dùng các loại bể lắng sau tùy thuộc vào công s

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Nước sạch có vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống cũng như sản xuất củacon người Các nguồn nước đang được sử dụng hiên nay cho sinh hoạt là nước mưa,giếng khoan, ao hồ… Những nguồn nước này đang bị ô nhiễm bởi các tác nhân như:chất hữu cơ, vi sinh vật, kim loại nặng…từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nôngnghiệp, nước mưa chảy tràn sinh hoạt của con người Nếu không có các biện pháp ngănchặn và xử lý kịp thời thì sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sứckhỏe của con người

Hiện nay có rất nhiều nhà máy xử lý nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống đã vàđang sử dụng những dây truyền công nghệ tiên tiến hiện đại để xử lý nước mặt và nướcngầm Việc lựa chọn dây truyền công nghệ phù hợp rất quan trọng và nó phụ thuộc vàochất lượng nước đầu vào, yêu cầu của nguồn nước đầu ra, điều kiện kinh tế, kỹ thuật

Sau đây tôi xin đề xuất dây truyền công nghệ hợp lý để xử lý nguồn nước thôcấp cho sinh hoạt

CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU

- Nguồn nước: Ngầm

- Công suất cấp nước: 16000 m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: so sánh với các chỉ tiêu chất lượng nước trongQCVN 02: 2009/BYT (cột I – áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước)

CHƯƠNG II ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

I. TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG

1. Công trình làm thoáng

Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước

Làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước Công trìnhlàm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽlàm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe Sau khi làmthoáng ta sẽ châm hóa chất để khử Fe có trong nước Hóa chất sử dụng ở đây là clo – mộtchất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước, Mn, H2S Ngoài ra đểtạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải cho thêm vôi cùng với clo.Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc độ phản ứng oxy hóa Fe diễn ranhanh hơn

Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo

 Dàn mưa: làm thoáng tự nhiên Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa)

Cấu tạo dàn mưa gồm:

- Hệ thống phân phối nước

- Sàn tung nước (1 – 4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m

- Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc

- Sàn và ống thu nước

 Thùng quạt gió: làm thoáng tải trọng cao(làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió và nước đi

ngược chiều Khử được 85 – 90% CO2, tăng DO lên 70 – 85% DO bão hòa

Cấu tạo:

- Hệ thống phân phối nước

- Lớp vật liệu tiếp xúc

2. Bể lắng

Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước.Trong thực tế thường dùng các loại bể lắng sau tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng:

 Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất > 30 000 m3/ngđ đối với trường hợp xử lý nước có phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn

 Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ (đến 3000

m3/ngđ) Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ

 Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện

tích xây dựng hơn nhưng cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước Bể chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến 3000 m3/ngđ

 Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên.Bể được áp dụng để sơ lắng

các nguồn nước có hàm lượng cặn cao (>2000 mmg/l) với công suất ≥ 30000 m3/ngđ

3. Bể lọc

 Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trong lớp màng

lọc Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản Nhược điểm lớn nhất là tốc

độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc Bể lọc chậm thường được áp dụng cho các nhà máy có công suất đến 1000 m3/ngđ với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ

 Bể lọc nhanh: là bể lọc một chiều,dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vạt liệu

lọc Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chấtkeo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm

 Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông nhưng cso 2

lớp vật liệu lọc nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể

 Bể lọc sơ bộ: được áp dụng để làm sạch triệt để trong bể lọc chậm Bể lọc này làm việc

theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông

 Bể lọc áp lực: được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình

trụ ngang cho công suất lớn Loại bể này được áp dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt

có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50 mg/l, độ đục lên đến 80 độ với công suất 300 m3/ngđ, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất < 500m3/ngđ và máy nén khí cho công suất bất kì

 Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất

phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, độ màu đến 150 độ với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10000m3/ngđ

4. Khử trùng

Khử trùng trong nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước cấp Trong nước thô có rất nhiều VSV và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cần phải khử trùng nước để đảm bảo chất lượng nước phục vụ nhu cầu ăn uống.

Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng Cơ sở của phương pháp là dùng chất oxi hóa mạnh để oxi hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng Ưu điểm của phương pháp này là vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu suất chấp nhận được Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch

5. Bể chứa nước sạch

Có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II Nó còn nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3 giờ, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc vànước dùng cho các nhu cầu khác của nhà máy

Bể có thể làm bằng bê tong cốt thép hoặc gạch có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng Bể có thể xây chìm, nổi hoặc nửa nổi nửa chìm tùy vào điều kiện cụ thể

1. Đề xuất phương án xử lý

Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau khi xử lý Dựa vào các số liệu đã có, so sánh với chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể Theo chất lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý:

- Phương án 1:

6 clo

xả cặn

- Phương án 2:

6666

xả cặn clo

Lắngđứngtiếpxúc

Lọc

Thùngquạtgió

Lắng trong

có lớp cặn

lơ lửng

2. So sánh 2 phương án:

Ưu

điểm Giàn mưa:+ Dễ vận hành

+ Dễ duy trì, bảo dưỡng và vệsinh định kỳ

Hệ số khử khí CO2 trong thùng quạt gió là 90-95% cao hơn so với giàn mưa

Khối lượng công trình nhỏ, chiếm ít diện tích

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng xây dựng và vận hành phức tạp, rất nhạy cảm với sự dao đông về lưu lượng và nhiệt độ nguồn nước Khó khan khi tăng giảm lưu lượng nước đầu vào

Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý Chọn phương án 1 làm phương ántính toán

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

1. Giàn mưa

- Mục đích: khử Fe và Mn

 Diện tích, bề mặt giàn mưa:

- Lưu lượng qua giàn mưa: Q = 16000 m3/ngđ = 666,67 m3/h

- Diện tích dàn mưa:

F = = = 44,44(m2)Trong đó:

• Q: lưu lượng nước xử lý (m3/h)

• qm: cường độ mưa (theo quy phạm: 10÷15 m3/m2.h), chọn qm = 15 m3/m2.h

- Chia giàn mưa thành N = 6 ngăn, diện tích mỗi ngăn:

f = = = 7,41 m2

→ Mỗi ngăn có kích thướng 2,6 x 2,9 (m2)

- Lưu lượng nước vào mỗi ngăn của giàn mưa:

q = = 0,031 (m3/s)

 Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng

• Các chỉ tiêu sau làm thoáng

- Độ kiềm :

Độ kiềm của nước sau khi khử sắt tính theo công thức:

Ki = Ko – 0,036 [Fe2+] (mgđl/l)( Theo công thức 5-1, trang 164, Xử lí nước cấp, NguyễnNgọc Dung )

Trong đó :

+ Ki : Độ kiềm của nước nguồn sau khi khử sắt (mgđl/l)

+ Ko : Độ kiềm ban đầu của nước nguồn (mgđl/l), K0 = 3 mgđl/l

+ [Fe2+] : Hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l), [Fe2+] = 10 mg/l

 Độ kiềm của nước sau khi khử sắt là:

µ: lực ion của dung dịch, µ = 0,000022P

P: tổng hàm lượng muối (mg/l) = 200 ≤1000 → µ = 0,022

K1 là hằng số phân li bậc 1 của axit cacbonic, với t = 220C → K1 = 4,154.10-7

Hàm lượng CO2 tự do có trong nước xác định :

Tra bảng Langlier, suy ra pH = 7,1

 Xác định chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc

Diện tích giàn mưa: F = 44,44 m2

Fe2+: hàm lượng sắt của nước nguồn, Fe2+ = 10 (mg/l)

Cđ: hàm lượng CO2 tự do ban đầu trong nước ngầm, Cđ = 23 (mg/l)

Ct: nồng độ CO2 tính toán ứng với pH = 7,5 và độ kiềm của nước nguồn

Ct = Cbđ.β.γ (mg/l)

Cbđ:hàm lượng CO2 tự do xác định theo biểu đồ 6-2, điều 6.206, TCXDVN 33:

2006, với độ kiềm K0 = 3mgđl/l, nhiệt độ t = 200C, Cbđ = 18,5 (mg/l)

Căn cứ vào lượng muối hòa tan trong nước là 160 (mg/l), tra bảng 5-1, trang

 Hệ thống phân phối nước của giàn mưa

Dùng hệ thống ống phân phối nước bằng xương cá gồm:

• Ống phân phối chính

- Đường kính ống phân phối chính vào các ống nhánh trên giàn mưa:

4×q

D = (m) π×v

Vậy số ống nhánh trên một ngăn là:

- Lưu lượng nước chảy trong ống nhánh:

- Tiết diện ngang của ống chính là:

Để nước có thể phân bố đều trên khắp diện tích mỗi ngăn của giàn mưa, trên cácống nhánh ta khoan các lỗ có đường kính 6 mm (lấy từ 5 – 10 mm, trang 170 - sáchXLNC – Nguyễn Ngọc Dung) Tổng diện tích các lỗ này lấy bằng (30 – 35 %) tiết diệnngang của ống chính (trang 141 – sách XLNC – Nguyễn Ngọc Dung) Chọn 35%

- Như vậy, tổng diện tích các lỗ:

- Khoảng cách giữa 2 tim lỗ kề nhau trên mỗi hàng là:

Nằm trong giới hạn cho phép (từ 150 – 200 mm – 6.111 TCXD 33:2006)

 Hệ thống sàn tung nước

- Chọn đường kính lỗ trên tấm inox: nếu đường kính lỗ càng nhỏ thì số lỗ càngnhiều, hiệu quả làm thoáng càng cao Tuy nhiên khi số lỗ quá dày dẫn đến tình

trạng không khí khó khuếch tán vào trong tâm giàn mưa ảnh hưởng đến hiệu quả

xử lý nên ta chọn đường kính mỗi lỗ là 20 mm Khoảng cách giữa các lỗ là 60mm.Khoảng cách từ mép biên đến lỗ tâm thứ nhất là 55 mm

- Số lỗ theo chiều dài 2,9 m của tấm inox:

- Số lỗ theo chiều rộng 2,6 m của tấm inox: Khoảng cách từ mép biên đến tâm lỗthứ nhất là 50 mm

- Các cửa chớp bê tông cốt thép

- Góc nghiêng của cửa chớp với mặt phẳng khoảng 450

- Khoảng cách giữa 2 cửa chớp là 200 mm và chiều rộng mỗi cửa là 200 mm Cáccửa chớp được thiết kế xung quanh toàn bộ giàn mưa

• Ống thu nước

- Bố trí ống dẫn nước đưa nước từ sàn tung nước xuống bể lắng với tốc độ là 0,8 1,2 m/s (Theo mục 6.120 TCVN 33 – 2006) Chọn v = 1 m/s

Đường kính ống dẫn nước sang bể lắng đứng

Chọn đường kính là 200 mm

Kiểm tra lại vận tốc:

(Nằm trong giới hạn cho phép 0,8 – 1,2 m/s)

 Chiều cao giàn mưa

- Chọn khoảng cách từ sàn phân phối nước đến sàn tung mưa trên cùng: 0,7 m

- Khoảng cách giữa 2 lớp vật liệu tiếp xúc là 0,6 m

- Khoảng cách từ sàn tung mưa dưới cùng đến sàn thu nước là 0,8 m

- Chọn độ dày sàn thu nước là 0,2 m

- Chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc: 0,39 m

- Chiều dày lớp sàn tung: 0,02

 Chiều cao giàn mưa: H = 0,7+0,6 2 + 0,8 + 0,2 + 0,39 3 + 0,02= 4,07 Vậy kích thước của mỗi ngăn giàn mưa là: B x L x H = 2,6m x 2,9m x 4,07m

Chọn chiều cao vùng lắng của bể là 2,5m ( tiêu chuẩn 1,5÷3,5m)

Tốc độ nước dâng trong bể:

v = = = 1,19 (mm/s)

Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:

( 0,4 là chiều rộng hố thu cặn ở đáy)

Lấy chiều cao bảo vệ là 0,5m

Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc:

H = Htrụ + Hnón + Hbv = 3,1 + 3,9 + 0,5 = 7,5 (m)

• Thiết kế vùng xả cặn

- Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn:

T = (giờ)

(Theo mục 6.68 – TCVN 33:2006)

Trong đó:

• T: Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn (h),

• WC: dung tích phần chứa nén cặn của bể

o P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước (g/m3)

o K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng Đối với phèn sạch lấy K =0,5; Với phèn không sạch K =1,0; Với sắt Clorua K = 0,7

o M: Độ màu nước nguồn tính bằng độ (thang màu platin-côban) M = 10

o v: Liều lượng vôi (nếu có) cho vào nước (mg/l)

Hàm lượng cặn Fe(OH)3 sau làm thoáng

2 Fe2+ + HCO3- + ½ O2 + H2O = 2 Fe(OH)3 + 4 CO2

2 x56 2 x (56+51)

10 19,11

Hàm lượng cặn Mn(OH)4 sau làm thoáng

2 Mn(HCO3-)2 + O2 + 6H2O = 2 Mn(OH)4 + 4HCO3

2(55 + 2x16) 2(55 +4x17)

0,5 0,71

- Vậy thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn là:

T = = = 177,7(giờ) ≈ 7,4 ngày

- Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần tram lượng nước xử lý:

Kp: hệ số pha loãng cặn bằng 1,2 ÷ 1,15, lấy Kp = 1,15

Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và 4máng hình quạt nan quạt chảy tập trung vào máng chính Nước chảy theo 2 chiều, nêndiện tích mặt cắt ngang của máng vòng tính như sau:

fv = (m2)Trong đó:

fq = = = 0,027 (m2)Chọn máng có tiết diện 0,2x0,135m

 Q: Công suất trạm xử lý (m3/ngđ), Q = 16000 (m3/ngđ)

 T: Thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày đêm, T = 24h

 vbt: Tốc độ lọc ở chế độ bình thường, vbt = 6 – 8 m/h Chọn vbt = 8 m/h

 a: Số lần rửa mỗi một bể lọc trong 1 ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, a = 2

 W: Cường độ nước rửa lọc, W = 14 – 16 l/s.m2 (Theo bảng 6.13 – TCVN 33 : 2006),chọn W = 15 l/s.m2

 t1: Thời gian rửa lọc (h), t1 = 5 – 6 phút (Theo bảng 6.13 – TCVN 33:2006), chọn t1 =

6 phút = 0,1h

 t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa (h), t2 = 0,35h (Theo mục 6.102 – TCVN 33: 2006)

Do đó diện tích của bể lọc là:

- Số bể lọc được xác định theo công thức:

- Lấy 5 bể, khi đó diện tích mỗi bể là:

Kích thước mỗi bể là L×B = 5 × 3,7 =18,5 (m×m)

 Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức:

Trong đó :

hd : chiều cao lớp sỏi đỡ, hd = 0,15 m

hvl : chiều dày lớp vật liệu lọc, hv = 1,4 m

hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc, hn = 2 m (Theo 6.106 TCXD 33:2006)

hh : chiều cao tầng hầm thu nước, hh = 1 m

hbv : là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m

Vậy H = 0,15 + 1,4 + 2 + 1 + 0.5 = 5,05 (m)

- Tốc độ lọc tính toán theo chế độ làm việc tăng cường xác định theo công thức:

(Theo mục 6.105 – TCVN 33: 2006)Trong đó:

• vbt: tốc độ lọc ở chế độ bình thường, (lấy theo bảng 6.11 - mục 6.103 – TCVN33:2006)

• N1: Số bể lọc dùng để sửa chữa

vtc thỏa mãn nằm trong khoảng 7 – 9,5 m/h (Theo bảng 6.11-TCVN 33:2006)

 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc

Chọn phương pháp rửa bể bằng gió và nước kết hợp Cường độ nước rửa lọc Wn =

5÷8 (l/s.m2), chọn Wn = 3 (l/s.m); độ giãn nở của lớp vật liệu lọc e = 30% Cường độ gió rửa lọc Wgió = 15 ÷ 20 (l/s.m2), chọn Wgió = 15 (l/s.m2) ( Theo 6.123 – TCXD 33:2006)

 Hệ thống cung cấp nước rửa lọc:

- Cường độ rửa nước là: 6 (l/s.m2)

- Vận tốc nước trong ống là v = 1,6 (m/s) (theo mục 6.111 – TCXD 33:2006 là 1÷2 m/s)

- Lưu lượng nước cần thiết cho 1 bể lọc để rửa lọc:

Qr = (m3/s)Trong đó:

Vậy đường kính ống rửa là D = 300 mm bằng thép

- Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,28 m (quy phạm cho phép là 0,25÷0,3 m), số ống nhánh của 1 bể lọc là:

Vậy đường kính ống nhánh là D60 làm bằng thép

-Với ống chính là 300 mm, thì tiết diện ngang của ống:

Ω = = = 0,071 (m2)