3.1) CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Lý do lựa chọn công nghệ dựa vào: Công suất trạm xử lý. Mức độ cần thiết xử lý nước cấp: sinh hoạt, lò hơi Thành phần và đặc tính của nước mặt: độ đục, độ màu,… Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn nước QCVN 01:2009BYT Hiệu quả quá trình, phương pháp xử lý, khả năng ứng dụng cao hay thấp Diện tích khu dất dự kiến xây dựng trạm xử lý và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước cấp: có phù hợp với công nghệ đưa ra hay không. Quy mô và xu hướng phát triển trong tương lai của khu chung cư: như có thêm khu công nghiệp, nhà máy,… Yêu cầu về năng lượng, hóa chất, các thiết bị sẵn có trên thị trường: cần phải nhanh chóng,… Các chỉ tiêu kinh tế Các vấn đề vận hành, xử lý, kiểm tra,… Các vấn đề khác.
CƠNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH NƯỚC TẠI CÁC KHU DÂN CƯ 3.1) CƠ SỞ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ Lý lựa chọn cơng nghệ dựa vào: - Công suất trạm xử lý Mức độ cần thiết xử lý nước cấp: sinh hoạt, lò Thành phần đặc tính nước mặt: độ đục, độ màu,… Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn nước QCVN 01:2009/BYT Hiệu trình, phương pháp xử lý, khả ứng dụng cao hay thấp Diện tích khu dất dự kiến xây dựng trạm xử lý đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây - dựng trạm xử lý nước cấp: có phù hợp với cơng nghệ đưa hay không Quy mô xu hướng phát triển tương lai khu chung cư: có thêm khu công - nghiệp, nhà máy,… Yêu cầu lượng, hóa chất, thiết bị sẵn có thị trường: cần phải nhanh - chóng,… Các tiêu kinh tế Các vấn đề vận hành, xử lý, kiểm tra,… Các vấn đề khác Đề tài đồ án: Thiết kế hệ thống xử lí nước cấp sử dụng nước mặt cho khu dân cư A sau 20 năm Bảng 3.1: Số liệu chất lượng nước nguồn ST CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ T GÍA QCVN TRỊ 01:2009/BYT pH - 6,5 6,5 - 8,5 Chất rắn lơ lững (SS) mg/L 60 - Độ đục NTU 45 Độ màu mg/L 90 15 Amoni mg/L 0,2 - Sắt tổng cộng mg/L 0,05 - Độ cứng tính theoCaCO3 mg/L 103 - Coliform tổng số 6000 Vi khuẩn/100ml Chất lượng nguồn nước xử lý lựa chọn công nghệ: Thông số thiết kế: - pH : 6,5 Độ đục : 45 NTU Độ màu : 90 Pt-Co Colifrom tổng số : 6000 Vi khuẩn/100ml Các tiêu khác nằm quy phạm cho phép dựa vào QCVN 01:2009/BYT Nhận xét chất lượng nguồn nước mặt thông qua tiêu cho thấy: nguồn nước có độ đục, độ màu cao cần xử lý, nguồn nước bị nhiểm có hàm lường vi sinh vật vượt quy định 3.2) TOÁN SỐ DÂN VÀ LƯU LƯỢNG CẤP NƯƠC CHO KHU DÂN CƯ A 3.2.1) Tính tốn số dân Áp dụng công thức Euler cải tiến: (N*i+1) = N + N * r (Ni+0,5) = [(N*i+1) + N]/2 (Ni+1) = (Ni+0,5)* r + N (Tài liệu giáo trình quản lý xử lý chất thải rắn PGS.TS Nguyễn Văn Phước) Số dân năm 2012 N = 3195 người Tương tự ta có : Bảng 3.2: Số dân năm tương lai STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Năm 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 Tốc độ tăng trưởng (r) 3% 3% 3% 3% 3% 2.5% 2.5% 2.5% 2.5% 2.5% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% Số dân sau năm (N*i+1) 3291 3391 3494 3601 3710 3805 3901 4000 4101 4205 4324 4447 4573 4703 4836 4974 5115 5260 5409 Số dân sau nửa năm (Ni+0,5) 3243 3342 3443 3548 3656 3758 3854 3951 4051 4154 4265 4386 4511 4639 4770 4906 5045 5188 5336 Số dân tăng trưởng sau năm (Ni+1) 3292 3393 3496 3602 3712 3806 3902 4001 4102 4206 4326 4448 4575 4705 4838 4976 5117 5262 5411 20 2032 2.8% 5563 5487 5565 Hệ thống xử lý chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn 1: 2013 – 2024: Giai đoạn 2: 2024 – 2032: Đề suất cơng trình xử lý cho giai đoạn từ năm 2013 – 2024: Vậy số dân tính 12 năm 4448 người Khu dân cư A đô thị loại I nên dựa vào bảng 3.1 TCXDVN 33:2006 Cấp nước mạng lưới đường ống cơng trình tiêu chuẩn thiết kế: Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt 200 (l/người.ngày) Tỷ lệ dân số cấp nước 99% ≈ 0,99 3.2.1) Lưu lượng nước cấp cho khu dân cư a) Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt là: Qsh= Trong đó: - q: tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt (lấy theo TCXD 33:2006) - N: số dân tính tốn ứng với tiêu chuẩn cấp nước - f: tỷ lệ dân cấp nước (lấy theo TCXD 33:2006) Qsh = = 880,784 m3/ng b) Lượng nước phục vụ công cộng: Qcc= 10% Qsh=10% x 880,784 = 88,078 m3/ng c) Lượng nước phục vụ công nghiệp dịch vụ: Qdv= 10%Qsh =10% x 880,784 = 88,078 m3/ng d) Lượng nước cấp thất thoát: Qtt = 17%(Qsh + Qcc + Qdv) = 0.17 x (880,784 + 88,078 +88,078) = 179,68 m3/ng e) Lượng nước yêu cầu riêng nhà máy xử lý: Qr = 7% (Qsh + Qcc + Qdv + Qtt) = 0.07 x (880,784 + 88,078 + 88,078 + 179,68) = 86,563 m3/ng f) Lượng nước dự phịng cho phát triển cơng nghiệp, dân cư lượng nước khác: Qdp = 10%Qsh = 10% x 880,784 = 88,078m3/ng g) Lưu lượng trung bình ngày tính tốn: Q tt ngày = Qsh + Qtt + Qcc + Qdv + Qr + Qdp = (880,784 + 88,078+ 88,078+ 179,68+ 86,563 + 88,078) = 1411,262 m3/ngđ h) Lưu lượng nước tính tốn ngày dùng nước nhiều nhất: Q max.ngày = Q tt ngày x K max = 1411,262 x 1,2 = 1694 m3/ng = 70,563 m3/ng Chọn Q max.ngày = 1700 m3/ngđ = 71 m3/h Vậy: lưu lượng để cấp cho số dân 1700 m3/ngđ = 71 m3/h i) Lưu lượng nước tính tốn ngày dùng nước nhất: Q min.ngày = Q tt ngày x K = 1411,262 x 0,8 = 1129,01 m3/ng Trong đó: Đối với thành phố có qui mơ lớn, nằm vùng có điều kiện khí hậu khơ nóng quanh năm (như: Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Vũng Tàu,…), áp dụng mức: Kngày max = 1,1 ÷ 1,2 Kngày = 0,8 ÷ 0,9 K: hệ số dùng nước khơng điều hòa 3.3) ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ a) Phương án 1: a1) Sơ đồ Nguồn Cơng trình thu nước Bể trộn khí Xử lý theo quy định Chất keo tụ, tạo Bể keo tụ, tạo Nước tách bùn Hồ chứa bùn Bể lắng ngang Cặn Nước rửa lọc Bể lọc chậm Nước rửa ngược Châm Clo khử trùng Bể chứa nước Chú thích: Đường nước : Đường hóa chất: Đường thải : Trạm bơm cấp Mạng lưới cấp nước Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ b) Phương án 2: b1) Sơ đồ Bùn lắng Chú thích: Đường nước : Đường hóa chất: Đường thải : c) Thuyết minh sơ đồ Nguồn nước cơng trình thu nước lịng sơng bơm vào bể trộn khí Trước cơng trình thu nước có đặt song chắn rác Song chắn rác có nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trơi lơ lửng dịng nước để bảo vệ thiết bị (máy bơm) nâng cao hiệu làm cơng trình xử lý đơn vị làm giảm hàm lượng cặn độ màu nước Tại bể trộn khí: cho thêm hóa chất keo tụ trợ lắng PAC Polymer, bể trộn làm cho hóa chất keo tụ tạo bơng hịa trộn hồn tồn ổn định Sau nước chuyển qua bể keo tụ tạo bơng Các hạt keo mịn phân tán vào nước kết dính với hợp chất nước tạo bơng lắng Tạo điều kiện thuận lợi cho trình lắng diển nhanh bể lắng Nước từ bể keo tụ tạo qua bể lắng đây: cặn lắng xuống đáy tác dụng trọng lực, lượng bùn bể lắng bơm vào hồ chứa bùn Bùn lắng nén lại sau đem xử lý theo quy định làm phân bón, than hoạt tổ ong, … cịn nước phía chuyển cho trở lại bể lắng Sau nước chảy qua bể lọc Trong bể lọc có lớp cát lớn, cát nhỏ than hoạt tính Qua bể lọc nước khử mùi cát hạt cặn lơ lững không lắng giữ lại, loại bỏ vi khuẩn, màu sắc, độ đục Nước sau lọc nước gần hồn tồn sau bơm qua bể chứa nước Ta thêm hóa chất Clorine nhằm ngăn ngừa xuất hiện, sinh sản vi trùng, vi tảo… ngăn ngừa bám dính bám chúng lên thành bể chứa nước Nước phân phối vào mạng lưới qua sử dụng qua trạm bơm cấp 3.4) PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ Bảng 3.3: So sánh công nghệ Bể lắng ngang Phương án Bể lọc chậm Bể lắng đứng Phương án Bể lọc nhanh Ưu điểm Dễ thu cặn cặn thu có nồng độ cao Nhược đểm Chỉ sử dụng cho trạm có cơng suất nhỏ (đến 3000m3 /ngày đêm) Yêu cầu nhiều chiều sâu Hiệu lọc cao Tốn diện tích xây dựng Cấu tạo quản lý đơn giản, giá Không áp dụng cho nhà thành thấp máy cơng suất lớn Khơng địi hỏi người vận hành có tay nghề cao, khơng tốn lượng Sử dụng cho trạm có cơng Khó thu cặn suất lớn ( < 3000m /ngày đêm) Hiệu lắng tốt Tiết kiệm thời gian lọc 2-15m/h Sau rửa lọc, hiệu lọc Phù hợp cho trạm có cơng bị giảm suất lớn Đáp ứng độ không cao Đáp ứng nhanh yêu cầu sử dụng nguồn nước Chọn phương án Vì phương án đáp ứng nhu cầu cơng nghệ diện tích tiết kiệm tiêu chuẩn đặt c) Tính tốn máng hệ thống thu nước c1) Tính tốn máng thu nước: Drc=D= m Chọn: - Bề rộng máng: br=0,3m Chiều cao:hm= 0,3m Chiều dày bê tơng:bdày= 0,2m • Chiều dài máng thu đặt theo chu vi bể: Lm = π x D=3,14 x = 18,84 m • Đường kính máng thu: Dmt= D – x (br) = – x 0.3 = 5,4m • Đường kính máng cưa: Dm=Dmt – x (bdày) =5,4 – x 0,2 = m • Tải trọng thu nước bề mặt máng: Um = = 90,2 (m3/m.ngày) c2) Tính máng cưa: Chiều dài máng cưa: lm=Dm= 3,14 x = 16 m − Chọn: xẻ khe hình chử V, khe tạo góc 900, Chọn số khe: 4khe/1m dài − Bề rộng cưa: brăng = 100mm − Bề rộng khe chử V: bk= 150mm − Chiều sâu khe chử V: hk=bk/2= 150/2= 75mm − Khoảng cách giử khe 250mm − Chiều cao tổng cộng máng cưa: htc= 300mm − Tổng số khe: n = 4.lm = x 16 = 64 khe • Lưu lượng nước chảy qua khe chử V góc đáy 900 qk =26,6 m3/khe.ngày • Tải trọng thu nước máng tràn: Lthu = 106,25 m3/m.ngày Bảng 3.7: Thông số thiết kế máng thu nước STT Thông số Đơn vị Giá trị Bề rộng máng mm 300 Chiều sâu mm 300 Chiều dài máng thu m 18,84 Đường kính máng thu nước m 5,4 Đường kính ngồi máng thu nước m m 16 Chiều cao tổng cộng máng cưa mm 300 Bề rộng khe mm 150 Bề rộng cưa mm 100 Đường kính ống thu nước mm 160 Đường kính ỗng nước vào mm 180 Đường kính ống thu bùn (150-200mm) mm 180 Máng thu nước Máng cưa Chiều dài máng cưa Ống nước 3.5.3) Bể lọc nhanh: Một lớp vật liệu lọc a) Tính tốn diện tích Diện tích bể lọc nhanh: Trong đó: Q = 1700 m3/ngày = 71 m3/h W cường độ rửa: W=14 l/s.m2 (quy phạm từ 14 – 16 l/s.m2 ), T = 24h a số lần rửa bể ngày a = Chọn cát lọc dtd = mm, hệ số không đồng k = Chiều dày lớp vật liệu lọc: L = 1,3 m [Theo bảng 6.11 TCXD 33:2006] t1 = phút = 0,1 giờ, t2 = 0,35 [Theo bảng 6.11 TCXD 33:2006] Vbt = [Theo bảng 6.11 TCXDVN 33:2006] Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: = 0,5 = 1,78 bể Chọn N = bể Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện bể đóng để rửa > (khoảng – 9,5): khơng an tồn Ta có: 7,5 < < 9,5 ↔ 3bể < N < 7bể Vì ta phải thiết kế thêm bể lọc để dự phòng Hai bể vận hành, hai bể dự phòng rửa lọc vào cuối ngày Diện tích bể lọc là: Chọn kích thước bể : Chiều cao toàn phần bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = h đ + hv + hn + hp hđ : chiều cao lớp đỡ: hđ = 0,3 m [Theo bảng 6.12 TCXD 33:2006] hv : chiều dày lớp vật liệu lọc: hv = 1,3 m [Theo bảng 6.11 TCXD 33:2006] hn : chiều cao lớp nước vật liệu lọc: hn = m hp : chiều cao hấp phụ (0,3 – 0,5 m) H = 0,3 + 1,3 + + 0,5 = 4,1 m b) Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc Chọn phương pháp rửa bể nước, cường độ nước rửa lọc W = 14 l/s.m với độ trương nước 45% (Quy pham 12 - 14 l/s.m2) Lượng nước rửa lọc bể là: = 44L/s Chọn vận tốc chảy ống là: V = 1,8 m/s (Quy phạm Đường kính ống là: = Chọn đường kính ống 176 mm Lấy khoảng cách ống nhánh 0,3 m (Quy phạm: 0,25 – 0,3 m) số ống bể là: nhánh Lưu lượng nước lọc chảy nhánh là: Chọn vận tốc chảy ống là: V = 1,9 m/s (Quy phạm Đường kính ống nhánh là: Chọn dn = 48 mm Với ống 176 mm tiết diện ngang ống là: Tổng diện tích lỗ lấy 35% diện tích tiết diện ngang ống (Quy Phạm 30-35%) Tổng diện tích lỗ tính là: = 0,35 Chọn lỗ đường kính 12 mm (theo 6.111 TCXD 33:2006 từ 10 – 12 mm) diện tích lỗ Tổng số lỗ ống nhánh là: Số lỗ ống nhánh là: Trên ống nhánh, lỗ xếp thành hàng so le nhau, hướng xuống phía nghiêng góc so với mặt phẳng nằm ngang Số lỗ hàng ống nhánh là: = lỗ Khoảng cách giửa lỗ là: a = 0,3 m c) Tính tốn máng phân phối nước lọc thu nước rửa lọc Bể có chiều dài m, chọn bế bố trí máng thu nước có đáy hình tam giác: Khoảng cách máng là: d = = m (Quy Phạm không > 2,2m) Lượng nước rửa thu vào máng xác định theo cơng thức : l/s) Trong đó: W : Cường độ rửa lọc : W = 14 (l/s.m2) d : Khoảng cách tâm máng : d = 1,25 m l : Chiều dài máng : l = 1,6 m qm = 14 = 0,028 m3/s Chiều rộng máng là: Trong đó: a : tỉ số chiều cao hình chữ nhật với nửa chiều rộng máng Lấy a = 1,3 (Quy Phạm a = – 1,5) k : Hệ số tiết diện máng hình tam giác: k = 2,1 Vậy chiều cao phần máng hcn là: hcn = 0,21 m Lấy chiều cao phần đáy tam giác hđ = hcn Độ dốc đáy máng lấy phía máng tập trung nước i = 0,01 Chiều dày thành máng lấy là: Chiều cao toàn phần máng thu nước rửa là: Hm = hcn + hđ + = 0,21 + 0,14 + 0,08 = 0,43 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép máng thu nước xác định theo công thức: Trong đó: L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1,3 m e : Độ giãn nở tương đối lớp vật liệu lọc, [Theo bảng 6.13 TCXD 33:2006] Chọn e = 30% + 0,25 = 0,64 m Theo quy phạm , khoảng cách đáy máng dẫn nước rửa phải nằm cao lớp vật liệu lọc tối thiểu 0,07 m Chiều cao toàn phần máng thu nước rửa: H m = 0,43 m, máng dốc phía máng tập trung i = 0,01, máng dài m nên chiều cao máng thu tập trung là: 0,43 + (0,01 = 0,45 m Vậy phải lấy bằng: Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung xác định theo cơng thức : Trong đó: qm : Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m 3/s) A : Chiều rộng máng tập trung Chọn A = 0,75 m (Quy Phạm không nhỏ 0,6 m) g : gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2 d) Tính tổn thất áp lục rửa bể lọc nhanh Tính tổn thật áp lực hệ thống phân phối dàn ống khoan lỗ: Trong đó: : Hệ số sức cản : kW: tỷ sổ tổng diện tích lỗ ống máng diện tích tiết diện ngang ống máng chính,(TCXD 33:2006 từ 0,15