Báo cáo xử lý nước mặt công suất 35000 m3 ngày đêm

Đề xuất sơ đồ công nghệ Sơ đồ 1 Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp nguồn nước mặt Song chắn rác Trạm bơm Trạm bơm Mạng lưới sử dụng Đóng bánh Nén bùn Khử trùng Clo Bể chứa nước sạch

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Minh Phương

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Thị Mai

1 Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu dưới đây:

- Nguồn nước: Mặt

- Công suất cấp nước: 35000m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: QCVN 02:2009/BYT

02:2009

2- Thể hiện các nội dung nói trên vào :

- Thuyết minh

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ

- Bản vẽ tổng mặt bằng khu xử lý

PHẦN I: LỰA CHỌN DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1.1 Đánh giá chất lượng nước thô và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý

a) Đặc điểm chung của nước mặt:

Nước là một nhu cầu thiết yếu đảm bảo sự sống của con người và các sinh vật trên trái đất Việt Nam là một trong những quốc gia có hệ thống song ngòi dày đặc Bao gồm các nguồn nước trong các ao, đầm, hồ chứa, sông suối Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng cơ bản của nước mặt là:

- Chứa khí hòa tan đặc biệt là ôxy

- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước trong các ao đầm, hồ do xảy ra quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao

- Có chứa nhiều vi sinh vật

b) Đánh giá chất lượng nước:

Dựa vào các số liệu đã có trên bảng, so sánh chất lượng nước thô và QCVN 02:2009/ BYT ta thấy nguồn nước có các chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu:

- Độ màu cao gấp gần 8.6 lần → cần xử lý

- Độ đục cao gấp 46 lần → cần xử lý

- Hàm lượng tổng chất rắn hòa tan và TSS cao → dùng phèn để xử lý

- Công suất trạm Q = 2.500 m3/ngày đêm nên dùng bể lắng ngang và bể lọc nhanh để xử lý

- Do có dùng phèn nên trong dây chuyền công nghệ phải có thêm công trình trộn

và phản ứng

- Do yêu cầu chất lượng nước dau xử lý dùng để cung cấp phục vụ cho mục đích

ăn uống và sinh hoạt nên cần được khử trùng bằng Clo

1.2 Đề xuất sơ đồ công nghệ

Sơ đồ 1

Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp (nguồn nước mặt)

Song chắn rác

Trạm bơm

Trạm bơm

Mạng lưới sử dụng

Đóng bánh Nén bùn

Khử trùng Clo

Bể chứa nước sạch

Bể lọc nhanh

Bể lắng ngang

Bể tạo bông

Bể trộn phèn {Al2(SO4) 3}

Hình 2: Sơ đồ 2:

Cặn lắng trong

Hình 2: Sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp (nguồn nước mặt)

1.3 Đánh giá các phương án

Song chắn rác

Trạm bơm 1

Trạm bơm cấp 2

Mạng lưới sử dụng

Hồ lắng bùn

Bể chứa nước sạch

Bể lọc nhanh

Bể lắng trong có lớp

cặn lơ lửng

Có hàm lượng cặn

lơ lửng

Bể trộn đứng

Khử trùng bằng Clo

Hồ chưa nước thô

Sân phơi bùn

Hồ sinh học

Chôn lấp

Nước

rửa lọc

So sánh Phương án 2 Phương án 1

Ưu điểm

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng xử lý nước với công suất bất kỳ

- Bể lắng trong có tầng cặn

lơ lửng: không cần xây dựng

bể phản ứng, hiệu quả xử lý cao, tốn ít diện tích xây dựng

- Bế lắng ngang xử lý nước với công suất lớn >30000m3/ngày

- Hiệu quả khi xử lý bằng bể lắng ngang tương đối cao, dễ vận hành

- Xử lý nước với nhiều dạng ô nhiễm

Nhược điểm

- Rất nhạy cảm với sự giao động của lưu lượng, nhiệt độ và tính chất của nước nguồn

- Đòi hỏi trình độ vận hành cao,

xử lý kịp thời khi xảy ra sự cố

Ngoài ra bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng đòi hỏi phải vận hành lien tục

- Vận hành đơn giản, có thể cho bể ngưng hoạt động khi xảy ra sự cố

- có tính ổn định cao khi tính chất của nguồn và lưu lượng thay đổi

Qua so sánh đánh giá 2 phương án nêu trên nhận thấy sử dụng phương án 1 là hợp

lý Vì vậy, lựa chọn phương án 1 làm phương án tính toán.

1.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ theo phương án 1

Nước từ sông qua công trình thu vào trạm bơm nước thô, tại đây có lưới chắn rác giữ lại những cặn thô kích thước lớn như rong rêu, túi nilon… Nước được bơm qua bể trộn phèn, tại đây dung dịch phèn đã được pha ở các thiết bị pha chế phèn được cấp vào

và được khuấy trộn đều với nước giúp cho quá trình tạo bông Nước tiếp tục chảy qua bể tạo bông, bông cặn được hình thành sẽ được loại bỏ bởi quá trình lắng ở bể lắng trong Phần chất bẩn không lắng được sẽ được loại bỏ bằng quá trình lọc xảy ra ở bể lọc Nước sau khi lọc sẽ được khử trùng bằng Clo trước khi đi vào bể chứa nước sạch Từ đây nước được phân phối vào khu dân cư thông qua trạm bơm cấp 2 và mạng lưới cấp nước

Phần cặn từ bể lắng và rửa lọc được xử lý bằng thiết bị nén bùn và đóng bánh

PHẦN II: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY TRUYỀN

CÔNG NGHỆ 2.1 Công trình thu

Công trình thu được đặt ở bờ sông do bờ sông có độ dốc thoải, nền đất sét chắc chắn nên có thể dùng ống xiphong để thu nước, nước được dẫn từ dòng sông vào giếng thu bằng ống dẫn có D = 500mm, độ dốc về phía giếng thu là 0,01, đầu ống dẫn có song chắn rác với khoảng cách mắt song chắn là 50mm x 50mm được làm bằng thép không rỉ tiết diện tròn, trong giếng thu có lưới chắn rác với kích thước mắt lưới là 3mm x 3mm bằng thép không rỉ

2.1.1 Song và lưới chắn rác

a) Song chắn rác tại họng thu:

- Diện tích song chắn rác được tính theo công thức:

S = K1 K2 K3 (m2) Trong đó:

+ Q: Là lưu lượng nước (Q = 35000 (m3/ngđ) = 1458 (m3/h) = 0,405 (m3/s)

+ v: Là vận tốc nước qua song chắn rác Theo TCXDVN 33-2006 lấy v = 0,6 (m/s)

+ K1: Là hệ số co hẹp do các thanh thép K1 =

Với a: Khoảng cách giữa các thanh thép a = 50 (mm)

d: Đường kính thanh thép d = 8 (mm)

+ K2: Là hệ số co hẹp do rác bám vào song, K2 = 1,25

+ K3: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng thanh thép, thanh tiết diện tròn lấy K3 = 1,1

Với công suất Q = 35000 m3/ngđ, chọn số ngăn thu là n = 1 Ta có diện tích song chắn rác là 1,3 m2 Chọn song chắn rác hình vuông có L x B = 0,36 x 0,36 m

b) Lưới chắn rác:

Chọn lưới chắn rác kiểu lưới chắn phẳng đặt giữa ngăn thu và ngăn hút Lưới được đan bằng thép không rỉ có đường kính d = 1 (mm) Kích thước mắt lưới là 3 x 3 (mm)

Mặt ngoài của lưới đặt thêm một tấm lưới nữa có kích thước mắt lưới 25 x 25 (mm) và đường kính dây thép đan D = 3 (mm) để tăng khả năng chịu lực cho lưới chắn rác

- Diện tích công tác của lưới chắn rác được xác định theo công thức:

S = K1 K2 K3 (m2) Trong đó:

+ Q: Là lưu lượng tính toán Q = 0,405 (m3/s)

+ V: Là vận tốc nước qua lưới, với lưới chắn phẳng lấy V=0,2-0,4 (m/s) Ta chọn v = 0,3 (m/s)

+ K2: Là hệ số co hẹp do rác bám vào lưới K2= 1,5

+ K3: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng, k3= 1,2

+ K1: Là hệ số co hẹp do các thanh thép xác định theo công thức:

Với: a: Kích thước mắt lưới, a = 3 (mm)

d: Đường kính dây đan lưới, d = 1,0 (mm)

p là tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện tích công tác của lưới, lấy p = 0,05

Thiết kế lưới chắn rác có kích thước là B x L = 2,25 x 2,25 = 5 m2

2.1.2 Trạm bơm

- Công suất trạm bơm:

Trong đó:

+ γ- Khối lượng /thể tích nước, γ = 1000kg/m3

+ Q- Công suất Q = 0,405 m3/s

+ H- Chiều cao mực nước của bơm H = 10m

+ n – Hiệu suất của bơm, n = 80%

Sử dụng 2 bơm trong trạm, 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng

2.2 Tính toán hóa chất keo tụ và thiết bị pha trộn phèn

2.2.1 Kiểm tra độ kiềm của nước theo yêu cầu keo tụ

Khi cho phèn vào nước, pH giảm Đối với phèn Al, giá trị pH thích hợp để quá trình keo tụ xảy ra đạt hiệu quả từ 5,5 đến 7,5

Giả sử, cần phải kiềm hoá nước để nâng pH lên giá trị phù hợp với yêu cầu xử lý, dùng vôi để kiềm hoá, lượng vôi được tính:

(mg/l) Trong đó:

+ Lp: liều lượng phèn đưa vào trong nước, Lp = 25mg/l

+ ep :đương lượng phèn đưa vào trong nước, ep ((Al2(SO4)3) = 57 mgđl/l

+ ek: đương lượng kiềm, chọn chất kiềm hoá là CaO nên ek = 28 mgđl/l

+ Kio : độ kiềm của nước nguồn, Kio = 3,3 mgđl/l

+ C: nồng độ CaO trong sản phẩm sử dụng, C = 80%

+ 0,5: độ kiềm dự trữ

 Lv Như vậy độ kiềm của nước đảm bảo keo tụ, không cần phải kiềm hoá

2.2.2 Xác định liều lượng phèn

- Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al2(SO4)3 khô Đưa phèn vào để xử lý độ màu và độ đục:

- Trường hơp 1- Xử lý nước đục: liều lượng phèn để xử lý lấy theo bảng 6.3 - TCXD

33:2006/BXD Với hàm lượng cặn của nước nguồn bằng 91 mg/l nằm trong khoảng dưới

100 mg/l nên lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước đục là 25 – 35 mg/l Chọn

Pp = 35 mg/l

- Trường hợp 2: Xử lý nước có độ màu tính theo công thức:

) / (

4 M mg l

Pp = Với M là độ màu của nước nguồn tính bằng độ theo thang màu Platin-Coban = 22

→ Pp = 18,76 (mg/l)

- Do nguồn nước thô vừa đục vừa có màu nên lượng phèn được xác định theo cả 2 trường hợp trên rồi chọn giá trị lớn hơn Vì vậy Pp = 35 mg/l

2.2.3 Bể hòa tan phèn

- Mục đích: hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn

- Nồng độ dung dịch phèn trong bể bằng 10 ÷ 17% (theo TCXD 33:2006).

- Sử dụng máy khuấy cánh phẳng có:

+ Số cánh quạt: 2

+ Chiều dài cánh tính từ trục quay = 0,4 – 0,45 bề rộng của bể

- Dung tích của bể trộn phèn tính theo công thức:

) ( γ 10000

m b

P n Q W

h

p

h =

(Nguồn: TCXD 33:2006)

Trong đó:

Q là lưu lượng nước xử lý = 1458 (m3/h)

Pp liều lượng hóa chất dự tính cho vào nước = 35 (g/m3)

n số giờ giữa 2 lần hòa tan, đối với trạm công suất 10000 – 50000 m3/ngày thì n =

8 giờ

bh là nồng độ dung dịch hóa chất trong thùng hòa trộn = 10 %

γ là khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3

Chọn kích thước bể: 2 x 2 x 2 = 6 m3 Lấy chiều cao an toàn là 0,3m (Theo TCXD 33:2006, Hbv = 0,3 – 0,5m)

2.2.4 Bể tiêu thụ

- Mục đích: pha loãng dung dịch phèn từ bể hòa tan đến nồng độ 4÷10% (theo TCXD 33:2006)

- Dung tích bể tiêu thụ:

) (

m B

b W W

t

h h

t =

Trong đó: Bt là nồng độ dung dịch phèn trong bể tiêu thụ = 5%

→ Wt = =

5

10 6

12 m3

Chọn các kích thước của bể tiêu thụ là: 2,4 x 2,4 x 2,4 = 13 m3 Lấy chiều cao an toàn là 0,3 m

2.3 Bể trộn phèn cơ khí

- Mục đích: hòa trộn đều dung dịch phèn (từ bể tiêu thụ) với nước cần xử lý

- Nguyên tắc: nước và phèn đi vào bể từ phía đáy bể, sau khi hòa trộn đưa sang bể phản ứng tạo bông

- Chọn phương pháp trộn cơ khí Vì loại bể này có thời gian khuấy trộn ngắn, dung tích của bể nhỏ, tiết kiệm vật liệu xây dựng, có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn

- Tốc độ quay của cánh khuấy phẳng: 50 – 500 vòng/phút (nguồn: Sách XLNC của

Nguyễn Ngọc Dung).

- Thời gian khuấy trộn: 30giây – 60giây (nguồn: Sách XLNC của Nguyễn Ngọc Dung)

- Tính toán cho bể trộn cơ khí

+ Chọn thời gian khuấy là t = 40 giây

+ Chọn chiều cao lớp nước là H = D = 3m

+ Công suất xử lý Q = 35.000m3/ngđ = 0,405 m3/s

Khi đó thể tích của bể cơ khí là: V = t.Q = 40.0,405 = 16,2 m3

Mặt khác: V = H =

4

πd2

16,2 m3

→ H = D = ≈3m

14 , 3

4 2 , 16

3 (giả thiết đúng)

→ Hbể = H + Hbv = 3,5m

2.4 Bể tạo bông

s

2.5 Tính toán lượng axit

- Mục đích: dùng để giảm pH = 7 và tạo điều kiện để xử lý amoni, sắt, mangan

- Sử dụng axit HCl ( C% = 37, d = 1,19g/ml) để trung hòa

- Sau khi trung hòa pH = 7 → CH+ = 10-7 M → C% =

10 19 , 1

5 , 36 10 10

=

d

M

C M

= 3,1.10-7

- Do đó lượng axit cần thiết để trung hòa là:

V = C% x Q = 3,1 x 10-7 x 1666,67 x 103 = 0,52 (lít/h)

2.6 Bể lắng ngang

- Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất > 35000m3/ngày đêm đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn

- Diện tích mặt bằng bể lắng:

) ( 1350 45

, 0 6 , 3

1458 5 , 1 6

, 3

0

m U

Q

×

×

=

×

×

= Trong đó:

Uo: tốc độ rơi của cặn (Theo bảng 6.9 TCVN 33:2006), U0 = 0,45mm/s

α= 1,5: hệ số sử dụng thể tích của bể lắng (Nguồn TCXD 33:2006)

Q = 1458 m3/h

Chiều cao vùng lắng H0 = 2,5m (theo sách xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung thì H0 = 2,5 - 3,5m) Tốc độ trung bình của dòng chảy trong bể lắng vtb = K x U0 = 10 x 0,45

= 4,5 mm/s (với K là hệ số tỷ lệ giữa chiều dài và chiều sâu của vùng lắng) Chọn số bể lắng N = 3 bể, mỗi bể chia làm 3 ngăn, chiều rộng mỗi bể là:

m N

H v

Q B

tb

12 3 5 , 2 5 , 4 6 , 3

1458

6 ,

=

→ chiều rộng mỗi ngăn là: 12/3 = 4 m

- Chiều dài bể lắng là:

L = m

N B

F

28 3 12

1350

=

×

=

×

Để phân phối đều trên toàn bộ diện tích mặt cắt ngang của bể lắng cần đặt các

vách ngăn có lỗ ở đầu bể, cách tường 1,5m (Theo TCXDVN 33:2006: 1 – 2m) Lưu lượng

nước tính toán qua mỗi ngăn của bể:

q n 162m /h 0,045m /s

3 3

=

=

=

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

0 , 15 2

3 , 0

045 , 0

v

q f

lo

n

(Theo TCXDVN 33:2006 vận tốc lỗ qua vách ngăn lấy bằng 0,3- 0,5m/s)

Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào là d1 = 0,06m (Theo sách Cấp

nước – Trịnh Xuân Lai: d =0,05 - 0,15m) → Diện tích một lỗ f1lỗ = 0,00285m 2

Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối:

53 00285 , 0

15 , 0

∑ 1

=

=

=

lo

lo

f

f

Ở vách ngăn phân phối nước vào bố trí thành 9 hàng dọc và 6 hàng ngang Khoảng cách các lỗ theo hàng dọc là 0,45m, theo hàng ngang là 0,36m

Chọn thời gian xả cặn T = 24 giờ xả cặn một lần Thể tích vùng chứa nén cặn của bể

lắng:

3

20000 3

) 12 -148 (

1458 24 δ

) -(

m N

C C Q T

Trong đó:

δ: nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt 20000g/m3(tra bảng 6.8 – TCXD 33:2006/BXD)

C: là nồng độ cặn của nước sau khi ra khỏi bể lắng, lấy C = 12mg/l (Theo TCXD 33:2006, C = 10 – 12 mg/l)

Cmax = Cn+ 0,25M + K.P = 91 + 1.35 + 22.1 = 148 mg/l

Trong đó:

- Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn (g/m3)

- M : Liều lượng phèn lớn nhất cho vào nước (g/m3)

- K: Hệ số tính đến chuyển lượng của phèn thành cặn lắng: K=1, đơn vị phèn nhôm kỹ thuật

- B: Lượng cặn không tan trong các chất kiềm hóa khác khi kiềm hóa nước (g/m3)

Diện tích mặt bằng một bể lắng:

2

450 3

1350

m N

F

Chiều cao vùng chứa và nén cặn được tính theo công thức:

hc = W f c =

450

80

= 0,18 (m)

Chiều cao trung bình của bể lắng:

m H

H

H tb = 0 + c = 2 , 82 + 0 , 18 = 3 Chiều cao xây dựng bể bao gồm chiều cao bảo vệ:

m h

H

H xd = tb + bv = 3 + 0 , 5 = 3 , 5 Thể tích một bể lắng:

Hxd Btb L

W1b = × ×

3

1 45 10 , 71 3 , 5 475m

W b = × × =

Thời gian xả cặn Theo TCXDVN 33:2006 t = 10 – 20 phút Lấy t = 10 phút

* Máng thu nước bể lắng:

Máng thu nước sau bể lắng dùng hệ thống máng thu nước răng cưa Xác định tổng

chiều dài máng thu Theo điều 6.84 TCXDVN 33:2006, máng phải đặt trên 2/3 chiều dài

bể lắng Vậy chiều dài máng:

3

2 3

2

=

×

=

×

=

Mỗi ngăn đặt 2 máng, chiều dài 1 máng là:

m

L

2

30

=

Tiết diện 1 máng thu cần thiết với vận tốc cuối máng v = 0,6m/s (Theo TCVN 33:2006,

điều 6.84; v = 0,6 – 0,8m/s)

2

34 , 0 6 , 0 2

405 , 0

Q

×

=

×

=

Chọn máng thu có chiều rộng bm = 0,5m, khi đó chiều cao máng thu là:

m b

F h

m

m

5 , 0

34 ,

0 =

=

= Máng thu nước từ 2 phía, chiều dài mép máng thu:

m L

L m 2 m 2 15 30

∑ = × = × =

Tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng:

) / ( 5 , 13 30

405

Q q

m

=

=

= Với Q = 0,405(m3/s) = 405 (l/s)

* Lượng cặn một bể lắng xả ra được tính theo công thức sau:

Qc =

t

K

60

Trong đó:

- Wc là dung tích của ngăn chứa cặn = 399,24 m3

- t là thời gian xả cặn, t = 10 phút

- K: hệ số phụ thuộc vào cách xả, K = 1,3

=> Qc =

10 60

3 , 1 80

60

=

t

K

= 0,17 (m 3 /s)

2.7 Bể lọc nhanh

2

2

7 , 0 81 , 9

2 , 0 73

, 1

×

 Tính toán số chụp lọc

Sử dụng loại chụp lọc có đuôi dài, có khe rộng 1mm Chọn 36 chụp lọc trên 1m2 sàn

công tác (Theo TCXDVN 33:2006) Tổng số chụp lọc trong một bể là:

N = 36× f =36×30=1080 cái Lưu lượng nước đi qua 1 chụp lọc

) / ( 10 42 , 0 / 42 , 0 36

15 36

3

4 m s s

l

W

Tổn thất áp lực qua chụp lọc:

m g

V

5 , 0 81 , 9 2

2 μ

2 2

2

=

×

×

=

= Trong đó:

V: tốc độ chuyển động của nước hoặc hỗn hợp nước và gió qua khe hở của chụp lọc ( lấy không nhỏ hơn 1,5m/s)

μ: hệ số lưu lượng của chụp lọc Đối với chụp lọc khe hở μ=0,5