Đồ án công nghệ môi trường:Thiết kế dây truyền xử lý nước ngầm công suất 7000m3 ngày đêm

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2 1. Tổng quan về các nguồn nước cấp. 2 2. Tổng quan về phương pháp xử lý nước ngầm 3 2.1. Công trình thu nước ngầm 3 2.2. Công trình làm thoáng 3 2.3. Bể lắng: 4 2.4. Bể lọc 5 2.5. Khử trùng 6 2.6. Bể chứa nước sạch 6 CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 7 1. Xác định các chỉ tiêu cần xử lý: 7 2. Lựa chọn phương án xử lý 7 2.1.Đề xuất phương án xử lý 7 2.2. Lựa chọn phương án xử lý 10 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH 12 1. Tính toán thùng quạt gió 12 2. Bể lắng đứng. 17 3. Bể lọc nhanh 1 lớp 19 4. Khử trùng 24 5. Bể chứa nước sạch 25 6. Tính toán sân phơi bùn 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Nước là khởi nguồn của sự sống trên trái đất Sinh vật không có nước sẽkhông thể sống nổi và con người nếu thiếu nước cũng sẽ không tồn tại Nước vôcùng quan trọng và là một nguồn tài nguyên vô giá

Hiện nay nhu cầu về nước sạch cho hoạt động sản xuất và sinh hoạt ở Việt

Nam ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng Để cung cấp nước sạch có

thể khai các nguồn nước thiên nhiên từ các tầng nước khác nhau, mỗi tầng cómột đặc điểm và tính chất khác nhau Vì vậy, viêc xử lý và dây truyền côngnghệ cũng có nhiều sự khác biệt Nguồn nước ngầm được khai thác từ các tầngchứa nước dưới đất cũng là một nguồn quan trọng trong nguồn nước đầu vàocủa dây truyền xử lý nước cấp Các dây truyền khai thác và xử lý nước ngầmcũng đã đóng góp nhiều vào nhu cầu chung của xã hội về nước sạch

Đã có rất nhiều các phương pháp giúp xử lý nước ngầm khác nhau Việclựa chọn phương pháp xử lý còn phụ thuộc và rất nhiều yếu tố như tính chất,thành phần của nước, công suất nhà máy hay kinh phí đầu tư xây dựng Tuynhiên việc lựa chọn phương pháp xử lý tốt, tối ưu sẽ giúp giảm thiểu tối đa cácchi phí không cần thiết là một vấn đề thiết thực

Nhằm hệ thống hóa và hiện thực hóa các kiến thức đã học từ các môn hocchuyên ngành, môn học cơ sở mà các thầy cô đã giảng dạy trên lớp về xử lýnước cấp từ nước ngầm Trên cơ sở các tài liệu và kiến thức đã có, cùng với sựgiúp đỡ và hướng dẫn của các thầy cô giáo khoa môi trường nói chung và cô BùiThanh Thủy nói riêng em đã tìm hiểu và thiết kế dây truyền xử lý nước ngầmcông suất 7000m3/ ngày đêm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1 Tổng quan về các nguồn nước cấp.

Để cung cấp nước sạch có thể khai các nguồn nước thiên nhiên (thườnggọi là nước thô) từ nước mặt, nước ngầm và nước biển

Nước mặt: Bao gồm các nguồn nước trong các ao, hồ, đầm chứa, sông, suối Do

kết hợp từ dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nêncác đặc trưng của nước mặt là chưa hàm lượng oxy hòa tan tương đối cao

Nước ngầm: Được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước

ngầm phụ thuộc vào các thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nướcngầm thấm qua Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và đá granitthường có tính axit và chứa ít chất khoáng Khi nước ngầm chảy qua địa tầngchứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat cao

Nước biển: Nước biển thường có độ mặn rất cao (độ mặn ở Thái Bình Dương là

32 – 35 g/l) Hàm lượng muối trong nước biển thay đổi theo mùa tùy theo vị tríđịa lý như: cửa sông gần bờ hay xa bờ, ngoài ra trong nước biển còn chứa nhiềuchất lơ lửng, càng gần bờ nồng độ càng tăng, chủ yếu là các phiêu sinh độngthực vật

Nước lợ: Ở cửa sông và các vùng ven bờ biển, nơi gặp nhau của các dòng nước

ngạt chảy từ sông ra, các dòng chảy từ đất liền ra hòa trộn với nước biển

Nước khoáng: Khai thác từ tầng dưới sâu nước cất hay từ các suối do phun trào

từ lòng đất ra, nước có chứa một vài nguyên tố ở nồng độ cao hơn nồng độ chophép đối với nước uống và đặt biệt có tác dụng chữa bệnh

Nước chua phèn: Những nơi gần biển (ví dụ như Đồng bằng sông Cửu Long) ở

nước ta thường có nước chua phèn Nước bị nhiễm phèn do tiếp xúc với đấtphèn, loại này giàu nguyên tố lưu huỳnh ở dạng sunfua hay sunfat và một vàinguyên tố kim loại như nhôm, sắt

Nước mưa: Nước mưa có thể xem như nước cất tự nhiên nhưng không hoàn toàn

tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm khí, bụi và thầm chí cả vi khuẩn

có trong không khí

2 Tổng quan về phương pháp xử lý nước ngầm

2.1 Công trình thu nước ngầm

Công trình thu nước ngầm có thể chia thành các loại sau:

3

 Giếng khoan: Là công trình thu nước ngầm mạch sâu Độ sâu khoan phụ thuộc

vào độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng 20 ÷ 200m, đôi khi có thểlớn hơn Giếng khoan được sử dụng rộng rãi trong mọi trạm xử lý Hiện nay có

4 loại giếng khoan đang được sử dụng:

Giếng khoan hoàn chỉnh, không áp

Giếng khoan không hoàn chỉnh, không áp

 Giếng khoan hoàn chỉnh, có áp

Giếng khoan không hoàn chỉnh có áp

Cấu tạo giếng khoan gồm:

 Miệng giếng

 Ống vách để gia cố và bảo vệ giếng

 Ống lọc

 Ống lắng

 Giếng khơi: Là công trình thu nước ngầm mạch nông, thường không áp, đôi khi

áp lực yếu, chỉ áp dụng đối với các điểm dùng nước nhỏ hoặc hộ gia đình lẻ

 Đường hầm thu nước: Được áp dụng để thu nước ngầm mạch nông, độ sâu tầng

chứa nước không quá 8m, cung cấp cho những điểm dùng nước với lưu lượngnhỏ

 Công trình thu nước ngầm mạch lộ thiên.

 Công trình thu nước thấm.

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% DObão hòa

Cấu tạo:

 Hệ thống phân phối nước

 Lớp vật liệu tiếp xúc

 Sàn thu nước có Xi_phông

 Máy quạt gió

ta sử dụng

 Bể lắng ngang: Được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m3/ngđối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suấtnào cho các trạm xử lý không dùng phèn

 Bể lắng đứng: Thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ

hơn (đến 3000 m3/ng) Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáyhình 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 bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độquản lý vận hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và rất nhạy cảm với

sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước Bể chỉ áp dụng đối với các trạm cócông suất đến 3000m3/ng

 Bể lắng li tâm: Có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên Bể thường được

áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao (>2000mg/l) vớicông suất ≥30000 m3/ng thì có hoặc không dùng chất keo tụ

2.4 Bể lọc

 Bể lọc chậm:

5

Dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trên lớp màng lọc.Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi sửdụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản Nhượcđiểm lớn nhất là tốc độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửalọc vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc Bể lọc chậm thường sử ápdụng cho các nhà máy có công suất đến 1000m3/ng với hàm lượng cặn đến50mg/l, độ màu đến 50 độ

 Bể lọc nhanh phổ thông: Là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên

xuống, có một lớp vật liệu là cát thạch anh Bể lọc nhanh phổ thông được sửdụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất keo tụ hay trong dâychuyền xử lý nước ngầm

 Bể lọc nhanh 2 lớp: Có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông

nhưng có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độlọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể

 Bể lọc sơ bộ: Được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để

trong bể lọc chậm Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổthông

 Bể lọc áp lực: Là một loại bảo vệ nhanh kín, thường 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 chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phảnứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 vớicông suất trạm xử lý đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khidùng ejector thu khí với công suất <500m3/ng và dùng máy nén khí cho côngsuất bất kỳ

 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, có độmàu đến 150 với công suất bất kỳ hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử

lý có công suất đến 10000m3/ng

2.5 Khử trùng

Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước cấp.Trong nước thô có rất nhiều vi sinh vật 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 ănuống

Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng Cơ sở của phương pháp này

là dùng chất oxi hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệtchúng Ưu điểm của phương pháp này là vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệusuất chấp nhận được Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bểlọc sang bể chứa nước sạch

2.6 Bể chứa nước sạch

Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơmcấp I và trạm bơm cấp II Nó còn có nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3giờ, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dùng cho các nhu cầu kháccủa nhà máy

Bể có thể làm bằng bêtông cốt thép hoặc bằng gạch có dạng hình chữ nhậthoặc hình tròn trên mặt bằng Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửanổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị 02:2009 - BYTQCVN Chú ý

Dựa theo QCVN02-2009/BYT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng

nước sinh hoạt) thấy chất lượng nguồn nước trên có 2 chỉ tiêu cần phải xử lý là

độ đục >1,2 lần, hàm lượng sắt tổng số >32 lần

7

2 Lựa chọn phương án xử lý

2.1.Đề xuất phương án xử lý

Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưngcủa nguồn nước thô Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nướcbao gồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý Dựa vào các sốliệu đã có, so sánh 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

 Hàm lượng muối hòa tan: P = 300 mg/l

 Độ kiềm toàn phần: Kio = 4 mgđ/l (giả định)

Tra biểu đồ mối quan hệ giữa Ki, CO2 và pH (theo hình 6-2 TCXD 33: 2006) ta

có hàm lượng [CO2] trước làm thoáng là 400 mg/l

 Xác định chỉ tiêu sau làm thoáng

 Độ kiềm sau làm thoáng

Ta có: Ki = = 4 – 0,036 x 16 = 3,424 mg/l

Trong đó:

Kio là độ kiềm ban đầu của nguồn nước mg/l Kio = 4 mg/l

 Hàm lượng CO2 sau làm thoáng

 = 400 x ( 1- 0,95) + 1,6 x 16 = 45,6 (mg/l)

 pH sau làm thoáng

Tra biểu đồ mối quan hệ giữa Ki, CO2 và độ pH (theo hình 6-2 TCXD 33: 2006)

ta xác định được pH = 6,9 > 6,8 → không phải kiềm hóa nước

 Hàm lượng cặn sau làm thoáng:

Mạng lưới phân phối nước sạch

Được tính theo công thức:

C* max = Co

max + 1,92 x + 0,25 x MTrong đó :

Co max : Hàm lượng cặn lơ lửng lớn nhất trong nước nguồn trước khi làmthoáng = 12 mg/l

M : Độ màu của nước nguồn tính theo TCU,

M không xác định : M = 10

C* max = 12 + 1,92 x 16 + 0,25 x 6 = 44,22 (mg/l)

điểm

+ Thùng quạt gió khó vận hành

hơn giàn mưa,khó cải tạo khi

chất lượng nước đầu vào thay

đổi

+ Tốn điện khi vận hành

+ Khi tăng công suất phải xây

dựng thêm thùng quạt gió chứ

không cải tạo được

Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạtđộng, khối lượng công trình chiếmdiện tích lớn

Từ những đặc điểm trên:

Chọn phương án 1 làm phương án tính toán

Các công trình đơn vị của nhà máy bao gồm:

Thuyết minh phương án chọn :

Nước ngầm được đưa vào thùng quạt gió để làm thoáng từ trạm bơm cấp I Sau

đó, nước sẽ được chuyển đến bể lắng đứng Các hạt cặn có thể lắng sẽ được tách

ra khỏi nước nhờ quá trình lắng Các hạt cặn đã lắng người ta sẽ thu lại ở đáy bể

để xả ra hồ nén cặn, còn nước cần xử lý sau khi đã loại bỏ cặn sẽ tiếp tục đượcchuyển đến bể lọc nhanh

Quá trình lọc nước là quá trình cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiềudày nhất định để giữ lại trên bề mặt hoặc lớp khe hở của lớp vật liệu lọc nhằmloại bỏ hoàn toàn các hạt cặn và một phần vi sinh vật có trong nước Sau một

11

thời gian làm việc lớp vật liệu lọc bị trít lại làm tốc độ lọc giảm Để phục hồi lạikhả năng làm việc của bể lọc phải tiến hành rửa lọc để loại bỏ cặn bẩn ra khỏilớp vật liệu lọc.

Giai đoạn cuối cùng của quá trình xử lý nước là khử trùng chất khử trùngđược dùng là Clo dạng lỏng cùng với nước được chứa và trộn đều bằng các váchngăn trong bể nước sạch và phân phối ra mạng lưới cấp nước nhờ trạm bơm cấpII

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH

1. Tính toán thùng quạt gió

a Diện tích thùng quạt gió :

F = (m2)

Trong đó :

Công suất: Q = 7000m3/ngđ = 291.7 m3/h = 0,08 m3/s = 80 l/s

qm : Cường độ mưa tính toán (m3/m2-h)

Chọn vật liệu tiếp xúc là sàn gỗ ; qm = 40 m3/m2-h (theo TCXD33/2006:

+ Hvllx : chiều cao vật liệu tiếp xúc (m) tra bảng Hvllx = 2m

+ Hnl : Chiều cao ngăn nước thu ở đáy, lấy Hnl = 0,5m

+ Hfm Chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc lấy bằng 1m

H = 0,5 + 2 + 1 = 3,5 m

b Tính công suất máy quạt gió phân phối gió vào thùng quạt gió

- Lượng gió cần thiết đưa vào ứng với tiêu chuẩn là 10 m3 không khí cho 1 m3

nước

Qgió = 10 x 291,7 (m3/h) = 2917 m3/h = 0.8 m3/s

- Áp lực gió được xác định theo công thức:

Hgió = hvltx + hcb + hsàn + hmáng (m)Trong đó:

+ hvltx: tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc (quy phạm 30mm/1m chiềucao lớp vật liệu tiếp xúc) => hvltx = 30.Hvltx = 30.2 = 60 mm

+ hcb: tổn thất cục bộ 15-20 mm cột nước, lấy bằng 15 mm

+ hsàn: tổn thất qua sàn phân phối, lấy bằng 10 mm

13

+ hmáng: tổn thất qua ống phân phối gió 15-20 mm, lấy bằng 15 mm

Hgió = 60 + 15 + 10 + 15 = 100 (mm) Chọn máy quạt gió theo các thông số cơ bản:

Qgió = 0,8 m3/s

Hgió = 100 mm

c Tính hệ thống phân phối nước vào thùng quạt gió:

- Đường kính ống dẫn nước lên thùng quạt gió:

Chọn vận tốc nước chảy trong ống là: vống = 1.0 m/s (giới hạn cho phép là0.8÷1.2 m/s)

d ống = (m)

Trong đó:

+ d ống : đường kính ống dẫn nước lên thùng quạt gió (m)

+ v ống : vận tốc nước chảy trong ống (m/s)

+ Q XL : lưu lượng nước xử lý, Q XL = 291,7 (m 3 /h) = 0,08 (m 3 /s)

=> dống = = 0,1 (m)Vậy lấy 1 ống dẫn nước lên thùng quạt gió có đường kính là 100 mm.

- Hệ thống phân phối nước cho thùng quạt gió

Hệ thống phân phối nước bao gồm giàn ống chính và ống nhánh được bố trítheo hình xương cá

- Lưu lượng nước của mỗi thùng quạt gió

= 0,04 m3/s

- Ống chính

Lấy vận tốc nước chảy trong ống phân phối chính: vc = 1 m/s (giới hạn 1÷2m/s)

Tiết diện ống chính được tính theo công thức:

Fc = (m 2 )

Trong đó:

Fc: Tiết diện ống chính (m2)

q: Lưu lượng nước mỗi thùng quạt gió

vc: vận tốc nước chảy trong ống phân phối chính (m/s)

Thử lại; ta có: vc = = = 1 m/s (thoả mãn giới hạn cho phép)

(m2)Trong đó:

+ Fn: Tiết diện ống nhánh (m2)

15

+ QXL: Lưu lượng nước xử lý, QXL= 0,08 (m3/s)

= = 8.10-3(m2)Đường kính ống nhánh:

D n =

π

n F

×

4

= = 0,1 (m)Lấy đường kính ống nhánh là 100 mm

= = 0,05 (m2)Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (Quy phạm chophép 30 ÷35%.)

Tổng diện tích lỗ = F x 0.35 = 0,05 0,35 = 0,02 (m2)

Số lỗ trên 10 ống nhánh là:

Nl = l

l F

F

∑

= = 255 (lỗ)Vậy số lỗ trên 1 ống nhánh là: n0 = (lỗ)

- Sàn thu nước

Sàn thu nước được làm bằng tấm inox đục lỗ đặt lên các thanh thép, có độnghiêng (i = 2%) và được đặt dưới lớp vật liệu lọc, nước được thu lại và tậptrung vào ống đường kính 200 mm ở giữa sàn thu nước

- Đường kính ống dẫn nước từ sàn thu nước sang bể lắng đứng

Lấy vận tốc nước chảy trong ống xả là vx = 1m/s (giới hạn là 1.0 – 1.5 m/s)

Ta có: dx = x

XL v

Q

×

× π

4

(m)

Trong đó:

dx: đường kính ống dẫn nước từ sàn nước sang bể lắng đứng (m)

vx : vận tốc nước chảy trong ống xả (m/s)

QXL : lưu lượng nước xử lý ; QXL = 666,7 (m3/h) = 0,185 (m3/s)

dx = x

XL v

Q

×

× π

4

08 , 0 4

×

× π

= 0,30 (m) =300 mmVậy lấy ống dẫn nước từ sàn thu nước sang bể lắng đứng có đường kính là300mm

d Tính toán hệ thống phân phối nước rửa thùng quạt gió

Chu kỳ rửa thùng quạt gió để tẩy sạch các cặn sắt đọng lại trong lớp vật liệutiếp xúc Chọn biện pháp rửa thùng quạt gió bằng gió nước phối hợp

- Cường độ nước rửa lọc W = 12 (l/s.m2) (quy phạm là 10 ÷ 14 l/s.m2) Lấy ốngphân phối nước rửa thùng quạt gió và ống dẫn nước lên thùng quạt gió chung 1đường ống, dống = 400 mm

- Lưu lượng nước rửa thùng quạt gió là:

Qr = 1000

W

f ×

Trong đó:

+ f: diện tích thùng quạt gió, f = 3,6 (m)

+ W: cường độ nước rửa lọc, W = 12 (l/s.m2) (quy phạm 10 ÷ 14 l/s.m2)

→ Qr = 1000

W

f × = = 0,04 (m3/s)

17