BÁO CÁO ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG: THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC NGẦM CÔNG SUẤT 8000 M3 NGÀY ĐÊM

DANH MỤC CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU 1 1.1 Mục tiêu của đồ án. 1 1.2 Nội dung thiết kế của đồ án 1 1.3 Thành phần tính chất nước thô 1 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2 2.1. Tổng quan về các phương pháp đang áp dụng 2 2.1.1. Công trình thu nước ngầm 2 2.1.2. Công trình làm thoáng 2 2.1.3. Bể lắng: 3 2.1.4. Bể lọc 3 2.1.5. Khử trùng 4 2.1.6. Bể chứa nước sạch 4 2.2. Lựa chọn phương án xử lý 4 2.2.1 Đề xuất phương án xử lý 4 2.2.2. So sánh 2 phương án 6 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẢI TẠO 7 3.1.Tính giàn mưa 7 3.2. Tính bể lắng đứng 10 3.3.Tính bể lọc nhanh 13 3.4. Hồ cô đặc bùn và sân phơi bùn. 20 3.5. Khử trùng nước 22 3.6. Bể chứa nước sạch 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC NGẦM

CÔNG SUẤT 8000 M3/ NGÀY ĐÊM

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Đoàn Thị Oanh

Hà Nội, năm 2017

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU 1

1.1 Mục tiêu của đồ án 1

1.2 Nội dung thiết kế của đồ án 1

1.3 Thành phần tính chất nước thô 1

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2

2.1 Tổng quan về các phương pháp đang áp dụng 2

2.1.1 Công trình thu nước ngầm 2

2.1.2 Công trình làm thoáng 2

2.1.3 Bể lắng: 3

2.1.4 Bể lọc 3

2.1.5 Khử trùng 4

2.1.6 Bể chứa nước sạch 4

2.2 Lựa chọn phương án xử lý 4

2.2.1 Đề xuất phương án xử lý 4

2.2.2 So sánh 2 phương án 6

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẢI TẠO 7

3.1.Tính giàn mưa 7

3.2 Tính bể lắng đứng 10

3.3.Tính bể lọc nhanh 13

3.4 Hồ cô đặc bùn và sân phơi bùn 20

3.5 Khử trùng nước 22

3.6 Bể chứa nước sạch 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU

1.2 Nội dung thiết kế của đồ án

- Lựa chọn công nghệ thích hợp với thông số chất lượng nước thô đầu vào và thuyết minh công nghệ

- Thiết kế chi tiết các công trình xử lý đơn vị

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

2.1 Tổng quan về các phương pháp đang áp dụng

2.1.1 Công trình thu nước ngầm

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

Giếng khoan: là công trình thu nước nầm mạch sâu Độ sâu khoan phụ thuộc vào

độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng 20 – 200m, đôi khi có thể lớn hơn.Giếng khoan được sử dụng rộng rãi trong mọi trạm xử lý Hiện nay có 4 loại giếng khoanđang 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 ápCấu 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 lượng nhỏ

Công trình thu nước ngầm mạch lộ thiên

Công trình thu nước thấm

2.1.2 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 –một chất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước, Mn, H2S Ngoài ra

để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải cho thêm vôi cùng vớiClo Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc độ phản ứng oxy hóa Fediễn ra nhanh hơn

Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo

+ Cường độ rử lọc bằng nước 10 – 12l/s.m2; bằng khí 20l/s.m2

+ Fe <=5mg/l; pH sau làm thoáng >6,8

Giàn mưa: làm thoáng tự nhiên Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bãohòa)

Cấu tạo dàn mưa gồm:

+ Hệ thống phân phối nước

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

Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi nước vào

bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Trong thực tế thường dùng các loại bểlắng 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 >30000m3/ng đối vớitrường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử

Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên Bể thường được ápdụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao(>2000mg/l) với công suất

>=30000 m3/ng thì có hoặc không dùng chất keo tụ

2.1.4 Bể lọc

Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trên lớpmàng 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 Nhược điểm lớn nhất

là tốc độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lýbằng thủ công nặng nhọc Bể lọc chậm thường sử áp dụng cho các nhà máy có công suấtđến 1000m3/ng với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ

Bể lọc nhanh: là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vậtliệu là cát thạch anh Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền xử lý nướcmặt có dùng chất keo 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

có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dàichu kỳ làm việc của bể

Bể lọc sơ bộ: được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt đểtrong bể lọc chậm Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông

Bể lọc áp lực: là một loại bảo vệ nhanh kín, thương được chế tạo bằng thép códạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình trụ ngang cho công suất lớn Loại bể nàyđược áp dụng trong dây chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặncủa nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với công suất trạm xử lý đến300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất

<500m3/ng và dùng máy nén khí cho công suất bất kì

Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùngchất phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, có độ màu đến 150 vớicông suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10000m3/ng

2.1.5 Khử trùng

Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lí nước cấp Trong nước thô có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cầnphải 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 này làdùng chất oxi hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng Ưu điểmcủa 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

2.1.6 Bể chứa nước sạch

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

Bể có thể làm bằng beetong cốt thép hoặc bằng gạch có dạng hình chữ nhật hoặc hìnhtròn trên mặt bằng Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi tùy thuộc vàođiều kiện cụ thể

2.2 Lựa chọn phương án xử lý

2.2.1 Đề xuất phương án xử lý

Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng củanguồn nước thô Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm

Giàn mưa

Bểlắng đứng

Bể lọc nhanh

Clorine

Xả ra sân phơi bùn

Nước từ trạm bơm giếng khoan

Cung cấp

Giàn mưa

Bể lắng trong có lớp cặn

lơ lửng

Bể lọc nhanh

Clorine

Nước từ trạm bơm giếng khoan

Cung cấp = nước sạchBể chứa

chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý Dựa vào các số liệu đã có, so sánhchất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn nhữngthông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể Theo chất lượng nướcnguồn đã có đưa ra các phương án xử lý:

+ Dễ vận hành.

+ Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh

định kỳ giàn mưa cũng không gặp

nhiều khó khăn

- Bể lắng ngang:

+ Hoạt động ổn định, có thể hoạt

động tốt ngay khi chất lượng nước

đầu thay đổi

+ Vận hành đơn giản

- Khi nước qua bể lắng ngang thì hiệu

suất xử lý gần như tương đương so

với bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

gió là 90 – 95% cao hơn so với giànmưa

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng đạthiếu suất cao hơn bể lắng ngang

- Khối lượng công trình nhỏ ít chiếmdiện tích

Khuyết

điểm

- Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạt

động, khối lượng công trình chiếm

diện tích lớn

- Thùng quạt gió vận hành khó hơngiàn mưa, khó cải tạo khi chất lượngnước đầu vào thay đổi, tốn điện khivận hành Khi tăng công suất phải xâydựng them thùng quạt gió chứ khôngthể cải tạo

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng xâydựng và vận hành phức tạp, rất nhạycảm với sự dao động về lưu lượng vànhiệt độ nguồn nước khó khăn khităng giảm lưu lượng nước đầu vào.Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý Chọn phương án 1 làm

- Lưu lượng nước qua 1 giàn mưa

qm: 10 ÷ 15 m3/m2h Chọn qm = 10 m3/m2h

Chia giàn mưa thành N=4 ngăn

Diện tích mỗi ngăn

Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa là: L x B = 3m x 1,5m

 Tổng diện tích mặt bằng của giàn mưa: 4 x (3 x 1,5) = 18 m2

- Sàn tung nước:

Chọn số sàn tung là 3, vì hiệu quả hoạt động của 3 sàn tung đầu tiên thường là caocòn các sàn kế tiếp thường rất kém Khoảng cách giữa các sàn tung càng cao thì thời giantiếp xúc không khí càng lớn, khoảng cách này cũng làm ảnh hưởng đến việc làm vệ sinhsau này (chiều cao càng lớn càng dễ làm vệ sinh) và đặc biệt nó ảnh hường đến hiệu quảkhử CO2 so với hiệu quả hòa than O2 (khoảng cách càng lớn thì hiệu quả khử CO2 càngcao) Chọn khoảng cách Giữa các sàn tung là 0,7m

Chọn sàn tung là các tấm inox có chiều dầy 10mm

Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ có d = 3mm, khoảng cáchgiữa các lỗ là 100mm

Hệ thống thu, thoát khí và thu nước; để có thể thu oxy khí trời kết hợp với việcđuổi CO2 đồng thời đảm bảo nước không bắn ra ngoài, ta bố trí cửa chớp làm bằng bêtông cốt thép

Góc nghiêng giữa các chớp mặt phẳng nằm ngang là 45o

Khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp nhau là 0,2m và chiều rộng mỗi cửa là0,2m Cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bềmặt tiếp xúc với không khí

Hệ thống thu nước và xả cặn giàn mưa: giàn thu nước đặt dưới đáy giàn mưa có độdốc 0,04m về ống dẫn nước qua bể lắng

Bố trí 3 ống thu nước (môi ngăn 1 ống) được đặt ở đáy sàn thu nước và cao hơnsàn thu là 0,5m để năng cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình phía sau.Theo quy phạm vận tốc nước trong ống lấy từ 1-1,5 m/s Chọn vận tốc là v = 1,5 m/s

* Chiều cao của giàn mưa

Chiều cao của giàn mưa được tính theo công thức:

H = h1 + 2h2 + h3 + h4 + 3h5

Trong đó:

h1: Chiều cao hệ thống phân phối nước đền sàn h1 = 0,8m

h2: Chiều cao khoảng cách giữa 2 sàn tung, h2 = 0,7m

h3: Chiều cao sàn thu nước (mặt sàn đến sàn tung đầu tiên), h3 = 1,5m

h4: Chiều cao mặt sần thu nước (bê tông đáy), chọn h4 = 0,3m

h5: Chiều cao một lớp vật liệu tiếp xúc với mỗi sàn + chiều dày tấm inox = 0,41 +0,1 = 0,51m

Trong đó: Q: Lưu lượng nước xử lý (m3/s)

N: Số ngăn của giàn mưa

- Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốcnước chảy trong ống là v = 0,8 m/s

d= √ 4×q π×v = √ 4×0,023 π×1,2 =0 ,16m

Trong đó: v: vận tốc nước chảy trong ống, v = 0,8 ÷ 1,2 m/s (Theo mục 6.246TCVN 33 – 2006) Chọn v = 1,2

Q: lưu lượng nước trên mỗi ngăn của giàn mưa (m3/s)

- Kiểm tra lại vận tốc :

v= 4 q

π D2 = 4 x 0,023 π x 0,162 = 1,14 (m/s)  thỏa mãn Chọn ống chính có đường kính 160mm

- Lưu lượng nước chảy trong ống nhánh.

Theo mục 6.111 TCXD 33:200, tổng diện tích lỗi láy bằng 20-50% diện tích tiếtdiện ngang của ống chính Chọn 30%

- Như vậy, tổng diện tích các lỗ:

- Số lỗ trên mỗi nhánh

Số lỗ trênmỗi nhánh= ∑Số lỗ

∑Số nhánh = 31220 = 16 (lỗ)Trên mỗi nhánh khoan 1 hàng lỗ mỗi lỗ có đường kính 7 mm Số lỗ trên 1 hàngcủa mỗi ống nhánh là 16 lỗ

- Chiều dài ống nhánh:

l= Chiều rộng ngăn giànmưa−Đường kínhống phân phối chính

- Các lỗ được khoan sao cho tâm lỗ thứ nhất cách đầu ống nhánh 1 khoảng là 20

m, khoảng cách giữa 2 tim lỗ kề nhau trên mỗi hàng là:

d= l−(2 20)

Số lỗ−1=

650−(2 20)16−1 =41(mm)

Bảng 1: Số liệu của giàn mưa

Trong đó

Q là lưu lượng nước tính toán Q = 333 m3

vtt: Tốc độ tính toàn dòng nước đi lên (mm/s) Tốc độ này không được lớn hơn tốc

độ lắng của cặn Tra bảng 6.9 – TCXD 33: 2006 ta được vtt = 0,5 mm/s

h n= D−d 2tg(90 o−α )=

6,9−0,6

2tg(90 o−60o)=5,5 m(Chọn α= 60o; d = 600mm)

Q: lưu lượng tính toán (m3/h), Q = 333 m3/h

c: hàm lượng cặn sau khi lắng, 10 – 12 mg/l Chọn c = 12 mg/l

Cmax: nồng độ cặng trong nước đưa vào bể lắng, g/m3

Cmax = Co max + 1,92¿ + 0,25M (mg/l)

Co max: hàm lượng cặn có trong nước nguồn, Cmax = 150 mg/l

M: độ màu của nước nguồn (độ) thang Pt – Co M = 10

(Kp: hệ số pha loãng cặn bằng 1,2 -1,15 Lấy Kp = 1,15)

Để thu nước đã lắng, dung hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và

8 máng hình nan quạt tập trung vào máng chính Nước chảy theo 2 chiều nên diện tíchmặt cắt ngang của máng vòng là:

f = Q v×N=m

 Thiết kế máng có tiết diện (0,15m x 0,15m)

 Tiết diện ngang của máng nan quạt:

f = Q v×N =

Đường kính ống xả của bể lấy từ 150 – 200mm (Chọn D = 200mm)

Bảng 2: Các thông số thiết kế của bể lắng đứng

a: Số lần rửa bể trong ngày đêm Ơ chế độ bình thường a = 2

W: Cường độ nước rửa lọc Wn = 14 l/s.m2

t1 : Thời gian rửa lọc t1 = 5 phút = 60

5 ht2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa t2 = 0,35 h

F =

800024.5−3,6.2.14 5

60−2.0,35.5 = 74 m2

Trong bể lọc, chọn cát lọc có cỡ hạt dtd = 0,7 – 0,8 mm, hệ số không đồng nhất K=2,0 ; Chiều dày lớp cát lọc 0,8m

Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh

H = hd + hv + hn + hbvhd: chiều cao lớp sỏi đỡ hd = 0,3 m (lấy theo bảng 6.12 TCXDVN 33:2006)

hv: chiều dày lớp vật liệu lọc hv = 0,8 m (lấy theo bảng 6.11 TCXDVN 33:2006)

hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc hn = 2 m ( 2 m) (lấy theo bảng 6.106TCXDVN 33:2006)

hdl: chiều dày đan đỡ vật liệu lọc hdl= 0,1m

chiều cao tấng hầm thu nước : 0,6m

hp: chiều cao bảo vệ = 0,4 m

H = 0,8 +0,3 + 2 +0,4+0,1+0,6 = 4,2 m

 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc:

Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc

Chọn cường độ gió là: Wgió = 15 m/s thì lưu lượng gió tính toán là:

 = √ 3,14×17 4×0,37 = 0,166m

chọn Dgió = 200 mm

 Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc

Bể có chiều rộng là 4 m Chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc có đáy hình

tam giác Khoảng cách giữa các tim máng là d = 4/2 = 2 m (Theo TCVN 33:2006: d

2,2m)

Lượng nước rửa thu vào mỗi máng

qm = Wn.d.l (l/s)Trong đó

Wn = 14 l/s.m3 ( cường độ rửa lọc)

d: khoảng cách giữa các tim máng

l: chiều dài của máng l = 7 m

qm = 14 x 2 x 7 = 196 l/s = 0,196 m3/sChiều rộng máng tính theo công thức

a: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật với ½ chiều rộng máng a = 1,3 (Theo TCVN33:2006: a = 11,5)

k: hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác k = 2,1

Ta có: Bm = 2,1×

5

√ (0 ,196 )2(1,57+1,3)3

He

100 + 0,3 (TCXDVN 33:2006)

Trong đó

H: chiều cao lớp vật liệu lọc H = 0,8 m

e: độ giãn nở tương đối ở lớp vật liệu lọc (bảng 4-5) e = 45%

Chiều cao toàn phần của máng thu nước là: Hm = 0,68 m

Vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 7 m

 Chiều cao ở máng tập trung là: 0,68 + 0,01 ¿ 7 = 0,73 m

Vậy Hm sẽ phải lấy bằng: Hm = 0,07 + 0,73 = 0,8 m

Nước rửa lọc từ máng thu nước tập trung Khoảng cách từ đáy máng thu đến mángtập trung xác định theo công thức

hm = 1,73

3

√ q2

gΔ2 + 0,2 (TCXDVN 33:2006)

Trong đó

qm: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước qm = 0,196 ¿ 2 = 0,392m3/s

Δ : chiều rộng của máng tập trung Δ = 0,7m (Theo TCVN 33:2006: chiều rộng máng tập trung không nhỏ hơn 0,6 m)

g = 9,81 m/s2 gia tốc trọng trường

3

√ 0,39229,81×0,72 + 0,2 = 0,749 m

 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)

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

 Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh