ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP “ Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp –công suất 8000 m3ngày.đêm ”

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP “ Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp –công suất 8000 m3ngày.đêm ” Các bạn có thể tải về và áp dụng công thức với những công suất khác, bản đồ án này được 10đ trong đồ án môn học, đã được làm một cách kỹ càng về cả công thức, trích nguồn cũng như tiêu chuẩn, cảm ơn các bạn đã quan tâm và chúc các bạn kết thúc môn học với điểm A. Xin cảm ơn! Nguyễn Tuấn Linh

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNGHÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP

“ Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp –công suất 8000 m 3 /ngày.đêm ”

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Linh

Chuyên ngành : Thiết kế công trình xử lý môi

trườngGiảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Bình Minh

Hà Nội, tháng 10 năm 2018

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI ĐỘC LẬP-TỰ DO-HẠNH PHÚC

-Công suất : 8000 m3/ngày đêm

-Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước như sau:

Thể hiện các nội dung nói trên vào :

Chương 1: ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN XỬ LÝ

1.Chất lượng nước ngầm yêu cầu sau khi xử lý

-Áp dụng QC 01:2009/BYT ban hành ngày 17 tháng 6 năm 2009 về chất lượng nướcsinh hoạt Lấy theo giới hạn tối đa cho phép,ta có bảng so sánh các chỉ tiêu trong đềbài với quy chuẩn như sau:

BẢNG THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG ĐẦU VÀO VÀ YÊU CẦU ĐẦU RA

st

t Chỉ tiêu

Đơn vị

Giá trị đầu vào

Chỉ tiêu đầu ra

(01:2009/

BYT)

Đánh giá

-Độ cứng tính theo CaCO3: vượt 1,7 lần so với quy chuẩn 01:2009/BYT

- Hàm lượng asen: vượt 5 lần so với quy chuẩn 01:2009/BYT

-Hàm lượng sắt tổng: vượt 40 lần so với quy chuẩn 01:2009/BYT

-Hàm lượng mangan: vượt 5 lần so với quy chuẩn 01:2009/BYT

2.Lựa chọn dây chuyền công nghệ

a.Đề xuất các phương án

Dựa vào mục 6.9 TCVN 33 :2006 - Các công trình công nghệ chủ yếu của trạm xử lýnước nên lấy theo bảng 6.2 và chỉ dẫn ở điều 6.1

- Phương pháp xử lý nước, thành phần và các thông số tính toán công trình, liềulượng tính toán các hoá chất phải xác định theo: Chất lượng nước nguồn, chức năngcủa hệ thống cấp nước, công suất trạm xử lý nước, điều kiện địa phương, điều kiệnkinh tế kỹ thuật và dựa vào những số liệu nghiên cứu công nghệ và vận hành nhữngcông trình làm việc trong điều kiện tương tự Đối với những công trình xử lý nước cócông suất lớn, hoặc chất lượng nguồn nước phức tạp, cần phải lập mô hình thí

nghiệm để xác định dây chuyền công nghệ xử lý nước và các thông số kỹ thuật cầnthiết.

Trạm bơm cấp 2

Bể Nướcrửa lọc

polyme

Bể táchbùn

Phương án 2 :

Sơ đồ 2 : sơ đồ phương án công nghệ xử lý nước ngầm

b.So sánh phương án-lựa chọn công nghệ :

- So sánh

Ưu điểm -Giàn mưa :

+ Dễ vận hành +Việc duy tu,bảo dưỡng và

vệ sinh định kỳ giàn mưacũng không gặp nhiều khókhăn

+ tiết kiệm kinh phí

-Thùng quạt gió : + áp dụng cho những công suất vừa

và lớn

+Hệ số khử khí CO2trong thùng quạtgió là 85-90% cao hơn so với giànmưa

Nhược điểm -giàn mưa :

+Tạo tiếng ồn khi hoạtđộng,khối lượng công trìnhchiếm diện tích lớn

-Thùng quạt gió : +Vận hành khó hơn giàn mưa,khó cảitạo khi chất lượng nước đầu vào thayđổi,tốn điện khi vận hành,khi tăngcông suất phải xây dựng thêm thùng

Trạm bơm cấp 2

Bể Nướcrửa lọc

polyme

Bể táchbùn

quạt gió chứ không thể cải tạo.

-Kết luận : Từ bảng so sánh trên thì ta chọn phương án 1 để tính toán.

-Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã chọn :

+Nước được bơm từ giếng lên và được clo hóa sơ bộ trước khi đưa qua hệ thống làmthoáng tự nhiên bằng giàn mưa.Giàn mưa có chức năng là khử khí CO2,hòa tan oxy từkhông khí vào nước để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+,Mn2+ thành Mn4+ để dễ dàng lắng đọng

và khử ra khỏi nước,nâng cao công suất các công trình lắng và lọc

Sau đó,nước tiếp tục qua bể lắng đứng,tại đây quá trình oxy hóa và thủy phân sắt diễn

ra hoàn toàn,đồng thời giữ 1 phần bông cặn nặng trước khi đưa sang bể lọc

Tiếp đó nước sang bể lọc nhanh,ở đây không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước

mà còn lọc giữ lại hạt keo sắt,keo hữu cơ gây độ đục và độ màu

Kế tiếp nước được dẫn vào bể chứa nước sạch với hóa chất khử trùng là dung dịch clo

để loại trừ vi sinh vật tồn tại trong nước ngầm,nước đã được khử trùng đưa qua bểchứa nước sạch.Cuối cùng thì trạm bơm cấp II phân phối nước cho người dân thôngqua mạng lưới

Tóm tắt lại hệ thống xử lý của nhà máy nước cấp bao gồm

-Giàn mưa

-Bể lắng đứng

-Bể lọc nhanh

-Bể chứa nước sạch

c.Xác định chỉ tiêu sau làm thoáng

- Độ kiềm sau làm thoáng:

Được xác định theo công thức 5-1 (Tr 164_GTXLNC Ts Nguyễn Ngọc

Dung)

Ki = Kio – 0,036 CFe o2+ ¿¿ mg/lTrong đó:

Kio : Độ kiềm ban đầu của nước nguồn (mg/l), Đề bài Kio = 5,5 mg/l

CFeo2+ : Hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l), CFeo2+ = 12 mg/l

 Ki = 5,5 - 0,036 12 = 5,068(mg/l)-Hàm lượng CO2 sau làm thoáng:

C(CO2) = 40 ×(1- 0,8) + 1,6 12 = 27,2 (mg/l)

- pH của nước nguồn sau làm thoáng:

Với Ki = 5,068(mg/l) , C(CO2) = 27,2(mg/l) , T = 210C ,tổng hàm lượngmuối P= 310 mg/l

Tra biểu đồ hình 6-2 (TCXD33:3006), tìm được pH sau làm thoáng là 7,2 Như vậy pH sau làm thoáng là 7,2 đạt tiêu chuẩn để các công trình phía sauhoạt động tốt

Chương 2 : TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP

1.Giàn mưa

Nhiệm vụ :cung cấp oxy cho nước và khử khí CO2 có trong nước Giàn mưa có khảnăng thu được xxy hòa tan bằng 55% lượng oxy bão hòa và khứ được khoảng 70% -80% lượng CO2 Nhưng lượng CO2 sau làm thoáng không được xuống thấp hơn 5-6mg/l

Q :lưu lượng nước xử lý,Q=8000 (m3/ngày đêm) = 334( m3/h)

q: cường độ phun mưa,lấy theo mục 6.246/TCXD 33-2006,chọn q=10 (m3/m2h)

-Diện tích mỗi tháp của giàn mưa

-Hệ thống phân phối nước của giàn mưa:

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

Q: Lưu lượng nước xử lý (m3/ngđ)

N: Số ngăn của giàn mưa

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

Vậy số ống nhánh trên 1 giàn là :

Như vậy,tổng diện tích các lỗ là:

S ´ô l~ô trênm ~ ô i ´ô ng nh ´a nh= ⅀ số lỗ

Chiều dài mỗi ống nhánh :

l= Chi `ê u rộng ngăn gi `a n mưa−Đường kínhống phân phối chính

4−0,2252

Q: lưu lượng nước xử lý,Q=8000 (m3/ngày đêm) = 334 m3/h

Cl: Lượng CO2 tự do cần khử để tăng độ pH lên 7,5 tính theo công thức:

C l=1,64 Fe2+¿ + (C đ−C t) ¿

(mg/l) Trong đó:

Fe2+: chính bằng hàm lượng sắt của nước nguồn bằng 12 mg/l

Cđ: Hàm lượng CO2 tự do ban đầu của nước nguồn Cđ=40(mg/l)

Biết nhiệt độ của nước là 21oC tra ảng 5-2 trang 173,XLNC –Nguyễn Ngọc Dung tìmđược γ=0,99

Vậy C t=30 × 0,958× 0,99=28,4(mg/l)

C l=1,64.12+(40−28,4 )=31,28 (mg/l)

G= 31,28 ×334

1000 = 10,5 (kg/h)Lực động của quá trình khử khí

Trong đó: F: Diện tích ngang của giàn mưa (m2)

Theo mục 6.246/TCXD 33- 2006 Vật liệu tiếp xúc đổ thành lớp có chiều cao 30 – 40

cm, chon 40 cm Thiết kế giàn mưa 4 tầng Chiều cao của mỗi tầng là 0,8 m, chiều caongăn thu 0,7 m

-Hệ thống thu nước

-sàn thu nước: sàn thu nước được đặt ở dưới đáy giàn mưa để hứng nước sau quá trìnhlàm thoáng,có độ dốc 0,02m về phía xả cặn.Sàn được làm bằng bê tong cốt thép,chiềudày bê tong có kích thước 200mm.Bố trí một ống thu nước dưới đặt dưới đáy sàn thu

và tâm ống thu cao hơn mặt đáy sàn 0,2m để ngăn cặn bẩn theo dòng nước vào cáccông trình phía sau

Kiểm tra lại vận tốc

v= 4 q

π D2=4 × 0,0463

π × 0,2252=1,16¿

(nằm trong giới hạn cho phép 0,8-1,2)

-chiều cao giàn mưa:

H=h1+h2+3 h3+h4= 0,6+0,33 + 3x0,8 + 0,78 = 4,11

Trong đó:

h1 là khoảng cách giữa ống phân phối đến sàn tung đầu tiên; h1 = 0,6 m

h2 là bề dày của sàn tung và lớp tiếp xúc ; h2 = 0,33 m

h3 là khoảng cách giữ 2 sàn đổ vật liệu tiếp xúc; h3 = 0,8 m

h4 là chiều cao sàn thu nước; h4 = 0,78 m

Các thông số kỹ thuật của giàn mưa

N

g uyên t ắc l à m v i ệc : Nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi đi xuống dưới qua

vào bể lắng Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặnrơi từ trên xuống đáy bể Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xungquanh thành bể và được đưa sang bể lọc

- Theo chức năng làm việc, bể chia làm hai vùng là vùng lắng có dạng hình trụ hoặchình hộp ở phía trên và vùng chứa nén cặn có dạng hình nón hoặc hình chóp ở phíadưới Cặn tích lũy ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống vàvan xả cặn

Tính toán bể lắng đứng tiếp xúc cho xử lý nước ngầm dựa theo hướng dẫn trang 176-178 sách XLNC-Nguyễn Ngọc Dung]

Xác định dung tích dung tích của bể:

W = Q T60 (m3)Trong đó:

Q: công suất trậm xử lý (m3/h) Q= 334 m3/h

t: thời gian lưu nước lại trong bể 30-45 phút, chọn 40 phút

W = 334.4060 = 223 m3Lấy chiều cao vùng lắng của bể là 2,4m (quy phạm 1,5 -3,5m)

Kiểm tra lại tốc độ dâng nước trong bể:

v= H l 1000

40.60 = 1mm/s(trong giới hạn cho phép – không lớn hơn 1mm/s)

Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:

F = W H

l = 2232,4= 93 m2Chia làm 3 bể, diễn tích mỗi bể là:

f = F3 = 933 = 31 m2lượng nước đi vào mỗi bể là:

q= 3343 = 111 m3/h = 30,8 l/sTốc độ nước chảy trong ống trung tâm được dẫn từ giàn mưa xuống với tốc độ 0,8 -1,2 m/s

Chọn ống trung tâm có đường kinh d=200mm kiểm tra lại tốc độ được v= 0,98 m/s thỏa mãn

Tổng diện tích mỗi bể kể cả ống trung tâm sẽ là:

f + π d tt

2

4 = 31+ π 0,22

4 = 31,04 m2chọn bê lắng tiếp xúc hình vuông với kích thước 5,6 x 5,6 = 31,36 m2

Lấy chiều dài ống trung tâm là 1,5m

Chiều cao phần hình nón:

hn= D−d

2tg(900

−α ) Chọn α = 500 , d=200 (mm) [α =50-550] [trang 85 XLNC –TS.Nguyễn Ngọc Dung]

hn= (5,6−0,2)tg (400)

2 = 2,3 (m) với D: Đường kính của bể lắng D=7,5 m; d :đường kính phần đáy hình nón hặc chop (m) lấy bằng đường kính ống xả cặn; theomục 6.69-TCXD 33:2006 quy phạm 150-200mm  lấy d=200mm = 0,2m

 Chiều cao toàn phần của bể Hbể= Hl+ hn+ hbv= 2,4+2,3 + 0,5 = 5,2 (m)

fv= N X V Q (m3)Trong đó:

Q=334 m3/h = 0,093 m3/s

V : vận tốc nước chảy trong máng 0,5 tới 0,6 [mục 6.69 TCXD33:2006] Chọn v= 0,6

fv= 3 X 0,50,093 = 0,062 m2thiết kế máng chữ nhật có tiết diện (0,3m x 0,21m)

Chiều dài một máng thu nước bằng 5,6 – (0,3+0,1)x2=4,8m với chiều dày của máng là0,1m

Máng răng cưa thu nước.

Thiết kế 4 máng răng cưa hình chữ V đặt xung quanh bể lắng trên máng thu nước Lưu lượng nước trên mỗi máng răng cưa:

3∗24∗3600∗4=0,0072 m3/sTấm xẻ khe hình chữ V có góc đáy 900 để thu nước:

 chọn chữ V có kích thước 10cm x 10cm

Chọn chiều cao mực nước trong khe chữ V là h V=3 cm=0,03 m

Khi đó lưu lượng nước qua một khe chữ V là:

q o=1∗0,032

2 =4,5∗10

−4

m3/s

Chọn tốc độ chảy qua khe là 1m/s

Số khe cần thiết trên mỗi máng răng cưa chữa V là:

Ta có thông số các khe chữ V thu nước: Khoảng cách các chữ V là 20 cm, đáy chữ V

là 10 cm, chiều cao chữ V là 10cm

Các thông số kỹ thuật của bể lắng đứng

Thời gian làm việc 2 lần xả cặn Ngày 14

- Nguyên tắc làm việc của bể: gồm 2 quá trình:

+ Quá trình lọc: nước được dẫn từ bể lắng ngang, qua mương phân phối vào bể lọc,qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa vào bể chứa nướcsạch

+ Quá trình rửa lọc: nước rửa và khí được cấp vào bể lọc qua hệ thống phân phốinước và khí rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào mángthu nước rửa, thu vào máng tập trung rồi được xả ra ngoài theo mương thoát nước.Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngừng rửa

Vtb: tốc độ lọc tính ở chế độ làm việc bình thường (m/h).Chọn Vbt=5,5 m/h [bảng6.11-TCXD 33:2006]

a: số lần rửa bể trong một ngày đêm.Chọn a=2

W: cường độ rửa lọc Chọn W=12 l/s.m2

t1: thời gian rửa lọc.Chọn t1= 0,1h

t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa.Chọn t2= 0,35h

Trong cát lọc,chọn cát lọc có cỡ hạt dtd =0,5 tới 1,25 mm,đường kính hiệu dụng từ 0,6tới 0,65.Hệ số không đồng nhất K=1,5 tới 1,7,chiều dày cát lọc L=0,7 tới 0,8.ChọnL=0,7 m (lấy theo bảng 6.11 TCXD 33:2006)

-Chọn biện pháp rửa lọc bể bằng gió, nước phối hợp Cường độ nước rửa lọcW=12l/s.m2 (quy phạm từ 12-18l/s.m2) ứng với 45% độ nở của lớp vật liệu (lấy theobảng 6.13 TCXDVNVN 33:2006) Cường độ gió rửa lọc Wgió =15 l/s.m2 (quy phạm từ

15 tới 20l/s.m2 theo điều 6.123 TCXDVN 33:2006)

-Lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể lọc:

Qr = f X W1000 [Công thức 4-55 trang 141-sách XLNC Nguyễn Ngọc Dung]

Với ống chính là 355mm, thì tiết diện ngang của ống là:

Ω= π d2

4 =3,14 X 0,3552

4 = 0,099 m2Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống [theo 6.124TCXDVN 33:2006 quy phạm từ 35 tới 50% ] Tổng diện tích lỗ tính được là:

Lấy đường kính ống gió chính D=150 mm

-Số ống nhánh cũng lấy là 26 ống, lượng gió trong 1 ống nhánh là:

Đường kính ống gió chính là 150 mm, diện tích cắt ngang của ống gió chính là:

Ωgió= π d2

4 = 3,14 X 0,152

4 = 0,018 m2Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% diện tích tiết diện ngang ống gió chính(theo 6.122TCXDVN 33:2006 quy phạm 35-40%) sẽ là wgió= 0,4 x 0,018 =0,0072 m2.Chọn đườngkính lỗ gió là 2 mm (theo 6.122 TCXDVN 33:2006 quy phạm 2-5mm),diện tích 1 lỗgió là :

-máng phân phối và thu nước rửa lọc

Bể có chiều rộng 3,25 m Bố trí 3 máng thu có đáy hình tam giác,khoảng cách giữa cácmáng d= B/3 = 3,25/3 = 1,1 m(theo 6.117 TCXDVN 33:2006 thì không được lớn hơn2,2m)

Lưu lượng rửa thu vào mỗi máng : : qm = W.d.l (l/s)

Trong đó:

W: cường độ rửa lọc, W = 12 (l/s.m2)

d: khoảng cách giữa các tâm máng, d = 1,1 m

l : chiều dài của máng, l =5 m

a = B h mnc

m/2 → chiều cao phần máng mcn mà hmnc = H1 = a x B m

2 = 1,5 x 0,352 = 0,2625 (m)(theo “Xử lý nước cấp” của TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 147)

Chiều cao phần đáy tam giác:

Khoảng cách từ bể mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước là:

∆Hm = L x e100 + 0,25 (m) (theo “Xử lý nước cấp” của TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 147)

Trong đó:

L: chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 0,8 m

e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 45% (Theo bảng 6.13 – TCXDVN33:2006)

 ∆Hm = 0,8 x 45100 + 0,25 = 0,61 (m)

Theo quy phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm caohơn lớp vật liệu lọc 0,1 m (theo 6.124 TCXDVN 33:2006 quy phạm 50-100 mm)Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = 0,5375 (m) Vì máng dốc về phíamáng tập trung với độ dốc i = 0,01; máng dài 4,6m nên chiều cao của máng ở phíamáng tập trung là: 0,5375 + 0,046 = 0,5835 (m)

Vậy ∆Hm sẽ phải lấy bằng: 0,6 + 0,1 = 0,71

Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước

Khoảng cách từ đáy máng thu nước đến đáy máng tập trung nước:

hm = 1,75 x 3

√ q2M

g x A2 + 0,2 (m) (Theo công thức 6-26; 6.117 – TCXDVN 33:2006)

Trong đó

qM: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s), qm = 0,06072 (m3/s)

A: chiều rộng của máng tập trung Chọn A = 0,75 (theo quy phạm không được nhỏhơn 0,6m)

g: gia tốc trọng trường bằng 9,81 (m/s2)

 hm = 1,75 x 3

√ 0,060722

9,81 x 0,752 + 0,2 = 0,353 (m) Chọn vận tốc trong mương khi nước rửa lọc là 0,8 m/s (Theo 6.120 – TCXDVN33:2006)

Tiết diện ướt của mương khi rửa lọc là:

-tính toán số chụp lọc: Sử dụng loại chụp lọc có đuôi dài, có khe rộng 17 mm Theo

giáo trình xử lý nước cấp-Nguyễn Ngọc Dung trang 130, số lượng chụp lọc không

dưới 50 cái Chọn 55 chụp lọc trên 1m2 sàn công tác

Tổng số chụp lọc trong một bể là: N= 55 x 16,25 = 893,75 cái=894 cái

Lưu lượng nước đi qua 1 chụp lọc là:

Trong đó:

vo: vận tốc nước chảy ở đầu ống chính; vo = 2 m/s

vn: vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh; vn = 2 m/s

Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ:

hđ = 0,22Ls W (m)Trong đó:

Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = 0,7 m

W: cường độ nước rửa lọc, W = 12 l/s.m2

 hđ = 0,22 x 0,4 x 12 = 1,848 (m)

Tổn thất áp lực qua vật liệu lọc:

hvl = (a + b.W) L.eTrong đó:

a, b là các thông số phụ thuộc đường kính tương đương của vật liệu lọc, a = 0,76; b =0,017

W = 12 l/s.m2

e = 45%

L: chiều dày lớp cát lọc, L = 0,8 m

hvl = (0,76 + 0,017 x 12) x 0,8 x 0,45 = 0,35 (m)

Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2 m

=> Vậy tổng tổn thất áp lực trong quá trình rửa lọc là:

Bể chứa nước rửa lọc để quay lại xử lý:

- Lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể lọc cho một lần:

Qr = f X W1000 t1 [Công thức 4-55 trang 141-sách XLNC Nguyễn Ngọc Dung]