Thiết kế bể keo tụ, tạo bông và bể lắng ngang cho hệ thống xử lý nước từ nguồn sông sài gòn thành nước cấp ăn uống, công suất 25 000 m3/ngày đêm

Ngoài ra, hậu quả tác động của biến đổi khíhậu toàn cầu đến việc suy giảm chất lượng nguồn nước thô cung cấp cho thành phố.Điều này đe dọa đến khả năng cung cấp nước sạch cho hơn 10 triệ

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP

cho hệ thống xử lý nước từ nguồn sông sài gòn thành

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Đặng Viết Hùng

Sinh viên thực hiện :

TP Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021

MỤC LỤC

TrangBẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ THỰC HIỆN TRONG ĐỒ ÁN 1

NỘI DUNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC VÀ QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ

1.1.2 Tổng quan và đặc điểm nguồn nước sông Sài Gòn 2

1.1.3 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống 4

1.2.1 Tổng quan các quy trình công nghệ xử lý nước cấp 51.2.2 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nguồn nước mặt 6sông Sài Gòn

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC

3.1.4 Thông số kỹ thuật để chọn động cơ 18

3.2.1 Kích thước bể phản ứng tạo bông cơ khí 193.2.2 Kích thước cánh khuấy bể phản ứng 203.2.3 Kiểm tra các chỉ tiêu cơ bản của bể phản ứng 21

STT Họ và tên SV MSSV Nhiệm vụ Ghi chú

1.2.3 Thuyết minh công nghệ

Chương 2:

2.1.1 Lý thuyết bể trộn

2.2.1 Lý thuyết bể tạo bông

2.3 Lý thuyết và sơ đồ tínhtoán bể lắng ngang

Chương 3:

3.3 Tính toán thiết kế Bể lắngngang

2 Huỳnh Ngọc Châu Anh 1710461 Chương 1:

1.1.2 Tổng quan về nguồnnước và chất lượng nước sôngSài Gòn

1.2.1 Tổng quan các quy trìnhcông nghệ xử lý nước cấp

1.2.2 Đề xuất quy trình côngnghệ xử lý nguồn nước mặtsông Sài Gòn

1.2.3 Thuyết minh công nghệ

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ THỰC HIỆN TRONG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC VÀ QUY TRÌNH

CÔNG NGHỆ1.1 Tổng quan về nguồn nước

1.1.1 Tổng quan về nguồn nước mặt

Nước mặt bao gồm các nguồn nước đầm, ao, hồ, sông, suối Đặc trưng của nguồnnước mặt:

- Hàm lượng chất hữu cơ cao, độ đục cao

- Nhiều chất lơ lửng, chất hòa tan dạng ion và phân tử, có nguồn gốc hữu cơhoặc vô cơ

- Trong nước chứa nhiều vi sinh, virus, vi trùng như E.Coli, Coloform, Đôikhi có thể có sự hiện diện của nhiều loại tảo

- Nhiệt độ và thành phần nước không ổn định, thay đổi theo mùa

Trong các chỉ tiêu về chất lượng nước cần quan tâm, bên cạnh các chỉ tiêu cảmquan như nhiệt độ, mùi, vị, còn có một vài chỉ tiêu cơ bản như: độ pH, độ đục, độ màu,tổng chất rắn hòa tan trong nước (TDS); một số chỉ tiêu nâng cao: độ acid, độ kiềm, độcứng (bao gổm độ cứng tổng, độ cứng calci), clo; các chỉ tiêu dinh dưỡng: hàm lượngamoni (NH4 ), sulfate (SO42-), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-); các chỉ tiêu kim loại: hàmlượng nhôm (Al), sắt (Fe), mangan (Mn), đồng (Cu), kẽm (Zn); các chỉ tiêu vi sinh:E.Coli, Coliform chịu nhiệt, Coliform tổng

1.1.2 Tổng quan và đặc điểm nguồn nước sông Sài Gòn

Sông Sài Gòn là một phụ lưu của sông Đồng Nai, diện tích lưu vực 4934.46km2,chạy dọc 80 km trên địa phận Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) với lưu lượng nướctrung bình khoảng 54 m3/s Sông Sài Gòn được đánh giá là một nguồn cấp nước cótầm quan trọng đặc biệt đối với các tỉnh thành nằm trên lưu vực sông đi qua Nướcđược cung cấp chủ yếu cho các việc ăn uống sinh hoạt, tưới tiêu công trình công cộng,phục vụ cho hoạt động công nghiệp Ngoài ra, sông Sài Gòn còn có tiềm năng pháttriển về các ngành dịch vụ du lịch và đánh bắt nuôi trồng thủy sản

Vì chảy qua nhiều vị trí dân cư đông đúc, nơi các hoạt động công nghiệp, dịch vụdiễn ra sôi nổi, dày đặc nên mỗi ngày, lưu vực sông Sài Gòn phải tiếp nhận lượng lớnnước thải do nhiều nguồn và nhiều nơi cùng đổ về Song, trong nhiều năm gần đây,chất lượng nước mặt sông Sài Gòn cũng chịu ảnh hưởng từ các hoạt động kinh tế - xãhội, dẫn đến khó kiểm soát chất lượng Ngoài ra, hậu quả tác động của biến đổi khíhậu toàn cầu đến việc suy giảm chất lượng nguồn nước thô cung cấp cho thành phố.Điều này đe dọa đến khả năng cung cấp nước sạch cho hơn 10 triệu người dân thànhphố và các tỉnh lân cận.

Chọn điểm cầu Tống Lê Chân để theo dõi, nhận được kết quả WQI khoảng 77,thuộc nhóm chất lượng tốt, phù hợp sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt xem

như chất lượng tương đương với QCVN 08-MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn Kỹ thuật

Quốc gia về Chất lượng nước mặtcột A2 Nhưng để nước được sử dụng cho mục đích

ăn uống vẫn cần có biện pháp xử lý phù hợp với quy chuẩn áp dụng cho nước ăn uống

Ta có bảng số liệu quan trắc tại vị trí này như sau

Bảng 1.1 Bảng số liệu quan trắc tại điểm cầu Tống Lê Chân

sơ đồ công nghệ phù hợp

1.1.3 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống

Sau xử lý, nước cấp cần đạt tiêu chuẩn về chất lượng nước sử dụng cho ăn uống

do Bộ Y Tế ban hành QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia về Chất

Lượng Nước Ăn Uống (hiệu lực đến hết 15/06/2021), quy chuẩn này áp dụng cho các

cơ sở cung cấp nước cho mục đích sinh hoạt ăn uống, quy định mức giới hạn các chỉtiêu chất lượng đối với nước dùng để ăn uống

Dưới đây là bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng quan trọng cho nước ăn uống

Đối với chỉ tiêu vi sinh trong nước ăn uống, theo quy định của QCVN 01:2009/BYT, hàm lượng E.coli và Coliform tổng số bằng 0 vi khuẩn/100ml.

Ngoài ra, nếu cơ sở cấp nước dưới dạng nước uống đóng chai thì bên cạnh việc

nước nguồn phải đáp ứng các yêu cầu theo QCVN 01:2009/BYT về chất lượng nước

ăn uống thì nước uống cũng cần đạt tiêu chuẩn theo quy định của QCVN 6-1:2010/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia đối với Nước Khoáng Thiên Nhiên Và

Nước Uống Đóng Chai Trong phạm vi Đồ án môn học này, tiêu chuẩn đầu ra của

nước cấp ăn uống được áp dụng là QCVN 01:2009/BYT.

Khi so sánh giá trị hàm lượng các chỉ tiêu trong nước nguồn với Bảng 1.2, ta

đánh giá: nguồn nước tại điểm cầu Tống Lê Chân có nhiều chỉ tiêu đạt chuẩn nước,nhưng để có thể sử dụng cho mục đích ăn uống thì cần phải tiến hành xử lý các chỉ tiêudưới đây:

Bảng 1.3 Danh sách chỉ tiêu cần lưu ý xử lý trong nguồn nước tại điểm lấy mẫu STT Tên chỉ tiêu

Mức độ giám sát

- Loại A: Màu sắc, Sắt tổng, Clorua

- Loại B: Chì, Arsen tổng, Thủy ngân tổng (chỉ tiêu này cần chú ý giám sát vìđạt đến giới hạn tối đa về hàm lượng)

- Loại C: Cadimi

1.2 Quy trình công nghệ xử lý nước cấp ăn uống

Để xử lý nguồn nước mặt thành nước sử dụng cho ăn uống, ta tham khảo các quytrình xử lý áp dụng tại các cơ sở xử lý nước cấp:

Sơ đồ 1:

Áp dụng cho nguồn có chỉ tiêu chất lượng nước loại B và tốt hơn

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước truyền thống.

1.2.2 Đề xuất quy trình công nghệ xử lý nguồn nước mặt sông Sài Gòn

Nguyên tắc đề xuất quy trình công nghệ xử lý nước cấp

Khi thiết kế quy trình công nghệ xử lý nước cấp cần dựa vào các yếu tố:

Bể keo tụtạo bông Bể lắngngang Bể lọc Bể tiếp xúckhử trùng

Lắng nước rửa lọc

Chlorine Nước sạch cấp cho người tiêu thụ.

Nước

nguồn Bể tiếp

xúc khửtrùng

Cungcấp

Xả cặn hốthu cặn

- Thành phần và chất lượng nguồn nước đầu vào.

- Công suất và lưu lượng trạm xử lý

- Các yếu tố thủy văn và điều kiện địa hình địa phương Ngoài ra còn có điềukiện kỹ thuật

- Tính kinh tế: Xác định giá thành đầu tư xây dựng, trang thiết bị; Chi phí quản

lý hàng năm; Chi phí điện năng cho 1m3 nước; Chi phí xử lý và xác định giáthành sản phẩm của 1m3 nước Cần thiết kế sao cho đạt hiệu quả làm việc và

xử lý tốt nhưng các chi phí ở mức phù hợp với nguồn vốn

Cần xác định chuẩn yêu cầu đầu ra của nước cấp: Nước từ nguồn sông Sài Gònsau khi xử lý sử dụng cho mục đích ăn uống sinh hoạt, vì thế các chỉ tiêu cần đáp ứng

tiêu chuẩn theo quy định của QCVN 01:2009/BYT - Quy chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia

về Chất Lượng Nước Ăn Uống

Phương án thiết kế tối ưu là phương án đáp ứng đầy đủ cả ba yếu tố kỹ thuật,kinh tế và môi trường Tính toán thiết kế các công trình đơn vị của hệ thống xử lý

nước cấp dựa trên TCXD 33 - 2006, Cấp nước - Mạng lưới đường ống và các công

trình tiêu chuẩn thiết kế

Đặc tính của chất lượng nước từ nguồn sông Sài Gòn

- Chất lượng nước mặt thuộc loại A2

- Nước có độ màu cao, M = 40 º(Pt-Co)

- Các chỉ tiêu có hàm lượng vượt mức cho phép, cần xử lý: Clorua, Thủy Ngân,Asen, Chì, Cd

Bể tạobông Bể lắngngang Bể lọcnhanh

Lắng nước rửa lọc

Bể trộn

cơ khí

Chlorine khử trùng Nước nguồn

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ được đề xuất để xử lý nước cấp ăn uống từ nguồn

nước mặt sông Sài Gòn

1.2.3 Thuyết minh công nghệ

Nước mặt từ nguồn (sông Sài Gòn) qua các công trình thu nước được dẫn vào hệthống xử lý Đầu tiên, nước được đưa vào bể trộn cơ khí có cánh khuấy Tại đây, nhằmtạo môt trường tốt nhất cho quá trình keo tụ, nước được bổ sung thêm hóa chất keo tụPAC, đồng thời được kiểm tra và điều chỉnh độ pH trong bể cho phù hợp, khoảng6÷8.5 Tiếp tục, qua đường ống dẫn, nước được đưa sang bể tạo bông (bể phản ứng) Tại bể tạo bông, khi đủ thời gian để hóa chất tiếp xúc vào keo tụ hoàn toàn cáchạt cặn có trong nước, các bông cặn lớn dễ lắng hơn được hình thành, một lượng visinh trong nước giảm Nước theo đường ống dẫn sang bể lắng ngang để tiếp tục quytrình xử lý

Nước từ bể tạo bông được dẫn qua bể lắng ngang hình chữ nhật Bể được thiết kếnhằm mục đích làm giảm nồng độ của các hạt lơ lửng có khả năng lắng xuống đáy bểbằng trọng lực Nhiệm vụ của bể là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt có kích thước lớn(0.2mm) tránh hiện tượng gây bào mòn các chi tiết trong công trình đơn vị xử lý,đồng thời giúp giảm tải xử lý cho quá trình lọc tiếp sau Các cặn lắng sẽ được thu gomlại tại hố thu cặn và cũng được xả ra ngoài theo ống xả cặn Nước sau khi lắng theođường ống dẫn được đưa sang bể lọc nhanh

Nước ra khỏi bể lắng được phân phối vào bể lọc nhanh (bể lọc áp lực) Bể cónhiệm vụ giữ lại các hạt vật chất nhỏ và vi khuẩn mà bể lắng chưa xử lý được Nướcqua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, sỏi đỡ, giữ lại các hạt cặn có kíchthước lớn hơn kích thước lỗ rỗng giữa vật liệu lọc, không những thế còn có thể giữ lạikeo sắt, keo hữu cơ tăng độ đục, độ màu Vì cơ chế lọc nhanh dễ gây tích tụ cặn trên

bề mặt vật liệu lọc, tạo ra trở lực giảm hiệu quả lọc của bể, do đó cần phải tiến hànhrửa lọc theo chu kì Nước sau khi rửa lọc được đưa về bể tạo bông, vì nước này có khảnăng keo tụ tốt do còn các hạt keo, hạt bông cặn nhỏ Nó giúp tăng hiệu quả và tốc độ

Bể chứa nước sạch

hình thành bông cặn khi đưa vào bể tạo bông Còn phần nước sau khi thấm qua lớp vậtliệu sẽ đưa vào hệ thống thu nước trong, qua đường ống dẫn đi ra khỏi bể lọc.

Nước sau khi ra khỏi bể lọc nhanh được châm hóa chất khử trùng (Chlorine)bằng máy bơm định lượng nhằm mục đích khử trùng, loại bỏ hoàn toàn các vi sinh, vikhuẩn có trong nước Sau đó, nước sạch đã khử trùng được đến bể chứa nước sạch vàphân phối điến các điểm tiêu thụ

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH

TOÁN2.1 Bể trộn cơ khí

2.1.1 Lý thuyết

Bể trộn cơ khí là bể trộn sử dụng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảyrối Cánh khuấy được cấu tạo theo nhiều dạng khác nhau Thiết bị này áp dụng cho cácnhà máy nước có mức độ cơ giới hóa cao, thường là nhà máy có công suất làm việcvừa và lớn

Hình 2.1 a) Bể trộn cơ khí b) Các loại cánh khuấy Chú thích:

1 Nước nguồn vào; 2 Cấp dung dịch phèn; 3 Nước ra sau khi trộn;

Nguyên lý hoạt động : Nước và hóa chất đi vào phía đáy bể, sau khi hòa trộn đều

sẽ thu dung dịch trên mặt bể để đưa sang bể phản ứng Cánh khuấy có thể là cánh tuốcbin hoặc cách phẳng gắn trên trục quay

Năng lượng cần thiết để cánh khuấy chuyển động được tính theo công thức:

P = Kρn3D5

Trong đó: P - năng lượng cần thiết, W.

 - khối lượng riêng chất lỏng, kg/m 3

D - đường kính cánh khuấy, m.

n - số vòng quay trong 1s, vg/s.

K - hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy

Năng lượng để quay cánh khuấy chuyển động phụ thuộc vào đường kính bảncánh và tốc độ chuyển động của cánh khuấy Đối với khuấy trộn cơ khí, do cường độkhuấy trộn cao, giá trị Gradien thường từ 800-1000s-1, nên thời gian khuấy trộn ngắnhơn, chỉ từ 1-3s

Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể trộn hình vuông hoặc hình tròn, tỷ lệgiữa chiều cao và chiều rộng là 2:1 Cánh khuấy có thể là cánh tuabin hoặc cánh thẳnggắn trên trục quay.làm bằng hợp kim, thép không rỉ, hoặc bằng gỗ bộ phận truyềnđộng đặt trên mặt bể và trục quay đặt theo phương thẳng đứng

2.1.2 Sơ đồ tính toán

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán bể trộn cơ khí.

2.2 Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí

2.2.1 Lý thuyết

Bể tạo bông có chức năng hoàn thành quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợicho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước, tạo thànhnhững bông cặn đủ lớn để được giữ lại trong bể lắng

Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nướctạo ra sự xáo trộn dòng chảy Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đối xứng qua trụcquay và toàn bộ được đặt theo phương ngang hay thẳng đứng Kích thước cánh khuấyđược chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo bể phản ứng

Hình 2.3 Bể phản ứng cơ khí.

Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí có ưu điểm là có khả năng điều chỉnh cường độkhuất trộn theo ý muốn Nhược điểm chính là cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác

và điều kiện quản lý, vận hành phức tạp

Vì vậy nó thường được áp dụng cho các nhà máy nước công suất lớn, có mức độ

cơ giới hóa cao trong sản xuất [3]

2.2.2 Sơ đồ tính toán

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí.

2.3 Bể lắng ngang

2.3.1 Lý thuyết

Trong xử lý nước cấp, chức năng của bể lắng ngang được dùng để chứa nước cấptrong giai đoạn lắng, giúp độ trong nguồn nước được ổn định, loại bỏ các cặn bùnnhanh chóng, hiệu quả

Bể lắng ngang được xây dựng theo dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn, tùy vàoquy mô hệ thống bể sẽ có hai hay nhiều ngăn Cấu tạo bể lắng ngang có 4 bộ phậnchính:

Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí

Chiều dài

Chiều rộng

Tính toán ván

Chiều dài

Chiều rộng

Vị trí đặt trên cánh khuấy

Kiểm tra các chỉ tiêu

cơ bản của từng buồng

Chọn cường độ khuấy, tốc độ

Điều chỉnh tốc

độ phù hợp với cường độ

Động cơ quay

Tính năng lượng tiêu hao tổng cộng

Chọn động

cơ phù hợp

- Vùng phân phối nước vào: Phân bố đều dòng nước vào và cặn lơ lửng trongtiết diện ngang của vùng lắng.

- Vùng lắng: Nơi xảy ra quá trình lắng cặn

- Vùng thu nước sau lắng: Thiết kế máng răng cưa thu nước và mương chứanước từ máng thu răng cưa, theo ống dẫn đưa sang bể lọc

- Vùng thu và xả cặn: Hình dạng và độ sâu phụ thuộc vào phương pháp làm

sạch bùn và lượng bùn Trong Đồ án môn học này sử dụng thiết bị thu gom

cặn cơ khí bằng xích-thanh cào, cần thiết kế độ dốc bể = 1:600

Hình 2.5 Cấu tạo bể lắng ngang.

Bể hoạt động theo nguyên lý: Nước trong bể sẽ chuyển động từ đầu bể tới cuối

bể, dưới tác dụng của trọng lực, các hạt cặn, chất huyền phù chuyển động xuôi theodòng, phân bố đều trên diện tích mặt cắt ngang của bể với vận tốc khoảng 0.2m -0.5m/s, tích tụ xuống vùng đáy và được thải ra ngoài qua hệ thống xả cặn

2.3.2 Sơ đồ tính toán.

14

Bể lắng ngangVùng lắng

phân phối v pp

Tính số lỗ trên vách ngăn phân phối

Máng răng cưa

Chọn vận tốc nước trong máng răng

Lưu lượng nước

Chọn vận tốc nước trong

mương v mương

Tiết diện mương

Chọn B mương

Tính chiều sâu

mực nước H mương

Vùng thu và xả cặn

Chọn thời gian giữa 2 lần xả

Đồ án môn học Kỹ thuật Xử Lý Nước Cấp GVHD: PGS.TS Đặng Viết Hùng

Hình 2.6 Sơ đồ tính toán bể lắng ngang.

phân phối v pp

Tính số lỗ trên vách ngăn phân phối

Máng răng cưa

Chọn vận tốc nước trong máng răng

Lưu lượng nước

Chọn vận tốc nước trong

mương v mương

Tiết diện mương

Chọn B mương

Tính chiều sâu

mực nước H mương

Vùng thu và xả cặn

Chọn thời gian giữa 2 lần xả