Tinh toán hệ thống xử lý nước cấp

I. DỮ LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 2 II. PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ 2 III. Thuyết minh công nghệ 3 4.1. Giai đoạn xử lý sinh học 3 4.2. Giai đoạn phản ứng và lắng 3 4.3. Giai đoạn lọc tinh 4 4.4. Giai đoạn khử trùng 4 IV. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 4 1. Thiết bị xử lý sinh học 4 1.1. Bể xử lý sinh học 4 1.2. Thiết bị cấp khí 5 2. Tính toán thiết bị trộn tĩnh và bể phản ứng 5 2.1. Thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer 5 2.2. Bể phản ứng 5 3. Tính toán bể lắng lamen 6 3.1. Tính toán bể lắng lamen 6 3.2. Tính toán lưu lượng nước xả cặn bể lắng 8 4. Tính toán bể lọc tự rửa 9 4.1. Tính toán bể lọc tự rửa 9 4.2. Tính toán lượng nước xả rửa lọc 10 5. Tính toán hóa chất 10 5.1. Hóa chất keo tụ 10 5.2. Hóa chất trợ keo tụ 11 5.3. Hóa chất khử trùng 11 V. PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP THIẾT BỊ 11 VI. PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 11

I DỮ LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 2

II PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ 2

III Thuyết minh công nghệ 3

4.1 Giai đoạn xử lý sinh học 3

4.2 Giai đoạn phản ứng và lắng 3

4.3 Giai đoạn lọc tinh 4

4.4 Giai đoạn khử trùng 4

IV TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 4

1 Thiết bị xử lý sinh học 4

1.1 Bể xử lý sinh học 4

1.2 Thiết bị cấp khí 5

2 Tính toán thiết bị trộn tĩnh và bể phản ứng 5

2.1 Thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer 5

2.2 Bể phản ứng 5

3 Tính toán bể lắng lamen 6

3.1 Tính toán bể lắng lamen 6

3.2 Tính toán lưu lượng nước xả cặn bể lắng 8

4 Tính toán bể lọc tự rửa 9

4.1 Tính toán bể lọc tự rửa 9

4.2 Tính toán lượng nước xả rửa lọc 10

5 Tính toán hóa chất 10

5.1 Hóa chất keo tụ 10

5.2 Hóa chất trợ keo tụ 11

5.3 Hóa chất khử trùng 11

V PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP THIẾT BỊ 11

VI PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 11

I DỮ LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ

1 Nguồn nước: Nước vụng Bà Tế, sông Bứa, Phú Thọ

2 Công suất: Tổng công suất Q = 4000m3/ngđ, giai đoạn I Q = 2000m3/ngđ

3 Chất lượng nước sau xử lý: Nước sau xử lý phải đạt các chỉ tiêu theo Quy chuẩn

kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT

STT ChØ tiªu §¬n vÞ ChÊt l-îng

n-íc th«

QCVN 01:2009/BYT

II PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ

Phương án công nghệ xử lý nước cần đáp ứng các yêu cầu sau:

- Dây chuyền công nghệ xử lý nước thích hợp có khả năng xử lý được các chỉ tiêu cơ bản có trong kết quả phân tích nguồn nước khai thác đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT

- Hiệu quả và khả năng xử lý ổn định các chỉ tiêu trên khi chất nước nước nguồn dao động giữa mùa lũ và mùa khô

- Cần một dây chuyền công nghệ áp dụng các giải pháp kỹ thuật hiện đại để có quy

mô, kết cấu công trình, thời gian thi công hợp lý nhất

- Có suất đầu tư hợp lý gắn với hiệu quả quản lý và vận hành, bảo trì, bảo dưỡng, phát huy được hiệu quả đầu tư công trình cho cả giai đoạn phát triển sau này khi có nhu cầu nâng công suất

Trên cơ sở phân tích phương án công nghệ như trên, đề xuất sơ đồ công nghệ

xử lý nước như sau:

III Thuyết minh công nghệ

4.1 Giai đoạn xử lý sinh học

Nước từ trạm bơm nước thô được đưa vào thiết bị xử lý sinh học Thiết bị xử lý sinh học có nhiệm vụ oxy hóa chất hữu cơ, khử màu, mùi, vị của nước trước khi nước chảy vào bể lắng lamen

4.2 Giai đoạn phản ứng và lắng

Nước sau xử lý sinh học được hòa trộn hóa chất trước khi vào bể phản ứng Tại

bể phản ứng, nhờ có hóa chất keo tụ và trợ keo tụ, các bông cặn lớn có vận tốc lắng lớn hơn được hình thành từ những tạp chất thô được kết bông và chảy sang ngăn lắng Tại ngăn lắng, các tạp chất thô được tách khỏi nước Nước sau khi loại bỏ tạp chất thô được dẫn vào máng thu cấp sang thiết bị lọc tinh trọng lực tự động

Thiết bị lắng được thiết kế là lắng cao tải lamen, giúp hiệu suất lắng cao hơn, rút gọn diện tích mặt bằng xây dựng, tiết kiệm được chi phi mặt bằng và thiết bị

Công trình thu nước thô

Thiết bị xử lý sinh học

Thiết bị phản ứng

và lắng Lamella

Thiết bị lọc tự rửa

Bể chứa nước sạch

MLCN

Clo

Clo

Polymer Cấp khí

4.3 Giai đoạn lọc tinh

Nước sau khi qua lắng, được cấp sang thiết bị lọc trọng lực tự động Thiết bị lọc trọng lực tự động được thiết kế với tầng vật liệu lọc chuyên dụng để loại bỏ những bông cặn nhỏ không lắng được ở bể lắng lamen Qua thiết bị lọc trọng lực tự động nước đầu ra là nước sạch được đảm bảo các chỉ tiêu hóa lý dùng cho nước sinh hoạt Nước sau lọc được dẫn về bể chứa nước sạch

Thiết bị lọc trọng lực có thể tự động rửa ngược hoàn toàn không cần điện năng

và người vận hành

4.4 Giai đoạn khử trùng

Để đảm bảo tiêu chuẩn vi sinh của nước sinh hoạt, hoá chất khử trùng Clo được châm trực tiếp vào đường ống dẫn nước về bể chứa nước sạch với liều lượng được tính toán nhằm tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt theo QCVN 01:2009/BYT

Nước sạch được chứa trong bể chứa nước sạch và cấp đi sử dụng theo nhu cầu

IV TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

1 Thiết bị xử lý sinh học

1.1 Bể xử lý sinh học

Tải trọng BOD của bể lọc sinh học:

2000.14.1,5

42

in load

Q BOD k

Trong đó:

- BODin: Hàm lượng BOD có trong nước thô, BODin = 14g/m3

- k: hệ số vượt tải

- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s

Thể tích bể lọc sinh học:

0

42 28 1,5

load

BOD V

BOD

Trong đó:

- BOD0: Tải trọng thể tích BOD, chọn BOD0 = 1,5kg/m3.ngày

Diện tích bề mặt tiếp xúc bể lọc sinh học: 28 18, 67

1,5

V F H

Trong đó:

- H: Chiều cao lớp vật liệu lọc, H = 1,5m

Chọn 02 bể lọc sinh học, kích thước mỗi bể DxH = 3,4x4,5 (m) Diện tích bề mặt

0 2 2.3,14.1,7 18,15

Kiểm tra tải trọng thủy lực bể lọc: 2000 4, 6

24 24.18,15

Q HLR

F

Hàm lượng BOD sau xử lý: BODout = (1-0,85).BODin = 2mg/l

Độ oxy hóa sau xử lý: [O2]out = (1-0,5).[O2]in = 5,2mgO2/l

1.2 Thiết bị cấp khí

- Lượng oxy cần thiết oxy hóa BOD: mO2/ngày = Q.(BODin – BODout).1,1 = 26,4kgO2/ngày

- Tổng lượng không khí cần thiết: 2 26, 4 2292

0, 23.1, 2.0, 08

kk

V   m3/ngày với hiệu quả hấp thu oxy của nước từ hệ phân phối khí là 8%, khối lượng riêng của không khí 1,2kg/m3, oxy trong không khí chiếm 23% thể tích, hệ số an toàn là 2

Chọn thiết bị cấp khí có thông số:

+ Số lượng: 02 máy – 01 chạy và 01 dự phòng

+ Quy cách: QxH = 1,8m3/phút x 5m

2 Tính toán thiết bị trộn tĩnh và bể phản ứng

2.1 Thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer

Thể tích của thiết bị hòa trộn tĩnh: V = Q.t (m3)

Trong đó:

- V: Thể tích thiết bị

- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 4000m3/ngđ = 166,67m3/h = 0,046m3/s

- t: Thời gian nước lưu trong thiết bị, t = 3s

V = Q.t = 0,046.3 = 0,138m3 Chọn thiết bị hòa trộn tĩnh có đường kính D = 0,35m

Chiều dài thiết bị 4. 2 4.0,1382 1, 43

3,14.0,35

V

d



Vậy thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer có kích thước DxL = 0,35x1,5m được làm bằng Inox SUS304, dày 4mm

2.2 Bể phản ứng

Thể tích của bể phản ứng: V = Q.t (m3)

Trong đó:

- V: Thể tích bể phản ứng

- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s

- t: Thời gian nước lưu trong bể; chọn t = 10 phút

V = Q.t = 0,023.10.60 = 13,8m3 Chọn ngăn trên bể phản ứng có kích thước:LxWxH = 2,4x3,0x1,4m Thể tích ngăn trên: V1 = 2,4x3,0x1,4 = 10,08m3 Ngăn phản ứng hợp khối với bể lắng lamen có dung tích V2 = 4,6m3 Vậy dung tích tổng bể phản ứng: V = (V1 + V2) = 14,68m3 > 13,8m3 thỏa mãn yêu cầu (toàn bộ phần gạch chéo trong hình vẽ)

3 Tính toán bể lắng lamen

3.1 Tính toán bể lắng lamen

Diện tích bể lắng được tính theo công thức sau: 2

0

W

os W os

Q F





Trong đó:

- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s

- uo: Tốc độ lắng của hạt cặn, uo = 0,00015m/s

- H: Chiều cao tấm lamen sau khi xếp Sử dụng tấm lamen có khoảng cách giữa hai tấm là W = 50mm với chiều cao chuẩn 1m tương ứng với chiều cao lắng H = 0,866m

- α: Góc nghiêng của tấm lamen, α = 60o

- W: Khoảng cánh giữa 2 tấm lamen, W = 0,05m

2

0, 00015 0,866.0,5 0, 05.0,5

 = 17,32m2

Chọn bể lắng có diện tích: LxW = 5,8x3 = 17,4m2 > 17,32m2 thỏa mãn

Vận tốc nước chảy trong các ống lắng:

3 0

0, 023

1,53.10 sin 17, 4.0,866

Q v

Bán kính thủy lực ống lắng: 0, 00233 0, 013

0,18

f R c

Trong đó:

- f: là tiết diện ống lắng

- c: là chu vi ướt ống lắng

6

1,53.10 0, 013

15,18 1,31.10

e

v R R

v





   < 200 vậy nước chảy trong ống lắng chuyển động theo chế độ chảy tầng

Trong đó:

- v0: là vận tốc nước chảy trong ống lắng

- R: là bán kính thủy lực

- ν: là hệ số nhớt động của nước, chọn ν = 1,31.10-6

Chuẩn số Froude: ( )0 2 (1,53.10 )3 2 5

1,83.10 9,81.0, 013

r

v F

g R





   > 10-5 như vậy dòng chảy trong ống lắng là ổn định

Phần thu cặn chia làm 2 hố thu, với chiều cao hố thu cặn H1 = 1,95m Chiều rộng đáy hố thu cặn lấy bằng 0,3m Góc nghiêng ở đáy bằng 57o Ống xả cặn bể lắng

có gắn van bướm điện DN150

Chiều cao lớp bảo vệ là H2 = 0,85m

Chiều cao phần lamen lắng H3 = 0,9m

Chiều cao không gian phân phối ống nước xuống H4 = 1,95m

Khoảng cách đáy phễu thu bùn xuống đất H5 = 0,2m

Tổng chiều cao của bể lắng lamen là: H = H1 + H2+ H3+ H4 + H5= 5,85m Vậy kích thước hợp khối bể phản ứng với bể lắng là: LxWxH = 7x3x7,25m

3.2 Tính toán lưu lượng nước xả cặn bể lắng

Trong quá trình lắng cặn lơ lửng lắng xuống và được tích luỹ tại phễu chữa cặn tại đáy bể lắng Mỗi thiết bị lắng lamen có 02 phễu, mỗi phễu dung tích V = 10m3 Ở đây ta dùng phương pháp xả cặn bằng thuỷ lực

Thể tích vùng nén cặn: W . .( )

tb

h v c







Trong đó:

- Wc: Thể tích vùng chứa cặn Wc = 10.2 = 20m3

- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn

- Q: Lưu lượng trung bình theo giờ Q = 83,3m3/h

- Cv: Hàm lượng cặn vào bể lắng sau keo tụ Cv = 100mg/l

- C: Hàm lượng cặn sau lắng C = 8mg/l

- : Nồng độ trung bình cặn đã nén Theo tiêu chuẩn tính với hàm lượng cặn trong nước nguồn từ 10 - 100mg/l thì  = 10000 sau khoảng 24h

Từ công thức trên ta suy ra thời gian giữa hai lần xả bùn: W.

tb

h v

T







Thay số: 20.10000 26,1

83,3.(100 8)

 Chọn T = 24h

Lượng nước dùng cho việc xả cặn 1 bể lắng tính bằng phần trăm lưu lượng nước được xử lý, được xác định theo công thức: .W 100% 1, 2.10.2 1, 2%

p c

P

Q T

Trong đó:

- Wc: Thể tích vùng chứa và nén cặn

- Kp: Hệ số pha loãng cặn Với việc xả cặn bằng thuỷ lực Kp = 1,2

- N: Số lượng bể lắng

- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, T = 24h

- Q: Lưu lượng nước tính toán Q = 83,3m3/h

Tổng lượng nước một lần xả cặn rửa bể lắng tính theo thời gian xả 24h:

Vxc = 1,2%.2000 = 24m3 Thời gian mỗi lần xả rửa là 1 phút Chọn ống xả cặn Dc = 150mm

4 Tính toán bể lọc tự rửa

4.1 Tính toán bể lọc tự rửa

Diện tích bể lọc được tính theo công thức:

tb 3,6.w .tb

Q F



Trong đó :

- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s

- T: thời gian làm việc của bể trong ngày 24h

- W: cường độ rửa nước 12l/s-m2

- t2: thời gian ngừng để rửa t2 = 0h

- t1: thời gian rửa lọc, t1 = 0,05h

- Vtb: vận tốc lọc, Vtb = 9,4m/h

- a: số lần rửa bể trong một ngày a = 1

2000 24.9, 4 3, 6.12.0, 05 1.9, 4.0

Chọn bể lọc trọng lực hình tròn có đường kính D = 3,4m; diện tích lọc: F =

2.π.R2 = 2.(3,4/2)2.3,14 = 9,07m2 > 8,95m2 thỏa mãn yêu cầu

Chiều cao khoang chứa nước rửa lọc H1 = 2,15m

Chiều cao khoang chứa vật liệu lọc H2 = 2,0m Sử dụng các vật liệu lọc có các chỉ số kỹ thuật sau:

- Vật liệu lọc là cát thạch anh có cỡ hạt: dtd = 0,8 - 1,2mm; chiều dày Hta =1,0m

- Lớp sỏi đỡ đường kính cỡ hạt: dtd = 5 – 10mm; chiều dày Hs = 0,2m

Chiều cao khoang chứa nước lọc H3 = 0,35m

Chiều cao của bể lọc được tính: H = H1 + H2 + H3 = 4,5m

4.2 Tính toán lượng nước xả rửa lọc

Lượng nước một lần rửa lọc là toàn bộ khoang chứa nước sạch sau lọc ở phía trên bể lọc: Vr = S.H

Trong đó:

- S: Diện tích bể lọc

- H: Chiều cao khoang chứa nước sạch và rửa lọc, H = 2,15m

Vr = 1,42 .3,14.2,15 = 13,23m3 = 0,66% lượng nước thô

5 Tính toán hóa chất

5.1 Hóa chất keo tụ

Hóa chất keo tụ sử dụng là Poly Aluminium Chloride (PAC) với hàm lượng PAC tiêu thụ là 10 – 12g/m3 PAC được pha loãng với nồng độ 2% Hàm lượng PAC tiêu thụ trong 1 ngày: 2000m3/ngày.12g/m3 = 24kg/ngày

Dung tích bể hòa trộn PAC: W . 166, 67.12.12 1, 2

10000 10000.2.1

Q n a

p

Trong đó :

- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 4000m3/ngđ = 166,67m3/h

- a: liều lượng PAC tính theo sản phẩm không ngậm nước, a = 12g/m3

- p: nồng độ dung dịch PAC, p = 2%

- n: thời gian giữa hai lần hòa tan, n = 12h

- γ: trọng lượng riêng của dung dịch PAC (t/m3)

Chọn dung tích bể PAC là 1m3; số lượng: 02 bể vận hành luân phiên

Chọn động cơ khuấy trộn bể PAC: 02 chiếc với quy cách: công suất N = 0,37kw – n = 90vòng/phút hoạt động luân phiên

Chọn bơm định lượng PAC: 02 chiếc với quy cách QxH = 197l/h x 7bar hoạt động luân phiên

5.2 Hóa chất trợ keo tụ

Hóa chất trợ keo tụ sử dụng là Polymer A101 Hàm lượng A101 tiêu thụ là 0,2 – 0,5g/m3 và được pha loãng với nồng độ 0,5% Hàm lượng A101 tiêu thụ trong 1 ngày: 4000m3/ngày.0,5g/m3 = 2kg/ngày

Chọn dung tích bể Polymer là 0,5m3; số lượng: 02 bể vận hành luân phiên Chọn động cơ khuấy trộn bể Polymer: 02 chiếc với quy cách công suất N = 0,37kw – n = 90vòng/phút hoạt động luân phiên

Chọn bơm định lượng Polymer: 02 chiếc với quy cách QxH = 50l/h x 8bar hoạt động luân phiên

5.3 Hóa chất khử trùng

Hàm lượng Clo được tính toán để khử trùng là 2g/m3, hàm lượng Clo dùng trong trường hợp khẩn cấp khi phải Clo hóa sơ bộ là 3g/m3 Hàm lượng Clo tiêu thụ trong tối đa trong 1 ngày: 4000m3/ngày.5g/m3 = 20kg/ngày = 0,83kg/h

Thiết bị cấp định lượng khí Clo vào nước sau lọc bao gồm:

- 02 máy bơm dung dịch Clo có Q = 1,5m3/h - H = 50m

- 01 bộ Clorator loại 1000g/h

- 01 bình inox chứa nước cho bơm công nghệ dung tích V = 2m3

- 05 bình chứa clo lỏng loại 50kg

- 01 cân điện tử

- Đường ống cấp dung dịch Clo bằng nhựa PVC đường kính D32

V PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP THIẾT BỊ

1 Hệ thống hoạt động tự động về điện

2 Duy trì chất lượng nước ổn định trong mọi điều kiện thời tiết

3 Thiết bị có độ bền cao

4 Hệ thống thiết bị đảm bảo các điều kiện về an toàn điện, an toàn thiết bị theo các quy phạm tiêu chuẩn

5 Lắp đặt tốn ít diện tích

6 Đảm bảo các điều kiện về vệ sinh môi trường

VI PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

1 Thời gian chế tạo thiết bị và lắp đặt hệ thống: 90 ngày kể từ khi hợp đồng có

hiệu lực

2 Phương thức thực hiện: chìa khoá trao tay

3 Bảo hành: 12 tháng kể từ khi nghiệm thu bàn giao

4 Bên A cung cấp điện nguồn và nước đến chân công ty