Bài tập lớn thiết kế vận hành

Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt, tìm hiểu quy trình vận hành và các giải pháp khắc phục sự cố các công trình xử lý trong công nghệ đề xuất cho khu vực Thành phố Thái Bình, tỉnh Thái Bình

0

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

KỲ THI KẾT THÚC HỌC PHẦN HỌC KỲ 2 NĂM HỌC 2020 - 2021

Đề tài bài tập lớn: Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt, tìm hiểu quy trình vận hành và các giải pháp khắc phục sự cố các công trình xử lý trong công nghệ đề xuất cho khu vực Thành phố Thái Bình,

tỉnh Thái Bình

Họ và tên học viên/sinh viên: Hoàng Quốc Huy

Mã học viên/sinh viên: 1811071402 Lớp: ĐH8M2

Tên học phần: Thiết kế vận hành công trình môi trường Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thu Huyền

TS Đoàn Thị Oanh

Hà Nội, ngày 23 tháng 9 năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2

1.1.Tổng quan về khu vực nghiên cứu 3

1.1.1.Điều kiện về tự nhiên 3

1.2.2 Hiện trạng kinh tế xã hội 4

1.3 Dự báo tình hình quy mô dân số khu vực 4

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

2.1 Đối tượng nghiên cứu 4

2.2 Phạm vi nghiên cứu 4

2.3 Phương pháp nghiên cứu 5

2.3.1 Phương pháp luận 5

2.3.2 Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu 5

2.3.3 Phương pháp khảo cứu tài liệu 5

2.3.4 Phương pháp cụ thể 5

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5

3.1 Xác định công suất cấp nước 5

3.2 Lựa chọn nguồn cấp nước và thành phần tính chất nước cấp 9

3.3 Đề xuất dây chuyền công nghệ 10

Quy trình vận hành các công trình 12

KẾT LUẬN 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

LỜI MỞ ĐẦU

Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong cuộc sống của con người Trong quá trình hình thành sự sống trên trái đất thì nước và môi trường nước đóng vai trò rất quan trọng Nước tham gia vào quá trình tái sinh thế giới hữu cơ Nguồn nước của sự hình thành và tích lũy chất hữu cơ sơ sinh là hiện tượng quang hợp được thực hiện dưới tác dụng của năng lượng mặt trời với sự góp phần của nước và không khí Trong quá trình trao đổi chất, nước có vai trò trung tâm Những phản ứng lý, hóa học diễn

ra với sự tham gia bắt buộc của nước Nước là dung môi của rất nhiều chất và đóng vai trò dẫn đường cho các muối đi vào cơ thể

Nước mặt là nguồn nước phục vụ cho con người trong ăn uống và sinh hoạt Hiện nay nước mặt đang bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi rất nhiều các chất, hợp chất độc hại và từ

đó hình thành các kiểu ô nhiễm khác nhau như: nước bị ô nhiễm sắt, nước bị ô nhiễm chì nước có thành phần BOD, COD cao, nước bị ô nhiễm asen…

Hiện nay trêm phạm vi Đồng bằng sông Hồng, nước mặt bị ô nhiễm là khá phổ biến và xảy ra nghiêm trọng ở các tỉnh Thái Bình, Nam Định và khu vực phía Tây Hà Nội Qua quá trình khảo sát và đi thực địa tỉnh Hòa Bình tôi nhận định nước mặt tại một

số vùng thuộc tỉnh Thái Bình có hàm lượng asen và sắt trong nước mặt vượt quá tiêu chuẩn nước dùng cho sinh hoạt, ăn uống hàng chục lần và người dân nơi đây chưa có hệ thống xử lý nào phù hợp với điều kiện kinh tế, tự nhiên Chính vì vậy cần có công trình

xử lý nước để giải quyết vấn đề cấp bách nơi đây

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Hình 1 Bản đồ vị trí thành phố Thái Bình (Nguồn: google-map) 1.1.1 Điều kiện về tự nhiên

a Vị trí địa lý

Thành phố Thái Bình có diện tích là 67,71 km2

Thái Bình là thành phố tỉnh lỵ của tỉnh Thái Bình, Việt Nam

Thành phố Thái Bình là trung tâm kinh tế, văn hoá, xã hội, khoa học, quốc phòng của tỉnh và cũng là một trong 8 thành phố của vùng duyên hải Bắc Bộ Nằm cách thủ đô Hà Nội 110 km, đồng thời là đầu mối giao thông của tỉnh; thuận lợi giao lưu với các tỉnh, thành phố trong vùng như Hải Phòng, Nam Định, đồng bằng sông Hồng qua quốc lộ 10 Thành phố Thái Bình nằm ở vị trí trung tâm của tỉnh, cách Hà Nội 110 km về phía tây bắc, cách Hải Phòng 60 km về phía đông bắc, thành phố Nam Định 19 km về phía tây có

vị trí địa lý:

 Phía đông nam và phía nam giáp huyện Kiến Xương

 Phía tây và phía tây nam giáp huyện Vũ Thư

 Phía bắc giáp huyện Đông Hưng

b Địa hình

Địa hình tỉnh Thái Bình khá bằng phẳng với độ dốc thấp hơn 1%; độ cao phổ biến từ 1–2

m trên mực nước biển, thấp dần từ bắc xuống đông nam Thái Bình có bờ biển dài 52 km Thành phố Thái Bình có bốn con sông chảy qua: phía bắc và đông bắc có sông Hóa dài

35 km, phía bắc và tây bắc có sông Luộc (phân lưu của sông Hồng) dài 53 km, phía tây và nam là đoạn hạ lưu của sông Hồng dài 67 km, sông Trà Lý (phân lưu cấp 1 của sông Hồng) chảy qua giữa tỉnh từ tây sang đông dài 65 km Các sông này tạo ra 4 cửa sông lớn: Diêm Điền (Thái Bình), Ba Lạt, Trà Lý, Lân Do đặc điểm sát biển nên chúng đều chịu

ảnh hưởng của chế độ thủy triều, mùa hè mức nước dâng nhanh với lưu lượng lớn và hàm lượng phù sa cao, mùa đông lưu lượng giảm nhiều và lượng phù sa không đáng kể khiến nước mặn ảnh hưởng sâu vào đất liền từ 15–20 km

c Đặc điểm khí hậu

+ Đặc điểm khí hậu:

Thái Bình nằm trong vùng khí hậu cận nhiệt đới ẩm: mùa hè nóng ẩm, mưa nhiều từ tháng 5 đến tháng 9; mùa đông khô lạnh từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau; tháng 10 và tháng 4 là mùa thu và mùa xuân tuy không rõ rệt như các nước nằm phía trên vành đai nhiệt đới Nhiệt độ trung bình: 23,5 °C Số giờ nắng trong năm: 1.600-1.800 giờ Độ ẩm tương đối trung bình: 85-90%

1.2.2 Hiện trạng kinh tế xã hội

a Dân số

Dân số theo tổng điều tra ngày 1/4/2019 là 206.037 người, mật độ dân số đạt 1.206 người/km2

b Kinh tế

Năm 2014, tổng giá trị sản xuất trên địa bàn thành phố ước đạt 19.868,3 tỷ đồng, tăng 10,02% so với năm 2013

1.3 Dự báo tình hình quy mô dân số khu vực

Thành phố Thái Bình có diện tích 67,71 km², dân số năm 2019 là 206.037 người, mật độ dân số đạt 1.206 người/km2

Theo Tổng cục Thống kê, tỉ lệ tăng dân số tự nhiên của Thái Bình là 1,2%

Dân số thành phố Thái Nguyên trong năm 2030:

N2030 = N2019 x (1 + 1,2% )11 = 234926 người

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Nước mặt sông Hồng khu vực thành phố Thái Bình

2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Thành phố Thái Bình tỉnh Thái Bình

- Nghiên cứu được thực hiện tại trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp luận

Nắm vững kiến thức về quy trình xử lý nước mặt

2.3.2 Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu

Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu các văn bản,tài liệu bằng cách phân tích chúng thành nhiều mặt, từng bộ phận để hiểu vấn đề một cách đầy đủ và toàn diện, từ

đó chọn lựa những thông tin cho khóa luận nghiên cứu

Phân tích tài liệu chuẩn bị cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn

2.3.3 Phương pháp khảo cứu tài liệu

Thừa kế thông tin và số liệu các nhà khoa học, các cơ quan môi trường, trung tâm

nghiên cứu và một số tài liệu liên quan như: giáo trình Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và

công nghiệp, TCVN 4512:1998, TCXDVN 33:2006,

2.3.4 Phương pháp cụ thể

Khảo sát thông tin khu vực nhằm thu thập các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế

- xã hội, môi trường và nắm rõ tình hình cấp nước sạch trên địa bàn thành phố Thái Bình

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Xác định công suất cấp nước

 Tính toán lưu lượng nước cấp sinh hoạt cho khu vực thành phố Thái Bình

- Lưu lượng nước sinh hoạt trung bình:

= Trong đó:

 q : Tiêu chuẩn cấp nước là 150 (l/người.ngày) 5, Bảng 3.1

 N : Số dân tính toán Theo quy hoạch, số dân của khu vực là 234926 người

 f : tỉ lệ dân số được cấp nước là 99%

=> = =

= 34887 (m3/ng.đ)

- Lưu lượng nước tính toán cho ngày dùng nước lớn nhất và ngày dùng nước nhỏ nhất:

tb

sh

Q

1000

f N

q 

Trong đó:

 , : Hệ số dùng nước không điều hoà ngày kể đến cách tổ chức đời sống

xã hội, chế độ làm việc của các cơ sở sản xuất, mức độ tiện nghi, sự thay đổi nhu cầu dùng nước theo mùa cần lấy như sau:

= 1,2  1,4.Ta chọn = 1,3

= 0,7  0,9 Ta chọn = 0,8

=> = 1,3 x 34886 = 45354 (m3/ng.đ)

=> = 0,8 x 34886 = 27910 (m3/ng.đ)

- Lưu lượng nước tính toán cho giờ dùng nước lớn nhất và giờ dùng nước nhỏ nhất:

=

=

Trong đó:

 , : là hệ số dùng nước không điều hoà K giờ (Tỷ số giữa lưu lượng tiêu thụ trong giờ dùng nước lớn nhất so với giờ dùng nước trung bình trong ngày)

Với: 5, c.t 3-4

5, c.t 3-4

Trong đó:

 , : Hệ số kể đến mức độ tiện nghi của công trình, chế độ làm việc của các cơ sở sản xuất và các điều kiện địa phương khác như sau:

max = 1,2 1,5

min = 0,4 ÷0,6

 β: Hệ số kể đến số dân trong khu dân cư 5, Bảng 3-2

Ta chọn: = 1,4 và = 0,5 ; Với số dân 234926 người, nội suy ta được: βmax = 1,13 và βmin = 0,58

=> = max×βmax = 1,4 x 1,13 = 1,582

=> = min×βmin = 0,5 x 0,58 = 0,29

Vậy ta tính được: =

= 2990 (m3/h) =

=

= 338 (m3/h)

 Lưu lượng nước cho trường mầm non:

Theo quy hoạch thì toàn khu vực thành phố Thái Bình có 50 trường mẫu giáo với

15626 trẻ

Tiêu chuẩn cấp nước là 100 (l/trẻ/ng.đ)

Qmầm non =

=

= 1563(m3/ng.đ)

 Lưu lượng nước cho trường tiểu học, trung học:

Khu vực trên địa bàn có 35 trường tiểu học với 26862 học sinh, 30 trường trung học

cơ sở với 17205 học sinh, 10 trường trung học phổ thông với 10695 học sinh, 22 trường Đại học, trường cao đẳng, trường trung cấp nghề với 38524 sinh viên Tổng cộng có

93286 học sinh sinh viên

Tiêu chuẩn cấp nước 20 (l/hs.ngđ)

có tổng cộng là QTH =

=

= 1866 (m3/ng.đ)

 Lưu lượng nước cho thương mại - dịch vụ khu vực: Lấy theo % lưu lượng nước sinh hoạt Ta chọn = 10%

Qthương mại - dịch vụ = × 10% = 34887 x 10% = 3488,7 (m3/ng.đ)

 Lưu lượng nước tưới cây xanh, công viên - rửa đường, ta có:

- Nước tưới cây – công viên:

 Tiêu chuẩn cho 1 lần tưới: 3÷4 l/m2 Ta chọn 4 l/m2 5, Bảng 3.3

 Diện tích cây: 10,5ha = 105.000 m2

Qtưới cây =

= 420 (m3/ng.đ) Ngày thực hiện tưới 2 lần; 1 ca: 06h – 08h và 16h – 18h

- Nước rửa đường:

 Tiêu chuẩn cho 1 lần rửa: 1,2 ÷ 1,5 l/m2

Ta chọn 1,4 l/m2 5, Bảng 3.3

 Diện tích mặt đường: 1.616.000 m2

 Qrửa đường =

= 2.262,4(m3/ng.đ)

Ta chọn thời gian rửa đường trong ngày là 6h, trong ngày thực hiện 2 lần rửa, từ 9h – 11h và 14h – 16h

Vậy ta có: Qtưới cây - rửa đường= Qtưới + Qrửa đường = 420 + 2.262,4= 2682,4(m3/ng.đ)

 Lưu lượng nước cho khu công nghiệp:

+ Diện tích khu công nghiệp: 260 ha= 260000 m2

 Qcông nghiệp= qtc× Scông nghiệp = 260 22 = 5720 (m3/ng.đ)

 Lưu lượng nước cho bệnh viện:

Lưu lượng nước cấp cho các bệnh viện là:

QBV =

=

= 750 (m3/ngđ)

Tổng lưu lượng nước sử dụng:

∑ Q = (Qsh×1,1+Qmầm non+ QTH + Qthương mại - dịch vụ + Qtưới cây - rửa đường +Qcông nghiệp + Qbv)

× 1,2

Trong đó :

a: hệ số kể đến lượng nước dùng trong sự phát triển công nghiệp địa phương a = 1,05 – 1,1 Chọn a = 1,1

b: hệ số kể đến những yêu cầu chưa dự tính hết và lượng nước hao hụt do rò rỉ trong quá trình vận hành b= 1,2- 1,3 Chọn b =1,2

∑Q= (34887×1,1 + 1563 + 1866 + 3488,7 + 2682,4 + 5720+ 750)= 54446 (m3/ng.đ)

 Lưu lượng nước dùng cho chữa cháy

Theo tiêu chuẩn tính toán mạng lưới dựa vào lưu lượng nước chữa cháy kéo dài trong 3 giờ liền, lưu lượng dùng cho chữa cháy được tính như sau:

= 972 (m3/ngđ) Trong đó:

 qcc: Tiêu chuẩn nước chữa cháy (l/s), qcc = 30 l/s 5, Bảng 2.6

 n: Số đám cháy xảy ra đồng thời, với số dân 234926 người, ta chọn số đám cháy xảy ra đồng thời n = 3 [5, Bảng 2.6

 Thời gian để khắc phục đám cháy, 3 giờ

 k: Hệ số xác định theo thời gian phục hồi nước dự trữ chữa cháy, k =1 đối với khu dân dụng

 Theo quy phạm thì lưu lượng nước chữa cháy không tính vào tổng nhu cầu mà chỉ được xem như là một trong những trường hợp bất lợi nhất, xảy ra trong khi mạng lưới làm việc

 Công suất trạm bơm cấp II:

QII = QML ×b (m 3 /ngđ)

- Hệ số kể đến lượng nước thất thoát, rò rỉ trên mạng lưới 1,2 1,3 (đối với hệ thống cấp nước mới) chọn b = 1,2

QTB(II) = 54446 × 1,2 = 65336 (m 3 /ngđ)

 Công suất trạm xử lý:

QTXL= QTB(II) c + Qcc (m3/ngđ) c: Hệ số kể đến lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý (rửa bể lọc, bể lắng…) c

=1,05 1,1 chọn c = 1,05

QTXL= 65336 × 1,05+ 972 = 69574 (m3/ngđ)

Thành phố hiện có hai nhà máy nước là nhà máy nước Thái Bình với tổng công suất

là 40.000 m3/ng.đêm vậy ta thiết kế nhà máy xử lý nước công suất là 29574 m3/ngđ

Tính toán thiết kế trạm xử lý với công suất QTXL = 30000 (m3/ngđ)

3.2 Lựa chọn nguồn cấp nước và thành phần tính chất nước cấp

Thiết kế trạm xử lý nước cấp cho thành phố Thái Bình với công suất với nguồn nước mặt lấy từ sông Chảy Chất lượng nguồn nước: mẫu nước mặt sông Chảy

Hình 3.1 Sông Cầu đoạn qua thành phố Thái Nguyên

Bảng 3.1 Thông số nước sông Cầu và so sánh QCVN 02:2009/BYT Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị Cột A2 QCVN

08-MT:2015/BTNMT

QCVN 01-1:2018/BYT

Đánh giá

8,5

Không

3.3 Đề xuất dây chuyền công nghệ

 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

 Dây chuyền :

Chất keo tụ

Nước thải

Bùn thô Sân phơi

bùn

Cặn lắng

Bùn sau lắng

Gió rửa lọc

Nước sau rửa lọc

nước sạch

Bể lọc nhanh

Hồ chứa bùn

Bể lắng ngang

Bể phản ứng

có tầng cặn

lơ lửng

Hồ sinh học

Bể trộn phản ứng

Trạm bơm cấp 1

Hồ chứa nước thô

Sử dụng

Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Nước thô từ Chảy được dẫn về hồ chứa nước thô trước khi đi vào xử lý Hồ có chức năng tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự sạch như : Lắng bớt cặn lơ lửng , giảm lượng

vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường , thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác động của oxy hòa tan trong nước và làm điều hòa lưu lượng dòng chảy Nước sẽ được

trạm bơm cấp I đặt dưới lòng hồ , tại miếng ống thu nước có lắp thiết bị song chắn rác để cản lại nhưng vật rắn trôi nổi trên nước sau đó được bơm tới bể trộn đứng để hòa trộn hóa chất cho quá trình xử lý Chất keo tụ được sử dụng là phèn và vôi Vôi được đưa vào bể trộn đứng để tăng pH của nước và làm cho quá trình keo tụ được tốt hơn Nước sau khi được hòa trộn đều hòa chất ở bể trộn đứng được dẫn sang ngăn tách khí bể phản ứng để tách hết bọt khí tránh tình trạng bọt khí làm phá vỡ bông cặn Sau đó nước chảy qua tường chàn ngăn cách giữa bể phản ứng và bể lắng ngang Tố độ nước tràn qua không quá 0,05m/s Sau khi qua bể tạo bông hạt cặn đã có kích thước lớn hơn được dẫn sang bể lắng ngang để giữ lại các hạt trong bể lắng này Nước sau khi qua bể lắng được dẫn sang

bể lọc nhanh để loại bỏ các hạt cặn có kích thước nhỏ chưa được tách ra ở bể lắng qua lớp vật liệu lọc với lớp sỏi vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch

và sử dụng

Quy trình vận hành các công trình

- Bơm cấp I : được đặt chìm dưới lòng hồ , bơm nước thô về cụm xử lý thông qua

hệ thống đường ống dẫn nước thô Các van khóa , đồng hồ lưu lượng đều được nối

với nhau để bổ sung nguồn nước thô cho cụm xử lí

- Song chắn rác : Tại miệng ông thu nước lắp đặt song chắn rác để cản lại những

vật rắn to nổi trên nước ( túi lion,là cây, các mảnh vỡ kim loại kích thước lớn

- Bể trộn

- Nguyên lý hoạt động : Nước đưa vào xử lý chảy từ dưới lên trên Tốc độ dòng

chảy nước đưa vào phìa đáy vđ = 1 1,5 m/s Với tốc độ này sẽ tạo nên dòng chảy rối làm cho nước trộn đều với các hóa chất như phèn , vôi sau đó theo máng vòng quanh bể có đục lỗ chảy ngập vào máng dẫn tới máng tập trung , từ đó chảy sang các công trình kế tiếp

- Vận hành :+) Điều quan trọng nhất của người vận hành bể trộn là xác định đúng

liều lượng hóa chất cần trộn vì lưu lượng và chất lượng nước thô có thể thay đổi theo ngày

+) thường xuyên xem xét đường ống dẫn hóa chất để kịp thời chỗ

rò rỉ tắc nghẽn và thường xuyên vệ thông rửa những chỗ có thể gây đóng cặn

+) Ghi lại liều lượng hóa chất cho vào nước, nồng độ hóa chất %

Cường độ khuấy trộn để có số liệu đánh giá từng khâu trong toàn bộ dây chuyền

xử lý nước Hằng năm phải tháo sạch các bể này ra kiểm tra toàn bộ bất kể mức độ đóng cặn nhiều hay ít