Thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nướcThiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước

Luận Văn: Thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước

Tra biểu đồ ta xác định đợc hàm lợng [CO2] tự do là 12 (mg/l)

c Kiểm tra độ Kiềm toàn phần

Do PH = 7,6 nên độ Kiềm toàn phần của nớc chủ yếu là do [HCO3-], ta xác định đợc:

HCO 0,5.

Fe 1,4.

Ae Me

0 9 , 4 28 2 ,

Ae

1 , 0 1 , 0 86 7 ,



Me

Dựa theo tiêu chuẩn vệ sinh nớc ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của Bộ Y tế) và các chỉ tiêu chất lợng nớc nguồn ta

thấy nguồn nớc sử dụng có các chỉ tiêu sau đây cha đảm bảo yêu cầu:

1 Độ Oxy hoá Pemaganat = 4 (mgO 2 /l) > 2 (mgO 2 /l)

2 Hàm lợng Fe2+ = 5(mg/l) > 0,5 (mg/l)

3 Hàm lợng H2S = 0,1 (mg/l) > 0,05 (mg/l)

4 Hàm lợng Ca2+ = 120,2 (mg/l) > 100 (mg/l)

5 Hàm lợng cặn lơ lửng = 8 (mg/l) > 3 (mg/l)

6 Chỉ số Ecôli = 720 (con) >2 0 (con)

3 Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ

Do hàm lợng Fe2+ = 5(mg/l), công suất trạm Q = 12500 (m 3 /ngđ) nên để xử lý sắt ta

dùng phơng pháp làm thoáng tự nhiên

a Kiểm tra xem tr ớc khi xử lý có phải Clo hoá sơ bộ hay không

Ta phải Clo hoá sơ bộ trong 2 trờng hợp sau:

- [O2]0 > 0,15[Fe2+] + 3

- Nớc nguồn có chứa NH3, NO2

Do [O2] = 4 (mg/l) < 0,15[Fe2+] + 3 = 0,155 + 3 = 3,75 (mg/l) nên truớc khi đa đến

công trình làm thoánag ta cho clo hóa sơ bộvới lu lợng Clo là

Tuy nhiên, trong nớc nguồn có chứa NH3 (ở dạng NH 4 + ) và NO2- nên ta phải Clo hoádơ bộ Liều lợng Clo dùng để Clo hoá sơ bộ tính theo công thức:

LCl = 6,5[o2] =0,5.4=2 (mg/l)

b Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng

 Độ kiềm sau khi làm thoáng:

 Độ PH của nớc sau khi làm thoáng:

Từ biểu đồ quan hệ giữa PH, Ki, CO2,t0 ứng với các giá trị đã biết:

Tra biểu đồ quan hệ giữa lợng PH, Ki, CO2 ,t0 ta có PH* = 7,5

 Hàm lợng cặn sau khi làm thoáng:

Hàm lợng cặn sau khi làm thoáng đợc tính theo công thức:

C* max = C0

max + 1,92[Fe2+] + 0,25M (mg/l) Trong đó:

c Kiểm tra độ ổn định của n ớc sau khi làm thoáng

Sau khi làm thoáng, độ PH trong nớc giảm nên nớc có khả năng mất ổn định, vì vậy taphải kiểm tra độ ổn định của nớc Độ ổn định của nớc đợc đặc trng bởi trị số bão hoà Ixác định theo công thức sau:

- f1(t0): Hàm số nhiệt độ của nớc sau khi khử sắt

- f2(Ca2+): Hàm số nồng độ ion Ca2+ trong nớc sau khi khử sắt

- f3(Ki*): Hàm số độ kiềm Ki* của nớc sau khi khử sắt

- f4(P) : Hàm số tổng hàm lợng muối P của nớc sau khi khử sắt

Tra biểu đồ Langlier ta đợc:

- t0 = 22 0C => f1(t0) = 2,05

- [Ca2+] = 120,2 (mg/l) => f2 (Ca2+) = 2,08

- Ki* = 5,02 (mgđl/l) => f3(Ki*) = 1,71

- P = 454,83 (mg/l) => f4(P) = 8,855

Làm thoáng nhân tạo

Lắng tiếp xúc

Nh vậy, PHs = 2,05  2,08  1,71 + 8,855= 7,115

 I = PH*  PHs = 7,5– 7,115 = 0,385

Nhận thấy rằng I > 0 nên nick can tin lắnag cặn

Từ các tính toán nh trên ta chọn lựa các công trình chính trong dây chuyền:

II Tính toán công nghệ, cấu tạo và các công trình trong dây chuyền công nghệ

Q

(m 2 ) Trong đó:

Vậy mỗi ngăn giàn ma đợc thiết kế = 6 3,5 (m)

Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định nh sau:

Ftx =

tb 2

CO K

G







3600 3,14

0,4 2 4



 6

= 0,3035 (m)

Ta lÊy dchÝnh = 0,31(m) = 310 (mm)

300 540 6000

540 300

Vận tốc đảm bảo trong khoảng 1,2  2 (m/s)

Thiết kế 22 ống nhánh, đờng kính mỗi ống là nhánh = 50 (mm), lu lợng nhánh là:

Qnhánh =

36002

 Vn =

ω

Q = 1,9625

Mặt khác, theo quy phạm ta có:

chính cống

F



10 7,85 2

R =

9

1504-

u

u

tb 0

0

(1) là hệ số kể đến ảnh hởng của dòng chảy rối trong vùng lắng

Trong đó:

- u0 : Tốc độ lắng cặn, lấy bằng 0,35 (mm/s)

- Vtb : Vận tốc trung bình chuyển động ngang của dòng nớc Vtb = Ku0

Với K: hệ số phụ thuộc vào tỷ số chiều dài và chiều cao của bể lắng.

Chọn

H

L

= 15 K = 10V tb = 10 0,35 = 3,5 (mm/s) thay lại công thức (1) ta có:

 =

30

3,5 - 0,35

0,35

= 1,5

0,353,6

L =

N B

F

. =8 , 267 2

620

=37,5 (m)=15H Chọn hai vách ngăn đặt cách tờng 1,5 (m) Sử dụng phơng pháp cặn trợt về phía đầu

bể (hố thu cặn đặt ở phía đầu bể).

Đặt vách ngăn phân phối nớc vào bể cách đầu bể một khoảng 1,5 (m)

Diện tích của vách ngăn phân phối nớc vào bể là:

Fngăn = bn (H0  0,3) = 4,2 (2,5  0,3) = 9,24 (m 2 )

Lu lợng nớc tính toán qua mỗi ngăn của bể là:

qn =

2,02,0

n

q

= 0,3

n

q

= 0,5

- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, do hàm lợng cặn nhỏ nên lấy T = 12 (giờ)

- Q: Lu lợng nớc vào bể lắng, Q = 520,8 (m 3 /h)

- m: Hàm lợng cặn trong nớc sau khi lắng, m = 10 (mg/l)

- c: Nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T, lấy c = 7500 (g/m3 )

- Mc: Tổng hàm lợng cặn trong nớc đa vào bể lắng, Mc = 23,6 (mg/l)

75002

10-23,6



520,812

620

=310(m2)Chiều cao vùng chứa và nén cặn đợc tính theo công thức:

hc = F

W

0 = 310

67 , 5

L b =37,5+2.1,5=40,5(m)

i = 0,03

3 Tính bể lọc nhanh trọng lực

Bể lọc đợc tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thờng và tăng cờng

Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán:

 dmax = 1,6 (mm)

 dmin = 0,7 (mm)

 dtơng đơng =0,8 1,0 (mm)

Hệ số dãn nở tơng đối e = 30%, hệ số không đồng nhất k = 2,0

Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m)

Hệ thống phân phối nớc lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc đầu có khe

hở Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích công tác của bể lọc (theo quy phạm

ớc rửa trong vòng 5 phút Cuối cùng ngừng bơm không khí và tiếp tục rửa nớc thuần tuý

với cờng độ 12 (l/s.m 2 ) trong 5 phút

10

mặt cắt ngang

6 6

6

5

sơ đồ bể lọc khối ghép kiểu t

a Sơ bộ tính toán chu kỳ lọc

Thực tế độ rỗng của lớp cát lọc thờng bằng 0,41  0,42, lấy 0,41

Chiều dày lớp cát lọc lấy bằng 1,2 (m)

Vận tốc lọc nớc tra theo bảng lấy V= 7 (m/h)

Trọng lợng cặn chiếm 4% thể tích chứa cặn, tức là G = 40 kg/m3  0,1025 m3= 4,1 (kg) Tốc độ lọc 7 (m/h), lớp cát dày 1,2 (m), mỗi khối cát 1 giờ phải giữ lại đợc: 710= 70 (g) hay bằng 0,07 (kG)

Để đảm bảo chất lợng nớc, chu kỳ lọc là:

bt - 3,6 W t - a t V V

- Vbt : Vận tốc ở chế độ làm việc bình thờng, tra theo bảng lấy V bt = 7 (m/h)

- n : Số lần rửa bể lọc trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thờng, theo tính

toán ở trên có n= 0,5(lần/ngđ) và rửa lọc hoàn toàn bằng điều khiển tự động.

- T: Tổng thời gian làm việc của bể lọc trong một ngày đêm, lấy T = 24 giờ

- W: Cờng độ nớc rửa lọc lấy theo kết quả thí nghiệm tơng ứng với từng loại vật

liệu lọc, lấy = 14 (l/s.m 2 ) - TCVN 33.85

- t1 : Thời gian rửa lọc, t 1 = 6 = 0,1 (giờ)’ = 0,1 (giờ)

- t2 : Thời gian ngừng làm việc để rửa lọc, t 2 = 0,35 (giờ)

 F =

70,350,5-0,1143,6-724

F = 4

1,2 m

4,4 m

 Tính toán kiểm tra tốc độ lọc tăng c ờng

Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc tăng cờng đợc xác định theo công thức:

Vtc = Vtb

1-N

N = 7

1-4

4

= 9,33 (m/h)

Thấy rằng 8 < Vtc<10 (m/h) nên đảm bảo yêu cầu.

c Tính toán máng thu n ớc rửa lọcgió n ớc kết hợp

Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nớc chảy i = 0,001

Khoảng cách giữa các tâm máng là 2,0 (m) < 2,2 (m)

Khoảng cách từ tâm máng đến tờng là 1,2 (m) < 1,5 (m)

Lu lợng nớc rửa một bể lọc là:

qr = F1b W (l/s) Trong đó:

a1,57

=

2

0,481,5 

= 0,36 (m)

Chiều cao của máng

H2 = H1 + 0,5 Bm = 0,36+

21

 0,48 = 0,6 (m)

Chiều cao toàn bộ máng

Hm = H2 + m (m) Trong đó: m là chiều dày đáy máng, lấy m = 0,1 (m)

Do đó Hm = 0,1 + 0,6 = 0,7(m)

Kiểm tra khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc tới mép trên của máng thu n ớc đợcxác định theo công thức:

h = 100

e

H 

+ 0,25 (m) Trong đó:

+ 0,25 (m) = 0,61 (m)

Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dới cùng của máng dẫn nớc rửa phải nằm cao

hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 (m).

Chiều cao toàn phần của máng thu nớc rửa là: Hm = 0,7 (m) Vì máng dốc về phía máng tập trung 0,01, máng dài 4,4 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là:

hm = 1,75 3

m 2 m 2

B g

0,7 9,81

0,271

 + 0,2 (m)

 hm = 0,63 (m) Chọn vận tốc nớc chảy trong mơng khi rửa lọc là 0,8 (m /s)

Tiết diện ớt của mơng khi rửa là:

Đầu tiên, ngng cấp nớc vào bể

Khởi động máy sục khí nén, với cờng độ 18 (l/s.m 2 ), cho khí nén sục trong vòng 2

Sử dụng loại chụp lọc đuôi dài, loại chụp lọc này có khe rộng 1 (mm)

Sơ bộ chọn 50 chụp lọc trên 1 (m 2 ) sàn công tác, tổng số chụp lọc trong một bể là:

N = 50 F1b = 50 19,36= 968 (cái)

Sau pha rửa gió nớc đồng thời, cờng độ rửa nớc thuần tuý là W = 12 (l/s.m 2 )

Lu lợng nớc đi qua một chụp lọc là: q =

N

W

= 50

Diện tích khe hở của một chụp lọc là: f1 khe =

2,4





= 1,6 (m/s) đảm bảo theo quy phạm.

Vậy chọn 50 chụp lọc trong 1m2 bể, khoảng cách giữa tâm các chụp lọc theo chiều

ngang và chiều dọc bể đều là 14,12 (cm).

Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc là:

hPP =





g2

0,271 4

Cờng độ rửa gió thuần tuý là: W = 18 (l/s.m 2 )

Vận tốc của gió trong ống là: V = 20 (m/s) (quy phạm là 15  20 m/s)

 Lu lợng gió cung cấp cho một bể là:

0,348 4





= 0,15(m) Chọn ống dẫn gió có đờng kính là: 0,15 (m)

Đờng ống thu nớc sạch tới bể chứa

Sử dụng một đờng ống chung thu nớc từ 4 bể lọc về bể chứa Đờng ống đợc đặt ở trêncao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc

Đờng kính ống từ một bể ra ống thu nớc sạch chung là 0,15 (m) Vận tốc nớc của ống thu nớc sạch chung là 1,2 (m/s)





0,1446 4





= 0,39(m) Chọn đờng kính ống là 0,4 (m) Kiểm tra lại tốc độ nớc chảy:

Vc =

chung D

Q 4

0,1446 4

e Ttính toán tổng tổn thấ táp lực khi rửa bể lọc

Tổng tổn thất qua sàn chụp lọc

Theo tính toán ở trên là: 0,26 (m)

Tổng tổn thất qua lớp vật liệu đỡ

hđỡ = 0,22 Lđỡ W (m) Trong đó:

- Lđỡ :Chiều dày lớp sỏi đỡ dày = 0,2 (m)

- W : Cờng độ nớc rửa lọc = 14 (l/s.m 2 )

Vậy hđỡ = 0,22 0,2 14 = 0,616 (m)

Tổn thất áp lực bên trong lớp vật liệu lọc

hVLL = ( a+ b  W)  hL

- hdd: Tổn thất trên chiều dài ống từ trạm bơm nớc rửa đến bể chứa Sơ bộ chọn bằng

100 (m) Theo tính toán ở trên ta có lu lợng nớc chảy trong ống

- h : Độ chênh lệch hình học giữa mực nớc thấp nhất trong bể chứa nớc sạch tới cao

độ máng thu nớc, đợc tính theo công thức:

h = MĐ + hK + hS + hđ + hl + Hm + Hm

Với MĐ : Cốt mặt đất tại trạm xử lý; MĐ = 0 (m)

: Cao độ mực nớc thấp nhất trong bể chứa, = 0,5 (m)

h K : Chiều cao hầm phân phối nớc: h K = 1 (m)

h S : Chiều dày sàn chụp lọc, h S = 0,1 (m)

h đ : Chiều cao lớp vật liệu đỡ; h đ =0,2 (m)

h l : Chiều cao lớp vật liệu lọc; h l = 1,2 (m) Hm : Khoảng cách từ mép dới của máng phân phối đến lớp vật liệu lọc,



MNTN BC



MNTN BC



g Chiều cao xây dựng bể lọc

Chiều cao xây dựng bể lọc đợc xác định theo công thức:

4 Tính toán sân phơi vật liệu lọc

Số lợng bùn tích lại ở bể lắng sau một ngày đợc tính theo công thức:

G1 =

1000

) C - (C Q

2 1

Sàn chụp lọc

760

Hầm thu n ớc

Trong đó:

- G1: Trọng lợng cặn khô tích lại ở bể lắng sau một ngày, (kg)

- Q: Lợng nớc xử lý, Q = 12500 (m 3 /ngđ)

- C2 : Hàm lợng cặn trong nớc đi ra khỏi bể lắng, lấy bằng 10 (g/m 3 )

- C1 : Hàm lợng cặn trong nớc đi vào bể lắng, sau làm thoáng hàm lợng cặn trongnớc là:

C1 = 23,6 (mg/l)

Vậy nên G1 =

1000

10)-(23,6

2 1



(kg) Trong đó:

- G2: Trọng lợng cặn khô tích lại ở bể lọc sau một ngày, (kg)

12500 

= 87,5 (kg)

Vậy tổng lợng cặn khô trung bình xả ra trong một ngày là G = G1 + G2= 257,5(kg)

Tính sân phơi bùn có khả năng giữ bùn lại trong vòng 3 tháng

Lợng bùn khô tạo thành sau 3 tháng là:

Gnén = 257,5 30 3 = 23175 (kg) Thiết kế sânphơi hình chữ nhật có tổng diện tích là 150 (m 2 ).

Sau khi phơi, bùn đạt đến độ ẩm 60% nên khối lợng bùn khô sau khi phơi là:

gkhô =

40

23175

 100 = 57937,5 (kg) Lấy tỷ trọng bùn ở độ ẩm 60% là 1,2 (t/m 3 ), thể tích bùn khô là:

Vloãng =

loãng loãng

cao thành máng của sân phơi là 0,36 + 0,22 + 0,3 = 0,88 (m)

Thiết kế 2 sân phơi bùn có chiều dày 0,9 (m), chiều dài bằng 3 lần chiều rộng, diện tích mỗi sân 75 (m 2 ), kích thớc:15 5 (m 2 )

5.Tính toán bể điều hoà và bơm tuần hoàn nớc rửa lọc

Có 5%Qtrạm =

100

5

 502,8 = 25,14 (m 3 /h)

Lợng nớc rửa lọc trong một ngày

Do rửa gió nớc đồng thời, pha rửa gió nớc với cờng độ 2,5 (l/s.m 2 ) trong 5 phút, pha sau rửa nớc với cờng độ 12 (l/s.m 2 ) trong vòng 5 phút nên thể tích nớc rửa một bể là:

432,168

= 7,018 (m 3 /h)

Vậy chọn lu lợng nớc tuần hoàn qth = 10 (m 3 /h)

b Thể tích bể điều hoà l u l ợng n ớc rửa

Thể tích bể điều hoà nớc rửa đợc tính theo công thức:

V = n Vr

1 bể  n qth t

= 2 4,35 19,36  2 10 1 = 148,43 (m 3 )

(chọn thời gian giữa hai lần rửa các bể kế tiếp nhau là t = 1 giờ)

Thiết kế bể tròn cao 3,5 (m), đờng kính bể 7,35 (m), diện tích mặt bằng 42,4 (m 2 ).

6.Tính toán bể chứa nớc sạch cho trạm xử lý

Thiết kế bể chứa nớc sạch có dung tích = 20% Qtrạm do đó dung tích bể:

Qbể = 100

20

 12500 = 2500 (m 3 /ngđ) Thiết kế 2 bể, mỗi bể có dung tích 1250 (m 3 /ngđ) với chiều cao mỗi bể là 4,5 (m)

Trong đó chiềub cao bảo vệ 0,5m

Diện tích một bể là: F1bể =

4

1250

= 312,5 (m 2 ) Vậy kích thớc 1 bể là 17,7 17,7 = 313,29 (m 2 )

Cl

= 0,7

1,72 = 2,4 Vậy dùng 2 bình Clo

sử dụng đồng thời

Lợng nớc tính toán cho Clorator làm việc lấy bằng 0,6 (m 3 / kg.Clo)

Lu lợng nớc cấp cho trạm clo là:

Qcấp = 0,6  qCL2 = 0,6  1,72 = 1,032 (m 3 /h) = 0,287 l/ s)

Đờng kính ống:

D =

0,6 3,14

0,000287 4

V

Q 4

Với 0,6 (m/s) là tốc độ nớc chảy trong ống.

Lợng Clo dùng trong một ngày:

QCl2 = 24 qCL2 = 41,28 (kg/ngđ)

Lu lợng nớc tiêu thụ trong một ngày là:

Qcấp =1,032 24 = 24,768 (m 3 )

Qlỏng Cl2 =

1,43

1238,4

= 866 (l) Chọn 3 bình clo loại 400 (l), 2 bình hoạt động và một bình để dự trữ.

Chọn thiết bị định lợng clo loại PC5, 2 Clorator có công suất 1,28 20,5 (kg/l) Trong

đó có một Clorator dự trữ

b Cấu tạo nhà trạm

- Trạm clo đợc xây cuối hớng gió

- Trạm đợc xây dựng 2 gian riêng biệt: 1 gian đựng Clorato, 1 gian đặt bình clolỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng

- Trạm đợc xây cách ly với xung quanh bằng các cửa kín, có hệ thống thông gió ờng xuyên bằng quạt với tần suất bằng 12 lần tuần hoàn gió Không khí đợc hút ở

th-điểm thấp

- Trong trạm có giàn phun nớc áp lực cao, có bể chứa dung dịch trung hoà Clo, khi

có sự cố dung tích bình đủ để trung hòa

- Đờng kính ống cao su dẫn Clo:

dCl =1,2

VQ



= 1,85(mm)

ống cao su đợc đặt trong ống lồng có độ dốc 0,01 đến thùng đựng Clo lỏng, ốngkhông có mối nối