thiết kế và tính toán các công trình chính cho một hệ thống xử lý nước ngầm với công suất 5000 m3ngày đêm

thiết kế và tính toán các công trình chính cho một hệ thống xử lý nước ngầm với công suất 5000 m3ngày đêm. • Nghiên cứu lựa chọn phương án xây dựng trạm xử lý nước mang tính khả thi cao, phù hợp với phương án bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. • Cung cấp đủ nước cho các nhu cầu sinh hoạt, công nghiệp, tưới tiêu, thương mại, dịch vụ và chữa cháy theo yêu cầu cấp nước của đồ án. • Biết cách tính toán 1 công trình xử lý nước cấp

Hiện nay ,vấn đề nước sạch và cung cấp nước sạch , chống ô nhiễmnguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp và côngnghiệp đang là vấn đề cấp bách hiện nay Cùng với sự phát triển của côngnghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước càng ngày bị ô nhiễm và cạnkiệt …

Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp đề đáp ứng

cả về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất công nghiệp.Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Mai Quang Tuấn cùng các thầy côtrong khoa Môi trường của trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường đã giúp

em xin hoàn thành Đồ án công nghệ mang tên: thiết kế và tính toán các công trình chính cho một hệ thống xử lý nước ngầm với công suất 5000 m 3 /ngày đêm.

Với lượng kiến thức của bản thân và thực tế chưa nhiều, nên trong quátrình làm đồ án không thể tránh khỏi những sai sót trong bài

Rất mong các thầy cô xem xét và chỉ bảo để em hoàn thành đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!!!

 Biết cách tính toán 1 công trình xử lý nước cấp.

1.2.Nội dung thiết kế của đồ án:

 Lựa chọn công nghệ thích hợp với thông số chất lượng nước đầu vào vàthuyết minh dây truyền xử lý

 Vẽ bản 3 bản vẽ:

 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý

 Mặt bằng trạm xử lý

 Thiết kế chi tiết các công trình xử lý

1.3.Các tiêu chuẩn môi trường liên quan

1 Tiêu chuẩn thiết kế (TCXDVN 33-2006)

2 Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt, ăn uống (quy chuẩn do

Bộ Y tế ban hành: QCVN 02/2009)

3 Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nguồn nước

1.4.Thành phần, tính chất của nước thô:

Bảng thành phần chất lượng nước thô:

- Nguồn nước: Ngầm

- Công suất cấp nước: …5000 m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước:

Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị QCVN 02:2009/ BYT

2 Hàm lượng mangan tổng số: so với tiêu chuẩn thì hàm lượng mangan tổng

số vượt ngưỡng gấp gần 7 lần

3 Độ đục: so với tiêu chuẩn thì độ đục vượt ngưỡng gấp 24 lần

Chương 2 Lựa chọn công nghệ xử lý

Sân phơi bùn

Bể lọc nhanh

Nước đã qua rửa Qua Nước rửa lọc

ta đưa ra 2 phương án xử lý sau

Phương án 1

Phương án 2

Bể lọc nhanh

Hồ cô đăc Cặn

Bể lắng ngang

Máy ép bùn

Nước đã qua rửa Qua Nước rửa lọc

clo

Bể chứa

Sân phơi bùn

Cấp nước vào mạng lưới

Đồ án công nghệ môi trường GVHD: Th.S Mai Quang Tuấn

So sánh 2 phương án:

điểm

 Giàn mưa:

+ Dễ vận hành+ Việc duy tu, bảo dưỡng

và vệ sinh định kì giàn mưacũng không gặp nhiều khókhăn

 Bể lắng đứng+ do đươc xây dựng cùngvới giàn mưa nên giảmthiểu diện tích

+ hoạt động ổn định có thểhoạt động tốt ngay khi chấtlượng nước đầu vào thayđổi

và tốn ít diện tích hơn so với

bể lắng ngang

Nhược

điểm

 Hiệu suất sử lý CO2, Fe,

Mn của giàn mưa nhỏ hơncủa thùng quạt gió (tuynhiên theo chất lượngnguồn nước thô thì hàmlượng CO2, Fe, Mn làkhông lớn và lượng Fe, Mncòn được xử lý qua bể lọcnên sẽ đảm bảo chất lượngtiêu chuẩn nước đầu ra)

 Giàn mưa tạo ra tiếng ồnkhi hoạt động, khối lượngcông trình chiếm diện tíchlớn

 Thùng quạt gió vận hànhkhó hơn giàn mưa, khó cảitạo khi chất lượng nước đầuvào thay đổi, tốn diện tíchkhi vận hành Khi tăng côngsuất phải xây dựng thêmthùng quạt gió chứ khôngthể cải tạo

 Bể lắng trong có lớn cặn lơlửng xây dựng và vận hànhphức tạp, rất nhạy cảm với

sự dao động về lưu lượng vànhiệt độ nguồn nươc, khókhăn khi tăng giảm lưu

lượng nước đầu vào.

 Chi phí xây dựng cao

Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý vì các lý do sau:

Thứ 1: PA1 xử lý được triệt để các thông số ô nhiễm đầu vào của nguồn nước.Thứ 2: khi sử dụng PA1 vận hành đơn giản, dễ dàng cho việc duy tu và sữa chữakhi gặp sự cố

Thứ 3: khi tăng hoặc giảm công suất với giá trị nhỏ thì vẫn có thể đáp ứng yêu câu.Thứ 4: chi phí ban đầu cho xây dựng và thiết kế là nhỏ hơn PA2

 Chọn PA1 để tính toán và thiết kế dây truyền xử lý nước ngầm

3 Thuyết minh quy trình xử lý:

- Nước từ giếng sẽ được bơm lên giàn mưa Giàn mưa có tác dụng : Hòa tan

O2 từ không khí vào nước để Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, Mn2+ thành Mn4+ để dễdàng kết tủa, quá trình lắng diễn ra nhanh và dễ hơn, khử sắt và mangan ra khỏinước bằng lắng và lọc

- Sau đó nước sẽ được đưa vào bể lắng đứng để loại trừ các hạt cặn lơ lửng

có khả năng lắng xuống dưới đáy bể bằng trọng lực, ở đây các loại chất rắn TS,

SS … được giữ lại.Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát

có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm Cặn từ bể lắng đứng sẽ được đưasang bể nén bùn để xử lý

- Nước sau khi đã loại bỏ các chất rắn lơ lửng sẽ được đưa vào bể lọc nhanh.Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thướclớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo sắt,keo hữu cơ gây độ đục, độ màu Bể lọc thường được dùng để lọc một phần haytoàn bộ cặn bẩn có trong nước Bùn cặn từ quá trình xả cặn và lọc sẽ được đưavào bể nén bùn để xử lý, nước từ quá rửa lọc được tuần hoàn lại bể lắng đứng

để xử lý

- Nước sau khi được lọc sạch sẽ được đưa vào bể chứa nước sạch Bể chứanước sạch dùng để chứa nước sạch sau khi lọc, tại đây ta thêm một lượng dungdịch Clo nhằm đảm bảo chỉ tiêu vi sinh và khử trùng trong đường ống, ngăn

chặn tảo phát triển trong đường ống làm tắc nghẽn đường ống dẫn Nước saukhi xử lý đạt loại A theo QCVN 09:2009/BYT quy chuẩn kĩ thuật quốc gia vềchất lượng nước sinh hoạt.

Chương 3: Tính toán thiết kế các công trình

Q:là lưu lượng nước xử lý

Q= 5000m3/ngàyđêm = 208,3m3/h = 0,058m3/giây

qm:là cường độ mưa lấy từ (10 – 15 m3/m2.h).chọn bằng 10m3/m2.h

 Số giàn mưa chọn bằng 1 => kích thước giàn mưa là 3,5×6 = 21(m)

 Chia giàn mưa thành 3 ngăn, diện tích mỗi ngăn:

Chiều cao giàn mưa:

+ Thiết kế giàn mưa có 3 sàn tung nước

+Chiều cao hiệu quả đối với giàn mưa là 3m, vậy ta chọn khoảng cách giữa cácsàn tung là 0,7m

Chiều cao phần làm thoáng là: 0,7 x 3 = 2,1 m

+ Chọn chiều cao ngăn thu nước là 0,5m

→ Chiều cao giàn mưa: H = 0,7 x 3 + 0,5 = 2,6 m

Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ có d = 14mm (d= 14 –16mm), các tấm inox có kích thước 1x1m Cấn sử dụng 4 tấm cho một sàn tung,khoảng cách giữa các lỗ là 100mm

- Sàn thu nước: được đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc 200 về phía ống dẫnnước sau khi làm thoáng Sàn thu được làm bằng bêtông cốt thép

- Hệ thống thu nước và xả cặn: ống thu đặt ở mặt đáy sàn thu nước, cao hơn mặt

đáy sàn 0,2 m nhằm ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình sau

- Ống xả cặn: bố trí mỗi ngăn có một ống xả cặn theo quy phạm đường kính ống

từ 100-200 mm, ống này đặt sát sàn để thu cặn và xả nước khi làm vệ sinh giànmưa

Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính là 100 mm, mỗi ngăn đặt mộtống xả cặn ở giữa ngăn và sát sàn thu nước, phía đáy thấp

- Hệ thống phân phối nước:

Trên mỗi giàn mưa ta bố trí một ống phân phối nước chính có chiều dàibằng chiều rộng giàn mưa Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 1 m/s

- Đường kính ống phân phối chính là:

D=√86400.π v Q 4 =√5000.486400.2 π 1=0,19 ( m)

Chọn đường kính ống phân phối chính là 200 mm, kiểm tra lại vận tốcnước chảy trong ống :

v= Q.4 π.D2=5000.4 ¿

86400.2.π(0,38)2 ¿

¿ ¿ =1m/sChọn khoảng cách giữa cách ống nhánh là 300 mm (theo quy phạmkhoảng cách này được lấy từ 250-300 mm)

-Số ống nhánh trên một ống phân phối chính sẽ là:

n=2.( 1

0,3+1)=8

- Lượng nước vào ống nhánh là

Chọn vận tốc nước trong ống phân phối nhánh là 2 m/s ( v= 1,8-2 m/s)

- Như vậy đường kính ống nhánh là:

Số lỗ phun mưa trên một ống nhánh là:

Các lỗ được bố trí thành hai hàng so le nhau ở hai bên thành ống nhánh.Ngoài ra ta còn bố trí hai vòi nước và ống cao su ở hai đầu giàn mưa cáchgiàn mưa 1m

Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước: thời gian làm thoáng nước tính

sơ bộ theo thời gian nước rơi trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa (bỏ qua thờigian nước đọng lại trên sàn tung):

t=√2 xh g =√2 x2,1 9,81 =0,654 ( s)

-Tổn thất áp lực qua giàn mưa: do nước rơi tự do trên giàn mưa nên chọn sơ bộ

tổn thất thủy lực của nước qua giàn là 0,5 m

Bảng các thông số của giàn mưa

Với: + H: Chiều sâu tính toán của vùng lắng (kể từ mặt trên của lớp trung hòa

tới mặt thoáng của bể), H = 2,7 ÷ 3,8 m, chọn H = 3 m [2-49]

+ t: Thời gian lưu nước, chọn t = 1h → L=

dn: đường kính đáy nhỏ hình nón cụt, chọn dn = 0,5 mα: góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, chọn α =

500 [2-49]

 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = H + hn + hbv = 3 + 3,5 + 0,5 ≈ 7m

 Đường kính của ống phân phối trung tâm: d=√4×f π =√4×0,64 π ≈1,1 m

- Với f là diện tích tiết diện ngang của ống phân phối trung tâm: f = N V ' Q

Hệ số không đồng nhất: k=1,5 – 1,7Chiều dày của lớp vật liệu lọc:k=1,5 – 1,7

-Q: Công suất trạm xử lý = 5000m3/ngày = 208,3m3/h

-W cường độ rửa: W=14( l/s.m2), T: tổng thời gian làm việc của bể lọc trong 1 ngày đêm = 24h

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

- t1 :thời gian rửa lọc t=5 phút=605 giờ, [1-T128]

-t2 ;thời gian ngừng bể lọc để rửa, t2 = 0,35 giờ [1-T128]

- Vbt vận tốc ở chế độ làm việc bình thường , Vbt = 5 [1-T39]

- Theo TCXD 33:2006, Vtc = 6 – 7,5 m/h →đảm bảo yêu cầu.

 Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức:

H = hd + hv + hn + hbv [1-T141]

- hđ : chiều cao lớp đỡ (m) : hđ = 0,7 m [1-T141]

- hv : chiều dày lớp vật liệu lọc : hv = 0,8 m [1-T39]

- hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc : hn = 2 m (Theo TCXD 33:2006,

hn = 2 m)

- hbv: chiều cao bảo vệ = 0,5 m

- Do đó, chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh là:

H = 0,7 + 0,8 + 2 + 0,5 =4 m

 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc :

- Chọn phương pháp rửa bể bằng nước, cường độ nước rửa lọc W = 14l/s.m2 với độ trương của lớp vật liệu lọc là 30% [1-T128]

- Lưu Lượng nước cần thiết rửa lọc 1 bể là:

Chọn ống chính bằng thép đường kính ống dc = 600mm, v = 1,6m/s (Theo TCXD 33:2006: v = 1,5 - 2 m/s).

 Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc

- Bể có chiều rộng là 3 m Chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc có

đáy hình tam giác Khoảng cách giữa các tim máng là d = 3/2 = 1,5m

(Theo TCXD 33:2006: d= 2,2m) Lượng nước rửa thu vào mỗi máng là:

qm = Wn.d.l (l/s)

- Trong đó:

Wn = 14 l/s.m3 ( cường độ rửa lọc)

d: khoảng cách giữa các tim máng d=1,5

l: chiều dài của máng l = 4 m

qm = 14x1,5x4 = 84 l/s = 0,084 m3/s

 Chiều rộng máng tính theo công thức:

B m=K×5√ q m2

(1 , 57+a )3(m) (1 – 147)Trong đó:

a: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật với ½ chiều rộng máng a = 1,2 (TheoTCXD 33:2006, a = 1 -1,5)

k: hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác k = 2,1

- Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác

định theo công thức: Δ Hm =

H e

100 + 0,3 [ 2 –điều 6.119]

- Trong đó:

H: chiều cao lớp vật liệu lọc H = 0,8 m

e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc (bảng 6.13 TCXD 33:2006) e =

= 0,01, máng dài 4 m→ Chiều cao ở máng tập trung là: 0,48 + 0,01 ¿ 4 =0,55 m

- Vậy Hm sẽ phải lấy bằng: Hm = 0,07 + 0,55= 0,6 m

 Khoảng cách từ đáy máng thu đến máng tập trung xác định theo công thức:

- Sử dụng loại chụp lọc có đuôi dài, có khe rộng 1mm Chọn 36 chụp lọctrên 1m2 sàn công tác (Theo TCXD 33:2006) Tổng số chụp lọc trong một

bể là:

N = 36 ¿ f =36×12,33=444

cái-Lưu lượng nước đi qua 1 chụp lọc

V: tốc độ chuyển động của nước hoặc hỗn hợp nước và gió qua khe hở củachụp lọc ( lấy không nhỏ hơn 1,5m/s)

μ : hệ số lưu lượng của chụp lọc Đối với chụp lọc khe hở μ =0,5

 Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh

a và b là các thông số phụ thuộc vào kích thước hạt Ứng với kích thước hạt

d = 0,5÷1 mm thì a = 0,76; b = 0,017 (Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung).

e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc e = 0,5

L: chiều dày lớp cát lọc L = 0,8m

→ hvl = (0,76 + 0,017.14).0,8.0,5 = 0,4 m

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

- Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là:

ht= hd+ hvl+ hbm=2,2+0,4+2=4,6 m

Bảng1.3 Tóm tắt các thông số tính toán thiết kế bể lọc nhanh:

4 Lưu lượng nước rửa của 1 bể 0,17 m3/s

4 Khử trùng nước

 Xác định liều lượng Clo cần cho việc khử trùng

- Liều lượng clo khử trùng lấy bằng 0.7 mg/l = 7.10-4 kg/m3(Theo TCXD33:2006, lượng clo 0,7 - 1mg/l)

- Lượng clo cần dùng để khử trùng trong 1 giờ là:

C=Q×a=208,3×7.10−4=0,15(kg/h)

Trong đó:Q: Lưu lượng nước xử lí (m3/h)

a: liều lượng clo hoạt tính (lấy theo tiêu chuẩn TCXD 33:2006)

- Liều lượng Clo cần thiết dùng để khử trùng trong một ngày là:

qcc: tiêu chuẩn nước chữa cháy (m3), qcc = 10 l/s = 10.10-3 (m3/s)

+ Wbt: Lượng nước dự trữ cho trạm xử lý (m3)

Bảng 1.4 Tóm tắt các thông số tính toán thiết kế bể chứa nước sạch:

- Mục đích: bể lắng bùn có tác dụng giảm độ ẩm của cặn bằng cách lắng cơ học

để đạt độ ẩm thích hợp 94 - 96%, và giảm khối tích của công trình xử lý bùn tiếptheo Thiết bị nén bùn sẽ làm giảm thể tích bùn sau khi lắng thành những khốirắn chắc

Số lượng bùn tích lại ở bể lắng sau một ngày được tính theo công thức:

G1 = 1000

)C-(CQ

2 1

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

- C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng, ta có:

2 1

- Vận tốc chuyển động của bùn lắng trong bể V1 = 0,05mm/s

- Thời gian lưu bùn t = 12 giờ

Đáy bể được xây hình chop cụt, đáy lớn có đường kính 5,5m

Đáy bé được chọn là 1m, góc nghiêng của đáy so với phương ngang 450,nên chiều cao phần đáy bể được tính:

h d=1

2 (5,5−1) tg 45

o=3 m

- Chọn chiều cao bảo vệ h bv = 0,4

Vậy chiều cao tổng cộng của bể nén bùn là:

7 Tính toán diện tích mặt bằng các công trình phụ

- Trạm biến thế: Diện tích = 16 m 2 với kích thước (4 x 4) m

- Phòng bảo vệ: Trạm có Q = 5000m 3 /ngđ lấy Sbv = 10 m 2, kích thước (5 x 2)m

Dài

Chiề u Rộng

Chiề u Cao

Đườn g Kính

T Tên Công Trình

Kích Thước

Số Đơn Nguyê n Chiều

Dài

Chiề u Rộng

Chiề u Cao

Đườn g Kính

V (m 3 )

Kết luận

Với dây truyền công nghệ mà em lựa chọn đã đem lại hiệu quả khá cao vớiviệc xử lý nước ngầm đạt khoảng 90% Các thông số đều nằm trong khoảnggiới hạn cho phép cột A QCVN 02:2009/BYT là quy chuẩn quốc gia về chấtlượng nước sinh hoạt Trên đây là đồ án thiết kế công trình chính trong hệ thống

xử lý nước cấp theo các số liệu sau mà em đề xuất Hy vọng rằng sẽ được sựđóng góp ý kiến và ủng hộ để bài làm của em hoàn chỉnh hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PTS.Nguyễn Ngọc Dung- X ử lý nước c ấp nh à xuất bản xây dựng 1999

[2] Bộ Xây Dựng (2006), TCXDVN 33:2006 - Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế, Hà Nội.

[3] Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lí nước thải,Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội