tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 20000m3ngày đêm

tính toán và thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 20000m3ngày đêm Tổng quan về nguồn nước cấp và các biện pháp xử lý nước cấp. Đề xuất công nghệ xử lý nước cấp. Tính toán chi tiết các công trình đơn vị trong các công nghệ đề xuất. Dự toán kinh tế chi phí xử lý nước cấp của các công nghệ đề xuất. Lựa chọn công nghệ xử lý nước cấp phù hợp

ĐỀ CƯƠNG

1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tổng quan về nguồn nước cấp và các biện pháp xử lý nước cấp

- Đề xuất công nghệ xử lý nước cấp

- Tính toán chi tiết các công trình đơn vị trong các công nghệ đề xuất

- Dự toán kinh tế chi phí xử lý nước cấp của các công nghệ đề xuất

- Lựa chọn công nghệ xử lý nước cấp phù hợp

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp so sánh: lấy các số liệu phân tích được so sánh với QCVN02:2009/BYT, QCVN 08:2009-BTNMT, TCXD 33-2006 từ đó có thể xác định cácchỉ tiêu cần xử lý

Phương pháp phân tích tổng hợp: thu thập kiến thức từ các tài liệu sau đóquyết định phương án xử lý hiệu quả nhất

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC 1.1 Tính chất nguồn nước cấp và tiêu chuẩn cấp nước

- Nguồn nước: nước sông

QCVN08:2009/

BTNMT

Đánhgiá

Lấy công suất trạm Q = 20000 (m 3 /ngày)

CHƯƠNG II LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 2.1 ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Căn cứ vào chất lượng nước nguồn , có thể đưa ra 2 phương án lựa chọn sơ

đồ dây chuyền công nghệ cho việc thiết kế trạm xử lý nước như sau:

lơ lửng

Lắng nước rửa lọc

Bể lọc nhanh

bể lắng ngang

Sân phơi bùn

Bể chứa nước sạch

Trạm bơm cấp 2 Phèn

Lắng nước rửa lọc

Bể lọc nhanh

bể lắng

li tâm

Sân phơi bùn

Bể chứa nước sạch

Trạm bơm cấp 2 Phèn

clo

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường được đặt ngay trong phần đầu của bểlắng ngang Bể thường được chia thành nhiều ngăn dọc, đáy có tiết diện hình phễuvới các vách ngăn ngang, nhằm mục đích tạo dòng nước đi lên đều, để giữ cho lớpcặn lơ lửng được ổn định Ưu điểm của bể này là cấu tạo đơn giản, không cần máymóc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng

 Phương án 2: Bể phản ứng vách ngăn

Thường được xây dựng kết hợp với bể lắng ngang Nguyên lí cấu tạo cơ bảncủa bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước Bể có

ưu điểm là đơn giản trong xây dựng và quản lí vận hành Tuy nhiên, nó có nhượcđiểm là khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và bể phải có đủ chiều cao

để thoả mãn tổn thất áp lực trong toàn bể

 Bể lắng

 Phương án 1: Bể lắng ngang

Dùng bể lắng ngang thu nước bề mặt bằng các máng đục lỗ, bể được xâydựng kế tiếp ngay sau bể phản ứng Được sử dụng trong các trạm xử lí có công suấtlớn hơn 3000 m3/ngày đêm đối với trường hợp xử lí nước có dùng phèn

Căn cứ vào biện pháp thu nước đã lắng, người ta chia bể lắng ngang làm hailoại: bể lắng ngang thu nước ở cuối và bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt Bểlắng ngang thu nước ở cuối thường được kết hợp với bể phản ứng có vách ngănhoặc bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặtthường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

So với phương án 2 thì phương án 1 có nhiều ưu điểm hơn, hệ thống làm việc ổnđịnh và vận hành đơn giản hơn Vì vậy chọn sơ đồ công nghệ xử lý nước cấp ởphương án 1 là sơ đồ công nghệ phù hợp.

2.2 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

- Nước đươc bơm lên trạm bơm cấp 1, đi qua song chắn rác để cản lại những vật trôi nổi trong nước sau đó nước được bơm lên bể trộn đứng

- Tại bể trộn nước sẽ tiếp xúc với hóa chất phèn để tạo kết tủa Nhờ có bể trộn mà hóa chất được phân phối nhanh và đều trong nước, nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất

- Sau khi nước được tạo bông cặn ở bể trộn sẽ được dẫn đến bể phản ứng tại đây các bông cặn tạo thành các bông cặn lơn hơn

- Sau đó các bông cặn sẽ được lắng ở bể lắng ngang Tiếp theo nước được đưavào bể lọc nhanh

- Những hạt cặn còn sót lại sau quá trình lắng sẽ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc, còn nước sẽ đươc đưa sang các công trình xử lý tiếp theo

- Nước rửa lọc được đưa vèo bể lắng nước rửa lọc, tại đây các cặn lắng được lắng và đưa sang bể nén bùn, phần nước được đưa vào hệ thống thoát nước chung của khu vực

- Nước sau khi làm sạch cặn lắng thì được khử trùng bằng clo để làm tiêu diệt

vi khuẩn và vi trùng trước khi đưa vào sử dụng

- Sau khi khử trùng nước được đưa vào bể chứa sau đó nước được cung cấp

ra mang lưới sử dụng nước qua trạm bơm cấp 2 để đáp ưng nhu cầu của ngườidân

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

TRONG TRẠM XỬ LÝ 3.1 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

3.1.1 CÔNG TRÌNH THU

a SONG CHẮN RÁC

- lưu lượng công trình Q = 20000 m3/ ngđ = 0,23 m3/s

- đường kính thanh thép, chọn d = 8 mm

- khoảng cách giữa các thanh thép a = 40-50 mm, chọn a = 40 mm

- vận tốc nước chảy qua song chắn v = 0,2-0,6 m/s chọn v = 0,4 m/s

- số cửa thu nước n = 2

- K2 : hệ số co hẹp do rac bám vào song K2 = 1,25

- K3: hệ số kể đến ảnh hưởng hình dạng của thanh thép, K3 = 1,25

- K1: hệ số co hẹp do các thanh thép, được tính bằng công thức:

- lưu lượng công trình Q = 320000 m3/ ngđ = 0,23 m3/s

- đường kính dây đan lưới, chọn d = 1 mm

- kích thước mắt lưới a = 5 mm

- vận tốc nước chảy qua song chắn v = 0,2-0,4 m/s chọn v = 0,2 m/s

- số cửa thu nước n = 4

- K2 : hệ số co hẹp do rac bám vào lưới K2 = 1, 5

- K3: hệ số kể đến ảnh hưởng hình dạng, K3 = 1,15-1,5

- K1: hệ số co hẹp, được tính bằng công thức:

 dung tích bể hòa trộn:

Wh =

 10000

.

h

Al

b

P n Q

= 83310000,3.10.10.50.1 = 4,17 m3 (6.19 trang 34-TCXD 2006)

33-Q: Lưu lượng nước xử lý (m3/h) ( Q = 20000 m3/ngđ = 833,3 m3/h)

PAl: Liều lượng hoá chất dự tính cho vào nước (g/m3)

n: Số giờ giữa 2 lần hoà tan đối với trạm công suất:

10.000 -50.000 m3/ngày; n = 8 - 12 giờ , chọn n = 10 h

bh: Nồng độ dung dịch hoá chất trong thùng hoà trộn tính bằng %

γ: Khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3

1 Hệ thống phân phối khí nén

Sử dụng hệ thống dẫn ống xương cá bằng vật liệu chống ăn mòn

2 Cường độ khí nén

- Ở bể hòa trộn Wkk = 10 l/s.m2

- Ở bể tiêu thụ Whh = 5 l/s.m

2 F là diện tích bề mặt bể

Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hòa trộn:

Q = 20000 m3/ngđ = 833,3 m3/h = 0,23 m3/s = 230 l/s

• Thời gian lưu nước lại trong bể; t = 2 p

• Số bể thiết kế lấy N = 2

• Thể tích bể trộn đứng là:

Wb =

N

t Q

60

.

=

2 60

2 3 , 833

32 , 0 15 , 2 2 cot 2

W1 = Wb - W2 = 13,9 - 4,52 = 9,38 m3

6 , 4

38 , 9 1

Bảng: các kích thước thiết kế bể trộn đứng

3 , 833 5 , 1

6 , 3

- Chọn chiều cao vùng lắng H = 3 m ( theo TCXD 33-2006: H = 3-4m)

- Chiều rộng mỗi bể là:

3 2 5 6 , 3

3 , 833

6 ,

3 V N H

q

- Mỗi bể lắng ngang được chia làm 2 ngăn,

- chiều rộng mỗi ngăn là:

2

72 , 7 2

B

3,86 m

- chiều dài bể lắng:

L =  

2 72 , 7

42 , 694

.N

B

F

45

- Mương phân phối nước rộng 1m

- Máng phân phối nước rộng 1 m

- Tất cả tính với vận tốc v = 0,5 m/s

- Thiết kế 1 mương phân phối và 1 máng phân phối ở 2 đầu bể ( 1 hệ thống

dể phân phối nước vào , 1 hệ thống thu nước sau lắng)

- Chiều rộng tổng cộng của mương và máng 2 đầu là 2 m

- Chiều dài bể lắng là L = 45 + 2 +2 = 49 m

 vậy chiều rộng mỗi bể là 7,72 m chia làm 2 ngăn mỗi ngăn rộng 3,86m Trong mỗi ngăn cò vách ngăn hướng dòng đục lỗ, hàng lỗ cuối cùng cao hơn mực cặn 0,3m (quy phạm 0,3 – 0,5 m) thì diện tích công tác của vách ngăn phânphối vào bể đặt cách đầu bể 1,5m là:

Fn = b ( HL – 0,3 ) = 3,86 (3 -0,3) =10,42 m2

Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn bể:

qn= 208 , 33m /h 0 , 058m /s

2 2

3 ,

058 , 0 2

12 , 0

S

F

 Máng thu nước của bể lắng

- Máng thu nước sau bể lắng dùng hệ thống máng thu nước răng cưa

- Xác định tổng chiều dài máng thu

- Theo điều 6.84 TCXD 33-2006, máng thu phải đặt trên 2/3 chiều dài bể lắng vậy chiều dài máng:

3

2 3

1





- Tốc độ trong máng thu lấy Vm = 0,6m/s (theo quy phạm 0,6 – 0,8 m/s)

- Tiết diện máng thu: F =

- Chọn máng thu có chiều rộng 0,35 m

- Chiếu sâu máng thu hm =



) (

(theo sách XLNC – Trịnh Xuân Lai)

- T: thời gian giữa 2 lần xả cặn, lấy T = 24h

- δc : nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T (δc = 35000 g/m3)

- m: hàm lượng cặn trong nước sau khi lắng ( 8-12 mg) chọn m = 10mg

- Q: lưu lượng nước vào bể lắng

Q = 

2

3 , 833

416,65 m3/ h

- Mc: tổng hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng

Mc = M0 + KPAl + 0,25M + B = 500 + 1 50 + 0,25 70+ 0 = 567,5 g/m3

• M0: hàm lượng cặn lớn nhất trong nước nguồn

• PAl : liều lượng phèn cho vào nước

• K : hệ số tính chuyển hàm lượng phèn thành trọng lượng của bể lắng trong cặn lắng K = 1

• M : độ màu của nước

• B : hàm lượng cặn không tan trong vôi hoặc các chất kiềm hóa khác khi kiềm hóa nước

 Thể tích vùng chứa cặn:

W0 =

c

c m M Q T



) (

=

35000

) 10 5 , 567 (

65 , 416

m N

F





Chiều cao vùng chứa cặn và nén cặn được tính theo công thức:

F

W

46 , 0 21 , 347

28 , 159

 Chiều cao trung bình của bể lắng:

Hbể = H + Hc = 3 + 0,46 = 3,46 m

 Chiều cao bảo vệ của bể lấy 0,4m

 Chiều cao xây dựng của bể là 3,46 + 0,4 = 3,86 m

 Thể tích 1 bể lắng : 49 7,72 3,86 = 1460,2 m3

Bảng: các kích thước thiết kế bể lắng ngang (02 bể mỗi bể 2ngăn, kích thước mỗi ngăn)

Q: Công suất trạm xử lý Q = 0,23 m3

v: vận tốc đi lên của dòng nước ở bể phản ứng v = 2,2 mm/s = 0.0022 m/sN: số bể phản ứng N = 2

Lấy chiều dài bể phản ứng bằng chiều rộng bể lắng: L = 7,72 m

a = L3 = 7,372 = 2,57 m

Bảng: các kích thước thiết kế bể phản ứng

 Chiều dày của lớp vật liệu lọc: 1,3 – 1,5 m, chọn L = 1,4 m

Diện tích các bể lọc của trạm xử lý được xác định theo công thức

F =

bt

V T

Q

6 , 3

Trong đó:

Q - Công suất hữu ích của trạm (m3/ngđ)

T - Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (h) T = 24h

Vtb - Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường Vtb = 6 – 8 m/h, chọn

a - Số lần rửa mỗi một bể lọc trong 1 ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường

a = 2

Wtl - Cường độ nước rửa Wtl = 6 1/s.m2

t1 - Thời gian rửa (h) t1 = 6-5 p, chọn t1 = 6 p = 0,1h

t2 – Thời gian ngừng bể lọc để rửa t2 = 0,35h

 Diện tích các bể lọc của trạm xử lý được xác định theo công thức:

F =

bt

V T

Q

6 , 3

hv: chiều cao lớp vật liệu lọc hv = 1,4m (TCXD 33-2006)

hn: chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc hn = 2m

hp: chiều cao phụ hp = 0,5

hs: chiều cao từ đáy bể đến sàn đỡ chụp lọc; hs = 1 m

hc: chiều cao sàn đỡ chụp lọc; hc = 0.1 m

Chiều cao toàn phần 1 bể lọc:

H = hd + hv + hn + hp + hs + hc = 0,7 + 1,4 + 2 + 0,5 + 1 + 0,1 = 5,7 m

 Lưu lượng nước trung bình cho 1 lần rửa 1 bể lọc

V1bể = q sbể Tlọc = 15 24,4 360 = 131760 L = 131,76 m3

Trong đó

- Sbể : diện tích bề mặt 1 bể lọc; Sbể = 24,4 m2

Vnước sạch = vlọc sbể Tlọc = 6 24,4 11,37 = 1664,6 m3

Trong đĩ

- vlọc : vận tốc lọc trung bình trong các bể lọc; v = 6 m/h

- Sbể : diện tích bề mặt của 1 bể lọc; Sbể = 24,4 m2

- Tlọc : chu kỳ trung bình của bể lọc; T = 11,37 giờ

Hàm lượng cặn trong nước rửa lọc của 1 bể lọc

 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc

Chọn biện pháp rửa bể bằng giĩ, nước phối hợp Chọn cường độ nước rửa lọc

W = 5 l/s.m2 (quy phạm là 5-8 l/s.m2 ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệulọc là 45%) Cường độ giĩ rửa lọc Wgiĩ = 15 l/s.m2 (quy phạm cho phép Wgiĩ = 15 ÷

Chọn đường kính ống chính là Dc = 300 mm bằng thép khơng rỉ

Để phân phối nước và gió rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc

gi

Q

v p

´

´Chọn D giĩ =200(mm)

 Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc

Bể có chiều dài là L = 6,1m, chiều rộng là B = 4m; chọn mỗi bể bố trí 2 mángthu nước rửa lọc có đáy hình tam giác; khoảng cách giữa các máng sẽ là d =

Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức

- l : chiều dài máng; l = 6,1 m

Chiều rộng máng tính theo công thức

- e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc; e = 30%

Theo quy phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phảinằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0.07m

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm = 0.44 m, vì máng dốc vềphía tập trung nước là 0.01 và máng dài 6,1 m nên Hm sẽ phải lấy bằng:

0.07 0.44 0,06 0.571( )

m

Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào ngăn tập trung nước

Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy ngăn tập trung xác định theo cơng thức

3 3

- qM : lưu lượng nước chảy vào ngăn tập trung nước; qM = 0.07 m3/s

 Tính ống thu nước lọc

Nước sau khi lọc được đưa về bể chứa dự trữ Vận tốc nước của ống thu nước

sạch chung là 1.2m/s

0.26( )3.14 1.2

Vc:vận tốc nước chảy trong ống, vc=1.2m/s

 Đường kính ống xả nước rửa lọc:

Với lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể là 0.206m3/s, vận tốc chảy trong ống chophép là v c  2m/s Đường kính ống xả nước rửa lọc:

4 0.122 4 0, 28

2 3,14

r c c

Bảng - Các thông số thiết kế của bể lọc

3.1.7 BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH

3.1.7.1 DUNG TÍCH BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH

Thiết kế bể chứa nước sạch có dung tích F= 20% Qtrạm

4000 N H

F

= 500 m2

Kích thước của bể là 20m * 25m

Chiều cao của bể là H1 = 4 + 0,5 = 4,5

Bảng: các kích thước thiết kế bể chứa nước sạch

- lượng clo để khử trùng nước đạt tiêu chuẩn cấp nước, vừa đảm bảo liều lượng clo dư ở bể chứa nước sạch nằm trong khoảng 0,3 – 0,5 mg/l.

- dùng phương pháp khử trùng nước bằng clo lỏng đối với nước mặt lượng clo cần dùng khoảng (2-3 mg/l), chọn mCl = 3mg/l

- liều lượng clo cần dùng ( lấy bằng 1,3 lần so với lượng clo hoạt tính cần cho vào nước theo TCXD 33 – 2006) là: 1,3 3 = 3,9 mg/l

 lượng clo trung bình cần dùng trong 1 ngày đêm

WCl = Q 1000 3,9 = 20000 1000 3,9 =78000000 mg = 78 kg

 thể tích clo lỏng cần dùng trong 1 ngày đêm

VCl = W1,47Cl

= 1,7847 = 53,06 m3

- 1,47 là trọng lượng riêng của clo lỏng được nén trong bình (kg/l)

 lưu lượng clo đưa vào nước

Đáy sân có độ dốc 1% về phía cửa tháo nước ra

Thành và đáy sân lát bêtông tấm, miết mạch bằng vữa xi măng atsfan đểchống xói lở và ngăn không cho nước bẩn thấm vào nguồn nước ngầm

Đáy sân đổ lớp sỏi cỡ hạt 16 – 32 mm, dày 200 mm Trên lớp sỏi đổ hailớp sỏi nhỏ, lớp thứ nhất đường kính 4 – 8 mm, dày 100 mm; lớp thứ haiđường kính 1 – 2 mm, dày 100 mm

 G : trọng lượng cặn khô (kg)

 Q : lượng nước xử lý (m3/ngày); Q = 20000 m3/ngày



a

G

- Ta chọn 4bể, mỗi bể có tiết diện 70.40 m luân phiên làm việc trong năm

- Sau 4 tháng nước được rút khỏi hồ, để phơi bùn trong 3 tháng, nồng độ bùn đạt 25%, tỷ trọng của bùn là 1,2 tấn/m3

1125

100 11252

- Chiều cao phần bùn loãng trong hồ

H2 = 4. . 42782.53.53,4

B L

Khi bố trí mặt bằng trong trạ xử lý nước cần dựa vào các nguyên tắc thiết kếsau:

- Cần ưu tiên bố trí các công trình chính trong dây chuyền công nghệ xử lýnước Đảm bảo cho các công trình chính làm việc hợp lý và thuận tiện nhất

- Các công trình cần được sắp xếp gọn gàng, chiếm ít diện tích và tiết kiệmđất

- Triệt để lợi dụng địa hình, kết hợp bố trí mặt bằng với thiết kế cao trìnhtrạm xử lý để giảm công tác đất, giảm chiều sâu công trình, tạo điều kiện thoátnước và xả cặn dễ dàng

- Khi bố trí các công trình trên mặt bằng, phải dự kiến trước các vị trí cáccông trình sẽ được xây dựng ở giai đoạn sau, tạo điều kiện thuận lợi thiết kế mở