công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp từ nguồn nước ngầm với công suất vận hành là 12.300 m3 ngày đêm.

công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp từ nguồn nước ngầm với công suất vận hành là 12.300 m3 ngày đêm. Đề xuất sơ đồ công nghệ Tính toán thiết kế công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp Lập mặt bằng khu xử lý, sơ đồ công nghệ

M C L CỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 3

1 Phương án 1 3

2 Phương án 2 (Phương án chọn) 4

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG MỘT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP 5

1 Clo hóa sơ bộ 5

2 Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng 5

3 Giàn làm thoáng 6

4 Tính bể lắng tiếp xúc 7

5 Bể lọc nhanh 8

6 Bể chứa nước sạch 9

7 Khử trùng nước 9

CHƯƠNG III KẾT LUẬN 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO 13

LỜI MỞ ĐẦU

Cuộc sống của con người điều kiện thiết yếu nhất là ăn uống, sinh hoạt vì vậy nước, đặc biệt là nước sạch là rất cần thiết Với điều kiện môi trường hiện nay chất lượng nước cấp không còn đảm bảo chính vì vậy việc xử lý an toàn và đạt các tiêu chuẩn cho phép để cấp cho sinh hoạt là yếu tố tiên quyết

Đồ án này tôi xin trình bày sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp từ nguồn nước ngầm với công suất vận hành là 12.300 m3/ ngày đêm

Xin chân thành cảm ơn cô Bùi Thị Thanh Thủy và các thầy cô trong khoa Môi trường đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này!

CHƯƠNG I LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ

Công suất vận hành: 12300m3/ngày đêm

Các chỉ tiêu chất lượng nước ngầm

- Đề xuất sơ đồ công nghệ

- Tính toán thiết kế công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp

- Lập mặt bằng khu xử lý, sơ đồ công nghệ

1 Phương án 1

Từ trạm bơm

Khử trùng bằng clo Clo hóa sơ bộ

Làm thoáng đơn giản

Bể lọc chậm

Bể chứa nước sạch

MLCN

2 Phương án 2 (Phương án chọn)

Thuyết minh lựa chọn phương án

Phương án 1:

- Sử dụng phương pháp làm thoáng đơn giản chỉ khử được từ 30 – 40% lượng CO2, hàm lượng sắt trong nước cao nên sử dụng phương pháp này ít hiệu quả

- Dùng bể lọc chậm không khử hàm lượng sắt đến mức tối thiểu, thời gian lọc lâu hơn và công suất nhỏ

Phương án 2:

- Sử dụng phương pháp làm thoáng bằng giàn mưa ( phương pháp làm thoáng tự nhiên) có thể khử được từ 75 – 80% lượng CO2 nên hiệu quả cao hơn so với sử dụng phương pháp làm thoáng đơn giản

- Sau khi làm thoáng, nước được dẫn vào bể lắng để tạo điều kiện cho Fe2+

chuyển thành Fe3+ kết tủa lắng xuống, để lượng sắt được khử hoàn toàn tạo điều kiện cho quá trình lọc hiệu quả hơn

- Dùng bể lọc nhanh: thời gian lọc nhỏ, công suất lớn và nhanh

 Từ những lập luận trên thì phương án 2 có nhiều ưu điểm hơn nên chọn phương án này để tính toán

Giàn mưa ( làm thoáng

tự nhiên)

Bể lắng đứng

Bể lọc nhanh nước sạchBể chứa

Từ trạm bơm

MLCN

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHÍNH

TRONG MỘT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP

1 Clo hóa sơ bộ

Là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc, mục đích của clo hóa

sơ bộ là:

- Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn

- Oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ

- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ để khử màu

- Trung hòa amoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài

Clo hóa sơ bộ còn có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu trong bể lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc, làm tăng thời gian của chu kì lọc

2 Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng

pH của nước sau làm thoáng

Có các giá trị đã biết:

Ki = 4,676 (mg đương lượng/l)

CO2 = 66,9 mg/l

T = 220C

P = 300 mg/l

Tra biểu đồ Langlier = 7,2

Như vậy sau khi làm thoáng pH lớn hơn 6 nên đảm bảo cho các công trình phía sau làm việc tốt

3 Giàn làm thoáng

Nhiệm vụ của công trình làm thoáng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước là:

- Hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa Fe(II) thành Fe(III) kết tủa

dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng và lọc

- Khử khí CO2 có trong nước, làm tăng pH trong nước, tạo điều kiện thuận và đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân sắt, nâng cao năng suất của công trình lắng và lọc trong quá trình khử sắt

- Làm thoáng bằng giàn mưa để khử bớt Fe: phản ứng OXH Fe2+ → Fe3+ và thủy phân Fe3+ trong môi trường tự do

Trong nước ngầm, Fe(HCO3) là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng:

Fe(HCO3)2 = 2HCO3- + Fe2+

Nếu trong nước có oxy hòa tan, qua trình oxy hóa và thủy phân diễn ra:

4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+

H+ + HCO

-3 = H2O + CO2.

Có rất nhiều cách để khử sắt: Khử sắt bằng trao đổi cation, bằng vi sinh vật, bằng phương pháp điện phân Nhưng khử săt bằng giàn mưa có thể khử được 75 – 80% lượng CO2 sinh ra mà hiệu quả khử Fe vẫn đảm bảo

Lưu lượng công trình thu:

Q = 24P = 1230024 = 512,5 m3

Diện tích mặt bằng của giàn mưa:

F = Q q = 51210,5 = 51,25 m2

Trong đó:

Q: Lưu lượng công trình thu tính theo 1 giờ q: 10 ÷ 15 m3/m2.h Chọn q= 10 m3/m2.h Chọn 2 giàn mưa Diện tích mỗi giàn mưa

Fn = 512,25 = 25,62 m2

Chia giàn mưa thành 4 ngăn Diện tích 1 ngăn là:

f = Fn n = 254,62 = 6,4 m2

Chọn kích thước mỗi giàn là: 3,2m x 2m

Thiết kế giàn mưa gồm 3 tầng

Khoảng cách giữa 2 tầng với nhau là 0,8m

Chiều cao (khoảng cách) giữa 2 ngăn thu là 0,3m

 Tổng chiều cao giàn mưa là: 0,8 x 6 + 0,3 = 5,1m

4 Tính bể lắng tiếp xúc

Lắng (còn gọi là làm trong) là quá trình dùng để tách các chất rắn có thể lắng được hay các bông cặn sau keo tụ tạo bông

Chọn bể lắng đứng tiếp xúc: bể lắng đứng tiếp xúc để cho Fe2+ tiếp xúc với

O2 của không khí tạo điều kiện cho quá trình OXH và thủy phân sắt diễn ra hoàn toàn, đồng thời giữ lại một phần bông cặn nặng trước khi đưa sang bể lọc

Tính toán cho bể lắng đứng tiếp xúc

Thể tích bể: W = QxT60 =512 x60,5 40 = 342 m3

Trong đó:

Q: công suất quá trình thu (lưu lượng công trình thu)

T: thời gian lưu nước trong bể Chọn T= 40 phút

Chiều cao vùng lắng H = 2,5m (QC 33: 2006 – BXD từ 1,5 – 3,5)

Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:

F = H W = 3422,5 = 136,8 m2

Chia bể lắng làm 4 bể như nhau, diện tích mỗi bể là:

f = 4

F

= 4

137

= 34,3 m2

Chọn bể hình chữ nhật có kích thước: 7m x 5m

Chiều cao ngăn phản ứng (chiều cao hình trụ) của bể lắng = 0,9 chiều cao vùng lắng:

Htrụ= 0,9 x 2,5 = 2,25m Chiều cao phần hình nón của bể lắng:

Hnón = (6 0,42)xtg50 = 3,34m

Trong đó: Chiều rộng hố thu cặn ở đáy: 0,4m

Lấy chiều cao bảo vệ là 0,5m

 Chiều cao bể lắng là:

HBL = HT + HN + 0,5 = 3,12 + 3,5+ 0,5 = 7,12m

5 Bể lọc nhanh

Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của đối tượng dùng nước

Bể lọc gồm: vỏ bể, lớp vật liệu lọc, hệ thống thu nước lọc và phân phối nước rửa, hệ thống dẫn nước vào bể lọc và thu nước rửa bể lọc

Bể lọc nhanh có thể là hạt đồng nhất về kích thước và trọng lượng riêng (cát thạch anh) hoặc có thể vật liệu hạt không đồng nhất (bể lọc 2 lớp: lớp trên là than antraxit, lớp dưới là cát thạch anh)

Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý

5 , 5 35 , 0 5 , 0 1 , 0 14 5 , 0 6 , 3 5 , 5 24

12300

x x x

x x

= 95,7m2

Trong đó:

T: thời gian làm việc trong một ngày đem, T= 24h

Q: Công suất trạm xử lý, Q = 12300m3/ngày đêm

a= số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm với chế độ làm việc bình thường a= 0,5 W: cường độ nước rửa lọc, W= 14l/m2.s

VBT = 5,5 m/h Vận tốc lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường

t1 :gian rửa lọc, t1 = 0,1h

t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, t2 = 0,35h

Chọn bể lọc 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh cỡ hạt 0,5 – 1,2mm và than antraxit d = 0,8 – 1,8mm, hệ số không đồng nhất K= 1,5 – 1,7, chiều dày lớp lọc

Lthạch anh = 700 – 800mm, Lthan antraxit = 400 – 500mm

Chế độ làm việc bình thường:

Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:

N = 0,5 F = 0,5x 97 , 62 = 4,9 bể

Chọn số bể lọc là N= 5 bể

Kiểm tra lại với tốc độ lọc tăng cường:

VTC = VBT x

1



N

N

= 8,5x

1 5

5

 = 10,626 (m/h)

VTC: tốc độ lọc tăng cường, theo TCXDVN 33: 2006 thuộc khoảng (8,5 – 11)

 Đảm bảo yêu cầu

Diện tích 1 bể lọc:

f = N F = 975,62 (m2) = 19,5m2 20m2

Chọn kích thước bể: L x B = 5mx 4m= 20m2

Chiều cao bể lọc nhanh:

H = hĐ + hN + hL + hBV

Trong đó:

HĐ : chiều cao từ đáy bể lọc đến mặt trên của lớp vật liệu đỡ, hĐ = 0,7m

HN : chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, hN = 2m

HL: chiều dày lớp vật liệu lọc, hL = 0,8m

HBV: chiều cao bảo vệ, hBV = 0,5m (Chiều cao từ mặt nước đến mặt bể lọc, hBV

≥ 0,3m)

Vậy chiều cao bể lọc:

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

* Đường ống thu nước sạch tới bể chứa: Sử dụng một đường ống chung thu nước từ

bể lọc tới bể chứa Đường ống được đặt ở trên cao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc Đường kính ống từ một bể ra ống thu nước sạch chung với vận tốc nước chảy trong ống thu nước sạch chung là 1,2m/s

Đường kính ống chung:

Dchung =

v

Q



4

= 34,14x0x,141,2 = 0,38m Trong đó:

Q: lưu lượng nước toàn trạm, Q= 12300m3/ngày đêm = 512,5m3/h = 0,14 m/s

v: vận tốc nước chảy trong ống thu nước sạch, v= 1,2m/s

Chọn đường kính ống là 0,4m

6 Bể chứa nước sạch

Thiết kế bể chứa nước sạch có dung tích = 20% công trình thu nước

Thể tích bể là: Qn = 20% x 12300 = 2460m3

Chọn chiều cao của bể là 4m Diện tích mỗi bể là:

F =

4

Q

=

4

2460

= 615 m2

Chọn kích thước mỗi bể là: 31m x 20m

7 Khử trùng nước

Ngoài các tạp chất hữu cơ và vô cơ, nước thiên nhiên còn chứa rất nhiều các

vi sinh vật, vi khuẩn và các loại vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn…Để ngăn ngừa các bệnh dịch, nước cấp cho sinh hoạt phải được khử trùng Với các hệ thống cấp nước công nghiệp cũng cần phải khử sạch các loại vi sinh vật để ngăn ngừa sự kết bám của chúng lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống Các quá trình xử lý cơ học không thể loại trừ được toàn bộ vi sinh vật và vi trùng có trong nước Để tiêu diệt được toàn bộ vi sinh vật cần tiến hành các biện pháp khử trùng

Khử trùng bằng clo và các hợp chất của nó: Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HClO có tác dụng khử trùng rất mạnh Quá trình diệt vi sinh vật xảy

ra qua hai giai đoạn Đầu tiên chất khử trùng khuyết tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào

Phản ứng hóa học xảy ra khi choc lo vào nước:

Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit clohydric: Cl2 + H2O = HClO + HCl

Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O = 2H+ + OCl- + Cl

-Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nước bằng clo:

+ pH: Khi pH tăng thì hiệu quả khử trùng giảm đi

+ Nhiệt độ: Khi nhiệt độ nước tăng thì độ nhớt giảm, chuyển động nhiệt tăng lên làm cho quá trình khuếch tán chất khử trùng qua vỏ tế bào sinh vật tăng lên hiệu quả khử trùng tăng

+ Nồng độ chất khử trùng: Khi tăng nồng độ chất khử trùng, thời gian tác dụng sẽ giảm xuống

a Tính toán lượng clo cần dùng

Phương pháp khử trùng nước bằng clo lỏng sử dụng thiết bị phân phối clo bằng clorator

Lượng clo khử trùng lấy bằng 1mg/l tính theo clo hoạt tính (theo QCXDVN 33: 2006 là 0,7 – 1mg/l)

→ Vậy tổng lượng clo bao gồm cả lượng clo đã dùng để clo hóa sơ bộ và lượng clo khử trùng là:

LCl = LKT + LSB = 1 + 6,45 = 7,45 (mg/l) = 7,45 x 10-3 (kg/m3)

Lượng clo cần dùng trong 1 giờ:

qh

Cl = Q x LCl = 512,5 x 7,45 x 10-3 = 3,8 (kg/h)

Năng suất bố hơi của một bình ở nhiệt độ t= 220C là Cs = 0,7(kg/h)

Số bình clo dùng đồng thời là:

N = 0q,7 = 03,,87 = 5,4 Vậy dùng 5 bình clo sử dụng đồng thời

Lưu lượng nước tính toán cho clorator làm việc lấy bằng 0,6m3/kg clo

Lưu lượng nước cấp cho trạm clo:

Qh

N = 0,6 x 3,8 = 2,28 m3/h = 0,63 (l/s)

Đường kính ống nước:

D =

V

Q



4

= 43x,140,00063x0,6 = 0,037 (m)

Với V: tốc độ nước chảy trong ống 0,6m/s

Lượng clo dùng trong một ngày:

Qngày

Cl = 24 x qh

Cl = 24 x 3,8 = 91,2 (kg/ngày đêm) Lưu lượng nước cấp trong 1 ngày:

Qngày

N = 24x Qh

N = 24x 2,28 = 54,72 (m3/ngày đêm) Lượng clo dự trữ đủ dùng trong 30 ngày:

m= 30 x 91,2 = 2736 (kg) Clo lỏng có tỷ trọng riêng là 1,43(kg/l) nên tổng lượng dung dịch clo là:

Ql

Cl = 27361,43 = 1913 (lít) Chọn 4 bình clo loại 500 lít Chọn thiết bị định lượng clo là: PC5 Chọn 3 clorator

có công suất 1,28 ÷ 20,5kg/l Trong đó có 1 clorator dự trữ

b Cấu tạo trạm chứa clo

 Trạm clo được xây dựng cuối hướng gió

Trạm clo được xây dựng với 2 gian riêng biệt: 1 gian dựng clorator, 1 gian đặt bình clo lỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng biệt

 Trạm được xây cách ly với xung quanh bằng các cửa kín, có hệ thống thông gió thường xuyên bằng quạt thông gió

 Trong trạm có giàn phun nước áp lực cao, có bể chứa dung dịch trung hòa clo, khi có sự cố dung tích bình đủ để trung hòa

Đường kính ống cao su dẫn clo:

dcl = 1,2

V Q

Lưu lượng giây lớn nhất của clo lỏng là:

Q = 36004xq = 4x36000,0038 = 4,2x10-6 (m3/s) Vận tốc đường ống lấy bằng: 0,8m/s

dCl = 1,2 4,02,x810 = 2,3x10-3 m = 2,3mm Ống cao su được đặt trong lòng ống có độ dốc 0,001 đến thùng đựng clo lỏng, ống không có mối nối

CHƯƠNG III KẾT LUẬN

Các thông số tính toán

1 Giàn m aưa

2 Bể lắng đứng tiếp xúc

3 Bể lọc nhanh

Chiều cao bể lọc 4m

4 B ch a n c s chể chứa nước sạch ứa nước sạch ưaớc sạch ạch

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 QCVN 02: 2009 – BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt

2 TCXDVN 33: 2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế

3 Giáo trình xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai Nhà xuất bản xây dựng

4 Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch – Trịnh Xuân Lai Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội

5 Giáo trình xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Nguyễn Thị Thu Thủy Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật