công nghệ và tính toán xử lý nước cấp

đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp Nguồn nước: Ngầm Công suất cấp nước: 2500m3ngày đêm Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: QCVN 02:2009BYT Thuyết minh Bản vẽ sơ đồ công nghệ Bản vẽ tổng mặt bằng khu xử lý

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Vũ Thị Mai

1 Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu dưới đây:

- Nguồn nước: Ngầm

- Công suất cấp nước: 2500m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: QCVN 02:2009/BYT

LỜI MỞ ĐẦU

Nước sạch có vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống cũng như sản xuất của con người Các nguồn nước đang được sử dụng hiên nay cho sinh hoạt là nước mưa, giếng khoan, ao hồ… Những nguồn nước này đang bị ô nhiễm bởi các tác nhân như: chất hữu cơ, vi sinh vật, kim loại nặng…từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nước mưa chảy tràn sinh hoạt của con người Nếu không có các biện pháp ngăn chặn và xử lý kịp thời thì sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏe của con người

Hiện nay có rất nhiều nhà máy xử lý nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống đã và đang sử dụng những dây truyền công nghệ tiên tiến hiện đại để xử lý nước mặt và nước ngầm Việc lựa chọn dây truyền công nghệ phù hợp rất quan trọng và nó phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, yêu cầu của nguồn nước đầu ra, điều kiện kinh tế,

kỹ thuật

Sau đây tôi xin đề xuất dây truyền công nghệ hợp lý để xử lý nguồn nước thô cấp cho sinh hoạt

PHẦN I: LỰA CHỌN DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1.1 Tổng quan về các phương pháp đang áp dụng

- Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước

Làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất để khử Fe có trong nước Hóa chất sử dụng ở đây là Clo – một chất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước,

Mn, H2S Ngoài ra để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải cho thêm vôi cùng với clo Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc

độ phản ứng oxy hóa Fe diễn ra nhanh hơn Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo

- Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m3/ngày đêm đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn

- Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn (đến 3000 m3/ngày đêm) Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn nhưng bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước Bể chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến 3000m3/ngđ

- Bể lắng li tâm: Bể thường được áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao >2000mg/l với công suất >=30000 m3/ng, có hoặc không dùng chất keo tụ

- Bể lọc nhanh: là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vật liệu là cát thạch anh Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền xử

lý nước mặt có dùng chất keo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm

- Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông nhưng có

2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể

- Bể lọc sơ bộ: được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để trong

bể lọc chậm Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông

- Bể lọc áp lực: là một loại bảo vệ nhanh kín, thương được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình trụ ngang cho công suất lớn Loại bể này được áp dụng trong dây chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với công suất trạm xử lý đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất

<500m3/ng và dùng máy nén khí cho công suất bất kì

- Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, có độ màu đến 150 với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10000m3/ng.

1.1.4 Khử trùng

- Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lí nước cấp Trong nước thô có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cần phải khử trùng nước để đảm bảo chất lượng nước phục vụ nhu cầu ăn uống

- Cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng

- Các biện pháp khử trùng: dùng chất oxi hóa mạnh, tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim lọai

1.1.5 Bể chứa nước sạch

- Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3 giờ, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dùng cho các nhu cầu khác của nhà máy

- Bể có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gạch có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể

6 Hàm lượng chất rắn lơ lửng khá cao

Từ những đánh giá trên ta có thể đưa ra 2 phương án xử lý sau:

Bể lọc nhanh

Cấp nước vào mạng lưới

Phèn

1.2.2 Đánh giá 2 phương án

Ưu điểm - Giàn mưa: Dễ vận hành, việc

duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn

- Bể lắng đứng: phù hợp với công suất ≤ 3000 m3/ngày đêm, hiệu qủa cao khi kết hợp với bể phản ứng

- Hệ số khử khí CO2 trong thùng quạt gió là 90 – 95% cao hơn so với giàn mưa

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: không cần xây dựng bể phản ứng, hiệu quả xử lý cao, tốn

- Thùng quạt gió vận hành khó hơn giàn mưa, khó cải tạo khi chất lượng nước đầu vào thay đổi, tốn điện khi vận hành Khi tăng công suất phải xây dựng thêm thùng quạt gió chứ không thể cải tạo

- Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

có kết cấu và vận hành phức tạp, rất nhạy cảm với sự dao động về lưu lượng và nhiệt độ nguồn nước, chế độ quản lý chặt chẽ, phải hoạt động liên tục

→ Qua việc phân tích đánh giá trên ta thấy phương án 1 là hợp lý vì vậy sẽ chọn phương án 1 làm phương án tính toán

PHẦN II: TÍNH TOÁN CHO CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY

TRUYỀN CÔNG NGHỆ 2.1 Tính toán hóa chất keo tụ và thiết bị pha trộn phèn

2.1.1 Xác định liều lượng phèn (Theo điều 6.11 - TCXD 33:2006)

- Chọn phèn nhôm làm hóa chât keo tụ

- Trường hơp 1: Xử lý nước đục: liều lượng phèn để xử lý lấy theo bảng 6.3 - TCXD 33:2006/BXD Với hàm lượng cặn của nước nguồn bằng 130 mg/l nằm trong khoảng

101 – 200 mg/l nên lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước đục là 30 – 40 mg/l Chọn Pp = 35 mg/l

- Trường hợp 2: Xử lý nước có độ màu tính theo công thức:

) / (

- Nồng độ dung dịch phèn trong bể bằng 10 ÷ 17% ( theo TCXD 33:2006)

- Do công xuất của trạm xử lý nhỏ nên sử dụng máy khuấy cánh phẳng với:

+ Số vòng quay 20 ÷ 30 vòng/phút

+ Số cánh quạt: 2

+ Chiều dài cánh tính từ trục quay = 0,4 – 0,45 bề rộng của bể

- Dung tích của bể trộn phèn tính theo công thức:

)(γ 10000

m b

P n Q W

+ Pp liều lượng hóa chất dự tính cho vào nước = 35 (g/m3)

+ n số giờ giữa 2 lần hòa tan, đối với trạm công suất 1200 – 10000 m3/ngày thì

n = 12 giờ

+ bh là nồng độ dung dịch hóa chất trong thùng hòa trộn = 10 %

+ γ là khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3

→ W =

1.10.10000

35.2.2,

104

= 0,44 m3 Chọn kích thước bể: 0,8x0,8x0,8 = 0,512 m3 Lấy chiều cao an toàn là 0,3m (Theo TCXD 33:2006, Hbv = 0,3 – 0,5m)

2.1.3 Bể tiêu thụ ( Bể pha loãng)

- Mục đích: pha loãng dung dịch phèn từ bể hòa tan đến nồng độ 4÷10% (theo TCXD 33:2006)

- Dung tích bể tiêu thụ:

) (

m b

b W W

t

h h

0,88 m3

Chọn các kích thước của bể tiêu thụ là: 0,96 x 0,96 x 0,96 = 0,88 m3 Lấy chiều cao an toàn là 0,3m

2.1.4 Bể trộn cơ khí

- Mục đích: hòa trộn đều dung dịch phèn (từ bể tiêu thụ) với nước cần xử lý

- Nguyên tắc: nước và phèn đi vào bể từ phía đáy bể, sau khi hòa trộn đưa sang bể phản ứng tạo bông

- Chọn phương pháp trộn cơ khí Vì loại bể này có thời gian khuấy trộn ngắn, dung tích của bể nhỏ, tiết kiệm vật liệu xây dựng, có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn

+ Tốc độ quay của cánh khuấy phẳng: 50 – 500 vòng/phút ( nguồn: Sách XLNC của Nguyễn Ngọc Dung)

+ Thời gian khuấy trộn: 30giây – 60giây (nguồn: Sách XLNC của Nguyễn Ngọc Dung)

- Tính toán cho bể trộn cơ khí

+ Chọn thời gian khuấy là t = 40 giây

+ Chiều cao lớp nước là H = D = 1m

4.157,1

→ Hbể = H + Hbv = 1,138 + 0,3 = 1,438 m

2.2 Tính toán hóa chất kiềm hóa và thiết bị pha chế vôi

- Do nước nguồn có độ kiềm thấp và để nâng pH của nước lên nhằm tạo điều kiện cho quá trình khử sắt và mangan đạt hiệu quả cao hơn ta cần phải kiềm hóa nước trước khi làm thoáng

- Chọn hóa chất dùng để kiềm hóa là CaO

- Sử dụng thiết bị pha trộn vôi là bể trộn đứng (Theo điều 6.52 - TCXD 33:2006).a) Tính toán lượng vôi dùng để liềm hóa

Lượng vôi cần để kiềm hóa được tính theo công thức sau (theo TCXD 33:2006)

Trong đó:

+ Pp là hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l) = 35

+ K là đương lượng gam của chất kiềm hóa, K (CaO) = 28

+ e là trọng lượng đương lượng của phèn Vì sử phèn nhôm nên e= 57(mgđ/l)+ k là độ kiềm của nước nguồn = 0,6(mgđ/l)

Vậy lượng vôi cần thiết là: Pk = 29 (mg/l) = 29 (g/m3)

b) Tính toán cho bể trộn đứng

Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn tính với vận tốc nước dâng là

vd = 25mm/s = 0,025m/s (theo điều 6.56 TCVN 33:2006) Khi đó:

ft = 1,156 2

025,0

0289,0

m v

0289,04π

t

2

12

40cot)(

2

=Thể tích phần hình chóp của bể trộn là:

356,0)036,0156,1036,0156,1(2,13

1)(

3

1

m f

f f

f h

t Q

Thể tích phần hình hộp bể trộn là:

3045 , 2 56 , 0 605 ,

W W

Wt = + d = + =

Chiều cao phần trên của bể là:

m f

W h

t

t

156 , 1

045 , 2

=

=

=

Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m

Chiều cao toàn phần của bể là: h = ht+ hd + hbv = ,1 77 + ,1 2 + 0 , 3 = 3 , 27 m

Thiết kế thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau nên lượng nước của máng thu nước là:

1,52

= 0,024 m2Chọn chiều rộng máng bm = 0,25m Khi đó chiều cao lớp nước tính toán trong máng:

- Cấu tạo của giàn mưa gồm:

+ Hệ thống phân phối nước

+ Sàn tung

+ Cửa chớp

+ Hệ thống thu, thoát khí

+ Sàn và ống thu nước

2.3.1 Diện tích bề mặt giàn mưa:

- Diện tích dàn mưa được tính theo công thức:

10,42 2

10

2,104

m q

Q F m

=

=

=Trong đó:

=

=

n F

m2

Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa là: 2,2 x 1,2 (m)

Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ có d = 3mm, khoảng cách giữa các lỗ là 100mm

2.3.2 Chiều cao giàn mưa:

+ Thiết kế giàn mưa có 4 sàn tung nước

+ Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7m

+ Chọn chiều cao ngăn thu nước là 0,3m

→ Chiều cao giàn mưa: H = 0,7 x 4 + 0,3 = 3,1 m

2.3.3 Hệ thống ống phân phối nước:

- Lưu lượng trên mỗi ngăn của giàn mưa:

)/(0072,04

0289,

s m N

Q

q= n = =

- Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốc nước chảy trong ống là v = 0,8 m/s ( Theo TCXD 33:2006/BXD quy định v = 0,8 ÷ 1,2 m/s)

0072,04π

q

2,114,3

0072,04π

0289 , 0 4 π

0289 , 0 4 π

2.3.4 Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng:

- Độ kiềm sau khi làm thoáng:

Ki = Ko – 0,036 x C0

(Fe) = 5,5 – 0,036 x 25 = 4,6 (mg/l)Trong đó: K0 là hàm lượng kiềm ban đầu của nước nguồn sau khi kiềm hóa (mgđ/l)

C0

(Fe) là hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l)

- Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng:

C(CO2) = C0 x(1-a) + 1,6xC0

(Fe)Trong đó: C0 là hàm lượng CO2 ban đầu của nước nguồn (mg/l)

a là hiệu quả khử CO2 của công trinhg làm thoáng, (theo TCXD 33:2006, làm thoáng bằng giàn mưa a = 0,75 – 0,8), chọn a = 0,8

- Kiểm tra điều kiện kiềm hoá nước sau khi làm thoáng: do nước sau khi làm thoáng

có pH ≥ 7, Ki = 4,6 > 2 mgđl/l nên không phải kiềm hóa nước trước khi keo tụ

2.4 Bể lắng đứng

2.4.1 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bể

- Theo chức năng làm việc, bể chia làm hai vùng là vùng lắng có dạng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên và vùng chứa nén cặn có dạng hình nón hoặc hình chóp ở phía dưới Cặn tích lũy ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van xả cặn.

- Nguyên tắc làm việc: Nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi đi xuống dưới qua

bộ phận hãm làm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi vào bể lắng Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đay bể Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc

2.4.2 Tính toán cho bể lắng đứng

a) Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng được tính theo công thức:

( Nguồn: TCXD 33:2006/BXD)

Trong đó:

+ Q là lưu lượng nước tính toán = 104,2 (m3/h)

+ vtt: Tốc độ tính toán của dòng nước đi lên (mm/s) Tốc độ này không được lớn hơn tốc độ lắng của cặn Tra bảng 6.9 – TCXD 33:2006 ta được vtt = 0,5 mm/s

+ N: số bể lắng, chọn N = 2

+ β: hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể lấy trong giới hạn 1,3 – 1,5 Lấy β = 1,5

Do đó: F = 43,42 2

2.5,0.6,3

2,104.5,

b) Diện tích ngăn phản ứng xoáy hình trụ:

)( 60

m N H

T Q

+ H là chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng Chọn chiều cao vùng lắng bằng 5m (Theo TCXD 33:2006 lấy H = 2,6 – 5m)

Khi đó ta có:

f = 2,9 2

2.5,4.60

15.2,104

m

=

c) Đường kính của bể lắng:

m f

F

14,3

9,242,43(14

,3

4)

=

( Nguồn: sách xử lý nước cấp của Nguyễn ngọc Dung)

Ta có: tỷ số D/H = 7,68/5 = 1,5 ( thỏa mãn với giả thiết)

d) Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn:

tg

d D

2,068,7

0

+

=

Do đó, dung tích phần chứa cặn của bể là:

3 2

2

71)4

2,1.68,72,068,7.(

3

46,4.14,3

- Cn là nồng độ cặn trong nước nguồn, Cn = 130 mg/l

- P là liều lượng phèn (g/m3), theo tính toán ở phần 3.1 thì P = 35 g/m3

- K hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, do dùng phèn nhôm nên K = 0,5

- M là độ màu của nước nguồn, M = 50

- V là lượng vôi cho vào nước (mg/l), theo tính toán ở phần 3.2 thì v = 29 mg/l

→ C = 130 + 0,5.35 + 1,92.25 + 0,25.50 + 29 = 237 (mg/l)

Vậy thời gian giữa 2 lần xả cặn là :

)(120)12-237.(

2,104

20000.2.71

h

e) Lượng nước tính cho việc xả cặn được tính theo công thức sau:

%100

T q

N W Kp

2.71.2,

=

P

2.5 Bể lọc nhanh

Chọn bể lọc với 1 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và 1 lớp sỏi đỡ, tính toán với

2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường

2.5.1 Nguyên tắc làm việc của bể lọc nhanh

+ Nguyên tắc làm việc của bể: gồm 2 quá trình

- Quá trình lọc: Nước được dẫn từ bê lắng sang, qua mương phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa vào bể chứa nước sạch

- Quá trình rửa lọc: Nước rửa và khí được cấp vào bể lọc qua hệ thống phân phối nước

và khí rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa, thu vào máng tập trung, rồi được xả ra ngoài heo mương thoát nước Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngừng rửa

Q

- 6,3-

nhất K = 1,5 - 1,7; Chiều dày L = 700 - 800 mm thì vbt = 5m/h

+ a: Số lần rửa bể trong ngày đêm ở chế độ bình thường, a = 2

+ W: Cường độ nước rửa lọc W = 14 (l/s.m2)

+ t1: Thời gian rửa lọc t1 = 5 phút =

60

5

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

Do đó diện tích của bể lọc là: