công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp công suất 600m3 nagỳ đem

công nghệ và tính toán các công trình chính trong hệ thống xử lý nước cấp công suất 600m3 nagỳ đem Nguồn nước : nước ngầm Công suất cấp nước : 600m ngày đêm Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước : QCVN 02:2009BYT Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị QCVN 02:2009 (CỘT 1) Nhiệt độ C pH 5,5 6,0 8,5 Độ màu TCU 12 15 Độ đục NTU 7 5 Độ kiềm mgCaCO l mgl 5 Tổng hàm lượng muối hòa tan mgl 325 Hàm lượng amoni mgl 3 Hàm lượng sắt tổng số mgl 12 0,5 Hàm lượng mangan tổng số mgl 0,1 Ghi chú: QCVN 02:2009 : Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt Cột I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước

MỞ ĐẦU

Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật Không có nước cuộc sống trên tráiđất không thể tồn tại được Hàng ngày trung bình mọi người cần từ 3-10 lít đápứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày Trong sinh hoạt nước cấp dùngđáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các họat động giải trí, và các họatđộng công cộng khác…Còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trìnhlàm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu như mọingành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gìthay thế được trong sản xuất

Tùy thuộc vào mức độ phát triền công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp củamọi cộng đồng mà nhu cầu về nước cấp với số lượng và chất lượng khác nhau

Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân sốnguồn nước càng ngày bị ô nhiễm và cạn kiệt …

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

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHUNG VỀ NƯỚC NGẦM

-Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định

-Không có ôxy hòa tan nhưng có chứa nhiều khí: CO2, H2S…

-Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magiê, flo

-Không có sự hiện diện của vi sinh vật

Một số nơi nước ngầm còn có độ cứng khá cao, đôi khi còn bị nhiễm nitrat,nhiễm mặn, asen…

Nước chứa nhiều ion kim loại (độ cứng lớn) xử lý bằng vôi, sôđa hoặc dùngphương pháp trao đổi ion Nước chứa nhiều độc tố H2S xử lý bằng phương phápoxy hóa, clo hóa, phèn.

Nước chứa nhiều vi khuẩn thì phải khử trùng bằng các hợp chất chứa clo,ozon

Nước chứa Fe thì oxy hóa Fe2+ bằng oxy không khí (làm thóang giàn mưa)hoặc dùng chất oxy hóa để xử lý…

Độ kiềm của nước nhỏ làm cho quá trình keo tụ khó khăn, nước có mùi vịthì phải kiềm hóa bằng amoniac (NH3) Sau khi cacbon hóa, clo hóa sơ bộ rồithêm KMnO4

Nước có nhiều oxy hòa tan thì phải xử lý bằng cách dùng các chất khử đểliên kết oxy Đó là hydrazin, natrithisunfat…

Nhìn chung các phương pháp xử lý hóa học thường đạt năng suất và có hiệuquả cao

c Phương pháp vi sinh

Trên thế giới hiện nay phương pháp xử lý nước bằng vi sinh đang đượcnghiên cứu và có một số nơi đã áp dụng Trong phương pháp này một số chủngloại vi sinh đặc biệt đã được nuôi cấy và được đưa vào trong quá trìng xử lýnước với liều lượng rất nhỏ nhưng đạt hiệu quả cao Tuy nhiên cho đến naynhững kết quả nghiên cứu của phương pháp này chưa được công bố rộng rãi.Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lãnh vực khác nhau màngườt ta đã sử dung cac phương pháp khác nhau để xử lý nước cấp cho lãnnhvực đó Thông thường thì người ta kết hợp cả 2 phương pháp cơ học và hóa học

để xử lý nước

CHƯƠNG II XỬ LÝ NƯỚC

1 Đề bài

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

- Nguồn nước : nước ngầm

- Công suất cấp nước : 600m 3 / ngày đêm

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

-Ghi chú: QCVN 02:2009 : Quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt

Cột I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước

Nhận xét : Nhìn vào bảng chỉ tiêu và so sánh với quy chuẩn ta có thể thấy, một số

chỉ tiêu vượt mức quy chuẩn quy định:

- Chỉ tiêu pH gấp 1,1 lần( kết quả 5.5 > quy định 6,0),

- Chỉ tiêu độ đục gấp 1,4 lần ( kết quả 7 > quy định 5),

- Hàm lượng sắt tổng số gấp 24 lần ( kết quả 12> quy định 0.5)

- Còn lại các chỉ tiêu khác nằm trong quy chuẩn cho phép QCVN 02:2009/BYT là quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt

2 Đề xuất phương án xử lý

Phương án 1

Xả cặn

Cấp nước Nước ngầm

Nguồn nước bơm từ giếng lên được đưa qua công trình làm thoáng ngằm mục đích khử sắt và mangan có trong nguồn nước Sau đó nước được tiếp tục đưa qua bể lọc để làm trong – khử màu nước, sau công đoạn lọc nước được dẫn vào bể tiếp xúc khử trùng và đưa vào mạng lưới cấp nước Lượng nước rửa lọc sẽ được dẫn qua bể lắng nước rửa lọc , theo chu kì cặn được xả ra ngoài

Ưu điểm: quy trình đơn giản, vốn đầu tư thấp, thích hợp cho những nguồn

nước ngầm tương đối sạch

Nhược điểm: chỉ sử dụng cho nguồn nước ngầm có chất lượng loại A, đối

với các nguồn nước nhiễm sắt cao thì khi áp dụng quy trình trên chất lượng nước

ra sẽ không đảm bảo chất lượng

Phương án 2:

làmthoáng

Lắng nước rửa lọc

khử trùng

phèn

Clo

nước ngầm cấp nước

Xả cặn ra hồ nén cặn

Nước bơm từ giếng lên được vào bể trộn, dung dịch phèn cũng được đưa vào bể để tiến hành quá trình trộn Sau đó nước được đưa qua bể keo tụ tạo bông, tiếp tục qua bể lắng, bể lọc và cuối cùng nước được đưa vào bể tiếp xúc khử trùng nhằm ổn định nước trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước Cặn từ bể lắng theo đường ống ra hồ nén cặn Nước từ quá trình rửa lọc được đưa qua bể lắng nước rửalọc, lượng nước sau khi lắng được tuần hoàn trở lại vào bể keo tụ tạo bông

Ưu điểm: hiệu quả khủ sắt cao, tận dụng được lượng nước rửa lọc, vận hành

đơn giản

Nhược điểm: chi phí xây dựng cao, chỉ thích hợp cho nguồn nước ngầm có

chất lượng nước đạt tiêu chuẩn loại B

Trộn

Lắng nước rửa lọc

Keo tụ tạo bông

Tiếp xúc khử trùng

Phương án 3

phèn Clo

Nước nước cấpngầm

` Xả cặn

Nước bơm từ giếng lên được đưa qua hệ thống làm thoáng tự nhiên bằng dàn mưa Tiếp tục nước được đưa qua bể lắng cùng với dung dịch phèn, sau công đoạn này hàm lượng sắt trong nước Sau đó nước được đưa qua bể lọc với mục đích loại trừ những cặn các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng Sau quá trình lọc nước được đưa vào bể ổn định nước, dung dịch clo được đưa vào trên đường ống dẫn đến bể ổn định nước nhằm khử trùng Nước rửa lọc được đẫn đén

hồ chứa nước rửa, tại đây quá trình lắng xảy ra Cặn thu được từ bể lắng và hồ chứa nước rửa được xả ra ngoài

Ưu điểm: chất lượng nước đầu ra tốt đủ tiêu chuẩn đưa vào mạng lưới cấp

nước, thích hợp cho nguồn nước ngầm có hàm lượng sắt cao

Nhược điểm: chi phí xây dựng và vận hành cao, thích hợp với nguồn nước

ngầm có chất lượng tương đối tốt

Làm

thoáng

Hồ chứa nước rửa

định nước Trộn

Với nồng độ Fe trong nước vượt cao, độ đục và pH vượt mức QCVN cho phép, thì

phương án xử lý tối ưu nhất là Phương án 3

Các công trình xử lý và nhiệm vụ của chúng

3 Bể lắng ngang

Nhiệm vụ

Lắng đọng cặn sinh ra trong các phản ứng, cặn vôi, cặn tạo ra trong quá trìnhoxy hóa sắt và mangan

Tăng thời gian để các phản ứng oxy xảy ra hoàn toàn

Cấu tạo: bể lắng ngang thu nước ở cuối.

Nguyên lý hoạt động: nước được phân phối vào đầu bể lắng sau đó đi quacác lỗ trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng, tại đây các phản ứng oxy hóa tiếp tụcxảy ra và tạo kết tủa rồi lắng xuống đáy bể Nước sau khi từ đầu bể đến cuối bể sẽ

đi qua các lỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước ở cuối dẫn vàomương thu nước và phân phối nước đi vào các bể lọc Cặn lắng được xả ra ngoàitheo định kỳ bằng áp lực thủy tĩnh qua dàn ống thu xả cặn

4 Bể lọc

Nhiệm vụ

Loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng

Khử mangan nhờ lớp oxit mangan trên bề mặt cát lọc

Dạng bể lọc: bể lọc nhanh

Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Bể lọc nhanh thiết kế dưới đây sử dụng hai lớp vật liệu lọc là cát thạch anh

và than antraxit

Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qualớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa về bể chứa nướcsạch

Khi rửa: nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc,qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nướcrửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước Quá trình rửađược tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng

Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc Docát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay saurửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa

5 Khử trùng nước

Nhiệm vụ

Dùng để sát trùng nước trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước

Để Clo hóa nước cần phải có kho chứa Clo tiêu thụ hằng ngày, thiết bị đểClo hóa nước thành hơi và thiết bị định lượng Clo (Clorator)

Ống dẫn Clo có độ dốc chung 0,01 về phía thùng đựng Clo lỏng và không được phép có các mối nốicó thể tạo thành các vật chắn thủy lực hoặc nút khí Ống dẫn Clo phải dùng loại vật liệu chịu được nước Clo

4 Xác định và đánh giá các chỉ tiêu nguồn nước

Ta có tổng hàm lượng các muối hòa tan trong nước là P = 325 mg/l

Xác định CO2 tự do trong nước nguồn

Lượng CO2 trong nước nguồn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ kiềm Ki, pH và được xác định theo biểu đồ Langlier ( Hình 3.1 : Biều đồ quan hệ giữa Ki, CO2 và độ

pH trong nước, sách Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung)

Với P= 325mg/l

Chọn nhiệt độ T =250C

pH = 5,5

Độ kiềm K i0 = 5mg/l

Tra bảng Langlier ta xác định được hàm lượng CO2tự do là 14mg/l

Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng

Độ kiềm sau làm thoáng được xác định theo công thức

CHƯƠNG III CÔNG THỨC TÍNH TOÁN

- Chọn diện tích mặt bằng cho giàn mưa là dài x rộng = 2,5 x 1 m Chia thành hai

ngăn, mỗi ngăn có kích thước dài x rộng = 1,25 x 1 m Việc chia ngăn nhằm tạođiều kiện thuận lợi cho quá trình vệ sinh hay sửa chữa giàn mưa

- Chọn số sàn tung: 3

- Chiều cao hiệu quả đối với giàn mưa là 2 m, vậy ta chọn khoảng cách giữa cácsàn tung là 0,5 m

- Chiều cao phần làm thoáng là: 0,5 x 3 = 1,5 m

- Đường kính lỗ cũng như số lỗ trên một sàn tung

hai cửa chớp kế tiếp là 200 mm, cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộchiều cao giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí Các cửa chớp được xâydựng cách mép ngoài của sàn tung 0,6 m, khoảng cách này dùng làm lối đi xungquanh khi tiến hành vệ sinh giàn mưa.

- Sàn thu nước: được đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc 200 về phía ống dẫn nướcsau 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

- Diện tích ống dẫn nước là:

S= Q

v=

600 86400.1.1=6,9.10

−3

(m2)≈ ¿ ¿

0,007 mTrong đó: Vận tốc dòng nước theo quy phạm từ 1-1,5 m/s, chọn v =1m/s

- 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 giàn mưa

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 dài bằngchiều 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 =√600 486400.2 π 1 = 0,066mChọn đường kính ống phân phối chính là 70 mm, kiểm tra lại vận tốc nướcchảy trong ống :

v= Q.4 π.D2=600.4 ¿

- 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:

- Số lỗ= tổng diện tích lỗ/diện tích một lỗ

1,110−3π.0, 0122

4

=10

(lỗ)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 thời giannước đọng lại trên sàn tung):

t=√2 xh g =√2 x1,5 9,81 =0,555 (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

→ Đường kính d= 76 mm

Kiểm tra lại vận tốc ta có:

T: thời gian lưu nước trong bể (h) Chọn T = 2h

Chọn chiều cao vùng lắng H = 2 m ( chiều cao này từ 2- 3,5 m

Chọn hệ thống xử lý gồm một bể lắng chia thành hai ngăn lắng, mỗi ngănxem như một bể lắng nhỏ Chọn chiều rộng bể lắng là 4 m, chiều rộng mỗi ngănlắng là 2 m (theo TCXDVN 33- 2006 chiều rộng này lấy không quá 6 m)

-Chiều dài của bể lắng là:

- Tổng diện tích các lỗ phân phối trong một bể lắng là:

Tổng Slưu lượng nước vào bể/vận tốc nước =

60086400.0,2.2=0,017(m

2)

Trong đó:

- Theo vận tốc này 0,2- 0,3 m/s, chọn vận tốc nước là 0,2 m/s

- Chọn lỗ hình vuông kích thước 40 x 40 mm Tổng số lỗ trên một vách phânphối trong ngăn lắng là:

- Tổng số lỗ = tổng diện tích lỗ/kích thước một lỗ:

0,017 0,04 x0,04=11 (lỗ)

Chọn số lỗ phân phối trên vách phân phối trong ngăn lắng là 11 lỗ

Kiểm tra lại vận tốc nước chảy qua lỗ:

v = lưu lượng vào một bể/tổng diện tích lỗ =

600

86400.11.0,04.0,04.2=0,197(m/s)

Chiều cao hữu ích của vách phân phối chính bằng chiều cao vùng lắng trong

bể

- Diện tích hữu ích của vách phân phối nước vào là: 2 x 3 = 6 m2

Chọn lỗ phân phối được bố trí cách chiều cao lớp cặn 0,3 m (chiều cao này0,3 -0,5m)

Chọn chiều cao hàng lỗ dưới cùng cách lớp cặn 0,3 m, chiều cao vùng chứacặn 1m Vậy hàng lỗ dưới cùng cách đáy bể 1,3 m

- Chiều dài làm việc của bể lắng là:

Sử dụng một ống thu khoảng cách giữa ống và tường bể là 1m

- Lưu lượng nước dùng tính đường kính ống thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng tínhtoán

→Lưu lượng nước chảy vào mỗi ống thu trong một ngăn lắng là:

Q ống=

1,3 600

86400 2=4,5 10

−3 (m3/s)

Theo TCXDVN 33- 2006 vận tốc nước chảy trong ống thu 0,6 -0,8 m/s,

- Đường kính ống thu nước:

I=1,7

5 =0 ,34(m)

Tính chiều cao bể lắng

Chiều cao từ mực nước đến sàn công tác là 0,3 m (theo quy phạm chiều caonày 0,3-0,5 m) Chọn phương pháp xả cặn bằng thủy lực, chọn chiều cao vùngchứa cặn 1m Chiều cao từ lớp cặn đến vùng lắng 0,3m.

- Chiều cao bể lắng là:

H= HI + Hcc + Hct = 2 + 1,3 + 0,3 = 3,6 m

Trong đó:

HI: Chiều cao vùng lắng

Hcc: Chiều cao vùng chứa cặn

Hct: Chiều cao sàn công tác

Hệ thống thu xả cặn: sử dụng ống thu xả cặn đặt ở trung tâm bể lắng dọctheo chiều dài bể

Chọn khoảng các giữa các lỗ xả cặn 400mm (theo quy phạm khoảng cách

-Vậy số lỗ trên ống xả cặn là: (5,20,4+1)x2=28

(lỗ)Đáy bể lắng ngang có độ dốc theo chiều dọc là 0,02 theo chiều ngược vớichiều nước chảy và độ dốc ngang từ thành bể về phía ống thu cặn là 45o

- Vận tốc trung bình của dòng nước trong bể lắng là:

2 B H lang=

60086400.2.2.2=8,6.10

−4

(m/s)

Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào bể lọc:máng này được xây dựng bằng bê tông cốt thép ở cuối bể lắng, ba ống thu nướccùng chảy vào một máng thu

-Lưu lượng tính toán máng thu lấy hơn 30% lưu lượng xử lý

→Qtt= 1,3

600

86400 =9.10-3(m3/s)Chọn chiều cao chảy vào máng thu là 0,6 m

→Diện tích mặt cắt ngang máng thu là:

Bảng 2: Các thông số tính toán bể lắng ngang

Chiều dài x chiều rộng mỗi ngăn 6,5 x 4 m

4 Bể lọc

Bể lọc nhanh thiết kế dưới đây sử dụng hai lớp vật liệu lọc là cát thạch anh

và than antraxit có các thông số sau đây( tra bảng 6.11, mục 6.103, TCXDVN 2006):

33-Cát thạch anh:

Đường kính hạt: d = 0,5-1,2 mmĐường kính hiệu dụng: d10= 0,6-6,5 mm

Hệ số không đồng nhất: k=1,5-1,7 Chiều dài của lớp vật liệu lọc:700- 800 mm

Than antraxit:

Đường kính hạt: d = 0,8 – 1,8 mmĐường kính hiệu dụng: d10= 0,9 – 1,1 mm

Hệ số không đồng nhất: k=1,5-1,7

Chọn tốc độ lọc: v= 7 m/h

Chu kỳ lọc: 12h Sử dụng biện pháp rửa lọc gió nước kết hợp

Tính toán số bể lọc và diện tích mỗi bể lọc

= 1 lần

W: cường độ nước rửa lọc 14 l/s.m2

t1: thời gian rửa lọc, thời gian rửa nước 7 phút

t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, 30 phút = 0,5 h