đồ án xử lý nước ngầm công suất 15000 m3ngđ

đồ án xử lý nước ngầm có chứa sắt, manggan, amoni, dây chuyên xử dụng thùng quạt gió, bể lắng đứng , bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc,Khử trùng là khâu bắt buộc cuối cùng trong xử lý nước cấp. Trong hệ thống này dùng clo để khử trùng. Cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng. Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch.

CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯƠNG NGUỒN NƯỚC

Nguồn nước: ngầm

Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: so sánh với các chỉ tiêu chất lượng nước trong QCVN 02: 2009/BYT (cột I – áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước)

Những thông số cần xử lý để đạt được QCVN 02: 2009/BYT đó là :

Độ đục : vượt 1,2 lần so với quy chuẩn.

Hàm lượng sắt tổng số : vượt gấp 32 lần so với quy chuẩn

Hàm lương amoni : vượt 1,7 lần so với quy chuẩn.

Hàm lượng mangan tổng số : vượt 2,5 lần so với quy chuẩn.

Chương II : ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

1 Các Phương Pháp xử lý nước ngầm

1.1 Kiểm tra mức độ cần thiết clo hóa sơ bộ

Mục đích của clo hóa sơ bộ là:

các kết tủa tương ứng

ứng tạo bông cặn và 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 kỳ lọc.

Nhược điểm của clo hóa sơ bộ:

bể lọc làm tăng giá thành nước xử lý

Từ những lý do trên ta ta nhận thấy trong nước nguồn có chứa sắt, mangan và amoni nhiều nên cần thiết phải clo hóa sơ bộ.

tiến hành kiểm tra để khử clo dư trước khi cấp cho người tiêu dùng

 Tiến hành khử clo dư sau khi lọc bằng natrisunfit (Na 2 SO 3 ).

PTPU : Na 2 SO 3 + Cl 2 + H 2 O => 2 HCL + Na 2 SO 4

Cứ 1 mg clo dư tiêu tốn 3,05 mg Na 2 SO 3

Quá trình diễn ra hoàn tất sau 15 phút.

1.2 Công trình làm thoáng

Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước Làm thoáng trước để khử CO 2 , hòa tan O 2 và nâng giá trị pH của nước Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích là khử CO 2 vì lượng CO 2 trong nước cao sẽ làm giảm pH

mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hóa Fe

+ Hệ thống phân phối nước

+ Sàn tung nước(1-4 sàn) ,mỗi sàn cách nhau 0,8m

+ Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc

+ Sàn và ống thu nước

- Thùng quạt gió : làm thoáng tải trọng cao ( làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió

Cấu tạo: hệ thống phân phối nước và lớp vật liệu tiếp xúc

1.3 Bể lắng

Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng:

- Bể lắng ngang : được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >3000 /ngđ đối với trường hợp có dung phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử

- Bể lắng li tâm : có dạng hình tròn ,đường kính từ 5m trở lên Bể thường áp dụng

để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao > 2000mg/l với công suất 30.000/nđ thì có hoặc không dùng chất keo tụ.

- Bể lọc nhanh : được tính toán theo 2 chế độ làm việc , chế độ bình thường và chế

độ làm việc tăng cường Là bể lọc nhanh 1 chiều ,dòng nước lọc đi từ trên xuống ,có

1 lớp vật liệu là cát thạch anh, được sử dụng trong dây truyền xử lý nước mặt có dung chất keo tụ hay trong dây truyền xử lý nước ngầm Tốc độ lọc từ 2-15 m/s.Tuy nhiên chất lượng lọc không tốt bằng bể lọc chậm

- Bể lọc nhanh hai 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 kì làm việc của bể

- Bể lọc sơ bộ : được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triêt để khi trong bể lọc chậm Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông

- Bể lọc áp lực : loại bể này được áp dụng trong dây truyền xử lý nước mặt có dung 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 300/ngđ, hay dung trong công nghệ khử sắt khi dung ejector thu khí với công suất <500/nđ và dung máy nén khí cho công suất bất kì

- Bể lọc tiếp xúc: thương được dung trong dây truền xử lý nước mặt có dung chất phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, có đọ màu đến 150 với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý công suất đến 10000/nđ.

1.5 Khử trùng

Khử trùng là khâu bắt buộc cuối cùng trong xử lý nước cấp Trong hệ thống này dùng clo để khử trùng Cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch.

1.6 Bể chứa nước sạch.

Bể có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp 1 và trạm bơm cấp

2, dự trữ nước chữa cháy trong ba giở, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dung cho các nhu cầu khác của nhà máy.

2 Xác định chỉ tiêu trước khi làm thoáng

 Độ kiềm của nước sau khi khử sắt

Độ kiềm của nước sau khi khử sắt tính theo công thức:

K i = K o – 0,036 [Fe 2+ ] (mgđl/l)

( Theo công thức 5-1, trang 164, Xử lí nước cấp, Nguyễn Ngọc Dung )

Trong đó :

+ K i : Độ kiềm của nước nguồn sau khi khử sắt (mgđl/l)

+ K o : Độ kiềm ban đầu của nước nguồn (mgđl/l) K 0 = 3 mgdl/l

: Hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l), [Fe 2+ ] = 16 mg/l

 Độ kiềm của nước sau khi khử sắt là:

K i = K o – 0,036 [Fe 2+ ] = 3 – 0,036 16 = 2,424 (mgđl/l)

 Hàm lượng CO 2 trong nước trước khi làm thoáng

Với nước nguồn có pH 0 =6,5; K i = 2,424 (mg- đl/l); P to = 180 (mg); t = 22 0 C

Dựa vào biểu đồ Langelier ta xác định được hàm lượng CO 2 tự do là:

Theo điều 6.242 TCXD 33- 2006 Nếu độ kiềm của nước ngầm K o ≥ (1+ ) , pH của nước sau khi thủy phân sắt có trị số < 6,8 thì áp dụng phương pháp làm thoáng khử khí CO 2 để tăng pH của nước ngầm.

Bước 1: - Hàm lượng CO 2 trước khi làm thoáng ( )

o CO

C

2

= 62 (mg/l)

C (CO2) = C ( CO2)0 (1-a) + 1,6 [Fe 2+ ]

a: Hiệu quả khử CO 2 của công trình làm thoáng Quy đinh trong TCXD 33-2006 Phun mưa trực tiếp trên bề mặt lọc: a = 0.3- 0.35 ( ứng với chiều cao phun mưa > 1m , cường độ tưới <10 m 3 /m 2 h).

Làm thoáng bằng giàn mưa : a= 0,75 – 0,8

Làm thoáng cưỡng bức: a= 0,85-0.9

(Trong quá trình khử sắt rẽ tạo ra CO 2 tự do, trong quá trình làm thoáng phần lớn

CO 2 tự do sẽ được giải phóng ra khỏi nước bay vào không khí.)

Dựa vào biểu đồ Langelier ta xác định được pH = 6,85 (> 6,8 )

Kết luận: Theo TCVN: 33-2006, mục 6.242- 6.243 Trị số kiềm pH ≥ 6,8 , độ kiềm > 1 mgdl/l thì áp dụng biện pháp làm thoáng bằng giàn mưa hay thùng quạt gió Với làm thoáng bằng giàn mưa, pH sau làm thoáng <6,8 Do đó ta phải kiềm hóa nước.

 Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý.

Phương án 1 :

VôiClo hóa sơ bộ

Phương án 2 :

Clorine

Cung cấp mạng

Clo hóa sơ bộ

Thùng quạt gió Bể lắng đứng tiếp xúcTrạm bơm

Xả cặn

Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc

Clorine

So sánh 2 phương án :

+ Dễ vận hành + Việc duy tu, bảo dưỡng

và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn

Bể lắng đứng tiếp xúc : + Thiết kế nhỏ gọn , thuận tiện trong việc xả bùn và tuần hoàn bùn + Tạo điều kiện cho quá trình oxh và thủy phân sắt diễn ra hoàn toàn.

Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc :

Thời gian lọc nhỏ, công suất lớn và nhanh

Thùng quạt gió:

Hệ số khử khí CO 2 trong thùng quạt gió là 90 – 95% cao hơn so với giàn mưa

Cường độ nước lơn nên diện tích xây dựng nhỏ, công trình gọn nhẹ.

Bể đứng tiếp xúc:

+ Thiết kế nhỏ gọn , thuận tiện trong việc xả bùn và tuần hoàn bùn + Tạo điều kiện cho quá trình oxh và thủy phân sắt diễn ra hoàn toàn.

Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc :

Thời gian lọc nhỏ, công suất lớn và nhanh

+ Tạo tiếng ồn khi hoạt Thùng quạt gió + Vận hành khó hơn giàn :

Bể chứa

Cung cấp

động, khối lượng công trình chiếm diện tích lớn.

+ Khi sử dụng giàn mưa trong công trình cần phải kiềm hóa nước gây tốn kém và phức tạp trong quản lý và vận hành.

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.

Tuy nhiên ta thấy phương án 2 khả thi hơn, đáp ứng hiệu quả xử lý và nhu cầu công nghệ Vì vậy chọn phương án 2 làm phương án tính toán.

Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm:

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ.:

Nước được bơm từ giếng lên thùng quạt gió để làm thoáng, có kèm theo clo hóa

cung cấp oxi cho nước Tạo điều kiện để các hợp chất Fe 2+ , Mn 2+ chuyển thành Fe 3+

và Mn 4+ , sau đó Fe 3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH) 3 quá trình này sẽ được tăng cường qua bể lắng tiếp xúc , khi đó một phần hợp chất của sắt, mangan sẽ được lắng ở bể lắng, một phần sẽ được dẫn qua bể lọc

và được lọc sạch tại đó Sau đó, nước sẽ được khử trùng bằng clorua và dẫn vào bể chứa nước sạch để phục vụ cho cấp nước

Cặn được sinh ra từ bể lắng và cặn sau rửa lọc được tập trung tại bể chứa cặn đồng thời nước sau rửa lọc sẽ được đưa trở về thùng quạt gió để xử lý lại.

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ

1. Tính toán thùng quạt gió.

Vật liệu tiếp xúc bên trong là dùng ván gỗ rộng 200mm Dày 10mm đặt cách nhau

50 mm thành 1 lớp, lớp nọ xếp vuông góc với lớp kia và cách nhau bàng các sườn

đỡ là thành gỗ tiết diện 50 × 50 mm,.

a. Diện tích thùng quạt gió:

F= (m 2 ) Trong đó:

- Q: lưu lượng tính toán Q= 15000 m 3 /ngđ = 625 m 3 /h.

- Cường độ mưa tính toán (m 3 /m 2 h)

- Dùng vật liệu tiếp xúc là sàn tre q m = 40 – 50 (m 3 /m 2 h)

- Chọn q m = 45 (m 3 /m 2 h)

F = 625/45 = 13,9 (m 2 ) Chia thùng quạt gió N = 4 thùng

Lưu lượng qua mỗi thùng :

q thùng = = =156,25( m 3 /h) = 0,0434 (m 3 /s) Diện tích mỗi thùng là :

f= = = 3,5( m 2 ) Thiết kế thùng quạt gió hình vuông.

Kích thước mỗi thùng quạt gió : a= = = 1,9 (m)

b. Tính chiều cao thùng quạt gió.

Chiều cao thùng quạt gió được tính theo công thức:

H= H nt + H vltx +H pm (m) Trong đó:

- H nt: chiều cao ngăn thu nước ở đáy, lấy bằng 0,6 m ( H nt ≥ 0,5 m Theo TCXD 33- 2006 )

- H vltx = 2 m ( do Ki = 2,424 )

- H pm = 1,2 m Chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc.

H = 0,6+ 2+1,2 = 3,8 m Thời gian lưu nước trong thùng quạt gió:

T = = = 0,095 (h) = 342 (s)

c. Chọn bơm quạt gió.

nước là :

Q gió = 10×156,25= 1562,5 (m 3 /h) = 0,434 (m 3 /s)

Áp lực gió :

H gió = H vltx + H cb +H sàn + H opp (m) Trong đó:

- H vltx: Tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc 30 × 2= 60 mm

- H cb = 15 mm Tổn thất cục bộ

- H sàn= 10 mm Tổn thất qua lớp sàn phân phối

- H opp = 15 mm Tổn thất qua ống phân phối.

( Tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc lấy bằng 30 mm/ 1 m chiều cao vật liệu, tổn thất qua sàn lấy bàng 10 mm, tổn thất cục bộ lấy bằng 10 ÷ 20 mm, tổn thất ống phân phối lấy bằng 15 ÷ 20 mm )

H gió = 60+15+15+10 = 100m Gió được thổi vào với vận tốc khoảng 20 m/s Đường kính ống gió.

D gió = = = 0,166 m Chọn D gió = 150 mm

Công suất máy thổi gió: N =

Trong đó: : Khối lượng riêng của không khí = 1,165 kg/m 3

η: Hiệu suất máy quạt gió , η = 90 %

N = 10^3 = 0,55 (W)

d. Tính hệ thống phân phối nước lên mỗi thùng quạt gió.

q = == 156,25 ( m 3 /h) = 0,0434 (m 3 /s)

Chọn vận tốc nước chảy trong ống là: v ống = 1 m/s ( giới hạn cho phép là 0,8 – 1,2 m/s)

d ống = = = 0,248 m Chọn d ống = 250 mm

v=== 0,88 ≈0,9 m/s

Hệ thống phấn phối nước cho thùng quạt gió gồm giàn ống chính và ống nhánh được bố trí hình xương cá.

Số ống nhánh:

n= == 9,04 ≈ 9 ống Chọn vận tốc nước chảy trong ống nhánh là: v = 1,5 m/s ( v ≤2 m/s)

Tiết diện ống nhánh là:

F n = = = 3,2 10 -3 (m 2 ) Đường kính ống nhánh: D n = = = 0,064 m

F= = = 0,049 (m 2 ) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 30 % tổng diện tích của ống chính ( quy phạm 30- 35

Lấy vận tốc trong ống xả là : v xả = 1 m/s ( quy chuẩn là 1- 1,5 m/s)

d xả = = = 0,235( m)

Chọn d xả = 0,25 m = 250 mm

Thử lại : v xả = 1,38 m/s (TM)

e. Tính toán hệ thống nước rửa thùng quạt gió.

Chu kỳ rửa thùng quạt gió là 2 ngày

Cường độ nước rửa lọc : w= 14 l/s.m 2 ( tiêu chuẩn là từ 10 – 15 l/s.m 2 )

Lấy ống phân phối nước rửa thùng quạt gió với ống dẫn nước lên thùng quạt gió

là 1 đường ống có đường kính d = 250 mm

Lưu lượng nước rửa thùng quạt gió :

Q r = (m 3 /s)

Trong đó:

f: diện tích thùng quạt gió f= = = 2,83 m 2

w: cường độ nước rửa lọc w= 14 l/s.m 2

 Q r = = 0,04 (m 3 /s) Cường độ gió rửa lọc : w g = 18 l/s.m 2 ( tiêu chuẩn 15- 20 l/s.m 2 )

Lưu lượng gió rửa thùng là:

Q g = = = 0,05 (m 3 /s)

2. Bể lắng đứng tiếp xúc.

a Xác định dung tích bể

W = ( m 3 ) Trong đó:

- Q: công suất trạm xử lý (m 3 /h ) Q = 625 (m 3 /h )

- T: Thời gian lưu nước lại trong bể T = 40 phút

 W = = 416,7 ( m 3 ) Lấy chiều cao vùng lắng của bể là 2,7 ( quy phạm từ 1,5 m – 3,5 m)

Tốc độ nước dâng trong bể là :

Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:

F= = = 154 (m 2 ) Chia làm N= 4 bể , diện tích mỗi bể sẽ là :

F bể = = (m 2 ) Lưu lượng nước qua mỗi bể:

Q bể= = = 156,25( m 3 /h) = 43,4 l/s Tốc độ nước chảy trong ống trung tâm là v= 0,88 m/s thì đường kính ống trung tâm là d= 250 mm

Diện tích mặt cát ngang của ống trung tâm :

f= = =0,05 (m 2 ) Tổng diện tích của bể , kể cả ống trung tâm :

∑F = F bể +f = 38,5 + 0,05 = 38,55( m 2 ) Đường kính bể lắng tiếp xúc:

D bl = = 7 (m ) Chọn D bl = 7 m

Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ :

H trụ = = = 3,4 (m ) Chiều cao phần hình nón là :

H nón = (m)

Trong đó: D bl = 7 m Đường kính bể lắng đứng

d c = 0,3 m Đường kính hố xả cặn

α = 40 0 Góc tạo thành giữa phần hình nón và hình trụ đứng.

 H nón = = 4(m) Chọn H nón = 2,8 m

Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc là:

H = H trụ + H nón + H bv = 3,4+4+0,5 = 7,9 m

( chọn H bv = 0,5 m) Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn có thể xác đinh theo CT:

T = (h) Trong đó:

- W c : Dung tích phần chứa cặn của bể lắng (m 3 )

W c = =

= = 53,58 (m 3 )

- C max : nồng độ cặn trong nước đưa vào bể lắng.

C max = C + KP+ 0,25M+ v Trong đó:

mangan + hàm lượng cặn lơ lửng = 30,57+ 0,7 + 12 = 43,3 mg/l

 K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng Đối với phèn sạch lấy

K = 0,5; Với phèn không sạch K =1,0; Với sắt Clorua K = 0,7.

Hàm lượng cặn phát sinh sau làm thoáng

P= = 0,343 (%)

b Hệ thống máng thu nước.

Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và

6 máng hình quạt nan quạt chảy tập trung vào máng chính

Nước chảy theo 2 chiều

f v = (m 2 ) Trong đó:

Q = 625 (m 3 /h) = 0,1736 (m 3 /s)

v: vận tốc nước chảy trong máng, v = 0,6÷0,7 (m/s), chọn v = 0,6 m/s

 f v = = 0,036 (m 2 ) vậy : Thiết kế máng có tiết diện ( 0,2.0,18 ) m

Tiết diện ngang của máng nan quạt:

f q = = = 0,012 (m 2 ) Chọn tiết diện máng nan quạt (0,12 0,1) m

3. Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc.

 Nhiệm vụ: Loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng đứng.

Khử mangan nhờ lớp axit mangan trên bề mặt cát lọc.

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Bể lọc nhanh thiết kế dưới đây sử dụng 2 lớp vật

liệu lọc là cát thạch anh và than antraxit.

Q F

6 , 3

Trong đó.

- Q: Công suất trạm xử lý Q = 15000 m 3 / ngày.

- T: Thời gian làm việc của trạm xử lý T = 24h.

- v bt : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường v bt = 7 m/h

- W: Cường độ rửa lọc W = 14 l/sm 2

- t1: Thời gian rửa bể lọc t1=6 phút.

- t2: Thời gian ngừng bể lọc để sữa chửa hoặc để rửa t21 =0,35h

=>

) ( 98 7 35 0 2 1 0 14 6 3 7 24

(Nằm trong khoảng 8,5 – 12 m/h)

 Diện tích mỗi bể:

F bể = = =19,6 (m 2 ) Chọn kích thước mỗi bể lọc: L x B = 5 x 4 = 20 m 2

 Chiều cao của bể lọc nhanh hai lớp vật liệu:

p n vl

S h h h h

H = + + + .

Trong đó.

b. Tính hệ thống ống phân phối nước rửa lọc

Để phân phối nước rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc cát đuôi vừa có rãnh gió, sản xuất bàng nhựa ABS, khe hở 0.4-0,8 mm,có đường kính phía trên 70mm và tổng chiều dài 182 mm.

Chọn phương pháp phân phối khí và nước bằng chụp lọc.

Số chụp lọc lấy n = 36 cái/1 m 2 diện tích lọc ( 33-2006TCXDVN)

 Tổng số chụp lọc trên toàn bộ bể là: