Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt cho khu dân cư có dân số 13000 người

Chính vì vậy, trước khi đưa nướcvào sử dụng, cần phải tiến hành xử lý chúng Với đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt cho khudân cư có dân số 13.000 người” nh

LỜI MỞ ĐẦU

Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong cuộc sống củacon người.Đối với khu dân cư có số dân là 13000 người, nước phục vụ cho các mụcđích sinh hoạt,, trong sản xuất, phục vụ cho hàng loạt ngành công nghiệp khácnhau, nâng cao đời sống tinh thần của người dân Chính vì vậy, trước khi đưa nướcvào sử dụng, cần phải tiến hành xử lý chúng

Với đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt cho khudân cư có dân số 13.000 người” nhằm đề ra được phương án thiết kế 1 hệ thống xử

lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt có hiệu quả cao và chi phí vận hành thấp, đặcbiệt là đạt yêu cầu về chất lượng cũng như đáp ứng cho mục đích sử dụng nước củangười dân

Đồ án gồm 5 chương :

Chương I : Giới thiệu chung về đề tài đồ án môn học

Chương II : Tổng quan về các phương pháp xử lý nước mặt

Chương III : Đề xuất phương án và xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặtChương IV : Tính toán hóa chất và các công trình đơn vị

Chương V : Kết luận và kiến nghị

Nội dung của đồ án của em chủ yếu cung cấp các kiến thức cơ bản về xử lý nướccấp sử dụng nguồn nước mặt , các phương án công nghệ cho hệ thống xử lý nước vàtính toán các công trình trong trạm xử lý nước Trong khi làm đồ án, không tránhkhỏi có những sai sót Rất mong có sự góp ý của thầy, cô để em có thể rút kinhnghiệm cho lần sau

Sinh Viên Thực Hiện

đó có thể thiết kế ra các công trình đơn vị nhằm mục đích đem lại một nguồn nướcsạch đạt yêu cầu trước khi cung cấp cho mạng lưới cấp nước cho khu dân cư với sốdân là 13000 người.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 6 năm 2013

Sinh ViênNguyễn Thị Kiều Diễm

NHẬN XÉT CỦA GVHD

KÝ TÊN NHẬN XÉT CỦA GV PHẢN BIỆN

KÝ TÊN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU i

LỜI CẢM ƠN ii

NHẬN XÉT CỦA GVHD iii

NHẬN XÉT CỦA GV PHẢN BIỆN iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii

DANH SÁCH BẢNG 1

DANH SÁCH HÌNH 1

CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2

1.1 Giới thiệu chung 2

1.2 Nhiệm vụ 2

1.2.1 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán 2

a Lập bảng thuyết minh tính toán bao gồm 2

b Các bản vẽ kỹ thuật 2

CHƯƠNG II:TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 3

2.1 Tổng quan về các phương pháp 3

2.1.1 Các biện pháp xử lý 3

2.2.2 Một số công đoạn xử lý nước cơ bản 3

a Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn 3

b Quá trình lắng 4

c Quá trình lọc 4

d Khử trùng nước 4

e Ổn định nước 5

CHƯƠNG III:ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ XỬ LÝ NƯỚC CẤP SỬ DỤNG NGUỒN NƯỚC MẶT 6

3.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ 6

3.1.1 Mục đích của đồ án 6

3.1.2 Thông số chất lượng nước thô – yêu cầu đầu ra 6

3.2 Đề xuất phương án xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt 8

3.2.1 Phương án công nghệ 1 8

3.2.2 Phương án công nghệ 2 10

3.3 Lựa chon phương án xử lý 11

3.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 12

3.4.1 Bể hòa trộn cơ khí 12

3.4.2 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng 12

3.4.3 Bể lắng ngang 12

3.4.4 Bể lọc nhanh 12

3.4.5 Bể chứa nước sạch 12

3.4.6 Trạm bơm cấp 2 13

3.5 Hiệu quả xử lý 13

3.6 Tính toán lưu lượng trạm xử lý : 13

CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN HÓA CHẤT VÀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 16

4.1 Tính toán lượng hóa chất cần dùng 16

4.1.1 Phèn nhôm 16

a Liều lượng phèn nhôm cần sử dụng 16

b Tính toán dung tích kho chứa phèn 16

c Thiết bị hòa tan, tiêu thụ và định lượng phèn 17

4.2 Tính toán các công trình đơn vị 22

4.2.1 Bể trộn cơ khí 22

a Nhiệm vụ 22

b Tính toán 22

4.2.2 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng : 24

4.2.3 Bể lắng ngang 26

a Nhiệm vụ 26

b Tính toán 26

4.2.4 Bể lọc nhanh 30

a Chức năng 30

b Tính toán 31

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

5.1 Kết luận 41

5.2 Kiến nghị 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

B

H SVTH

Chiều rộngChiều cao Sinh viên thực hiệnGiáo viên hướng dẫn

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 3.1.1: Thông số trong nước cần xử lý 6 Bảng 3.1.2: Thông số chất lượng nước thô 7

DANH SÁCH HÌNH

Hình 3.2.1: Sơ đồ công nghệ phương án 1 10 Hình 3.2.2: Sơ đồ công nghệ phương án 2 11

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Nước là một nhu cầu thiết yếu đối với mọi sinh vật trên trái đất Không có nướccuộc sống trên trái đất không thể tồn tại Nước trong tự nhiên được sử dụng để cấpcho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất có chất lượng rất khác nhau Đối với nướcmặt thường có độ đục, độ màu và hàm lượng vi sinh vật cao

Vì vậy, em chọn đề tài thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nướcmặt cho khu dân cư có dân số 13000 người nhằm đề ra được phương án thiết kế 1

hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt có hiệu quả cao và chi phí vậnhành thấp, đặc biệt là đạt yêu cầu về chất lượng cũng như đáp ứng cho mục đích sửdụng nước của người dân

1.2 NHIỆM VỤ

1.2.1 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

a Lập bảng thuyết minh tính toán bao gồm:

Đề xuất 2 phương án công nghệ xử lý nước cấp cho khu dân cư trên và

từ đó phân tích lựa chọn công nghệ thích hợp

Tính toán 3 công trình đơn vị sau : bể hòa trộn, bể lắng, bể lọc củaphương án sau

Tính toán và lựa chọn thiết bị (bơm nước, thiết bị khuấy trộn,…)chocác công trình đơn vị tính toán trên

a1 Biện pháp cơ học: sử dụng cơ học để giữ lại cặn không tan trong nướcnhư: lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc

b1 Biện pháp hóa học: dùng các hóa chất cho vào nước để xử lý nước nhưkeo tụ bằng phèn, khử trùng bằng Clorator, kiềm hóa nước bằng vôi, dùnghóa chất để diệt tảo

c1 Biện pháp lý học: dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại,sóng siêu âm,điện phân nước để khử muối Khử khí CO2 trong nước bằngbiện pháp làm thoáng

Trong 3 biện pháp xử lý nước nêu ra ở trên thì biện pháp cơ học là biện pháp xử lýnước cơ bản nhất Có thể dùng các biện pháp cơ học để xử lý nước một cách độc lậphoặc kết hợp với biện pháp hóa học và lý học để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệuquả xử lý nước Trong thực tế, để đạt mục đích xử lý một nguồn nước nào đó một cách kinh tế và hiệu quả nhất phải thực hiện quá trình xử lý bằng sự kết hợp của nhiều phương pháp

2.2.2 Một số công đoạn xử lý nước cơ bản

a Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn

Keo tụ và bông cặn là quá trình tạo ra các tác nhân có khả năng kết dính các chấtlàm bẩn nước ở dạng lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng được trong bểlắng hay kết dính trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tếnhất

Khi trộn đều phèn với nước cần xử lý, các phản ứng hóa học và hóa lý xảy ra tạothành hệ keo dương phân tán đều trong nước Do đó, quá trình tạo nhân kết dính gọi

là quá trình keo tụ còn quá trình kết dính cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trìnhphản ứng tạo bông cặn

Trong kỹ thuật xử lý thường dùng phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeCl3,

Fe2(SO4)3 và FeSO4 Nhưng hiện nay ở Việt Nam thường sử dụng phèn nhôm, cònphèn sắt có hiệu quả keo tụ cao, nhưng các quá trình khác như sản xuất, vậnchuyển, phức tạp và trong quá trình xử lý dễ làm nước có màu vàng nên ít được sửdụng trong kỹ thuật xử lý nước cấp

b Quá trình lắng

Đây là quá trình làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn bằng cácbiện pháp trọng lực trong các bể lắng, khi đó các hạt cặn có tỷ trọng lớn hơn nước ởchế độ thủy lực thích hợp sẽ lắng xuống đáy bể.

Cùng với việc lắng cặn, quá trình lắng còn làm giảm được 90 – 95% vi trùng cótrong nước do vi trùng luôn bị hấp thụ và dính bám vào các hạt bông cặn trong quátrình lắng

c Quá trình lọc

Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thướclớn hơn kích các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữa lại các hạt keo sắt, keohữu cơ gây ra độ đục và độ màu, có kích thước bé hơn nhiều lần kích thước các lỗrỗng, nhưng có khả năng dính kết và hấp phụ lên bề mặt hạt lớp vật liệu lọc

d Khử trùng nước

Việc đảm bảo vệ sinh về mặt sinh lý khi cấp cho người tiêu dùng đòi hỏi phải cóquá trình khử trùng nước Để khử trùng nước, dùng các biện pháp tiêu diệt vi sinhtrong nước như:

- Đun sôi nước

về chất lượng nước ăn uống ).

3.1.2 Thông số chất lượng nước thô – yêu cầu đầu ra

Các thông số chất lượng nước thô đầu vào xét theo tiêu chuẩn nước mặt

Yêu cầu chất lượng nước đầu ra là đạt tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượngnước cấp cho ăn uống và sinh hoạt ( QCVN 01:2009/BYT:Quy chuẩn kỹ thuật quốcgia về chất lượng nước ăn uống )

Nhận xét về các thông số chất lượng nước nguồn :

Các thông số nằm trong giới hạn :

Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinhhoạt

Tiêu chuẩn nước mặt loại A

Trừ thông số :

Bảng 3.1.1 : Thông số trong nước cần xử lý

Thông số Đơn vị Gía trị Yêu cầu đầu

ra

Mức độ giámsát

Bảng 3.1.2 : Thông số chất lượng nước thô

nước mặt

Tiêu chuẩn vệsinh ăn uống

3.2 Đề xuất phương án xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt :

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Bể lắng ngang

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch

Nước rửa ngược

Châm Clo khử trùng Bơm định lượng

Hồ nén phơi bùn

Thải

đổ bùn khô Bơm

bùn

Bơm định lượng

Bể hòa trộn phèn

Bể tiêu thụ phèn

Hình 3.2.1 : Sơ đồ công nghệ của phương án 1.

Phương án 1

1 Bể trộn cơ khí - Thời gian trộn ngắn

- Có thể tự điều chỉnhcường dộ khuấy trộntheo ý muốn

- Áp dụng cho nhà máy

có công suất lớn

- Đòi hỏi phải có máykhuấy và thiết bị cơkhí khác

- Đòi hỏi trình độ quản

- Diện tích mặt bằngxây dựng lớn

Trạm bơm cấp 2

Mạng lưới cấp nước

3.2.2 Phương án công nghệ 2 :

Nước nguồn

Trạm bơm cấp 1

Bể trộn vách ngăn ngang có cửa thu hẹp

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

Hồ nén phơi bùn

Thải

đổ bùn khô

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch

Châm Clo khử trùng

Bể hòa trộn phèn

Bể tiêu thụ phèn

Hình 3.2.2 : Sơ đồ công nghệ của phương án 2

Không điều chỉnh đượccường độ khuấy trộn khicần thiết

2 Bể lắng có lớp

cặn lơ lửng

Quá trình phản ứng xảy rangay trong bể lắng

Không phải xây dựng bểphản ứng riêng

Chiếm ít diện tích mặtbằng, việc xả cặn dễdàng

Quản lý vận hành phứctạp hơn bể lắng ngangChỉ áp dụng khi nướcđược đưa vào công trình

có lưu lượng ổn định

Sau khi ra khỏi bể lắng: Nước tiếp tục sang công trình cuối là bể lọc Bể lọc cónhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể lắng và làm trong nước Em sử dụng bểlọc nhanh một lớp cát thạch anh

3.3 Lựa chon phương án xử lý

Trạm bơm cấp 2

Mạng lưới cấp nước

Trên cơ sở phân tích những ưu, nhược điểm của các công trình xử lý chính trong

sơ đồ công nghệ của các phương án trên em chọn phương án 1 để thiết kế vì nó cótính khả thi hơn và chi phí xây dựng thấp hơn phương án công nghệ 2 Thường thìphương án 2 sử dụng cho nhà máy có công suất nhỏ và chi phí xây dựng bể lắngtrong có cặn lơ lửng không được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam vì kết cấu phức tạp

và chế độ quản lý chặt chẽ đòi hỏi công trình phải làm việc suốt ngày đêm, nênkhông được áp dụng cho đồ án này

3.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Sơ đồ công nghệ 1: là công nghệ được ứng dụng rộng rãi trông nhiều công trình xử

lý nước mặt ở nước ta hiện nay.Nước nguồn được đưa vào trạm bơm cấp 1 để cungcấp nước cho toàn hệ tống xử lý nước

3.4.1. Bể hòa trộn cơ khí

Nước và phèn nhôm sau khi đã pha chế đến nồng độ yêu cầu (5%) được dẫn vào bểhòa trộn Xáo trộn gây ra do cách khuấy quay với tốc độ cao làm chúng phân lithành các ion Al3+, sau đó các ion này bị thủy phân thành Al(OH)3 để keo tụ nướclàm cho các bông cặn tạo nên có kích thước lớn và rắn chắc, đều trên toàn bộ khốinước

3.4.2. Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Nước sau khi được trộn đều phèn được dẫn vào bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng sửdụng cánh khuấy để khuấy chậm nhằm tạo điều kiện cho các bông cặn kết dính vớinhau Mặt khác, đáy bể nước sẽ được khuấy trộn sơ bộ và các bông cặn nhỏ sẽ đượchình thành và lớn dần lên bề mặt bể Bể được chia làm 3 ngăn dọc, đáy có tiết diệnhình phễu với các vách ngăn ngang nhằm mục đích phân phối nước ra toàn bộ bềmặt bể

3.4.3. Bể lắng ngang

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng được đặt trong phần đầu của bể lắng ngang nênnước từ bể phản ứng sang bể lắng qua tường tràn ngăn cách giữa 2 bể và tại đây bộphận phân phối nước sẽ phân phối nước đều trên toàn bộ bề mặt bể cũng là lúc cáchạt cặn bắt đầu lắng xuống do quá trình va chạm, kết dính Sau khi nước lắng phải

được thu đều trên toàn mặt bể đi vào máng thu nước để đi sang bể lọc còn cặn thìtheo đường ống xả cặn đến hồ phơi bùn để xử lý.

3.4.4. Bể lọc nhanh

Nước từ bể lắng ngang lại được đưa đến bể lọc nhanh có tốc độ lọc nhanh gấp vàichục lần so với lọc chậm Bể có nhiệm vụ giữ lại các cặn bẩn còn xót lại và hấp thụtrên bề mặt hạt vật liệu lọc

3.6 Tính toán lưu lượng trạm xử lý

- Lượng nước cấp cho sinh hoạt :

N : số dân cấp nước, N = 13000 người

f: tỉ lệ dân được cấp nước, f = 100%

- Lượng nước cấp phục vụ công cộng (tưới cây, rửa đường) :

 Qngày.TB = QSH+ QCC+ QDV+ QTT+ QDP+ Qr =2600+260+520+676+208+320.48 = 4584.48(m3/ng)

- Lưu lượng nước cấp tính toán trong ngày dùng nhiều nhất :

Qngày.max = Qngày.TB x Kmax = 4584.48 x 1.2 = 5501.4(m3/ng)

Vậy chọn công suất của trạm xử lý là 6000 m 3 /ng.

- Lưu lượng nước cấp tính toán trong ngày dùng ít nhất :

Qngày.min = Qngày.TB x Kmin = 4584.48 x 0.7 = 3209.13 (m3/ng).

Trong đó : K là hệ số dùng nước không điều hòa ngày lấy như sau:

kgiờ.min =α max ×b max= 0.5 x 0.42 = 0.21

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN HÓA CHẤT VÀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

PAl: lượng phèn nhôm không chứa nước (mg/l)

M: độ màu nước nguồn (mg/l), M = 82(mg/l)

- Nếu tính theo hàm lượng cặn (bảng 6.3 mục 6.11 – TCXDVN 33 : 2006)

SSnước nguồn = 58 mg/l, dùng 28 mg/l phèn không chứa nước

Vậy chọn giá trị 36 mg/l phèn nhôm không nước.

b Tính toán dung tích kho chứa phèn

Dung tích kho phèn được thiết kế với thời gian dự trữ phèn là 30 ngày (thờigian dự trữ được chọn tùy vào điều kiện thực tế)

Phương pháp dự trữ: sử dụng phương pháp khô – phèn đựng trong bao xếpthành đống cao 2.0m trong kho; hàng ngày đem cân các bao phèn theo khối lượngcần rồi cho vào bể hòa tan để hòa thành dung dịch

Lượng phèn cần dùng trong một ngày

c Thiết bị hòa tan, tiêu thụ và định lượng phèn

c1 Nhiệm vụ Trước khi cho vào bể trộn cơ khí, phèn phải được hòa thành dung dịch trong bểhòa tan và bể tiêu thụ nhằm điều chỉnh đến nồng độ thích hợp (5%), rồi được dẫnvào bể trộn cơ khí hòa trộn đều với nước nước cần xử lý

c2 Tính toán

 Bể hòa tan phèn + Kích thước bể hòa tan

+ Dung tích bể hòa tan

Wht= 10000× b Q× n × P

h × γ=

250× 12× 36 10000× 10× 1 = 1.08 (m3)Trong đó:

Q : lưu lượng nước cần xử lý = 6000 (m3/ng)= 250 (m3/h)

n : thời gian giữa hai lần hòa tan vôi (lấy 12h với trạm công suất 6000

m3/ng.đ)

p : lượng vôi cho vào nước (g/m3) P = 36 (g/m3)

bh : nồng độ vôi sữa trong bể (lấy 10%)

γ : khối lượng riêng của dung dịch (lấy 1 tấn/m3)

Thiết kế 1 bể hòa tan, kích thước bể: L × B× H = 2m × 1m × 1m.

Bể hòa trộn làm bằng BTCT có mặt bằng hình chữ nhật, cách đáy 0.5m đặtcác thanh ghi bằng gỗ hai đầu tựa lên sườn đỡ tạo thành các khe hở 15 mm Dướilớp ghi đỡ phèn cục, lắp đặt hệ thống ống khoan lỗ để phân phối gió Ở đáy thùng

có đặt ống xả cặn

Phèn sau khi được hòa tan sẽ được bơm sang bể tiêu thụ

 Tính toán dung tích bể tiêu thụ

Wt = W h b × b h

t = 1.08× 105 = 2.16 (m3)

Trong đó :

Wht : thể tích bể hòa tan, Wbt = 1.08 (m3)

bh :nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa tan, bh = 10(%)

bt : nồng độ dung dịch phèn trong bể tiêu thụ bt = 5(%)Thiết kế hai bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể: L × B × H =¿2m x 1m x 1.16m Lấy chiều cao an toàn bể hòa trộn và bể tiêu thụ là 0.4m

 Tính toán máy thổi khí và ống dẫn khí nén

+ Theo qui phạm, lấy cường độ khí nén ở bể hòa tan là 10 l/sm2

+ Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hòa tan