Thiết kế trạm xử lý nước cấp công suất 2500 m3 ngày đêm

Nguyễn Đoàn Đăng QuangGiáo viên hướng dẫn: Phạm Trung Kiên Niên hạn thiết kế: t = 20 năm Tiêu chuẩn cấp nước: 1329/02/BYT, ăn uống, sinh hoạt Nôi dung thực hiên Lựa chọn sơ đồ công nghệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP Hồ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

03 Cữ EO

GV hướng dẫn: ThS.KS Phạm Trung Kiên Nhổm 05

1 Lương Ngọc Trung Hậu

2 Nguyễn Thị Thu Hoàn

3 Nguyễn Đoàn Đăng Quang

TP Hồ Chí Minh, 1/2006

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP Hồ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Họ tên sinh viên:

1 Lương Ngọc Trung Hậu

2 Nguyễn Thị Thu Hoàn

3 Nguyễn Đoàn Đăng QuangGiáo viên hướng dẫn: Phạm Trung Kiên

Niên hạn thiết kế: t = 20 năm

Tiêu chuẩn cấp nước: 1329/02/BYT, ăn uống, sinh hoạt

Nôi dung thực hiên

Lựa chọn sơ đồ công nghệ

Tính toán các công trình đơn vị

Quy hoạch mặt bằng trạm xử lý

Thiết kế chi tiết một công trình đơn vị do cán bộ hướng dẫn quyđịnh

1

Sô liêu thiết kế

Tính chất nguồn nước ngầm như sau:

Thuyết minh tính toán bao gồm

Phân tích nhiệm vụ thiết kế

Tính toán các công trình đơn vị

Bán vẽ thể hiên (Al)

Mặt bằng bô" trí trạm xử lý

Mặt cắt dọc dây chuyền công nghệ xử lý

Bản vẽ chi tiết một công trình đơn vị quan trọng nhất

2

Chương I: PHAN TICH NHIẸM vụ THIET KE ĐO AN

I PHÂN TÍCH NHIỆM vụ

Cuộc sông con người điều kiện thiết yếu nhất là ăn và uống, kế đến là các sinhhoạt cá nhân như chùi rữa tấm giặt Vì vậy nước đặc biệt là nước sạch là rất cầnthiết Vđi điều kiện môi trường hiện nay chất lượng các nguồn nước cấp không cònđảm bảo, chính vì vậy việc xử lý nước an toàn và đạt các tiêu chuẩn cho phép đểcấp cho sinh hoạt là yếu tố tiên quyết

Đồ án này chúng tôi trình bày quá trình kĩ thuật và vận hành một công trình xử

lý nước cấp từ nguồn nưđc ngầm với công suất vận hành là 2500 m3/ ngày đêm

Xin chân thành cám ơn ThS.KS Phạm Trung Kiên và các thầy cô đã giúp đỡchúng tôi hoàn thành đồ án này

II NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

Thiết kế công trình xử lý nước cấp tiêu chuẩn 1329/02/BYT với công suất2500m3/ngđ

Tính chất nguồn nước ngầm như sau:

Thiết kế kĩ thuật từ quá trình xử lý nước đến bể chứa gồm:

Bể lắngnước

PHƯƠNG ÁN 2

Bểpha

Giếng khoanBơm cấp 1

Bổ lắngnước

Chương III: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

I PHƯƠNG ÁN 1

1 Tính toán lượng vôi

Để nâng độ kiềm của nước ta dùng CaO để kiềm hoá nước

Độ kiềm ban đầu của nguồn nưđc là 25 mg/1 CaCƠ3 = 0.5 mgđl/1

Độ kiềm sau khi chỉnh pH lên 8,5 là 5,5 mgđl/1

Vậy phải tăng độ kiềm lên một lượng: = 5,5 - 0,5= 5 mgđl/1

Liều lượng vôi kiềm hoá

Ca2+ + 20H' + 2CƠ2 Ca2+ + 2HCO3

=> lượng CO2 dư sau phản ứng Vậy lượng Ca2+ không còn sau khi kiềm hoá

nên không cần xử lý lượng Ca2+ này

Lượng CO2 dư sau phản ứng: 120 - 110 = 10 mg/1

Lương HCO3" sinh ra 305,0 mg/1

40

6

2 Tính toán thiết bị pha trộn vôi

Dung tích bể pha trộn vôi:

Wv = Q,r n - P p

10000Jj h ỵ

Qtt : lưu lượng nước xử lý Qtt = 2500 nvVngđ = 104,2 mVh = 0.029 m3/s

n: thời gian giữa 2 lần hoàn tan n = 12h

pv: lượng vôi tính toán Pv= 140 mg/1

bh: nồng độ dung dịch vôi trong thùng hoà trộn, bh = 5%

y: khôi lượng riêng của dung dịch Ỵ= 1 tấn/m3

=> Chiều dài toàn phần của cánh quạt là: l,32m

Diện tích mỗi cánh quạt chọn 0,2nr/cánh quạt / lnv3 vôi sữa

F C q = 0,2.3,5 = 0,7 m

10 7Chiều rộng mỗi cánh quạt là: bca= = 0,265 m

Nếu mặt bằng phần trên của bể trộn có hình vuông thì chiều dài mỗi cạnh là:

b,= 41 =l,077m

Với Qtt = 28,93 1/s Chọn đường kính ông bằng thép dẫn nước nguồn vào bể là

D = 150mm, ứng với V = 1,48 m/s (v e 1 -j-1,5 m/s)

Đường kính ngoài của ông dẫn nước vào bễ sẽ là: 170mm

Do đó diện tích đáy bể chỗ nối ông sẽ là:

Dự kiến thu nước bằng máng vòng có lổ ngập nước Nước chảy trong máng đếnchổ ống nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau, vì vậy lưu lượng nước tínhtoán của máng sẽ là:

Độ dốc của máng về phía ông tháo nước ra lấy bằng 0,02 tổng diện tích các lỗngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy qua lổ: Vi= 1 m/s

1.3600 = 0,0289 m

2

Chọn đường kính lổ d| = 20 mm thì diện tích mỗi lỗ TtR2 = 0,000315 m2

—» Tổng sô" lổ trên thanh máng sẽ là:

n = SA = 0,0289 = 92,038 « 93 lỗ

f t 0,000314Các lỗ được bô" trí ngập trong nước 70 mm (tính đến tâm lỗ) chu vi phía trongcủa máng là Pm = 4.bt = 4.1,077 = 4,308 m

4 Bể chứa trung gian

Thiết kê" bể chứa trung gian

Bổ chứa trung gian nhằm chứa cho bơm hoạt động an toàn Bơm nước xử lý từ

bể trộn lên trên giàn mưa Bổ chứa nước đảm bảo cho bơm hoạt động trong 30 phútnếu không có nước cung cấp

Qgiàn mưa = 1 04.2 m 3/hVậy thể tích bể chứa là 52 m3

Bổ chứa thiết kế: 3m X 4,5m X 4m

Chọn bơm đưa nước lên giàn mưaChọn máy bơm 1 bơm lên giàn mưa, và 1 máy dự phòng

Lưu lượng Q = 104,2 m3/h, chiều cao cột áp h = lOm

Chọn bơm CM 100-250: 1450 vòng/ phút, công suất p = 7 KW

5 Tính toán giàn mưa

Diện tích giàn mưa: F = —

9*

Q = 104,2 m3/h Chọn qm = 10 m3/m2.h

Khôi tích lớp vật liệu tiếp xúc: w = 5*

Lấy chiều cao lớp tiếp xúc ở mỗi sàn là 0,3375 m (QP = 0,3 -r 0,4 m)

S Thiết kế giàn mưa 8 tầng, tổng chiều cao giàn mưa sẽ là: 9,1 m, chiều cao

mỗi ngăn sẽ là l,1375m, chiều cao ngăn thu là 0,3 m

s Chọn 2 giàn mưa: mỗi giàn cao: 4,55 m

Lưu lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa: (2 giàn)

Q= — = = 13,025 m3/h = 3,62 1/s

Chọn d = 60, V = 0,96 m/s (0,8-^ 1 m/s)

Ong dẫn nước từ sàn thu xuống bể lắng d = 50mm, V = 1,15 m/s (11,5 m/s)

Bô trí 4 vòi phun nước rửa sàn d = 20 mm (ứng với 1 sàn) nằm về cùng mộtphía với khoảng phục vụ xa nhất 10 m trang bị 2 ông thoát nước dưới sàn d = 100

mm thau rửa giàn mưa

6 Bể lắng đứng tiếp xúc

Dung tích bê w = =— = ——— = 69,5 nr

60 60Chọn T = 40 phút Lấy chiều cao vùng lắng của bể là 24 m (1,5 -ỉ-3,5 m)

Tốc độ nước dân trong bể là:

Chọn ông trung tâm bằng thép Tốc độ nước chảy qua ông V = 0,85 1/s thì

đường kính ông trung tâm 200 mm

Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc là: H = 0,5 + 3 + 3,4 = 6,9 m

a: sô" lần rửa bể trong ngày đêm ơ chê" độ bình thường a = 2

W: cường độ nước rửa lọc w = 141/s.m2

ti : thời gian rửa lọc ti = 5 phút = — h

Số bể lọc cần thiết: N = 0,5.4 F = 0,5.722,26 = 2,35 Chọn N = 3 bể

Kiểm tra lại tô"c độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa:

12

Vtc = Vbt — = 5.— = 7,5 m/h Vtc e 6-7,5

N - Nị 3-1Diện tích một bể lọc là: f = — = = 7,42 m2

N 3

Chọn kích thước bể là: B L = 2,5 3 = 7,5 m2

Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức:

H —■ hd + hy + hn + hp

hci: chiều cao lớp sỏi đỡ h<j = 0,7 m

hv: chiều dày lớp vật liệu lọc hy = 0,7 m

hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc hp = 2 m (> 2 m)

hp: chiều cao phụ hp= 0,5 m

H = 0,7 +0,7 + 2 +0,5 = 3,9 m

^ Xác định hệ thông phân phôi nước rửa lọc

Chọn biện pháp rửa lọc bằng gió, nước phôi hợp Cường độ nước rửa lọcw=141/s.m2 (12 + 14 1/s.m2) ứng với mức độ nở tương đôi của lớp vật liệu lọc là 45%.Cường độ gió rửa lọc wơịó = 15 1/s.m2 (15 + 20 1/s.m2)

Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc

Tổng diện tích lổ lấy bằng 35% tiết diện ngang của ông

Tổng diện tích ngang của lổ là:

3-0 325Khoảng cách giữa các lô sẽ là: a = -—— = 0,2229 m

2.60,325 đường kính ngoài của ông gió chính

Chọn 1 ông thoát khí d> = 32 mm đặt ở cuối ông chính

^ Xác định hệ thông dẫn gió rửa lọc

Chọn cường độ gió là: Wgió = 15 m/s thì lưu lượng gió tính toán là:

Lượng gió trong một ông nhánh sẽ là: — = 0,005625 m3/s

Đường kính ông gió nhánh là: doió = 4.0,005625

;r.l5 = 0,0218 mTổng diện tích các lỗ lây bằng 40% diện tích tiết diện ngang ông gió chính

(35% - 40%) -> wgió= 0,4.0,0218 = 0,00872 m2.1

Chọn đường kính lỗ gió là 3mm (2-ỉ-5 mm), diện tích 1 lỗ gió là:

F,ỗ gió = 3’14 Q’0032 = 0,000007 m

14

\y 0 00872Tổng sô" lổ gió sẽ là: m = íi '° = ————— = 1245,7 w 1246 lỗ

f gi0 0,000007Sô" lỗ trên 1 ông: = 62,3 » 63 lỗ => sô" lỗ mỗi hàng: — = 31,5 ~ 32 lỗ

20 2

3-012Khoảng cách giữa các lô a = -—— = 0,045 m

2.32(0,12 đường kính ngoài của ông gió chính)

Đường ông nhánh được đặt 2 hàng so le và nghiêng 1 góc 45° so với trục thẳng

đứng của ông

Tính toán máng phân phôi và thu nước rửa lọc

Bể có chiều dài là 3 m Chọn mỗi bể bô" trí 2 máng thu nước rửa lọc có đáy

hìanh tam giác Khoảng cách giữa các máng là d = 3/2 = 1,5 m (< 2,2m)

Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định thao công thức:

qm = w.d.l (1/s)

w = 14 1/s.m3 ( cường độ rửa lọc)

d: khoảng cách giữa các tâm máng d = 1,5 m

1: chiều dài của máng 1 = 2,5 m

a: tì sô" giữa chiều cao phần chữ nhật với Vĩ chiều rộng máng, a = 1,3 (1 -ỉ-1,5 )

k: hệ sô" đôi với tiết diện máng hình tam giác k = 2,1

Ta có Bm = J 0,0525

' V (1,57 +1,3)

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là:

L: chiều dày lđp vật liệu lọc L = 0,8 m

e: độ giãn nở tương đốì ở lớp vật liệu lọc (bảng 4-5) e = 45%

AHm = 5^^- + 0,25 = 0,61 m

100

Theo quy phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng tải cao hơn lớp vật

liệu > 0,07 m chiều cao toàn phần của máng thu nước là: H = 0,403 m

Vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 2,5 m

=> chiều cao ở máng tập trung là: 0,403 + 0,025 = 0,428 m

Vậy AHm = 0,07 + 0,428 = 0,435 m

Nước rửa lọc từ máng thu nước tập trung Khoảng cách từ đáy máng thu đến

máng tập trung xác định theo công thức

hm= 1,753 +0,2

\g- A

qm: lưu lượng nưđc chảy vào máng tập trung nước qITI = 0,105

A: chiều rộng của máng tập trung A = 0,5 (< 0,6 m)

G = 9,81 m/s2 gia tốc trọng trường

, , ^ I 0,10502 _ „ n Aer

hm = 1,753 —- + 0,2 = 0,456 m

V 9,81.0,62

Tính tổn thức áp lực khi rửa bể lọc nhanh

Tính tổn thất áp lực trong hệ thông phân phối bằng giàn ông khoan lỗ

Hp=ị-í£- +

g-2 g 2 g

Vọ: vận tốc nước chảy đầu ông chính Vo = 1,37 m/s

v„: vận tốc nước chảy đầu ông nhánh V n = 1,84 m/s

g: gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2

£: hệ sô"sức cản £ = - + 1 (KW = 0,35)

KW2

16

Ls: chiều dày của lớp sỏi đở: 0,7 m

N: cường độ rửa lọc N = 14 1/s.m2

hd = 0,22.0,7,14 = 2,156 m

Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc

hvi = (a + b.W).L.e (m)

ưng với kích thước hạt d= 0,5 + 1 mm; a = 0,76; b = 0,017

E: độ giãn nỡ tương đôi của lớp vật liệu lọc e = 0,45

L = 0,7

Hvi = (0,76 + 0,017.14).0,7.0,45 = 0,314 m

Ap lức phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2 m

Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ lọc sẽ là

Ht = hp + hvi + hđ+hbm = 1,9862 + 2,156 + 0,314 + 2 = 6,4561 m

Chọn máy bơm rửa lọc và máy bơm gió rửa lọc

Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức:

Hr = hhh + ho + hp + hd + hvi + hbm "t" hCh

Ta có ht = hp + hvi + hd + hbm = 6,4562 m

hhh: độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng

thu nước rửa (m) hhh = 4 + 3,5 - 2 + 0,61 = 6,11 m

4: chiều sâu mực nước trong bể chứa (m)

3,5: độ chênh lệch mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m)

2: chiều cao lớp nước trong bể lọc (m)

0,435: khoảng cách từ lđp vật liệu lọc đến mép máng (m)

hĐ: tổn thất áp lực đường ông dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m)

Giả sử chiều dài của ông dẫn nước rửa lọc 1 = 100 m, đường kính Ống rửa lọc

d=500m; ọ, = 103,88 1/s; lOOOi = 0,72

^ Chọn máy bơm nưđc và khí rửa lọc

Quá trình rửa lọc lần lượt từ bể Chọn 2 máy bơm, 1 máy dự phòng

Vĩ số bể lọc cần rửa trong 1 ngày

t: thời gian giữa 2 lần rửa bể liên tiếp t = lh

w = /2.2,1.22,26 - /2 5.1 = 20,873 m3

Bê trên cao 2,5 m => diện tích mặt bang: —— = 8,3492 m

H = 2,5 m, D = 3,26 m

Chê độbơm

Lượngnướcvào bể

Lượngnước rabể

Vậy tổng chiều cao của bể H = 5,5 m

II PHƯƠNG ÁN 2

1 Tính toán lượng vôi

Tính tương tự như Phương án 1

2 Tính toán thiết bị pha trộn vôi

Tính tương tự như Phương án 1

3 Tính toán bế trộn

Tính tương tự như Phương án 1

4 Tính toán giàn mưa

Tính tương tự như Phương án 1

5 Tính toán bể chứa trung gian

Lưu lượng nuớc từ giàn mưa đến bể áp lực là q = 104,2 m3/h

Với 4 bể lọc áp lực, thời gian rửa lọc là 8 phút Tổng thời gian rửa 4 bể lọc

6 Tính toán bể lọc áp lực

Chọn bể áp lực, độ giãn nỡ là 50%, quy trình rữa lọc bằng nước, cường độ rửa

lọc là 15 1/s.m2 Thời gian rửa lọc là 6 phút

a: sô" lần rửa bể trong ngày đêm ơ chê" độ bình thường a = 2

W: cường độ nước rửa lọc w = 141/s.m2

20

N - N Ị 3

3,14,15 =0,047 m3/s = 47 1/s

ti : thời gian rửa loc ti = 5 phút = — h

60t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa to = 0,35 h

Hệ thông phân phôi nước rửa lọc

Lưu lượng nưđc rửa lọc của một bể:

Qr = f.w

1000 1000Chọn ông dẫn nước chính bằng thép Đường kính ông 200 mm, vc = 1,37 m/sLây khoảng cách giữa các ông nhánh là 0,25 mm(qui phạm 0,25 -ỉ-0,3) thì sô"

ông nhánh trong 1 bể là:

D

0,25 -1 X 2 = 12 ông nhánhLưu lượng nưđc rửa lọc chảy trong ông nhánh

q n =% = Ị Z=4 „ s

Chọn đường kính ông nhánh d = 60 mm, Vn = 1,04 m/sĐường kính ông chính dô'n°chính = 200 mm.Tiết diện ông chính:

Khoảng cách giữa các lỗ là:

12

Tính toán phân phôi nước và thu nươc rửa lọc

Dạng phễu thu nước rửa lọc, cách lớp vật liệu lọc 0,4 - 0,6 m Chọn 0,6 mKích thước phểu thu rửa lọc tính toán sao cho khoảng cách thu nươc xa nhấtnhỏ 0,7 m

^ Tính toán tổn thất áp lực khi rửa lọc Tổn thất áp lực trong hệ thông phân phôi nước rửa lọc

hvi = (a + b.W).L.eTrong đó kích thứơc h ạ t d = 0,7 -ỉ-0,75

22

4 m: chiều cao mực nước trong bể chứa.

3.5 m : độ chênh lệch mực nước giữa bể lọc và bể chứa

1.6 m : chiều cao lớp nước trong bể lọc

0,6 m : khoảng cách từ vật liệu lọc đến mép máng

hhh = 5 + 3,5 - 1,6 + 0,6 = 7,5 m

Tính tổn thức áp lực khi rửa bể lọc nhanh

Tính tổn thất áp lực trong hệ thông phân phối bằng giàn ông khoan lỗ

2 2

Vo: vận tốc nưđc chảy đầu ông chính Vo = 1,37 m/s

vn: vận tốc nước chảy đầu ông nhánh vn = 1,84 m/s

g: gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2

Ưng với kích thước hạt d= 0,5 -7-1 mm; a = 0,76; b = 0,017

E: độ giãn nỡ tương đôi của lớp vật liệu lọc e = 0,45

L = 0,7

Hvi = (0,76 + 0,017.14).0,7.0,45 = 0,314 m

Ap lức phá vỡ kết câu ban đầu của lớp cát lọc lây hbm = 2 m

Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ lọc sẽ là

Ht = hp + hvi + hd+ hbm = 1,9862 + 2,156 + 0,314 + 2 = 6,4561 m

24

STT Tên thiết bị Sô" lượng Đơn giá Thành tiền

2 Chi phi thỉ công

3 Chi phí quản lý vận hành

2 Điện 5 000 000

4 Các chi phí khác

Tổng chi phí chuẩn bị thiết bị và vận hành 1 002 750 000 đồng

Lập dự án từ tiền khả thi đến khả thi:

Đào tạo, hướng dẫn, vận hành:

^ Tổng phương án 2 năm đầu tiên

15 894 750 đồng

10 596 500 đồng

1 086 141 250 đồng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, TS Trịnh Xuân Lai, Nhà

xuất bản Xây dựng, Hà Nội 2004

2 Xử lý nước cấp, TS Nguyễn Ngọc Dung, Nhà xuất bản xây dựng, hà

Nội 2005

3 Sổ tay máy bơm, ThS Lê Dung, Nhà xuất bản Xây dựng

28

MỤC LỤC