Đồ án công nghệ môi trường TÍNH TOÁN THIẾT kế TRẠM xử lí nước cấp

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Họ và tên sinh viên: Ngô Thị Hiền Lớp : ĐH2KM2 Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Mai Quang Tuấn 1- Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính tron

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÍ NƯỚC CẤP

Sinh viên thực hiện: Ngô Thị Hiền Lớp: ĐH2KM2

Mã SV: DC00202767 Giáo viên hướng dẫn: Mai Quang Tuấn

HÀ NỘI, 5-2015

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

Họ và tên sinh viên: Ngô Thị Hiền

Lớp : ĐH2KM2

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Mai Quang Tuấn

1- Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước dùng cho mục đích sinh hoạt và ăn uống theo các số liệu dưới đây:

- Nguồn nước: mặt

- Công suất cấp nước: 38.000 m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước:

2- Thể hiện các nội dung nói trên vào :

- Thuyết minh

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ

- Bản vẽ tổng mặt bằng khu xử lý

Người thực hiện Giáo viên hướng dẫn

Mai Quang Tuấn

MỤC LỤC

CÁC CHỈ TIÊU THEO QCVN 01:2009/BYT 4

I.Nhận xét chung 5

1.1 Đặc điểm chung của nước mặt 5

1.2 Đánh giá chất lượng nước: 5

II Sơ đồ công nghệ 6

2.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ 6

2.2 So sánh ưu, nhược điểm của 2 sơ đồ công nghệ 7

2.3 Thuyết minh quy trình 8

III.Tính toán các công trình 8

3.1 Song chắn rác 8

3.2 Tính toán lượng phèn, thiết bị trộn 9

3.3 Bể lắng ngang 11

3.4 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng 14

3.5 Bể lọc nhanh 15

3.6 Bể chứa nước sạch 19

3.7 Khử trùng 19

3.8 Ao lắng và sân phơi bùn 20

3.9 Các công trình phụ trợ( theo TCVN 33: 2006) 20

CÁC CHỈ TIÊU THEO QCVN 01:2009/BYT

I.Nhận xét chung

1.1 Đặc điểm chung của nước mặt

Nước là một nhu cầu thiết yếu đảm bảo cho sự sống cho con người và các cinh vật trên Trái đất Việt Nam là một trong những nước có hệ thống sông ngòi dày đặc Bao gồm các nguồn nước trong các ao, đầm, hồ chứa, sông suối Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng cơ bản của nước mặt là:

 Có nhiều khí hòa tan, chủ yếu là Oxi  có ý nghĩa rất quan trọng

 Có nhiều chất rắn lơ lửng, riêng trường hợp nước trong các ao đầm, hồ do xảy ra quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo

 Có nhiều chất hữu cơ do sinh vật bị phân hủy

 Có nhiều rong tảo, thực vật nổi, động vật nổi

 Chất lượng nước thay đổi theo mùa

 Bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi hoạt động 2 bên bờ của con người (công nghiệp, nông nghiệp )

1.2 Đánh giá chất lượng nước:

Dựa vào các số liệu đã có trên bảng, so sánh chất lượng nước thô và QCVN

01:2009/ BYT ta thấy nguồn nước có chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu:

- Độ đục gấp 105 lần GHCP → cần xử lí

Theo TCVN 33/2006-BXD, công suất trạm lớn Q= 38.000m3/ngày đêm nên ta chọn bể lắng ngang- lọc nhanh hoặc lắng trong có lớp cặn lơ lửng- lọc nhanh

- Do có dùng phèn nên trong dây chuyền công nghệ phải có thêm công trình trộn

và phản ứng

- Do yêu cầu chất lượng nước sau xử lý dùng để cung cấp phục vụ cho mục đích

ăn uống và sinh hoạt nên cần được khử trùng bằng Clo

II Sơ đồ công nghệ

2.1 Đề xuất sơ đồ công nghệ

Theo chất lượng nước nguồn thì phương án xử lý được đề ra là:

Phương án 1:

NN

Phương án 2:

Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm cấp 1 Bể trộn đứng

Bể phản ứng

có vách ngăn

Bể lắng trong

có lớp cặn lơ lửng

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước

sạch

Khử trùng

Trạm bơm

cấp 2

Mạng lưới sử dụng

Phèn

Nước nguồn Song chắn rác Trạm bơm

cấp 1 Bể trộn đứng Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Bể lắng ngang

Bể lọc nhanh

Bể chứa nước sạch

Trạm bơm cấp

2

Mạng lưới sử

dụng

Khử trùng

Phèn

2.2 So sánh ưu, nhược điểm của 2 sơ đồ công nghệ

Ưu, nhược

điểm

Ưu điểm Bể phản ứng có vách ngăn: Dùng vách

ngăn để tạo sự thay đổi liên tục của dòng nước tạo ra hiệu quả khuấy trộn làm cho các hạt cặn vận chuyển lệch nhau sẽ va chạm và kết dính với nhau tạo bông cặn

Đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Bể

lắng trong có lớp cặn lơ lửng xử lý nước với công suất bất kỳ Hiệu quả xử

lý cao, tốn ít diện tích

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng:

thường đặt ngay trong phần đầu của bể lắng ngang Bểcó chiều rộng bằng chiều rộng của bể lắng ngang

+ Hiệu quảcao + Cấu tạo đơn giản + Không cần máy móc cơkhí + Không tốn chiều cao xây dựng

Bể lắng ngang: Sử dụng cho các

trạm xử lý có Q > 3000 m3/ngđ đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn Bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt thường kết hợp bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Có khả năng tự động hóa, cơ giới hóa

Nhược

điểm

Bể phản ứng có vách ngăn:Khối lượng

xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và phải có đủ chiều cao thỏa mãn tổn thất

áp lực trong toàn bể

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Bể

lắng trong có lớp cặn lơ lửng nhạy cảm với sự thay đổi lưu lượng và nhiệt độ

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng:

Khởi động chậm

nguồn nước.Quản lý vận hành phức tạp: theo dõi thường xuyên chất lượng nước ra để thu cặn một cách hợp lý , đòi hỏi trình độ cao

=> Chọn phương án 2

2.3 Thuyết minh quy trình.

- Nước nguồn được bơm lên trạm bơm cấp 1, đi qua song chắn rác để loại bỏ rác, sinh vật phù du…sau đó nước được bơm lên bể trộn đứng

- Tại bể trộn đứng, tại đây dung dịch phèn đã được pha ở các thiết bị pha chế phèn được cấp vào và được khuấy trộn đều với nước giúp cho quá trình tạo bông diễn ra nhanh hơn

và đều hơn, nhằm mục đích đạt hiệu quả xử lý cao

- Sau khi nước được tạo bông cặn ở bể trộn sẽ được dẫn tới bể phản ứng Tại đây các bông cặn sẽ tạo bông cặn lớn hơn và được lắng tại bể lắng ngang

- Sau khi lắng cặn ở bể lắng ngang, nước được dẫn đến bể lọc nhanh Những hạt cặn còn sót lại sẽ được giữ lại ở lớp vật liệu lọc, nước sau khi lọc sẽ được đưa sang bể chứa, phần cặn sẽ được chuyển đến sân phơi bùn để sử dụng cho mục đích khác

- Trong quá trình đưa nước vào bể chứa, tiêm lượng Clo cần thiết để khử trùng nước trước khi được chứa trong bể nước sạch

- Nước sạch được cấp ra mạng lưới sử dụng qua trạm bơm cấp 2

III.Tính toán các công trình

3.1 Song chắn rác

- Diện tích công tác của song chắn rác( SCR)

ω= 1 2 3

.

Q

K K K

v n

Q: lưu lượng nước( 38000m3/ngđ= 1583,3 m3/h= 0,44 m3/s)

n: số cửa thu nước Lấy n=2

v: vận tốc chảy qua SCR Lấy v= 0,4 m/s [1]

K1 : là hệ số co hẹp do các thanh thép K1 = a d

a



Với a: Khoảng cách giữa các thanh thép (a =(40- 50 ) mm chọn a=40mm=0,04m)

d: Đường kính thanh thép d = 8 (mm)

=> K1= 0,04 0,008

0,04



= 1,2 + K2: Là hệ số co hẹp do rác bám vào song, K2 = 1,25

+ K3: Là hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng thanh thép, thanh tiết diện tròn lấy K3 = 1,1

Vậy ω= 0, 441, 25.1, 2.1,1

0, 4.2 = 0,9 m2

Chọn song chắn rác kích thước 0,3.0,3 m

Bảng các kích thước thiết kế SCR

3.2 Tính toán lượng phèn, thiết bị trộn

a) Liều lượng phèn

Theo bảng 6.3 TCVN 33: 2006, hàm lượng cặn của nước nguồn cần xử lí là 280mg/l nên chọn lượng phèn Al2(SO4)3 cần thiết xử lí nước đục là 40mg/l

b) Thiết bị trộn- bể trộn đứng

- Thể tích bể trộn:

Wbt= .

60.

Q t

n

Với: Q: công suất trạm xử lí( m3/h);Q= 1583,3 m3/h

T: thời gian lưu nước trong bể( phút), t= 2 phút

N: số bể trộn, n= 2

→ Wbt = 1583,3.2

60.2 = 26,4 m2

Vậy chọn 2 bể trộn làm việc song song và có diện tích mỗi bể là 26,4 m2

- Đường kính ống dẫn nước vào bể:

Lưu lượng nước vào mỗi bể Q1= Q/2= 0,22 m3/s

Chọn đường kính ống dẫn nước d= 350mm, vận tốc nước chảy trong mỗi ống:

V= 4. 2

.

Q

d

 = 2

4.0, 22 0,35

 = 1,2 m/s ( theo TCVN 33: 2006, vận tốc nước vào bể v= 1÷1,5 m/s) Nước dâng từ đáy lên trên với tốc độ vd= 25mm/s

- Diện tích tiết diện ngang phần trên của bể trộn:

f1= 1

d

Q

v =0,0250, 22 = 8,8 m2 → Tiết diện hình vuông mỗi cạnh b1= 2.95m

Chọn đường kính đáy nhỏ đoạn nối ống b2= 0,6m

→ Diện tích đáy nhỏ là f2= 0,62= 0,36m2

- Chiều cao phần hình chóp:

Chọn góc nghiêng phần côn là  = 40o

h2= 1 2 cot

2 2

b b 

= 2,95 0,6cot40

2 2



= 3,3m

- Thể tích phần hình chóp:

Whc= 2 1 2 1 2

1

.

3h f  f  f f  = 3,3 8,8 0,36 8,8.0,36

3     = 12m2

- Thể tích phần phía trên:

Wt= Wbt- Whc= 14,4m2

- Chiều cao phần trên bể trộn

H1=

1

Wt

f = 14,4: 8,8= 1,65 m Chọn chiều cao bể là 2m

- Chiều cao lí thuyết của bể:

h= h1+h2= 5,3m

- Chiều cao xây dựng bể:

H= h+ h3 trong đó h3 là khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, h3= 0,3m

→ H= 5,6m

Bảng tổng hợp thông số của bể trộn

Phần trên Phần chóp

3.3 Bể lắng ngang

- Tổng diện tích mặt bằng của bể lắng ngang:

F=

0

.Q

3,6.u



[1]

Với Q: công suất trạm xử lí( m3/h), Q= 1583,3m3/h

: hệ số sử dụng thể tích bể lắng,  = 1,3 [1]

U0: tốc độ rơi của hạt cặn, chọn u0= 0,6mm/s [1]

→ F= 953 m2

Chọn Htb= 3m, vận tốc trung bình của nước trong bể vtb= 9m/s [1]

Chọn số bể lắng N=4

- Chiều rộng mỗi bể:

B=3,6 .

Q

v N H = 3,6.9.4.31583,3 = 4,1m

*) Tính toán vùng chứa nén cặn

Thiết kế hệ thống xả cặn của bể lắng bằng phương pháp thủy lực với thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn ≤ 6h

T = q c mW .c N

Trong đó: Wc : Diện tích vùng chứa cặn (m2)

N : số bể lắng

δ: nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt( mg/l) Theo bảng 6-8, TCVN 33:2006 chọn δ=20000g/m3

m : hàm lượng cặn còn lại sau lắng(mg/l), chọn m= 10mg/l (m=10÷12 mg/l) q: lưu lượng tính toán (m3/h), q= 1583,3 m3/h

c: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, được tính theo công thức 6-11, TCVN 33: 2006 như sau:

c= Cn + KxP + 0,25M

Trong đó:

- Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l), C= 280mg/l

- P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước (g/m3), P= 40mg/l

- K: Hệ số với phèn sạch lấy = 0,5; Với phèn không sạch =1,0; Với sắt Clorua = 0,7.Chọn K= 0,5

- M: Độ mầu nước nguồn M= 10mg/l

→c= 302,5 g/m3

→ Wc= .q 

.

N 



= 6.1583,3 302,5 10 

4.20000



= 34,7 m3

+ Diện tích một bể lắng:

fb= F

N = 238,3 m2

+ Chiều cao trung bình vùng chứa cặn:

Hc= Wc

b

f =34.7/238,3 = 0,15 m

→ Chiều cao trung bình 1 bể lắng là:

H b H tb H c = 3 +0,15= 3,15m

=> Chiều cao xây dựng bể lắng:

Chiều cao bảo vệ từ mặt nước đến thành bể hbv= 0,3÷0,5m

Chọn hbv= 0,35m

H xd H bh bv = 3,5m

Hệ thống xả cặn làm bằng ống đục lỗ và đặt dọc theo trục mỗi bể, thời gian xả cặn 8-10 phút, lấy t= 10 phút

Tốc độ nước chảy cuối máng 1m/s

- Lượng cặn ở 1 bể:

q= Wc

t = 34,7

10.60 = 0,06 m3/s

- Đường kính ống xả cặn 1 bể:

4

.

q

D

v



 = 4.0,06

.1

 = 0,28m Chọn ống dẫn nước D= 300mm

*) Tính vách ngăn phân phối

Để phân phối đều trên toàn bộ diện tich mặt cặt ngang của bể lắng cần đặt các vách ngăn

có lỗ ở 2 đầu bể , cách tường 1m, vận tốc nước qua lỗ 0,5m/s Đoạn dưới của vách ngăn trong phạm vi chiều cao 0,3- 0,5m.[1]

- Diện tích công tác của vách

.

vn

F B H a

Trong đó: B: chiều rộng mỗi bể, B= 4,1m

H: chiều cao vùng lắng, H= 3m

a: khoảng cách từ hàng lỗ cuối cùng của vách ngăn đến mặt trên của vùng nén chứa cặn Chọn a= 0,3 m

→ Fvn= 4,1.(3-0,3) = 11,1m2

-Số lỗ phân phối trên vách ngăn:

i

i

Q

n

S v



Trong đó : Qi: lưu lượng mỗi bể, Qi=0,44/4= 0,11 m3/s

v= 0,5m/s, vận tốc nước qua lỗ

Si: diện tích lỗ phân phối, các lỗ phân phối hình tròn, dlỗ= 0,08m, Si=6,4.10-3

m2

→ Số lỗ: n= 35 lỗ , chia thành 7 cột, 5 hàng

+ khoảng cách giữa 2 hàng: lh= 3 0,3

5



= 0,54m +khoảng cách giữa các cột: lcột= 4,1/7= 0,6m

*) Hệ thống máng thu nước cuối bể

- Chiều dài máng: Lm= 2/3L= 2/3 58= 37m [1]

Mỗi ngăn bố trí 1 máng, vận tốc nước trong máng 0,6 m/s

- Tiết diện máng: m i

m

Q F v

 = 0,11/0,6= 0,18 m2

+Chiều rộng máng: chọn bm= 0,3m

+ Chiều sâu máng: hm= Fm/ bm= 0,6m

Tốc độ chảy qua lỗ: vlỗ= 1m/s

- Tổng diện tích lỗ trên 1 máng thu:

l i

i

Q f v



 = 0,11/1= 0,11 m2

- Đường kính lỗ dl= 25mm →fl= 5.10-4 m2

→ Số lỗ= l

l

f f

 = 220 lỗ

Mỗi bên ống dặt 110 lỗ, các lỗ thường nằm ngang 2 bên máng, đặt cao hơn đáy máng 50mm

Khoảng cách giữa các tâm lỗ: L m

e n

 = 37/110 = 0,34m

Mép trên máng cao hơn mực nước trong bể 0,1m

- Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng đến bể lọc:

Lưu lượng mỗi bể 0,11 m3/s, vận tốc chảy trong ống 1m/s

4.

.

i

Q

D

v



 = 4.0,11

.1

 ≈ 0,4m →chọn đường ống D= 400mm

Bảng tổng hợp thông số bể 1 lắng ngang

3.4 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng

Bể lắng ngang phối hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng được chia thành 4 bể, chiều rộng bằng với chiều chiều rộng bể lắng ngang,B= 4,1m

- Diện tích mặt bằng bể phản ứng:

N.

Q F

v

 với v là vận tốc đi lên của dòng nước trong bể phản ứng, tương ứng với hàm lượng cặn 280 mg/l, v= 1,6mm/s = 1,6.10-3m/s

→ F= 45,8 m2

- Chiều dài của bể: Lpư= F/B= 11,2m chọn Lpư= 11,5m

- Thể tích của bể ứng với thời gian lưu nước trong bể t= 20 phút

W .

60.N

b

Q t

 = 1583,5.20

60.4 = 132m3

- Chiều cao tổng cộng của bể: Hb= Wb/Fb= 3m

Trong bể đặt 3 tấm chắn hướng dòng, khoảng cách giữa các tấm chắn e= L/4= 2,9m Đáy bể phản ứng đặt ống khoan lỗ để phân phối nước Mỗi bể đặt 2 ống Tốc độ nước chảy trong ống 0,6m/s [1]

-Tiết diện ống nhánh phân phối nước vào 1 bể:

.2

o

Q

F

N v

 = 0, 44

4.0,6.2 = 0,092 m2

→ D= 4.F o

 = 0,34m

Chọn ống có đường kính D = 350mm

Trên các ống nhánh phân phối, đục lỗ để phân phối nước.Tốc độ nước chảy qua ống 1m/ s

.2

l

Q

f

N v



Chọn đường kính lỗ 30mm →flỗ= 7,1.10-4m2

Số lỗ= l

l

f

f

 = 105 lỗ

Mỗi bên ống đặt 58 lỗ, hướng tâm lỗ tạo 1 góc 45ᵒ với phương thẳng đứng

3.5 Bể lọc nhanh

Chọn bể lọc nhanh với 2 lớp vật liệu lọc cát thạch anh và than antraxit với 1 lớp sỏi đỡ

- Diện tích các lọc của trạm xử lí:

. tb 3,6 .W.t tb

Q F



  [1]

Q- Công suất hữu ích của trạm, m3/ngày Q=38000m3/ngày đêm

T- Thời gian làm việc trong trạm một ngày đêm (h) T=24h

Vtb- Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h) , ở đây bể lọc

nhanh có 2 lớp vật liệu lọc nên chọn vbt= 8m/h

a- Số lần rửa một bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường

a=2

W- Cường độ nước rửa lọc (l/sm2), W=16(l/sm2) ( W=14-16l/sm2)

t1- Thời gian rửa (h), t1=6 phút =0,1h ( t1= 7-6 phút)

t2 – Thời gian ngừng bể lọc để rửa (h) t2=0,35h

→ F= 217,3 m2

- Số bể lọc cần thiết: N= 0,5 F =7,4 → chọn 8 bể

- Diện tích mỗi bể: f= F/8= 27,2 m2 → Chọn f= 28 m2

Kích thước của 1 bể lọc: L.B= 7.4 m

=> Tổng diện tích thực tế : F = 224m2

Tốc độ lọc theo chế độ lọc tăng cường

,

1

N

N N



 = 9,14 m/h

-Chiều cao toàn phần của bể lọc:

H h d h vh nh t h sh p

Hd: chiều cao lớp sỏi đỡ, 0,7m [2]

Hv chiều cao lớp vật liệu lọc, 1,4m [1]

Hn: chiều cao lớp nước trên, 2m

Hp: chiều cao phụ, 0,5m

Hs: chiều cao sàn đỡ chụp lọc, 0,1m

Ht: chiều cao từ đáy đén sàn đỡ chụp lọc, 0,8m

→ H= 5,5m

*) Dựng hệ thống phân phối nước rửa lọc

Chọ biện pháp rửa lọc bằng gió và nước kết hợp Cường độ nước rửa lọc W= 16l/s.m2, độ trương nở của lớp vật liệu lọc 50%.Cường độ gió rửa lọc 16l/s.m2 [2]

-Lưu lượng nước rửa của 1 bể:

Qn= .W

1000

n

F

= 0,45m3/s

Nước rửa được đưa vào mỗi bể bằng 2 ống dẫn chính, vận tốc nước chảy trong ống dẫn chính 2m/s

-Đường kính ống dẫn nước rửa lọc chính:

D = 4

.2

Q

v  = 0,38m→ chọn D= 400mm

*) Xác định hệ thống dẫn gió rửa lọc

-Lưu lượng gió tính toán:

Qg= .W

1000

g

F

= 0,45m3/s

Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió 16m/s

-Đường kính ống dẫn gió chính:

D= 4.

.

Q

v

 = 0,19m→ chọn D= 200mm

*) Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc

Bể có chiều rộng 4m, chọn mỗi bể 3 máng thu có đáy tam giác, khoảng cách giữa các máng 1,4 m

- Lượng nước rửa thu vào mỗi máng:

Qm=W.d l với W cường độ nước rửa

D: khoảng cách giữa các máng

L chiều dài máng