Đồ án Công nghệ xử lý nước cấpThiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho công ty Chế biến Thực phẩm Tân Tân

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Quy trình sản xuất đậu phụng muối trái và hạt điều phải Hình 2: Quy trình sản xuất sản phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO CÔNG TY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM TÂN TÂN GVGD: Lê Thị Lan Thảo

Sinh viên thực hiện: Nhóm 04

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đồ án 1

1.3 Nội dung của đồ án 1

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM TÂN TÂN 2

2.1 Sơ lược Công Ty 2

2.2 Quá trình hình thành và Phát triển 3

2.3 Quy trình sản xuất 3

2.3 Danh sách nhóm sản phẩm của công ty 5

2.4 Khảo sát vấn đề môi trường và chất lượng kiểm soát môi trường tại công ty 5 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN NGUỒN NƯỚC 6

3.1 Tính toán lưu lượng nước cấp cho toàn bộ công ty Tân Tân 6

3.1.1 Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân 6

3.1.2 Lưu lượng nước sản xuất 6

3.1.3 Tổng công suất của trạm xử lý 6

3.1.4 Lưu lượng nước theo giờ và biểu đồ dùng nước 7

3.2 Lựa chọn nguồn nước 9

3.2.1 Chất lượng nguồn nước sông Đồng Nai 9

3.2.2 Chất lượng nguồn nước ngầm 11

3.2.3 Phân tích lựa chọn nguồn nước 12

3.2.4 Chất lượng nước yêu cầu sau xử lý 12

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 14

4.1 Đề xuất công nghệ xử lý nước ngầm 14

4.2 Cơ sở tính toán 15

4.2.1 Lý thuyết khử sắt 15

4.2.2 Lý thuyết khử cứng 15

4.2.3 Độ kiềm của nước 16

4.2.4 Hàm lượng CO 2 tự do có trong nước 16

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân ii

4.2.5 Giá trị pH sau quá trình làm thoáng 17

4.2.6 Lượng oxy hòa tan trong nước của quá trình làm thoáng 18

4.2.7 Thế oxy hóa khử của nước sau quá trình làm thoáng 19

4.3 Phân tích lựa chọn các công trình đơn vị 20

4.3.1 Làm thoáng 20

4.3.2 Bể trộn 20

4.3.3 Bể phản ứng 21

4.3.4 Bể lắng 22

4.3.5 Bể lọc 22

4.3.6 Khử trùng 23

4.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã lựa chọn 24

4.4.1 Sơ đồ công nghệ 24

4.4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 24

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 26

5.1 Thùng quạt gió 26

5.1.1 Cấu tạo 26

5.1.2 Tính toán thùng quạt gió 26

5.2 Thiết bị pha chế hóa chất 29

5.2.1 Tính toán lượng vôi và phèn cần cho quá trình khử cứng và tăng pH 29

5.2.2 Bể pha chế vôi sữa 31

5.2.3 Bể pha phèn 33

5.2.4 Kho dự trữ hóa chất 35

5.3 Bể trộn đứng 36

5.3.1 Cấu tạo 36

5.3.2 Nguyên lý hoạt động 37

4.3.3 Tính toán bể trộn 37

5.4 Bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy 40

5.4.1 Cấu tạo 40

5.4.2 Nguyên lý làm việc 40

5.4.3 Bể phản ứng xoáy 40

5.4.4 Bể lắng đứng 41

5.5 Bể lọc nhanh 47

5.5.1 Cấu tạo 47

5.5.2 Nguyên lý hoạt động 47

5.5.3 Tính toán 48

5.6 Khử trùng bằng clo 53

5.6.1 Cấu tạo 53

5.6.2 Nguyên lý hoạt động 54

5.6.3 Tính toán hệ thống khử trùng 54

5.7 Bể chứa nước sạch 56

5.7.1 Chức năng 56

5.7.2 Tính toán 57

CHƯƠNG 6 TÍNH TỔN THẤT ÁP LỰC 60

6.1 Tổn thất cột áp từ thùng quạt gió đến bể trộn 60

6.2 Tổn thất cột áp từ bể trộn đến bể lắng 60

6.3 Tổn thất cột áp từ bể lắng đến bể lọc 61

6.4 Tổn thất cột áp từ bể lọc sang bể chứa 62

6.5 Tổng tổn thất cột áp của hệ thống xử lý nước 62

CHƯƠNG 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

7.1 Kết luận 63

7.2 Kiến nghị 63

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Quy trình sản xuất đậu phụng muối (trái) và hạt điều (phải)

Hình 2: Quy trình sản xuất sản phẩm đậu nước cốt dừa , bơ trứng, bơ sữa (trái) và sản xuất đậu vị chay , chao muối , mật ong (phải)

Hình 3: Biểu đồ tiêu thụ nước theo giờ của công ty (%)

Hình 4:Chỉ số WQI nước mặt sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa năm 2011 Hình 5: Biểu đồ chỉ số WQI nước mặt sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa năm 2012

Hình 6: Biểu đồ chỉ số WQI nước mặt sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa năm 2013

Hình 7 Công nghệ xử lý nước ngầm (Xử lý nước cấp_ Nguyễn Lan Phương_ tr20)

Hình 8 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Các sản phẩm do công ty Tân Tân sản xuất

Bảng 2: Thống kê lưu lượng theo giờ dùng nước của công ty

Bảng 3: Giá trị WQI đánh giá chất lượng nước

Bảng 4 Chất lượng nước ngầm quan trắc tại công ty Tan Tân

Bảng 5: Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng

Bảng 7 Các thông số chất lượng nước vượt tiêu chuẩn yêu cầu

Bảng 8: Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic theo nhiệt độ

Bảng 9: Lượng oxy bão hòa trong nước theo nhiệt độ

Bảng 10: Hệ số truyền tách khí vào nước, phụ thuộc vào nhiệt độ

Bảng 11 Giá trị của hệ số A tính theo độ phân phối đều nước (m)

Bảng 13: Vận tốc nước trong bể lắng

Bảng 14: Bể chứa nước sạch

Bảng 15: Tổn thất cột áp khi dòng nước chảy từ thùng quạt gió đến bể trộn

Bảng 16: Tổn thất cột áp khi dòng nước chảy từ bể trộn đến bể lắng

Bảng 17: Tổn thất cột áp khi dòng nước chảy từ bể lắng đến bể lọc

Bảng 18: Tổn thất cột áp khi dòng nước chảy từ bể lọc đến bể chứa

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề

Nước là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống sinh hoạt công nghiệp hằng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp Trong sinh hoạt nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh và các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng khác…; trong công nghiệp sản xuất, nước được dùng cho quá trình làm sạch, sản xuất thực phẩm như: đồ hộp, nước giải khát… Hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước như một nguồn nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất

Công ty TNHH-CBTP Tân Tân là một công ty chế biến thực phẩm, nên yêu cầu chất lượng của nước xử lý là rất cao Hiện tại công ty đang sử dụng nguồn nước cấp từ nhà máy

xử lý nước cấp Dĩ An, nhưng chất lượng nước từ nhà máy nước chỉ đáp ứng cho nhu cầu sinh hoạt, không phù hợp cho nhu cầu sản xuất thực phẩm của công ty

Do trên nhu cầu thực tiễn đó, nhóm chúng tôi chọn Công ty Tân Tân để làm đồ án

công nghệ xử lý nước cấp với tên đề tài: “Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty

TNHH-CBTP Tân Tân”

1.2 Mục đích của đồ án

Dựa trên điều kiện thực tiễn: chất lượng nguồn nước, yêu cầu chất lượng nguồn nước sau khi xử lý, nhu cầu dùng nước… để thiết kế hệ thống xử lý nước cấp phù hợp về điều kiện kinh tế và hiệu quả để đáp ứng nhu cầu cấp nước cho cả mục đích sinh hoạt của công nhân và chế biến thực phẩm tại Công ty TNHH-CBTP Tân Tân

1.3 Nội dung của đồ án

- Khảo sát hiện trạng sử dụng nước của công ty Tân Tân;

- Khảo sát, tính toán nhu cầu dùng nước cho mục đích sinh hoạt và sản xuất;

- Phân tích và lựa chọn nguồn nước thích hợp;

- Đề xuất công nghệ xử lý;

- Tính toán, thiết kế các công trình trong hệ thống xử lý nước cấp được đề xuất;

- Thể hiện bản vẽ thiết kế

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 2

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY CHẾ BIẾN THỰC PHẨM TÂN TÂN

2.1 Sơ lược Công Ty

Tên công ty : công ty TNHH TM & CBTP TÂN TÂN

Tên giao dịch : TAN TAN PEANUT CO , LTD

- Văn phòng chính: 32C, ấp Nội Hóa, Xã Bình An , Huyện Dĩ An , Bình Dương

- Điện thoại : (84-650) 781 968 -781 908 -781 986 -781 966

- Fax ( 84- 650) 781 928

- Email: tantan.peanuts@tantan.com.vn – tantan.peanuts@hcm.vnn.vn

 Chi nhánh 1: 782 Bến Nguyễn Duy , Q8, TPHCM

+ Điện thoại : (84-8) 8546232- 8559407- 9504726

+ Fax: (84-8) 8477488

 Chi nhánh 2: Chi nhánh công ty TNHH TM & CBTP TÂN TÂN Thôn Bãi –

Phường Thanh trì- Quận Hoàng Mai- Hà Nội

Để tạo được những sản phẩm chất lượng đến tay người tiêu dùng, Công Ty đã nhập trang thiết bị khá là tiên tiến từ nước Mỹ và các nước châu âu lớn trên thế giới Công suất thiết kế là 800000 kg/tháng

Tiêu chuẩn quản lí chất lượng: ISO 9001 :2000

Thị trường kinh doanh:

+ Trong nước: tất cả các tỉnh thành với 80 nhà phân phối và 40000 điểm bán lẽ trên toàn quốc

+ Thị trường nước ngoài: Hơn 20 nước trên thế giới: Mỹ, Thụy Điển, Nga, Philipines, Phần Lan, Nhật bản, Trung quốc, Đài Loan, Hồng Kông , Hàn Quốc…

Số lượng công nhân : 800 người Sản xuất ngày 2 ca, 8 giờ/ca Làm việc 26 ngày/tháng Doanh thu: 2005: 335.268.955.245 VNĐ

Nước cấp: Giếng khoan tại nhà máy Sử dụng 3000 m3/tháng (với nguồn nước ngầm chủ yếu từ sông Đồng Nai)

Điện năng: Công Ty Điện lực cung cấp Sử dụng 97.960 KW/tháng

2.2 Quá trình hình thành và Phát triển

+ 1984: Từ xuất phát điểm là một cơ sở chế biến đậu phộng chiên Tân Tân có mặt trên

khắp mọi nơi từ những quán ăn trên đường phố đến nhà bếp của từng gia đình Sản phẩm tiêu thụ nhanh tới mức, công ty phải nhanh chóng mở rộng sản xuất

+ 1986: Công ty TNHH TM &CBCP TÂN TÂN đã và đang và phát triển mạnh, ổn định qua từng năm kể từ ngày thành lập năm 1986 TNHH TM & CBSP TÂN TÂN đã và đang phát triển mạnh, ổn định

+ 1997: Năm 1997 công ty xây dựng nhà máy và văn phòng mới tại tỉnh Bình Dương với diện tích trên 45.000 m2 và mở rộng bộ máy nhân sự hơn 800 nhân viên Cũng từ đó, công

ty đã mở rộng quy mô kinh doanh trong nước với hơn 140 nhà phân phối, hơn 40.000 điểm bán lẻ, ở hầu hết các siêu thị và trung tâm thương mại chiếm 80% thị phần trong cả nước + 2007: Trong lễ kỷ niệm 10 năm thành lập công ty diễn ra vào năm 2007, ông Trần Quốc Tân - Tổng Giám đốc Tân Tân khẳng định công ty sẽ tiến hành cổ phần hóa và niêm yết chứng khoán trên sàn giao dịch

+ 2011 đến nay: Tân Tân luôn trong tình trạng “ăn đong” đơn hàng Những năm trước đó, vào thời điểm này công ty đã ký hợp đồng hàng sản xuất đến hết quí 1 năm sau, nhưng trong 2011, nguồn hàng của công ty sản xuất chỉ còn đến tháng 12 là hết Lãnh đạo công ty đang chạy đôn chạy đáo tìm hợp đồng nhưng tình hình cũng không mấy khả quan

2.3 Quy trình sản xuất

Hình 1: Quy trình sản xuất đậu phụng muối (trái) và hạt điều (phải)

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 4 Hình 2: Quy trình sản xuất sản phẩm đậu nước cốt dừa , bơ trứng, bơ sữa (trái) và sản

xuất đậu vị chay , chao muối , mật ong (phải)

2.3 Danh sách nhóm sản phẩm của công ty

Bảng 1: Các sản phẩm do công ty Tân Tân sản xuất

1 Đậu muối lột vỏ 8 Đậu hòa lan 15 Bánh snack

2 Đậu chao muối 9 Đậu so, khủng long 16 Kẹo đậu phộng

3 Đậu muối có vỏ 10 Đậu Funmix 17 Hộp quà tết

5 Đậu da cá 12 Bơ trứng, Bơ sữa 19 Rau câu

6 Đậu cà phê 13 Điều chiên 20 Mật ong, ớt ngọt

7 Đậu ra cải tôm mực 14 Đậu amero 21 Snack

2.4 Khảo sát vấn đề môi trường và chất lượng kiểm soát môi trường tại công ty

+ Nguồn khí thải, bụi : Từ hoạt động sản xuất và các hoạt động vận chuyển đi lại…;

+ Tiếng ồn và nhiệt thừa: phát sinh từ các quá trình sản xuất , máy móc , thiết bị sản xuất…; + Nước thải: từ các quá trình sản xuất (phần lớn là công đoạn vệ sinh thiết bị) và quá trình sinh hoạt của công nhân viên và nước mưa chảy tràn;

+ Chất thải rắn: gồm chất thải rắn sản xuất và chất thải rắn sinh hoạt

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 6

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC CẤP VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN

NGUỒN NƯỚC

3.1 Tính toán lưu lượng nước cấp cho toàn bộ công ty Tân Tân

3.1.1 Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân

 Số công nhân: N=800;

+ Số công nhân phân xưởng nóng:N1 = 600 người;

+ Số công nhân phân xưởng lạnh: N2 = 200 người

 Hệ số không điều hòa giờ lớn nhất trong phân xưởng nóng và lạnh lần lượt là K1 = 2.5 và K2 = 3;

 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của công nhân;

+ Phân xưởng nóng là: 45(l/người.ngđ);

+ Phân xưởng lạnh là: 25 (l/người.ngđ)

 Lưu lượng sinh hoạt công nhân lớn nhất:

3.1.2 Lưu lượng nước sản xuất

 Số liệu ban đầu: P = 30 (tấn sản phẩm/ngày đêm);

 Tiêu chuẩn dùng nước: = 20 (m3/tấn sản phẩm)

Lưu lượng nước sản xuất:

= P × = 30×20=600 (m3/ngđ)

3.1.3 Tổng công suất của trạm xử lý

 Tổng lưu lượng nước tiêu thụ của công ty:

= + + ắ = 600 + 82,5 + 17,25 = 700 (m3/ngđ)

 Lưu lượng dùng cho trạm xử lý:

ạ = 20 (m3/ngđ)

 Vậy công suất trạm xử lý:

à = 720 (m3/ngđ)

 Công suất 1 giờ: Qgiờ = 30 (m3/h)

3.1.4 Lưu lượng nước theo giờ và biểu đồ dùng nước

Bảng 2: Thống kê lưu lượng theo giờ dùng nước của công ty

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 8

3.2 Lựa chọn nguồn nước

3.2.1 Chất lượng nguồn nước sông Đồng Nai

Ví trí nhà máy thuộc Bình An, Dĩ An, Bình Dương, nguồn nước mặt lấy từ nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa (Từ Cầu Hóa An tới cầu Đồng Nai)

Chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa (Từ Cầu Hóa

An tới cầu Đồng Nai)

sử dụng cho cấp nước sinh hoạt cần khi xử lý) Quý 2 và quý 3 chấtt lượng nước chỉ sử dụng cho giao thông thủy Quý 4 nằm trong các tháng mùa mưa nên kéo theo khá nhiều phù sa từ thượng nguồn sông Đồng Nai đổ về làm cho nước có độ đục rất cao Đồng thời, mức độ tác động các chất ô nhiễm trên Sông Cái lan truyền theo dòng triều, kết hợp với việc xả chất thải chưa qua xử lý khu vực chợ Biên Hòa đã gây suy giảm chất lượng nước Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước là do mật độ vi khuẩn (nhóm Colifrom; E.Coli) và các tác nhân vật lý (độ đục,chất rắn lơ lững) đã vượt quá giới hạn cho phép đối với nguồn cấp nước sinh hoạt

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 10

Năm 2012:

(Nguồn: Trung tâm quan trắc môi trường Đồng Nai) Hình 5: Biểu đồ chỉ số WQI nước mặt sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa

năm 2012 Bảng 3: Giá trị WQI đánh giá chất lượng nước

Chất lượng nước Sông Đồng Nai đoạn 3 (đoạn từ Cầu Hóa An đến cầu Đồng Nai) nhìn chung là thiếu ổn định Quý 1, tất cả các điểm quan trắc chất lượng nước đều tốt có thể dùng cho cấp nước sinh hoạt Các quý còn lại chất lượng nước ở mức thấp Kết quả quan trắc tháng 5 cho thấy Chất lượng kém nhất tại vị trí cầu Hóa An và cầu Đồng Nai: tại

vị trí cầu Hóa An chất lượng nước chỉ đạt mục đích tưới tiêu thủy lợi, ô nhiễm chủ yếu do hàm lượng vi khuẩn với vi khuẩn E.Coli vượt quy chuẩn cho phép từ 15-128 lần và Coliform vượt từ 2-13 lần Tại vị trí gần cầu Đồng Nai chất lượng nước bị ô nhiễm nặng với hàm lượng Oxy hòa tan trong nước (DO) không đạt cộng thêm hàm lượng vi khuẩn E.Coli vượt quy chuẩn cho phép từ 48 đến 92 lần, và hàm lượng Coliform vượt từ 9 đến 17

Giá trị WQI Mức đánh giá chất lượng nước

91-100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt

76 - 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý

phù hợp

51 - 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương khác

26 - 50 Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương khác

0 - 25 Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý trong tương lai

lần Trong tháng 05/2012, hàm lượng độ mặn dao động từ 0,02‰ – 0,08‰ (yêu cầu cấp nước độ mặn dưới 0,4‰)

Nhận xét chung: nhìn chung chất lượng nước sông Đồng Nai thiếu tính ổn định,

chất lượng nước tại các khu vực khảo sát ở mức thấp hoặc bị ô nhiểm

3.2.2 Chất lượng nguồn nước ngầm

Bảng 4 Chất lượng nước ngầm quan trắc tại công ty Tân Tân

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 12

Ghi chú: dấu (-): Không quy định

3.2.3 Phân tích lựa chọn nguồn nước

Nhà máy xử lý với công suất nhỏ 700m3/ngđ

Nguồn nước mặt lấy từ Sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa( Từ Cầu Hóa An tới cầu Đồng Nai), chất lượng nước không ổn định, không đảm bảo chất lượng, phụ thuộc vào từng thời gian Cụ thể, vào mùa khô, chất lượng nước tương đối sạch chỉ cần

xử lý sơ bộ Vào mùa mưa, chất lượng nước không đảm bảo cho mục đích cấp nước sinh hoạt, đòi hỏi hệ thống xử lý thiết kế và quản lý phức tạp Ngoài ra, khoảng cách từ nhà máy tới nguồn nước sông Đồng Nai lớn, chi phí xây dựng hệ thống dẫn nước cao

Nguồn nước ngầm ở vị trí nhà máy có trữ lượng lớn, chất lượng nước tương đối ổn định có khả năng đáp ứng nhu cầu dài hạn, xử lý đơn giản, ít chi phí hơn

 Vì những lý do trên, nhóm chúng tôi lựa chọn nguồn nước ngầm tại vị trí nhà máy cho công trình xử lý nước cấp

3.2.4 Chất lượng nước yêu cầu sau xử lý

Công ty CBTP Tân Tân là công ty chế biến thực phẩm, chất lượng nước yêu cầu sau khi xử lý phải tuân thủ theo quy chuẩn của nước cung cấp cho ăn uống của Bộ Y tế – QCVN 01:2009/BYT

Bảng 5: Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn tối đa cho phép

100ml

0

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 14

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

4.1 Đề xuất công nghệ xử lý nước ngầm

Hình 7 Công nghệ xử lý nước ngầm (Xử lý nước cấp_ Nguyễn Lan Phương_ tr20)

Bảng 7 Các thông số chất lượng nước vượt tiêu chuẩn yêu cầu

Từ bảng so sánh các thông số vượt tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sản xuất thực phẩm, chúng tôi có các nhận xét như sau:

+ Hàm lượng sắt quá cao, vượt tiêu chuẩn hơn 76 lần;

+ Độ cứng vượt tiêu chuẩn 100 mg/l;

+ Hàm lượng hydro sunfur vượt tiêu chuẩn tới 40 lần;

+ pH thấp hơn so với tiêu chuẩn;

+ Coliform tổng số cũng vượt tiêu chuẩn

Dựa vào sơ đồ công nghệ của “Nguyễn Lan Phương” và các nhận xét như trên: để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt yêu cầu thì cần phải có giải pháp khử sắt hiệu quả, khử khí H2S ra khỏi nguồn nước và sau đó phải khử cứng, nâng pH, khử trùng Nhóm đề xuất công nghệ như sơ đồ thứ 2 của “Nguyễn Lan Phương”:

+ Khử sắt bằng biện pháp làm thoáng;

+ Sử dụng vôi cho mục đích khử cứng và nâng pH;

+ Sau khử cứng sẽ qua quá trình lắng để loại bỏ cặn, sau đó qua lọc và khử trùng

V = [ ] = [ ]

[ ] K (*) Theo phương trình (*) cho thấy: tốc độ khử sắt sẽ phụ thuộc vào oxi và độ pH của nước, do vậy phương pháp làm thoáng phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi và làm tăng pH của nước

4.2.2 Lý thuyết khử cứng

Khi cho dung dịch vôi sữa vào nước, trước hết chúng sẽ kết hợp với CO2 hòa tan trong nước để tạo thành ion hidrocacbonat theo phản ứng:

Ca(OH)2 + CO2 → Ca(HCO3)2

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 16

Tiếp tục cho vôi vào nước, vôi sẽ kết hợp với ion hidrocacbonat thành ion cacbonat Ion cacbonat mới tạo thành sẽ kết hợp ion canxi có trong nước để tạo ra cặn CaCO3 lắng đọng, tách ra khỏi nước

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 + 2H2O

Để khử độ cứng magie phải pha vào nước một lượng vôi vừa đủ để tạo thành hydroxit magie không tan

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + 2CaCO3 + H2O Nếu như trong nước tồn tại muối magie sunfat và muối mange clorua thì các phản ứng tạo thành hydroxit magie nhu sau:

MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaSO4MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓ + 2CaCl2 Liều lượng vôi cần pha vào nước để khử cứng phụ thuộc vào tỷ số ion canxi, magie, hydrocacbonat

4.2.3 Độ kiềm của nước

Độ kiềm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử sắt và có liên hệ trực tiếp với độ pH của nước Khi trong nước nguồn tồn tại nhiều sắt ở dạng bicacbonat Fe(HCO3)2 thì lượng CO2 được giải phóng từ quá trình oxi hóa Fe2+ thành Fe3+ và thủy phân Fe3+ thành Fe(OH)3 là nguyên nhân làm giảm pH của nước và làm chậm trễ quá trình khử sắt Trong nước mà có độ kiềm lớn, CO2 nhỏ thì pH nước sẽ càng cao Cần phải làm thoáng để đuổi CO2 ra khỏi nước, tăng pH để tăng hiệu quả khử sắt

Độ kiềm của nước sau khi khử sắt:

Ki = Kio – 0,036 = 1,5 – 0,036×23 = 0,672 (mgdl/l) Trong đó:

+ Ki: độ kiềm của nước sau khi khử sắt;

+ Kio: độ kiềm ban đầu của nước nguồn; Kio = 1,5 (mgdl/l);

+ : hàm lượng sắt trong nước ngầm; = 23 (mg/l)

4.2.4 Hàm lượng CO 2 tự do có trong nước

Trong quá trình làm thoáng 1mg Fe2+ sẽ tạo thành 1,6 mg CO2 tự do, phần lớn lượng

CO2 giải phóng ra sẽ bay vào không khí Lượng CO2 giải phóng ra phụ thuộc vào công trình

Trong đó:

+ ( ) : hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu;

+ K: độ kiềm có trong nước nguồn, K = 1,5 (mgdl/l);

+ : lực ion của dung dịch, = 0,00022P; P: tổng hàm lượng muối, P = 1490 (mg/l)

→ = 0,03;

+ : hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic

Bảng 8: Hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic theo nhiệt độ

 Hàm lượng CO2 sau quá trình khử sắt:

( ) = ( ) (1 − ) + 1,6 Trong đó:

+ ( ) : hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu, ( ) = 273 (mg/l); + : Hàm lượng sắt của nguồn, = 23 (mg/l);

+ a: hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng theo giáo trình “Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp_ Nguyễn Hữu Thủy_ Trang 204”:

 Làm thoáng bằng giàn mưa; a = 0,5;

 Làm thoáng cưỡng bức; a = 0,9

Vậy:

 Làm thoáng bằng giàn mưa: ( )= 165,8 (mg/l);

 Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió: ( ) = 62,6 (mg/l)

4.2.5 Giá trị pH sau quá trình làm thoáng

Xác định pH có trong nước sau quá trình làm thoáng:

pH = log

( )− √ Trong đó:

+ ( ) : hàm lượng CO2 sau quá trình khử sắt;

+ K: độ kiềm sau quá trình khử sắt, K = 0,672 (mg/l);

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 18

+ : lực ion của dung dịch, = 0,000022P;

+ P: tổng hàm lượng muối, P = 1490 (mg/l) → = 0,03;

+ : hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic, lấy theo bảng 8 Với nhiệt độ của nước là 25oC, = 4,31.10-7

Vậy:

 Làm thoáng bằng giàn mưa: ( ) = 173,3 (mg/l) => pH = 5,4

 Làm thoáng cưỡng bức bằng thùng quạt gió: ( ) = 64 (mg/l) => pH = 5,9

4.2.6 Lượng oxy hòa tan trong nước của quá trình làm thoáng

Nhu cầu oxy của nước: [O2] = Độ oxi hóa + 0,47.[H2S] + 0,143.[Fe2+]= 7,3 (mg/l) Hàm lượng Oxy hòa tan trong nước sau quá trình làm thoáng cưỡng bức:

+ Cs: Hàm lượng oxy bão hòa trong nước phụ thuộc vào hàm lượng muối và nhiệt

độ của nước lấy theo bảng 9; Cs = 8,4 (g/m3);

+ KD: Hệ số truyền tách khí vào nước, phụ thuộc vào nhiệt độ; giá trị lấy theo bảng 10; KD = 0,0255;

Bảng 9: Lượng oxy bão hòa trong nước theo nhiệt độ

Lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước (g/m3) khi tồng hàm lượng muối nhỏ hơn 1000mg/l

(Nguồn: Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp_ Trịnh Xuân Lai_ Tr 313)

Hàm lượng Oxy hòa tan sau quá trình làm thoáng tự nhiên lấy bằng 50% lượng oxy bão hòa ở điều kiện nhiệt độ là 25oC, [O2]hoà tan = 4,2 (mg/l)

 Vậy lượng Oxy còn lại sau quá trình làm thoáng cưỡng bức: [O2]sau = 8,36 – 7,3 = 1,06 (mg/l)

 Quá trình làm thoáng bằng giàn mưa không cung cấp đủ oxy cho quá trình khử sắt

4.2.7 Thế oxy hóa khử của nước sau quá trình làm thoáng

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 20

4.3 Phân tích lựa chọn các công trình đơn vị

4.3.1 Làm thoáng

Từ những phân tích ở phần cơ sở tính toán cho thấy hiệu quả của phương pháp làm thoáng bằng thùng quạt gió so với phương pháp làm thoáng bằng giàn mưa:

+ Đảm bảo cung cấp đủ oxy cho quá trình khử sắt;

+ Khử hiệu quả khí CO2 ra khỏi nước nguồn;

+ Làm tăng pH, thúc đầy cho quá trình khử sắt có hiệu quả hơn

Mặt khác: sử dụng thùng quạt gió sẽ ít tốn diện tích hơn vì cường độ tưới cao, nguồn oxy được cung cấp nhân tạo, xây đựng đơn giản, ít tốn kém Nhược điểm của làm thoáng chỉ là tốn năng lượng cấp cho quạt thổi gió

 Vì vậy sẽ sử dụng phương pháp làm thoáng bằng thùng quạt gió để khử sắt

4.3.2 Bể trộn

a Chức năng

Bể trộn sử dụng để đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước trước khi phản ứng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phần tử phản ứng, việc này được thực hiện bằng cách khuấy trộn để tạo ra các dòng chảy rối trong nước

+ Bể trộn vách ngăn: là một đoạn mương bê tông cốt thép có các vách ngăn được đục lỗ

so le nhau để gây ra sự xáo trộn dòng chảy thúc đẩy hòa tan hóa chất;

+ Bể trộn đứng: thường sử dụng trong các nhà máy có sử dụng vôi sữa với chiều dòng nước chảy từ dưới lên, các hạt hóa chất sẽ được giữ ở trạng thái lơ lửng và hòa tan dần

Ưu điểm là cấu tạo công trình đơn giản, không cần máy và thiết bị trộn phức tạp Trộn cơ khí: dùng năng lượng cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối, năng lượng của cánh khuấy được truyền tải bởi động cơ

c Lựa chọn bể trộn

Do hệ thống xử lý nước có công suất nhỏ, mức độ cơ giới của hệ thống thấp, áp lực của nước sau làm thoáng lớn, dùng để trộn chung vôi với phèn cho quá trình khử cứng Vì vậy nhóm quyết định chọn bể trộn đứng cho công trình hòa trộn hóa chất

Bể phản ứng tạo bông cặn thủy lực:

+ Bể phản ứng xoáy hình trụ: áp dụng cho các nhà máy nhỏ, thường đặt trong bể lắng đứng Lợi dụng chuyển động xoáy của dòng nước từ trên xuống, các lớp nước ở bán kính khác nhau có tốc độ chuyển động khác nhau và tạo điều kiện tốt nhất cho các hạt cặn, keo, kết dính với nhau tạo thành bông cặn

+ Bề phản ứng xoáy hình côn: có dạng như một cái phểu lớn Nước đi vào từ đáy bể và dâng lên mặt bể, tốc độ nước sẽ giảm dần Tuy nhiên do ảnh hưởng bởi lực quán tính, tốc

độ dòng nước không đều đã tạo ra các xoáy nước nhỏ, tạo ra các bông cặn và kích thước bông cặn sẽ tăng dần theo chiều dòng chảy Ưu điểm là hiệu quả cao Nhược điểm là cấu tạo đặc biệt, khó xây dựng

+ Bể phản ứng vách ngăn: thường được sử dụng kết hợp với bể lắng ngang Dùng nhiều vách ngăn để đổi chiều dòng chảy, các hạt cặn được vận chuyển lệch nhau sẽ dẫn đến va chạm và kết dính với nhau tạo thành bông cặn Ưu điểm: là đơn giản trong xây dựng và vận hành Nhược điểm là: khối lượng xây dựng lớn do nhiều vách ngăn và bể phải cao để thỏa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể

+ Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng: thường xây dựng trước bể lắng ngang, nước được dẫn

từ trên xuống qua các ống đứng phân phối và va chạm với các bông cặn nhỏ được hình thành từ quá trình trộn, các bông cặn tích tụ và lớn dần do quá trình đi lên của nước Ưu điểm là hiệu quả cao, cấu tạo đơn giản Nhược điểm là khởi động chậm, làm việc có hiệu quả chỉ sau 3-4 giờ làm việc

Bể phản ứng tạo bông cơ khí: dùng năng lượng cánh khuấy để tạo sự xáo trộn trong nước, gây ra sự va chạm giữa các hạt cặn, làm tăng kích thước của hạt cặn lên Ưu điểm là:

có khả năng diều chỉnh cường độ khuấy trộn Nhược điểm chính là cần phải có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện vận hành quản lý phức tạp

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 22

+ Bể lắng nghiêng: dùng để lắng nước đã được trộn phèn

Nguyên lý: Clo là một chất oxy hóa mạnh Khi cho clo tác dụng với nước, phản ứng

đặc trưng xảy ra là quá trình thủy phân clo, tạo thành axit hypoclorit (HOCl, có tác dụng

diệt trùng mạnh) và axit clohydric :

Cl2 + H2O  HOCl + HCl Hoặc có thể dạng phương trình phân li:

Cl2 + H2O  H+ + OCl- + ClOCl- có tính ôxi hóa mạnh khuyếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây ra phản ứng với men bên trong của tế bào làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt

-Mặt khác vì acid hypoclorit là một acid rất yếu nên dễ phân hủy thành acid clohydric

và oxi nguyên tử tự do:

HOCl ↔ HCl + O

Chính oxi nguyên tử này sẽ oxi hóa các vi khuẩn

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 24

4.4 Thuyết minh sơ đồ công nghệ đã lựa chọn

4.4.1 Sơ đồ công nghệ

Hình 8 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân

4.4.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước ngầm tại giếng khoan sẽ được bơm lên thùng thùng quạt gió Nước sẽ chảy qua hệ thống ống phân phối nước hình xương cá và được phân phối đều lên trên lớp vật liệu tiếp xúc theo hướng từ trên xuống Phía dưới thùng quạt gió sẽ được bố trí một quạt hút gió, quạt sẽ vận chuyển gió đi vào thùng theo hướng từ dưới lên Nước và gió tiếp xúc với nhau, tại đây oxy sẽ được khuếch tán vào trong nước, 1 lượng khí cacbonic và hidro sunfur sẽ bị khử, thoát ra ngoài Oxy đi vào nước sẽ đóng vai trò oxi hóa sắt

Sau quá trình làm thoáng, nước sẽ từ ngăn thu nước chảy vào bể trộn theo hướng từ dưới lên, phèn và vôi được định lượng và chảy theo nước, được hòa trộn đều vào nước Nước đi ra khỏi bề trộn bằng máng vòng, sau đó được dẫn vào bể phản ứng xoáy hình trụ Tại đây các bông cặn tạo ra sẽ kết hợp với nhau và tăng kích thước

Nước ra khỏi bể phản ứng xoáy có chứa các bông cặn, nước phải chảy qua hệ thống làm giảm vận tốc xoáy phía dưới của bể phản ứng và đi xuống đáy của bể lắng đứng Tại đáy bể lắng đứng, các hạt cặn có trọng lượng lớn sẽ được giữ lại, các hạt cặn nhỏ sẽ di chuyển lên phía trên và tiếp tục kết dính với nhau, tăng kích thước và lắng xuống

Nước trong đi ra khỏi bể lắng đứng bằng hệ thống máng vòng thu nước Nước được dẫn vào bể lọc nhanh Nước được lọc qua lớp vật liệu lọc, sau đó được thu ở ngăn thu nước

và tiếp tục được vận chuyển qua bể chứa nước sạch

Trên đường ống dẫn nước sạch qua bể chứa, nước sẽ được châm clo để khử trùng

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 26

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

5.1 Thùng quạt gió

5.1.1 Cấu tạo

+ Hệ thống phân phối nước: có dạng hình xương cá, gồm ống chính nhận nhiệm vụ dẫn nước vào và phân phối nước cho các ống nhánh Trên các ống nhánh có khoan các hàng lỗ

để thực hiện nhiệm vụ phun nước lên lớp vật liệu tiếp xúc;

+ Lớp vật liệu tiếp xúc: dùng các ống nhựa xếp các lớp vuông góc với nhau và khoảng cách các ống nhựa cách nhau 50 mm;

+ Ngăn tập trung nước để dẫn nước ra ngoài, trong ngăn này đặt ống thu gom nước vận chuyển cho các công trình sau, ống xả cặn và ống cấp gió

5.1.2 Tính toán thùng quạt gió

a Diện tích thùng quạt gió

F = = = 0,75 (m2) Trong đó:

+ F: Diện tích của thùng quạt gió; (m2);

+ Q: Công suất của trạm xử lý, Q = 30 (m3/h);

+ qm: Cường độ mưa tính toán, qm = 40 (m3/m2.h) (Theo TCXD 33 – 2006, mục 6.246)

 chọn thùng quạt gió hình chữ nhật: 1 ×0,75 m

b Chiều cao của thùng quạt gió

 Chiều cao của lớp vật liệu tiếp xúc

 Phụ thuộc vào độ kiềm toàn phần của nước nguồn;

 Theo TCXD 33 – 2006, độ kiềm nhỏ hơn 2 mgdl/l thì Hvl = 1,5 m

 Chiều cao toàn bộ của thùng quạt gió:

H = Hnt + Hvl + Hp = 3 (m) Trong đó:

+ Hnt: Chiều cao ngăn thu nước ở đáy thùng, Hnt = 0,5m ;

+ Hvl: Chiều cao của lớp vật liệu tiếp xúc, Hvl = 1,5m;

+ Hp: khoảng cách từ hệ thống phun mưa tới bề mặt vật liệu tiếp xúc, Hp = 1m

c Hệ thống phân phối nước

Hệ thống phân phối nước gồm các ống nhánh được khoan lỗ thực hiện nhiệm vụ phun nước, còn ống chính chỉ thực hiện nhiệm vụ vận chuyển nước cho các ống nhánh Độ phân phối đều nước m = 95%

 Lưu lượng nước cần phun: Q = 30 (m3/h) = 8,3 (l/s);

 Khoảng cách giữa 2 ống nhánh: l = 250 mm => số ống nhánh mỗi bên của ống chính là: n = 1000 : 250 = 4;

 Lưu lượng nước chảy qua mỗi ống nhánh: Qnhánh = 8,3 : 4 = 2,075 l/s;

 Lựa chọn ống:

+ Ống chính: nhựa HDPE ∅90, dày 10.1 mm, v = 1,3 m/s;

+ Ống nhánh: nhựa HDPE ∅40, dày 4,5 mm, v = 1,6 m/s

 Tổn thất áp lực qua lỗ ống:

H = A + 1,25A = , ×

× , + , × × ,

× , = 3 (m) Trong đó:

+ H: tổn thất áp lực của nước qua các lỗ (m);

+ A: hệ số tương ứng với độ phân phối đều, A lấy theo bảng 11, A = 95;

+ : vận tốc nước chảy qua ống chính, = 1,3 (m/s);

+ : vận tốc nước chảy trong ống nhánh, = 1,6 (m/s);

Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho Công ty TNHH-CBTP Tân Tân 28

+ : lưu lượng trên nước chảy vào ống chính, Q = 0,0083 (m3/s);

+ : hệ số lưu lượng trung bình khi chảy qua lỗ phụ thuộc vào tỉ số giữa đường kính lỗ và bề dày của thành ống;

+ H: Tổn thất áp lực qua lỗ để đảm bảo độ phân phối đều m mong muốn;

+ Q: Công suất nước của trạm xử lý trong 1 giờ; Q = 30 (m3/h);

+ qtc: Lượng không khí cần cấp cho 1 m3nước (Theo TCXD 33 – 2006), qtc =10

 Áp lực gió: lấy theo TCXD 33 – 2006 là 150 mm

 Vậy cần chọn quạt gió theo thông số:

 Qgió = 0,083 (m3/s)

Vậy lựa chọn ống PVC có 90 mm

 Ống xả cặn: ống nhựa 32 mm

 Ống thổi gió: ống nhựa 32 mm

5.2 Thiết bị pha chế hóa chất

5.2.1 Tính toán lượng vôi và phèn cần cho quá trình khử cứng và tăng pH

a Xác định lượng vôi sử dụng để nâng pH

Ta có: pH sau khi làm thoáng khử sắt: pH1 = 5,9 pOH = 8,1 [OH-]= 10-8,1

Để nâng giá trị pH lên 8: pH2 = 8,0 pOH = 6,0 [OH-]= 10-6

Vì vậy ta cần phải tăng nồng độ OH- lên một khoảng:

[OH-]= 10-6-10-8,1= 9,92.10-7 (mol/l) Phương trình phản ứng tạo thành vôi sữa:

CaO + H2O  2 

Ca + 2OH- 4,96.10-7(mol/l) 9,92.10-7 (mol/l)

 Khối lượng CaO cần cho 1 lít nước: 4,96.10-7(mol/l).56 = 2,63.10-4 (g/l)

 Khối lượng CaO sử dụng trong một giờ: 2,63.10-4.30000 = 7,89(g)

 Khối lượng CaO thực tế sử dụng nhằm mục đích nâng pH của nước lên 8 là:

MCaO =

80

10089,

7 10(g/h) = 0,01(kg/h)

b Xác định lượng vôi và phèn dùng cho khử cứng

 Lượng vôi dùng cho khử cứng:

Vì = > = nên công thức xác định vôi dùng để khử cứng: