THUYẾT MINH đồ án môn học xử lí nước THIÊN NHIÊN

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGUỒN : Trước tiên, cần kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu cho trước:... - So sánh các chỉ tiêu với tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt,

THUYẾT MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN

………   ………

PHẦN I LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn trước khi xử lý:

- Hàm lượng cặn lơ lửng: Cmax= 400 mg/l, Cmin= 100 mg/l, CTB= 200 mg/l

- Hàm lượng các ion trong nước:

Cation: Na+ + K+ = 19mg/l

Ca2+= 60,12 mg/l

Mg2+= 6,1 mg/l Anion: HCO-

3= 201 mg/l

SO42-= 21 mg/lSiO32-= 0,4 mg/l

- Chỉ số E.Coli: 25 con/l

I XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CÒN THIẾU:

1) Tổng hàm lượng muối hoà tan :

Xác định dựa vào công thức:

P = ∑M+ + ∑A- + 1,4 [Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO32-]Trong đó:

+ ∑M+: Tổng hỗn hợp các ion dương trong nước nguồn không kể Fe2+

∑M+ = [Na+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [NH4+]

= 19 + 60,12 + 6,1 + 0,5 + = 85,72 (mg/l)+ ∑A-: Tổng hàm lượng các ion âm không kể HCO3-, SiO3-

∑ A-= [SO42-] +[Cl-] + [NO2-] + [NO3-] = 21 + 14 + 0,1 + 0 = 35,1 (mg/l)

⇒ P = 85,72 + 35,1 + 1,4.0+ 0,5.201 + 0,13.0,4

P = 221,372 (mg/l)

2) Hàm lượng CO2 hoà tan:

Được xác định theo biểu đồ Langelier, từ giá trị của các tham số đã biết:

to = 22oC, P = 221,372 mg/l, Ki = 3,3 mgđl/l, pH = 7,5

⇒ [CO2] = 9,9mg/l

II ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGUỒN :

Trước tiên, cần kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu cho trước:

CTP =

04,20

][Ca2 +

+16,12

][Mg2 +

• Đánh giá chất lượng nước nguồn:

- So sánh với tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, ta thấy nguồn nước này có thể dùng làm nguồn cấp nước cho các trạm xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

- So sánh các chỉ tiêu với tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt, ta thấy các chỉ tiêu như độ màu, độ oxy hoá, hàm lượng các hợp chất chứa nitơ, H2S, chỉ số E.Coli lớn và cần được xử lý

-Nước nguồn có hàm lượng H2S lớn

 Cần tiến hành clo hoá sơ bộ trước khi đưa nước vào công trình xử lý

- Độ OXH KMnO4 = 6,8 mgđl/l > 0,15 Fe2+ + 3 = 0,15*0 + 3 = 3 nên phải khử bằng Clo

- Độ màu lớn hơn các chỉ tiêu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt nên phải khử màu bằng phèn Al2(SO4)3

- Độ cứng toàn phần của nước CTP= 3,5 mgđl/l = 66,22mg/l bé hơn tiêu chuẩn cho phép nên không phải làm mền nước

- Hàm lượng H2S = 0,1 mg/l<0,2 mg/l nên không cần sử lý H2S

- pH = 7,5thuộc khoảng 6,5 đến 8,5 nên đạt tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt

- Các chỉ tiêu Na+, Ca2+, Mg2+… nằm trong giới hạn cho phép

- Chỉ số E.Coli = 25 con/l >TC(<20 con/l) nên xử lý bằng Clo

- Công suất trạm lớn Q = 41000 m3/ngđ nên dùng bể lắng ngang và bể lọc nhanh để xửlý

- Do có dùng phèn nên trong DCCN phải có thêm công trình trộn và phản ứng Với trạm có công suất lớn ta dùng bể trộn đứng và bể phản ứng zíc zắc ngang

III SƠ BỘ CHỌN DÂY CHUYỀN CễNG NGHỆ :

Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn dõy chuyền cụng nghệ:

- Loại nguồn nước và chất lượng nguồn nước

- Yờu cầu chất lượng nước của đối tượng sử dụng

So sỏnh chất lượng nước nguồn với yờu cầu cấp nước để cú biện phỏp xử lý

- Điều kiện kinh tế kỹ thuật

- Điều kiện địa phương

Từ những điều đó phõn tớch ở trờn, sơ bộ ta chọn DCCN xử lý nước mặt cho trạm xử lý cú cụng suất 41000m3/ngđ

Bể trộn

đúng

Bể phản úng zíc zác ngang

- Lượng Clo để oxi hoỏ:

LCl = 0,5[O2] =0,5.6,8 = 3,4 (mg/l)Vậy ∑LCl = 9,45 mg/l

2) Xỏc định liều lượng phốn Lp :

* Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al2(SO4)3 khô Đưa phèn vào để xử lý độ màu:

- Liều lượng phèn để xử lý độ màu của nước được xác định theo độ màu M:

Lp = 4 M = 4 40= 25,298 (mg/l)

* Kiểm tra độ kiềm của nước theo yêu cầu keo tụ:

Khi cho phèn vào nước, pH giảm Đối với phèn Al, giá trị pH thích hợp để quá trình keo

tụ xảy ra đạt hiệu quả từ 5,5 đến 7,5

Giả sử, cần phải kiềm hoá nước để nâng pH lên giá trị phù hợp với yêu cầu xử lý, dùng vôi để kiềm hoá, lượng vôi được tính :

+ Lp, lp : liều lượng và đương lượng phèn đưa vào trong nước

Lp = 84,925 mg/l,

ep ((Al2(SO4)3) = 57 mgđl/l,

+ ek: đương lượng kiềm, chọn chất kiềm hoá là CaO nên ek = 28 mgđl/l

+ Kio : độ kiềm của nước nguồn, Kio = 3,3 mgđl/l

- 3,3 +0,5)*

80

100

= -45,85<0Như vậy độ kiềm của nước đảm bảo keo tụ, không cần phải kiềm hoá

V XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN CỦA NƯỚC SAU XỬ LÝ :

Sau khi đưa phèn vào trong nước mà không cần kiềm hoá, nước sau xử lý có PH, Ki giảm,

CO2 và cặn lơ lửng C tăng

1) Độ kiềm Ki* :

Ki* = Kio - Lp ep (mgđl/l)

+ Kio : độ kiềm của nước nguồn, Kio = 3,3 mgđl/l

+ Lp, ep : liều lượng và đương lượng phèn: Lp =91,165 mg/l, ep = 57

 Ki* = 3,3 -

57

925,84

*to =220C Tra biểu đồ được f1(to)=2,06

*Ca2+ = 60,12 mg/l Tra biểu đồ được f2(Ca2+) =1,79

*Ki* =1,81mgđl/l Tra biểu đồ được f3(K*

⇒Nước có tính xâm thực, phải ổn định nước bằng vôi Lượng vôi dùng để kiềm hoá được

tính theo hàm lượng CaO trong trường hợp pH*<pHs<8,4 là:

Lv = ev.β.Ki

Cv

100(mg/l)Trong đó: ev: đương lượng vôi, ev=28 mgđl/l

β : hệ số phụ thuộc pH* và I

Tra biểu đồ ta cú β=0,4

Ki : độ kiềm của nước trước khi đưa vụi vào

Cv = độ tinh khiết của vụi, Cv = 80%

7) Hàm lượng clo để khử trựng nước :

Lượng clo khử trựng nước lấy sơ bộ LClkt = 2 mg/l

THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN CễNG NGHỆ

Bể trộn

đúng

Bể phản úng zíc zác ngang

Ta lần lượt tớnh toỏn cỏc cụng trỡnh cho dõy chuyền cụng nghệ thiết kế trờn

1) Bể hoà phốn:

298,25.9

b

b W

)(85

10

h

P

b

L n Q

+ γ :khối lượng riêng của dung dịch (ở đây là nước).γ =1 T/m3

+ n : số giờ giữa hai lần pha chế, phụ thuộc Q Q=41000m3/ngđ  n=9 giờ

+btt:nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ, btt=5%

Chọn hai bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể: 2x2x1 m

ống cấp nuớ c ống cấp khí

ống xả cặn ống xả cặn

ghi đỡ

phè n cục

ống phân phối gió

22,16.9

tt b

b W

)(65

10

2) Bể pha chế dung dịch vôi sữa :

Bể có nhiệm vụ hòa tan vôi cục thành vôi sữa và cung cấp cho bể trộn Với công suấtnhà máy khá lớn nên ta chọn thiết bị dùng khí nén để tôi vôi cục, hòa tan vôi thành vôi sữa

 Dung tích bể hoà trộn:

Wh= 10000 .γ

h

V

b

L n Q

+ γ :khối lượng riêng của dung dịch (ở đây là nước).γ =1 T/m3

+ n : số giờ giữa hai lần pha chế, phụ thuộc Q Q=41000m3/ngđ  n=9 giờ

Chọn hai bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể: 2 x 1 x 1,5 m.

5

43

8

9

10

112

12

SƠ ĐỒ THIẾT BỊ TÔI VÔI VÀ PHA VÔI SỮA

1 – Bể hòa tan vôi; 2 - rọ tôi vôi có khớp soay nối với thành bể; 3 – ròng rọc nâng rọ

để đỗ bả vôi ra ngoài; 4 – ống dẫn nước vào bể tôi vôi; 5 – bơm nâng dung dịch vôi bằngkhí nén; 6 – ống dẫn dung dịch tuần hoàn để pha vôi; 7 – ống dẫn khí nén; 8 – máng thu cặn

bã vôi sau khi tôi; 9 – bể chứa cặn vôi; 10 – bể tiêu thụ vôi sữa 5%; 11 – máy khuấy; 12 –bơm định lượng

Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc sau :

Vôi cục được cho vào rọ (2) , vặn cho nước từ ống dẫn (4) vào rọ để tôi vôi, đồng thờicho máy bơm dung dịch bằng khí nén (5) (air - lift) hoạt động để tuần hoàn dung dịch Vôitôi theo ống đứng đi xuống đáy bể hòa tan, được bơm (5) bơm tuần hoàn lại vào rọ Dungdịch vôi sau quá trình lắng đứng trong bể (1) được thu vào máng rồi dẫn sang bể tiêu thụ(10) Trong bể tiêu thụ (10) đặt máy khuấy để giữ nồng độ sữa vôi đều trong toàn bộ thểtích với nồng độ 5%

 Xác định kích thước rọ tôi vôi :

Mỗi lần tôi ta cho vào rọ 50kg vôi cục, thể tích rọ cần thiết kế :

W = 01,,052 = 0,042 m3

Rọ có tiết diện hình chữ nhật, thể tích rọ :

WR = 0,4 x 0,4 x 0,3 = 0,048m3

 Tính bơm air – lift tuần hoàn dung dịch vôi

- Diện tích tiết diện ngang của rọ : 0,4 x 0,4 = 0,16m3

Cường độ tuần hoàn dung dịch để tôi và hoàn tan vôi cục là 3,5m3/m2ph

Lưu lượng bơm tuần hoàn cần :

5,0.6,33.1,1lg

.23

1,1

1 2

=

P P

h Q

20.149,17.54,1.5,12

298,25.410001000000

T L

Q p

=

=

)/(17,03600.24.7

100.1030

s l

q= =

) ( 10000

.

m G h P

T P Q F

o k kho= α

Dùng bơm định lượng để bơm dung dịch phèn công tác vào bể hoà trộn

Lượng phèn cần dùng cho một ngày :

G =

Bơm định lượng phải bơm dung dịch phèn công tác 5 %

 Lưu lượng bơm:

 Thiết bị định lượng vôi:

Sử dụng thiết bị bơm vôi sữa tỉ lệ với lưu lượng nước xử lý

+P: liều lượng hoá chất tính toán(g/m3)

+T: thời gian dự trữ hoá chất trong kho

,1.2.100.10000

3,1.40.298,25

)(20,261,1.5,1.80.10000

3,1.40.22,16

T= 40 ngày+α: hệ số kể đến diện tích đi lại và thao tác trong kho

α=1,3+Pk: độ tinh khiết của hoá chất

+h: chiều cao cho phép của lớp hoá chất

+G0: Khôí lượng riêng của hoá chất, G0=1,15 T/m3

- Thời gian nước lưu lại trong bể: t = 2’

- Số bể thiết kế: lấy N = 2 bể, mỗi bể có Q = 845 m3/h = 0,237 m3/s

- Thể tích mỗi bể:

) ( 47 , 28 2 60

2 1708

60

N

t Q

- Diện tích đáy dưới bể tính với v1 = 1,2m/s

) ( 198 , 0 2 , 1

237 ,

237 ,

v1 :vận tốc nước dâng ở phần dưới

v2: vận tốc nước dâng ở phần trên

- Ta xây dựng bể bê tông cốt thép vuông, kích thước bể:

a1 = F1 = 0,198≈0,5 m

a 2 = F2 = 8,464≈3 m

- Chiều cao tầng đáy:

40cot2

5,032

cot2

1 2

1

o

g g

a

a

h = − α = −

)(

1 2 1 1

1 3,5(0,198 8,464 0,198.8,464) 11,6

3

1).(

3

1

m F

F F F h

87,162

2 = ≈

- Chiều cao trước mặt nước đến đáy tấm che của bể (chiều cao bảo vệ), lấy h3=0,5 m

 Chiều cao toàn phần của bể:

Hb=h1+h2+h3=3,5 + 2,0 + 0,5 = 6,0 (m)

 Tính kích thước máng thu nước :

- Vận tốc nước chảy vào máng lấy v3 = 0,8 m/s

- Lưu lượng nước chảy qua máng Q = 0,237 m3/s

 Diện tích máng Sm = 2

3

296,08,0

237,0

m v

Q = = lấy Sm = 0,2m2

 Kích thước máng a x b = 40x50 cm

ống xả

Bể trộn đứng

6) Bể lắng ngang:

Ta tớnh với bể lắng ngang dựng để lắng cặn cú keo tụ Ta chọn tốc độ lắng tớnh toỏn

u0=0,53mm/s để đạt hiệu quả lắng R=98%, tiờu chuẩn nước ra cú độ đục ≤ 2NTU ≈4mg/l.

Dự tớnh thiết kế hai bể lắng với cụng suất của nhà mỏy là Q=1708 m3/h= 0,474m3/s

a) Tớnh toỏn kớch thước bể :

- Số bể lắng ngang chọn là N=2 bể

- Diện tớch mặt bằng của mỗi bể :

F= . 17082.1,9

0

=

u N

1708

H B N

Q

=31,63 m/h = 8,79 mm/s

 v0<vS = 16,3 mm/s đảm bảo không xảy ra hiện tượng xói cặn

 Kiểm tra các chỉ số thủy lực của bể :

3.29

3.9

= 1,80m

Độ nhớt động học : ν = 1,31.10-6 m2/s, với t=100C

 Re = −2−6 =

10.31,1

80,1.10.879,0

12087<20000+ Chỉ số Froud :

80,1.81,9

)10.879,0(

2 2 2

0

R g

v

0,44.10-5 <10-5Như vậy ta thấy kích thước bể tính toán như trên không đảm bảo điều kiện ổn địnhdòng, làm giảm hiệu quả của quá trình lắng Để tăng chuẩn số Froud ta giảm chiều cao vùnglắng, chọn H=2m Ta có

- Vận tốc dòng chảy ngang trong bể : v0 =

2.9.2

1708 =

H B

Q

=47,44 m/h = 13,18 mm/s

 R =

2.29

2.9

= 1,38m

 Re = −2−6 =

10.31,1

38,1.10.318,1

13844<20000

38,1.81,9

)10.318,1(

2 2 2

0

R g

v

1,28.10-5 >10-5

Vậy kích thước mỗi bể được chọn là BxLxH = 9x50x2m kích thước này đảm bảo các

điều kiện thủy lực về dòng chảy, về điều kiện ổn định dòng và phù hợp với công suất thiết

kế của nhà máy

b) Tính toán tấm phân phối nước vào bể :

Để không gây ra hiện tượng ngắn dòng, không tạo ra các vùng nước chết và các vùngxoáy nhỏ làm giảm hiệu quả lắng thì một điều kiện quan trọng cần được đặt ra là nước đi

vào bể lắng cần được phân phối đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể Biện pháp hiệu quảnhất để tạo ra sự phân phối đều vận tốc là dùng các tấm phân phối khoan lỗ.

- Tấm chắn đặt cách cửa phân phối nước vào 1,5m

- Kích thước tấm chắn bằng kích thước ngang của bể BxH = 9x2m

- Để các bông cặn không bị phá vỡ, đường kính lỗ được chọn trong khoảng 0,2m, và vận tốc nước qua lỗ từ 0,2-0,3m/s Ta chọn đường kính lỗ d =10cm = 0,1m, vận tốcnước qua lỗ v=0,3m/s

0,075 Tổng diện tích lỗ cần thiết trên mỗi tường chắn :

3,0.2

474,0

4.79,0

14,3

4)

- Ta bố trí theo chiều H 8 hàng lỗ, khoảng cách giữa các hàng lấy 0,22m, theo chiều L

bố trí 13 hàng lỗ với khoảng cách giữa các hàng lấy 0,64m, như vậy ta có tổng cộng 104 lỗ

c) Tính toán máng thu nước đã lắng :

Máng thu nước được tính toán sao cho nước thu vào máng đạt chất lượng tốt nhất

- Tổng chiều dài máng :

00053,0.2.5

474,0

- Ta đặt mỗi bể 4 máng thu nước, mỗi máng dài 11,2m.

- Kiểm tra tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng :

90.2

474

2 L

Q

2,63 l/s.m dài

q < 3 l/s.m đảm bảo yêu cầu

- Khoảng cách giữa các tâm máng là : 1,8m

- 4 máng phải tải một lưu lượng 0,237

2

474,

0 = m3/s, mỗi máng phải tải một lưu lượng

0 = m2, chọn kích thước tiết diện ngang của máng là bxh = 20x10cm

- Các rảnh thu nước mỗi bên mép máng ta bố trí dạng răng cưa, với góc của chữ V là

900 Chiều dài mép máng của mỗi máng là 20m, tải trọng nước thu 1m dài mép máng là q=

003,0

h

= =6.10-4m, chiều cao mỗi răng là hR=4,49 cm, ta chọn hR=5 cm

m N

t Q

30

- Hb: chiều cao bể Lấy Hb = 2 m

5,

213 ≈

=

- Chiều rộng mỗi hành lang( Khoảng cách giữa hai vách ngăn) :

2.2.2,0.3600

1708

b B

+ δ : Chiều dài của vách ngăn (tường bê tông cốt thép) chọn δ =0,2m

2,07,0

- Bể lọc được tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường

- Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán:

 dmax = 1,6 (mm)

 dmin = 0,7 (mm)

 dtương đương =0,8 ÷1,0 (mm)

- Hệ số dãn nở tương đối e = 20%, hệ số không đồng nhất k = 2,0

- Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m)

- Hệ thống phân phối nước lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc đầu có

khe hở Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích công tác của bể lọc (theo quy

Q

.

6 , 3 − 1− 2 Trong đó:

Q =1708 m3/h = 41000m3/ngđ Công suất của TXL

T : Thời gian làm việc của 1 trạm trong một ngày đêm (giờ)

T = 24h

vbt : Vận tốc lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h)

- Tra bảng với bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc với cỡ hạt khác nhau, dtđ = 0,8 ÷ 1mm,

 vbt = 7m/h

a : Số lần rửa mỗi bể trong 1ngđ ở chế độ làm việc bình thường,lấy a = 2 lần

W : Cường độ rửa lọc (l/s_m2).Tra bảng :W = 10(l/s_m2)

t1 : Thời gian rửa lọc (giờ) t1 = 6 ' = 0,1 giờ

t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa ,t2 = 0,35 giờ  F =

7.35,0.21,0.10.6,37.24

871

(m/h)

+ N1 : Số bể lọc ngừng để sửa chữa :N1 = 1

vtc = 8m/h < vtccf = 8 ÷ 10m/h

Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh :

H = hđ + hv + hn + hp (m)

Trong đó:

hđ :Chiều cao lớp sỏi đỡ (m).Tra bảng hđ = 0,4 m (rửa bằng gió nước kết hợp)

hv :Chiều dày lớp vật liệu lọc hv = 1,2 m

hn :Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc (m):hn≥ 2 m.Lấy hn=2m

hP :Chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng 1 bể để rửa

hP = 0,5m  H = 0,4 + 1,2 + 2 + 0,5 = 4,1 m

 Tính toán máng thu nước rửa lọc gió nước kết hợp

Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nước chảy i = 0,01

Mỗi bể bố trí 2 máng thu

Khoảng cách giữa các tâm máng là 2 (m) < 2,2 (m)

Khoảng cách từ tâm máng đến tường là 1 (m) < 1,1 (m)

Lưu lượng nước rửa một bể lọc là:

qr = F1b× W (l/s) Trong đó:

- W: Cường độ nước rửa lọc, W = 10 (l/s.m 2 )

+ K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng, với máng có tiết diện đáy hình tam

= 2

0,61,5×

+ e : Độ trương nở của vật liệu lọc khi rửa, e = 20%

+ H : Chiều cao lớp vật liệu lọc (m)

=> h =

100

01,2 2×

+ 0,25 (m) = 0,49 (m)

Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao

hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 (m).

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = 0,85 (m) Vì máng dốc về phía máng tập trung 0,01, máng dài 8 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là:

Hm’ = 0,85 + 0,08 = 0,93 (m)

Do đó khoảng cách giữa mép trên lớp vật liệu lọc đến mép dưới cùng của máng thu ∆Hmphải lấy bằng:

∆Hm = 0,93 + 0,07 = 1 (m)

Máng thu kiểu đáy hình tam giác.

= 1,75× 3

m 2 m 2

Bg

0,23328

× + 0,2 (m)

⇒ hm = 0,59 (m) Chọn vận tốc nước chảy trong mương khi rửa lọc là 0,8 (m /s)

Tiết diện ướt của mương khi rửa là: