Đồ án xử lí nước thiết kế trạm xử lí nước thiên nhiên

Xác định các chỉ tiêu còn lại trong nhiệm vụ thiết kế và đánh giá mức độ chính xác các chỉ tiêu nguồn nước a.. Tổng hàm lượng muối Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được tính theo côn

I LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC

1 Xác định các chỉ tiêu còn lại trong nhiệm vụ thiết kế và đánh giá mức độ chính xác các chỉ tiêu nguồn nước

a Tổng hàm lượng muối

Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được tính theo công thức sau:

P=

Trong đó:

- : Tổng hàm lượng các ion dương

- : Tổng hàm lượng các ion âm

b Xác định lượng CO 2 tự do có trong nước nguồn

Lượng CO2 tự do có trong nước nguồn phụ thuộc vào P, t0, Ki, PH và được xác địnhtheo biểu đồ Langlier

Tra biểu đồ ta xác định được hàm lượng [CO2] tự do là 21,5 (mg/l)

c Kiểm tra độ Kiềm toàn phần

Do PH = 7,2 nên độ Kiềm toàn phần của nước chủ yếu là do [HCO3-], ta xác địnhđược:

227

= 3,72 (mg/l) Như vậy độ Kiềm toàn phần xấp xỉ độ cứng Cacbonat = 3,72 (mg/l) nên số liệu

1,4

AeMe

[ ] [ ] [+ + +] [ +]

2 2

2 Ca Mg NH Ca

Me

34,26,14285,

74 + + +

=[ ] [− −] [ ] [ ]− −

∑Ae Cl SO42 NO2 NO3

2,01,094

=

∑Me+

2 Đánh giá chất lượng nguồn nước

Dựa theo TIÊU CHUẨN VỆ SINH NƯỚC ĂN UỐNG (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của Bộ Y tế) và các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn

ta thấy nguồn nước sử dụng có các chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu:

1 Độ Oxy hoá Pemaganat = 10 (mgO 2 /l) > 2 (mgO 2 /l)

2 Hàm lượng Fe2+ = 22 (mg/l) > 0,3 (mg/l)

3 Hàm lượng H2S =0,09 (mg/l) > 0 (mg/l)

4 Hàm lượng NO2- = 0,1 (mg/l) > 0 (mg/l)

5 Hàm lượng cặn lơ lửng = 8 (mg/l) > 3 (mg/l)

6 Chỉ số Ecôli = 82 (con) > 0 (con)

3 Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ

Do hàm lượng Fe2+ = 22(mg/l), công suất trạm Q = 12000 (m 3 /ngđ) nên để xử lý sắt ta

dùng phương pháp làm thoáng tự nhiên

a Kiểm tra xem trước khi xử lý có phải Clo hoá sơ bộ hay không

Ta phải Clo hoá sơ bộ trong 2 trường hợp sau:

- [O2]0 > 0,15×[Fe2+] + 3

- Nước nguồn có chứa NH3, NO2

Do [O2] = 10 (mg/l) > 0,15×[Fe2+] + 3 = 0,15×17 + 3 = 5,55 (mg/l) nên cầu phải Clo

hoá sơ bộ

Liều lưọng clo cần thiết để sơ bộ khử sắt : L1

Cl=0,5 [O2] = 0,5 10 = 5 mg/l Trong nước nguồn có chứa NH3 (ở dạng NH 4 + ) và NO2- nên ta phải Clo hoá sơ bộ.Liều lượng Clo

b Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng

 Độ kiềm sau khi làm thoáng:

 Độ PH của nước sau khi làm thoáng:

Từ biểu đồ quan hệ giữa PH, Ki, CO2 ứng với các giá trị đã biết:

Ki* = 2,928

CO2 = 40,99 (mg/l)

t0 = 20 0C

P = 410,35 (mg/l)

Tra biểu đồ quan hệ giữa lượng PH, Ki, CO2 ta có PH* = 7,1

 Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng:

Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng được tính theo công thức:

C* max = C0

max + 1,92×[Fe2+] + 0,25M (mg/l) Trong đó:

c Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi làm thoáng

Sau khi làm thoáng, độ PH trong nước giảm nên nước có khả năng mất ổn định, vìvậy ta phải kiểm tra độ ổn định của nước Độ ổn định của nước được đặc trưng bởi trị sốbão hoà I xác định theo công thức sau:

- f1(t0): Hàm số nhiệt độ của nước sau khi khử sắt

- f2(Ca2+): Hàm số nồng độ ion Ca2+ trong nước sau khi khử sắt

Làm thoáng tự nhiên

Lắng tiếp xúc ngang Lọc nhanh

Khử trùng Nước nguồn

Bể chứa nước sạch

- f3(Ki*): Hàm số độ kiềm Ki* của nước sau khi khử sắt

- f4(P) : Hàm số tổng hàm lượng muối P của nước sau khi khử sắt

Tra biểu đồ Langlier ta được:

Từ các tính toán như trên ta chọn lựa các công trình chính trong dây chuyền:

II TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ, CẤU TẠO VÀ CÁC CÔNG TRÌNH TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

1 Công trình làm thoáng tự nhiên

Để làm thoáng tự nhiên ta sử dụng giàn mưa, sau đây ta sẽ đi tính giàn mưa

a Tính diện tích giàn mưa

Diện tích mặt bằng giàn mưa được tính theo công thức:

F =mq

Q

(m 2 ) Trong đó:

- Q:Công suất Trạm xử lý (m 3 /h)

- qm: Cường độ mưa tính toán Theo quy phạm ta có = 10 ÷ 15 (m 3 /m 2 -h) Chọn

qm = 12 (m 3 /m 2 -h) ta có:

f

= 3,3 (m).

Vậy mỗi ngăn giàn mưa được thiết kế = 6 × 3,3 (m)

Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định như sau:

Ftx = tb

2

COK

t max

C

Clg2300

C

- C

2,3

20,1

- 57,58

× = 35,65(kg/m 3 )

- G : Lượng CO2 tự do cần khử (kg/h) được tính như sau:

G = 1000

Q

C ×

l (kg/h) Với: C l - lượng CO 2 tự do đơn vị cần khử để tăng độ PH của nước sau khi làm thoáng lên 7,5

Do đó:

Ftx = 0,07535,65

18,74

× = 7 (m 2 )Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc là: W =

Qtr¹m

= 2

Ta lấy dchính = 0,3 (m) = 30 (mm) ⇒ V = 0,98(m/s)

 Chọn cống nhánh

Vận tốc đảm bảo trong khoảng 1,2 ÷ 2 (m/s)

Thiết kế 18 ống nhánh, đường kính mỗi ống là φnhánh = 50 (mm), lưu lượng nhánh là:

Qnhánh = 18 3600

250

× = 3,8× 10-3 (m 3 /s)Diện tích ngang ống nhánh là:

ω =4

d2

π =

4

(0,05)3,14× 2 = 1,9625× 10-3 (m 2 )

⇒ Vn =

ω

Q = 1,9625

Mặt khác, theo quy phạm ta có:

chÝnh cèng

F

×

∑ = 18 7,8510-5

0,6 = 1,333

0,63,6

d Tính hệ thống phân phối nước vào bể

Để phân phối và thu nước đều trên toàn bộ diện tích bề mặt bể lắng ta đặt các váchngăn có đục lỗ ở đầu và cuối bể

Thiết kế hàng lỗ cuối cùng nằm cao hơn mức cặn tính toán là 0,3 (m) – theo quy phạm là 0,3÷ 0,5 (m).

Đặt vách ngăn phân phối nước vào bể cách đầu bể một khoảng 1,5 (m)

Diện tích của vách ngăn phân phối nước vào bể là:

Σflỗ 1 =

lç1

Vnq

∑F = 0,002840,1157= 42 (lỗ)

Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn thu nước d2 = 0,05 (m), diện tích một lỗ là

Tδ

×

(m 3 ) Trong đó:

- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, do hàm lượng cặn nhỏ nên lấy T = 96 (giờ)

- Q: Lưu lượng nước vào bể lắng, Q = 500 (m 3 /h)

- m: Hàm lượng cặn trong nước sau khi lắng, m = 10 (mg/l)

- δc: Nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T, lấy δc = 10000 (g/m3 )

- Mc: Tổng hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Mc = 56,24 (mg/l)

⇒ W0 = ( )

10000

10

- 56,24500

×96

= 221,9 (m 3 )

f Chiều cao vùng chứa và nén cặn

Chiều cao vùng chứa và nén cặn được tính theo công thức:

hc = F

Hbể = HL + hc + hbảo vệ

Trong đó:

- HL : Chiều cao vùng lắng nước, H L =2,5 (m)

- hbảo vệ : Chiều cao bảo vệ, lấy = 0,5 (m)

- hc : Chiều cao tầng cặn

⇒ Hbể = 2,5 + 0,72 + 0,5 = 3,72 (m)

3 Tính bể lọc nhanh trọng lực

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 = 45%, hệ số không đồng nhất k = 1,8 ÷ 2,0

Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m)

Phương pháp rửa lọc: Gió nước kết hợp

Chế độ rửa lọc như sau: Bơm không khí với cường độ 18 (l/s.m 2 ) thổi trong 2 phút sau

đó kết hợp khí và nước với cường độ nước 2,5 (l/s.m 2 ) sao cho cát không bị trôi vào máng

thu nước rửa trong vòng 5 phút Cuối cùng ngừng bơm không khí và tiếp tục rửa nước

thuần tuý với cường độ 8 (l/s.m 2 ) trong 5 phút

i = 0,02

Đường ống dẫn nước thô tới bể lọc Dẫn nước lọc về nể chứa nước sạchCấp nước rửa lọc

a.Sơ bộ tính toán chu kỳ lọc

Thực tế độ rỗng của lớp cát lọc thường bằng 0,41 ÷ 0,42, lấy 0,41

Chiều dày lớp cát lọc lấy bằng 1,2 (m)

Vận tốc lọc nước tra theo bảng lấy V= 7 (m/h)

Khí đó thể tích chứa cặn của 1 (m 3 ) cát lọc là:

V=4

1× 0,41× 1= 0,1025 (m 3 ) Trọng lượng cặn trong 1 (m 3 ) vật liệu lọclà:

Trọng lượng cặn chiếm 4% thể tích chứa cặn, tức là G = 40 kg/m3 × 0,1025 m3= 4,1 (kg) Tốc độ lọc 7 (m/h), lớp cát dày 1,2 (m), mỗi khối cát 1 giờ phải giữ lại được: 7×10= 70

bt-3,6 W t -a t VV

- Vbt : Vận tốc ở chế độ làm việc bình thường, tra theo bảng lấy V bt = 7 (m/h)

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

tính toán ở trên có n= 0,5(lần/ngđ) và rửa lọc hoàn toàn bằng điều khiển tự động.

- T: Tổng thời gian làm việc của bể lọc trong một ngày đêm, lấy T = 24 giờ

- W: Cường độ nước rửa lọc lấy theo kết quả thí nghiệm tương ứng với từng loại

vật liệu lọc, lấy = 14 (l/s.m 2 ) - TCVN 33.85

- t1 : Thời gian rửa lọc, t 1 = 0,1 (giờ)

- t2 : Thời gian ngừng làm việc để rửa lọc, t 2 = 0,35 (giờ)

F = 4

74,2

=18,55 (m 3 )

Và diện tích xây dựng bể là 4,3× 4,3 (m 2 ).

 Tính toán kiểm tra tốc độ lọc tăng cường

Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc tăng cường được xác định theo công thức:

Vtc = Vtb×

1-N

N = 7×

1-4

4

= 9,33 (m/h)

Thấy rằng 8 < Vtc<10 (m/h) nên đảm bảo yêu cầu.

c Tính toán máng thu nước rửa lọcgió nước kết hợp

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

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

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

Lưu lượng nước rửa một bể lọc là:

qr = F1b× W (l/s) Trong đó:

- W: Cường độ nước rửa lọc, W = 14 (l/s.m 2 )

0,12985+ = 0,5 (m)

Chiều cao của phần máng chữ nhật

H1 =

2

B1,5× m

= 2

0,51,5×

Do đó Hm = 0,1 + 0,625 = 0,725 (m)

Kiểm tra khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc tới mép trên của máng thu nước đượcxác định theo công thức:

h = 100

eH×

+ 0,25 (m) Trong đó:

- e : Độ trương nở của vật liệu lọc khi rửa, e = 45%

- H: Chiều cao lớp vật liệu lọc (m)

=> h = 100

451,2×

+ 0,25 (m) = 0,79 (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).

0,2597

× + 0,2 (m) ⇒ hm = 0,62 (m)

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

Tiết diện ướt của mương khi rửa là:

Fmương =

k

rV

Đầu tiên, ngưng cấp nước vào bể

Khởi động máy sục khí nén, với cường độ 18 (l/s.m 2 ), cho khí nén sục trong vòng 2

phút

Cung cấp nước rửa lọc với cường độ 2,5 (l/s.m 2 ), kết hợp với sục khí trong vòng 5

phút

Kết thúc sục khí, rửa nước với cường độ 8 (l/s.m 2 ) trong vòng 5 phút.

Cung cấp nước vào bể tiếp tục quá trình lọc và xả nước lọc đầu

 Tính toán số chụp lọc

Sử dụng loại chụp lọc đuôi dài, loại chụp lọc này có khe rộng 1 (mm)

Sơ bộ chọn 50 chụp lọc trên 1 (m 2 ) sàn công tác, tổng số chụp lọc trong một bể là:

N = 50× F1b = 50× 18,55 = 928 (cái) Sau pha rửa gió nước đồng thời, cường độ rửa nước thuần tuý là W = 12 (l/s.m 2 )

Lưu lượng nước đi qua một chụp lọc là: q =

N

W

= 50

Diện tích khe hở của một chụp lọc là: f1 khe =

f

q = 1,592,4××10-4

-410

= 1,5 (m/s) đảm bảo theo quy phạm.

Vậy chọn 50 chụp lọc trong 1m2 bể, khoảng cách giữa tâm các chụp lọc theo chiều

ngang và chiều dọc bể đều là 14,12 (cm).

Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc là:

hPP =2×g×µ

V K

(m) (Theo 6.114 TCVN 33.85) Trong đó :

 Tính toán các đường ống kỹ thuật

Đường ống dẫn nước rửa lọc

- qr : Lưu lượng nước rửa một bể lọc, qr = 0,2597 (m 3 /s)

- Vr: Vận tốc nước trong đường ống, Vr = 1,5 (m/s)

Cường độ rửa gió thuần tuý là: W = 18 (l/s.m 2 )

Vận tốc của gió trong ống là: V = 20 (m/s) (quy phạm là 15 ÷ 20 m/s)

⇒ Lưu lượng gió cung cấp cho một bể là:

Đường ống thu nước sạch tới bể chứa

Sử dụng một đường ống chung thu nước từ 4 bể lọc về bể chứa Đường ống được đặt

ở trên cao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc

- Q : Lưu lượng nước toàn trạm, Q = 12000 (m 3 /ngđ) = 500(m 3 /h) = 0,1388 (m 3 /s)

- Vc : Vận tốc nước chảy trong ống, Vc = 1,2 (m/s)

Dchung =

cV

- Lđỡ :Chiều dày lớp sỏi đỡ dày = 0,2 (m)

- W : Cường độ nước rửa lọc = 14 (l/s.m 2 )

∑h = hdd + ∑hCB

Trong đó:

- hdd: Tổn thất trên chiều dài ống từ trạm bơm nước rửa đến bể chứa Sơ bộ chọn

bằng 100 (m) Theo tính toán ở trên ta có lưu lượng nước chảy trong ống

f Tính toán chọn bơm rửa lọc

Áp lực cần thiết của bơm rửa lọc được tính theo công thức:

hB = ∆h +∑hr+∑hdt + hdl (m) Trong đó:

- ∆h : Độ chênh lệch hình học giữa mực nước thấp nhất trong bể chứa nước sạch tớicao độ máng thu nước, được tính theo công thức:

∆h = ∇MĐ− + hK + hS + hđ + hl + ∆Hm + Hm

Với ∇ MĐ : Cốt mặt đất tại trạm xử lý; ∇ MĐ = 0.0 (m)

: Cao độ mực nước thấp nhất trong bể chứa, = 0,5 (m)

h K : Chiều cao hầm phân phối nước: h K = 1 (m)

h S : Chiều dày sàn chụp lọc, h S = 0,1 (m)

h đ : Chiều cao lớp vật liệu đỡ; h đ =0,2 (m)

h l : Chiều cao lớp vật liệu lọc; h l = 1,2 (m) ∆Hm : Khoảng cách từ mép dưới của máng phân phối đến lớp vật liệu

Theo tính toán ở trên ta có: ∑hr = 0,229 + 0,4272 + 0,616 = 1,2722 (m)

- ∑h: Tổng tổn thất trên đường ống dẫn nước rửa lọc:

∇

MNTN BC

∇

MNTN BC

∇

g.Chiều cao xây dựng bể lọc

Chiều cao xây dựng bể lọc được xác định theo công thức:

4 Tính toán sân phơi vật liệu lọc

Số lượng bùn tích lại ở bể lắng sau một ngày được tính theo công thức:

G1 =

1000

)C-(CQ

2 1

×

(kg) Trong đó:

- G1: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lắng sau một ngày, (kg)

- Q: Lượng nước xử lý, Q = 1200 (m 3 /ngđ)

- C2 : Hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lắng, lấy bằng 10 (g/m 3 )

- C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng, sau làm thoáng hàm lượng cặntrong nước là:

Sàn chụp lọc

842

Hầm thu nước

Vậy nên G1 = 1000

10)-(56,24

2 1

×

(kg) Trong đó:

- G2: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lọc sau một ngày, (kg)

12000×

= 88 (kg)

Vậy tổng lượng cặn khô trung bình xả ra trong một ngày là G = G1 + G2= 638,88 (kg)

Tính sân phơi bùn có khả năng giữ bùn lại trong vòng 3 tháng

Lượng bùn khô tạo thành sau 1 năm là:

Gnén = 638,88× 30× 12 = 229996 (kg) Thiết kế sânphơi hình chữ nhật có tổng diện tích là 300 (m 2 ).

Sau khi phơi, bùn đạt đến độ ẩm 60% nên khối lượng bùn khô sau khi phơi là:

gkhô =

40

229996

× 100 = 574992 (kg) Lấy tỷ trọng bùn ở độ ẩm 60% là 1,2 (t/m 3 ), thể tích bùn khô là:

là:

Vloãng =

lo·ng lo·ng

g

γ = 1,0212,777= 12,5 (m 3 )

Chiều cao bùn loãng trong sân là:

Vậy chiều dày của lớp bùn trong sân phơi là:

Hsân= hkhô + hloãng = 1.547 ≈ 1,6 (m) Lấy chiều cao dự trữ = 0,22 (m), chiều dày lớp sỏi ở đáy hđáy = 0,3 (m) khi đó chiều

cao thành máng của sân phơi là 1,6 + 0,22 + 0,3 = 2,12 (m)

Thiết kế 2 sân phơi bùn có diện tích mỗi sân 150 (m 2 ), kích thước:15× 10 (m 2 )

5 Tính toán bể điều hoà và bơm tuần hoàn nước rửa lọc

a.Lưu lượng tuần hoàn

Để đảm bảo khi bơm tuần hoàn làm việc gián đoạn, không ảnh hưỏng đén chế độ thuỷ

lực của các công trình xử lý, qth phải nằm trong khoảng 24

W < qth < 5%Qtrạm

Có 5%Qtrạm =

100

5

× 500 = 25 (m 3 /h)

Lượng nước rửa lọc trong một ngày

Do rửa gió nước đồng thời, pha rửa gió nước với cường độ 2,5 (l/s.m 2 ) trong 5 phút, pha sau rửa nước với cường độ 8 (l/s.m 2 ) trong vòng 5 phút nên thể tích nước rửa một bể

1,113

= 4,7125 (m 3 /h)

Vậy chọn lưu lượng nước tuần hoàn qth = 10 (m 3 /h)

b.Thể tích bể điều hoà lưu lượng nước rửa

Thể tích bể điều hoà nước rửa được tính theo công thức:

V = n× Vr

1 bể − n× qth× t = 2× 4,35× 13 − 2× 10× 1 = 93 (m 3 ) (chọn thời gian giữa hai lần rửa các bể kế tiếp nhau là t = 1 giờ)

Thiết kế bể tròn cao 3 (m), đường kính bể 6,3 (m), diện tích mặt bằng 31 (m 2 ).

6 Tính toán bể lắng đứng xử lý nước sau lọc

Diện tích bể lắng đứng được tính theo công thức:

F = α×

0

uQ

(m 2 )

-Do xây sựng bể lắng đứng có ngăn phản ứng xoáy hình trụ đặt ở giữa nên đường kính

bể là:

D =

π

f)(F

18

10

×

×× = 1 (m 2 ) ⇒ D =

3,14

1)(6,95

4× + ≈ 3,2 (m)

Tỷ số H

D

= 2,53,2 = 1,28 < 1,5 nên đạt yêu cầu

Vậy thiết kế bể lắng đứng có ngăn phản ứng xoáy hình trụ có D = 3,2 (m), cao 3 (m)

gồm một đường ống dẫn nước đến từ van xả nước rửa lọc và 2 đường ống, 1 dẫn cặn rasân phơi bùn và 1 đưa nước sau lọc quay trở lại trước bể lắng

7 Tính toán bể chứa nước sạch cho trạm xử lý

Thiết kế bể chứa nước sạch có dung tích = 20% Qtrạm do đó dung tích bể:

Qbể = 100

20× 8000 = 1600 (m 3 /ngđ) Thiết kế 2 bể, mỗi bể có dung tích 800 (m 3 /ngđ) với chiều cao mỗi bể là 4,2 (m)

Diện tích một bể là: F1bể = 4,2800 = 190 (m 2 )

Vậy kích thước 1 bể là 13,8× 13,8 = 190,44 (m 2 ) ≈ 190 (m 2 )

8 Tính toán khử trùng nước

a Tính lượng Clo cần dùng