Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước ngầm cho khu dân cư

Nước trong thiên nhiên được dùng làm các nguồn nước cung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau.. Có thể nói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đ

Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước ngầm cho khu dân cư

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIỆT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH 5

DANH MỤC BẢNG 5

LỜI TỰA 6

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NƯỚC MẶT 6

1.1) TỔNG QUAN VỂ NƯỚC MẶT 6

1.2) THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC MẶT 7

1.3) CÁC THÔNG SỐ, CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT 8

1.3.1) Thông số chất lượng nước mặt 8

a) Chỉ tiêu lí học 8

b) Chỉ tiêu hóa học 9

c) Chỉ tiêu vi sinh 14

1.3.2) Tiêu chuẩn đánh giá 15

1.4) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT 16

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 18

2.1) CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT 18

2.2) CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC MẶT 19

2.3) CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 19

2.3.1) Phương pháp cơ học 19

a) Hồ chứa và lắng sơ bộ 19

b) Lắng 19

c) Lọc 22

2.3.2) Phương pháp hóa lý 24

a) Clo hóa sơ bộ 24

b) Keo Tụ - Tạo Bông 24

c) Khử trùng nước 27

2.3.3) Các phương pháp khác 29

a) Các phương pháp làm mềm nước 29

b) Phương pháp trao đổi ion IE (Ion Exchange) 31

CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 33

3.1) CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 33

3.2) TOÁN SỐ DÂN VÀ LƯU LƯỢNG CẤP NƯƠC CHO KHU DÂN CƯ A 35

3.2.1) Tính toán số dân 35

3.2.1) Lưu lượng nước cấp cho khu dân cư 36

3.3) ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 38

a) Phương án 1: 38

b) Phương án 2: 39

c) Thuyết minh sơ đồ 40

3.4) PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ 41

3.5) TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 42

3.5.1) Bể trộn cơ khí 42

3.5.2) Bể lắng đứng 46

3.5.3) Bể lọc nhanh: Một lớp vật liệu lọc 52

3.5.4) Tính toán các thiết bị liên quan 60

a) Lượng hóa chất Clo khử trùng 60

b) Thiết bị bơm nước thải 60

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

4.1) KẾT LUẬN 63

4.2) KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC TỪ VIỆT TẮT NTSH: Nước thải sinh hoạt

BYT: Bộ y tế

BOD (Biological Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh học

COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học

SS (Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng

NTU: Đơn vị đo độ đục

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng

IE (Ion Exchange): Phương pháp trao đổi ion

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Vòng tuần hoàn nước cấp 5 Hình 2.1: Công trình thu nước bờ sông 17 Hình 2.2: Công trình thu nước lòng sông 17 Hình 2.3: Bể lắng đứng 19 Hình 2.4: Bể lắng ngang 20 Hình 2.5: Bể lắng ly tâm 21 Hình 2.6: Bể lọc chậm 22 Hình 2.7: Quá trình keo tụ và tạo bông 24 Hình 2.8: Hóa chất keo tụ 26 Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ 1 37 Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ 2 39

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Mức giới hạn các chỉ tiêu chất lượng đối với nước ăn

uống(cơ bản)

14

Bảng 1.2: Các nhóm nguồn và nguồn xả nước thải 15 Bảng 3.1: Số liệu chất lượng nước nguồn 32 Bảng 3.2: Số dân ở các năm trong tương lai 34 Bảng 3.3: So sánh 2 công nghệ 41 Bảng 3.4 Các thông số tham khảo thiết kế bể trộn cơ khí 42 Bảng 3.5 Thông số bể trộn cơ khí 45 Bảng 3.6 Thông số thiết kế bể lắng đứng 48 Bảng 3.7 Thông số thiết kế máng thu nước 50 Bảng 3.8: Thông số thiết kế bể lọc nhanh 58

LỜI TỰA

Trong quá trình hình thành sự sống trên trái đất thì nước và môi trường nước đóng một vai trò rất quan trọng Chính vì vậy mà việc bảo vệ nguồn nước, khai thác nguồn nước hợp lí, hiệu quả phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất là một vấn đề đã và đang được quan tâm hiện nay Nước trong thiên nhiên được dùng làm các nguồn nước cung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp có chất lượng rất khác nhau Có thể nói, hầu hết các nguồn nước thiên nhiên đều không đáp ứng được yêu cầu, về mặt chất lượng cho các đối tượng dùng nước

Mục tiêu của đồ án này là tính toán, lựa chọn phương án tối ưu để thiết kế và xây dựng hệ thống cấp nước nhằm đảm bảo cung cấp nước sạch cho nhu cầu dùng nước đến năm 2032 của Khu Dân Cư A, góp phần cải thiện, nâng cao sức khoẻ của người dân, hổ trợ phát triển kinh tế xã hội

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NƯỚC MẶT

Hình 1.1: Vòng tuần hoàn nước cấp

Nước mặt là nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới cây, rửa đường,…

Các nguồn nước

tự nhiên

Khai thác và xử

lý

Phân phối và sử dụng Thu gom và xử

lý

Trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia… Hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất Với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước mặt tự nhiên bị cạn kiệt và ô nhiễm dần

Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có được đủ số lượng và đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất công nghiệp

Nước mặt dùng để chỉ các loại nước lưu thông hoặc chứa trên bề mặt lục địa, mặt nước tiếp xúc với không khí: nước sông, suối, ao, hồ…

Thành phần hóa học của nước mặt phụ thuộc vào tính chất đất đai nơi mà dòng nước chảy qua đến các thủy vực, chất lượng nước mặt còn chịu ảnh hưởng bởi các quá trình tự nhiên( mưa lũ, hoạt động sống và chết đi của hệ sinh vật nước,…) cũng như hoạt động của con người Trên cùng một con sông, chất lượng nước thường xuyên thay đổi đáng kể theo thời gian và không gian

 Thành phần và tính chất của nước mặt

Trong nước thường xuyên có các chất khí hòa tan, chủ yếu là ôxy Ôxy hòa tan trong nước có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của các thủy sinh vật

Nước mặt thường có hàm lượng chất rắn lơ lửng đáng kể với các kích thước khác nhau, một số trong chúng có khả năng lắng tự nhiên, chất lơ lửng có kích thước hạt keo thường gây ra độ đục của nước sông, hồ

- 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 hai bên bờ của con người( công nghiệp, nông nghiệp…)

1.3) CÁC THÔNG SỐ, CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT 1.3.1) Thông số chất lượng nước mặt

a) Chỉ tiêu lí học

 Nhiệt độ

Nhiệt độ nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu.Nhiệt độ

có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lí nước Nước mặt có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường

 Độ màu

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên: hợp chất sắt, mangan không hòa tan làm nước có màu đỏ; các chất mùn humic gây ra màu vàng; nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo màu Platin - Coban

Nước thiên nhiên có độ màu thấp hơn 200 độ Độ màu biểu kiến trong nước thường

do các chất lơ lững trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc Để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa lí kết hợp

 Độ đục

Nước có độ đục lớn chứng tỏ nước có nhiều cặn bẩn Đơn vị đo độ đục thướng là mgSiO2/l, NTU, FTU.Nước đục thường có độ đục 20-100 NTU Nước dùng ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU Hàm lượng chất rắn lơ lững cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước

 Mùi vị

Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay sản phẩm từ quá trình phân hủy vật chất gây nên Nước thiên nhiên thường có mùi đất, mùi tanh, mùi thối Nước sau khi khử trùng thường nhiễm mùi clo hay clophenol Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát ,đắng

 Độ nhớt

Độ nhớt là đại lượng biểu thị sự ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hoà tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng

 Độ dẫn điện

Nước có độ dẫn điện kém Nước tinh khiết ở 200C có độ dẫn điện là 4,2 μS/m (tương ứng điện trở 23,8MΩ/cm) Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hoà tan trong nước và dao động theo nhiệt độ Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hoà tan trong nước

 Tính phóng xạ

Tính phóng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phóng xạ trong nước tạo nên Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này có thời gian bán phân huỷ rất ngắn nên nước thường vô hại Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng để xác định tính phóng xạ của nước Các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có năng lượng xuyên thấu nhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá, gây tác hại cho cơ thể do tính ion hoá mạnh Các hạt β có khả năng xuyên thấu mạnh hơn, nhưng

dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và cũng gây tác hại cho cơ thể

b) Chỉ tiêu hóa học

 Độ pH

Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch thường được dùng

để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước

- pH = 7 nước có tính trung tính

- pH < 7 nước có tính axit

- pH > 7 nước có tính kiềm

Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hoà tan trong nước Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước

có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hoà tan và một số loại khí như CO2, H2S tồn tại

ở dạng tự do trong nước Độ pH được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng Ngoài ra khi tăng pH và có thêm tác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc

 Độ kiềm

Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion hydrocacbonat (HCO3- ), hyđroxyl (OH -) và ion muối của các axit yếu khác Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước

Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước Để xác định độ kiềm thường dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric ( HCl ) hay axit sunfuric (H2SO4) và theo dõi theo chất chỉ thị màu, đầu tiên là phenolphatalein sau dó là metylloran

 Độ cứng

Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magiê có trong nước Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng ba loại khái niệm độ cứng:

Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magiê có trong nước Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi và magiê có trong nước.Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng các ion Ca2+, Mg2+ trong các muối cacbonat và hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magiê có trong nước Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lượng các ion Ca2+, Mg2+ trong các muối axit mạnh của canxi và magie

Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau:

- Độ Đức (o dH): 1 o dH = 10 mg CaO/l nước

- Độ Pháp (o dH ): 1 o dH = 10 mg CaCO3/0,7 l nước

- Độ Anh (oe ): 1 oe = 10 mg CaCO3/0,7 l nước

- Đông Âu ( mgđl/ l): 1 mgđl/l = 2,8 o dH

Tuỳ theo giá trị độ cứng, nước được phân loại thành:

- Độ cứng < 50 mg CaCO3/l : nước mềm

- Độ cứng 50 – 150 mg CaCO3/l : nước trung bình

- Độ cứng 150 – 300 mg CaCO3/l : nước cứng

- Độ cứng > 300 mg CaCO3/l : nước rất cứng

Việt Nam dùng dơn vị đo dộ cứng là mili dương lượng trong 1 lit (mđlg/l) khi đo độ cứng < 0.001 mđlg/l dùng micro dương lượng gam trong lit µmđlg/l

Đổi 1 mgđlg/l =1.8 o dH

 Độ oxy hoá được bằng permanganat

Độ oxy hoá là một đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

Đó là lượng oxy cần có để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước.Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là pecmanganat kali (KMnO4)

Trong thực tế, nguồn nước có độ oxy hoá lớn hơn 10 mgO2/l đã có thể bị nhiễm bẩn Nếu trong quá trình xử lý có dùng clo ở dạng clo tự do hay hợp chất hypoclorit sẽ tạo thành các hợp chất clo hữu cơ [trihalomentan(THM)] có khả năng gây ung thư Tổ chức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1mg/l Ngoài

ra, để đánh giá khả năng ô nhiễm nguồn nước, cần cân nhắc thêm các yếu tố sau đây

Độ oxy hoá trong nước mặt, đặc biệt nước có màu có thể cao hơn nước ngầm Khi nguồn nước có hiện tượng nhuộm màu do rong tảo phát triển, hàm lượng oxy hoà tan trong nước sẽ cao nên độ oxy hoá có thể thấp hơn thực tế Sự thay đổi oxy hoá theo dòng chảy: Nếu thay đổi chẩm, lượng chất hữu cơ có trong nguồn nước chủ yếu là các axit humic

Nếu độ oxy hoá giảm nhanh, chứng tỏ nguồn ô nhiễm là do các dòng nước thải từ bên ngoài đổ vào nguồn nước Cần kết hợp vói các chỉ tiêu khác như hàm lượng ion clorua, sunfat, photphat, oxy hoà tan, các hợp chất nitơ, hàm lượng vi sinh vật gây bệnh để có thể đánh giá tổng quát về mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

 Các hợp chất nitơ

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra amoniac (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-).Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và nitrat Sau một thời gian NH4+, NO2- bị oxy hoá thành NO3-

Phân tích sự tương quan giá trị các đại lượng này có thể dự đoán mức độ ô nhiễm nguồn nước Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lượng nitrat trong nước tự nhiên tăng cao Ngoài ra do cấu trúc địa tầng tăng ở một số đầm lầy, nước thường nhiễm nitrat Nồng độ NO3- cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo, rong phát triển, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt

 Các hợp chất Silic

Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất silic Ở pH < 8, silic tồn tại ở dạng

H2SiO3 Khi pH = 8-11, silic chuyển sang HSiO–3

Ở pH > 11, silic tồn tại ở dạng HSiO–3 và SiO32- Do vậy trong nước ngầm, hàm lượng silic thường không vượt quá 60mg/l, chỉ có ở những nguồn nước có pH > 9,0 hàm lượng silic đôi khi cao đến 300mg/l

Trong nước cấp cho các nồi hơi áp lực cao, sự tồn tại của các hợp chất silic rất nguy hiểm do cặn silic đóng lại trên thành nồi, thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt và gây tắc ống Trong quá trình xử lý nước, silic có thể được loại bỏ một phần khi dùng các hoá chất keo tụ để làm trong nước

 Clorua

Clorua làm cho nước có vị mặn Ion này thâm nhập vào nước qua sự hoà tan các muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay

ở đoạn sông gần biển Việc dùng nước có hàm lượng clorua các muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở đoạn sông gần biển Việc dùng nước có hàm lượng clorua cao có thể gây ra bệnh về thận Ngoài ra, nước chứa nhiều clorua có tính xâm thực đối với bê tông