đồ án xử lý nước cấp ĐH Tài nguyên và môi trường hà nội

Đây là đồ án xử lý nước cấp đạt điểm cao do sự tính toán đặc biệt, chi tiết và rõ ràng. Nội dung chia thành các phần tính toán cụ thể. Mong Các bạn sinh viên ngành môi trường nên tham khảo nhằm giúp đồ án của các bạn được hoàn thiện và tốt hơn nhé, đạt kết quả cao trong năm học.

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I. Nhu cầu sử dụng nước hiện nay.

Ngày nay, vấn đề nước sạch đang là vấn đề bức xúc thu hút sự quan tâm của tất

cả các cộng đồng người trên thế giới đặc biệt là ở các nước đang phát triển và chậmphát triển Hầu hết các nguồn nước ngọt trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nóiriêng đều bị ô nhiễm ở các mức độ nặng nhẹ khác nhau

Một báo cáo kết quả nghiên cứu năm 1993 của Ủy ban hành động Quốc tế vềDân số ( PAI ) của Mỹ cho biết đến năm 2025, cứ 3 người thì có 1 người ở các nước

sẽ sống cực kỳ khó khăn do căng thẳng hoặc khan hiếm về nước

Nước sạch có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất của conngười Các nguồn nước đang được sử dụng hiện nay là nước mưa, giếng khoan, aohồ Những nguồn nước này đang bị ô nhiễm bởi các tác nhân như: chất hữu cơ, visinh vật, kim loại nặng từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nướcchảy tràn, nước thải sinh hoạt của con người Nếu không có các biện pháp ngănchặn và xử lý kịp thời thì sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đên môi trường cũng nhưsức khỏe con người

Hiện nay có rất nhiều nhà máy xử lý nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống đã vàđang sử dụng những dây chuyền công nghệ tiên tiến hiện đại để xử lý nước mặt vànước ngầm Việc lựa chọn day chuyền công nghệ phù hợp rất quan trọng và nó phụthuộc vào chất lượng đầu vào, yêu cầu nguồn nước, điều kiện kinh tế, kỹ thuật

I. Các nguồn cấp nước hiện nay

Nước mặt là nguồn nước ở trong sông, suối, ao, hồ, kênh rạch Nước mặt được bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và chúng mất đi khi chảy vào đại dương, bốchơi và thấm xuống đất.Lượng giáng thủy này được thu hồi bởi

các lưu vực, tổng lượng nước trong hệ thống này tại một thời điểm cũng tùy thuộc vàomột số yếu tố khác Các yếu tố này như khả năng chứa của các hồ, vùng đất ngập nước

và các hồ chứa nhân tạo, độ thấm của đất bên dưới các thể chứa nước này, các đặcđiểm của dòng chảy mặt trong lưu vực, thời lượng giáng thủy và tốc độ bốc hơi địaphương Tất cả các yếu tố này đều ảnh hưởng đến tỷ lệ mất nước

Việt Nam có hơn 2000 con sông lớn nhỏ dọc từ Bắc – Nam với tổng dòng chảy hơn

900 tỷ /năm Hai hệ thống sông lớn nhất của Việt Nam đều bắt nguồn từ nước ngoài,sông Hồng bắt nguồn từ Trung Quốc và sông Cửu Long bắt nguồn từ Tây Tạng vì thế

có tính phụ thuộc cao ( về sự phát triển kinh tế - xã hội, ô nhiễm, chặt phá rừng, hoạtđộng sinh hoạt,

 Một số thành phần và tính chất có trong nước mặt như:

- Có nhiều chất hòa tan, chủ yếu là oxy

- Chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ do bị vi sinh vật phân hủy, rong tảo, thực vật nổi,động vật nổi, vi sinh vật ( vius, vi trùng, vi khuẩn )

- Các hóa chất hòa tan dưới dạng ion và phân tử, có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ

- Các chất rắn lơ lửng hoặc huyền phù dạng hữu cơ hoặc vô cơ

 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước mặt:

- Chỉ tiêu vật lý: nhiệt độ, độ màu, độ đục, mùi vị, pH, tính phóng xạ, độ dẫnđiện,

- Chỉ tiêu hóa học: nhu cầu oxy hóa ( BOD ), lượng oxy hòa tan ( DO), độ cứng,

độ kiềm, hàm lượng S, , , các hợp chất ni tơ, các hợp chất axit cacbonic

- Chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng E.coli, rong tảo,

Khoảng 60% nước ăn uống, 15% nước sinh hoạt, 20% nước tưới,

20 – 30% nước công nghiệp được lấy từ nước ngầm Trung bình mỗinăm khoảng 700 tỷ /năm Bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các hoạt độngkhai thác của con người

Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trongnhững nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước Thành phần đángquan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởngcủa điều kiện địa tầng, thời tiết

- Các công trình của quá trình keo tụ:

 Các thiết bị và công trình của quá trình keo tụ: các công trình chuẩn bị dungdịch phèn ( thùng hòa trộn, thùng tiêu thụ ), thiết bị định liều lượng phèn, thiết

bị pha chế vôi, kho dự trữ hóa chất

 Thiết bị hòa trộn chất phản ứng: phương pháp trộn cơ học, phương pháp trộnthủy lực ( bể trộn đứng, bể trộn có tấm chắn khoan lỗ, bể trộn vách ngăn ngang

có cửa thu hẹp, bể trộn cơ khí )

 Tách khi trong nước: được thiết kế sử dụng khi bể lắng có ngăn phản ứng đặtbên trong hoặc bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng hoặc bể lọc tiếp xúc

 Thiết bị phản ưng tạo bông và kết tủa:

Bể phản ứng xoáy: hình trụ, hình phễu Bể phản ứng xoáy hình trụ gồm 1 ống hình trụđặt ở trung tâm bể ắng đứng, thường áp dụng cho trạm xử lý cho công suất nhỏ đến

3000 m3/ngđ Bể phản ứng xoáy hình phễu có dạng như 1 cái phễu lớn, hiệu quả kếtdính giữa các hạt cao, tổn thât áp lực trong bể nhỏ Do thời gian nước lưu lại trong bểnhỏ nên dung tích bể nhỏ, tuy nhiên khó tính toán bộ phận thu nước trên bề mặt theo 2yêu cầu: thu nước đều và không phá vỡ bông cặn

Bể phản ứng kiểu vách ngăn: thường được xây kết hợp với bể lắng ngang, nguyên lýcủa bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước Ưu điểm

của bể là đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành, tuy nhiên khối lượng xây dựnglớn do có nhiều vách ngăn và bể phải có ủ chiều cao thõa mãn tổn thất áp lực trong bể.

Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng: thường đặt ngay phần đầu của bể lắng ngang Nướckhi đưa vào bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng phải được đưa qua bộ phận tách khí Bểnày chỉ áp dụng cho nguồn nước tương đối ổn định

Bể phản ứng cơ khí: nguyên lý làm việc của bể là quá trình tạo bông kết tủa diễn ranhờ sự xáo trộn của dong nước trong bể bằng biện pháp cơ khí Ưu điểm là có khảnăng điều chỉnh cường độ khuấy theo ý muốm; tuy nhiên cần có máy móc , thiết bị cơkhí chính xác và điều kiện quản lý vận hành phức tạp tốn nhiều điện năng

Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, khử và tăng pH của nước, tạo điềukiện để oxy hóa thành , sau đó thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất íttan Fe, rồi dùng bể lọc để giữ lại Làm thoáng có thể là làm thoáng tự nhiên hay làmthoáng nhân tạo Sau khi làm thoáng, quá trình oxy hóa và thủy phân có thể xảy ratrong môi trường tự do, môi trường hạt hay môi trường xúc tác

 Thùng quạt gió: làm thoáng tải trọng cao ( làm thoáng cưỡng bức ) nghĩa là gió

và nước đi ngược chiều Khử được 80 – 90% , tăng DO lên 70 – 85% DO bãohòa

Mục đích: lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoànthành quá trình làm trong nước Trong thực tế tùy thuộc vào công suất và chất lượngnước mà người ta sử dụng loại bể lắng phù hợp

- Các công trình lắng gồm:

 Bể lắng ngang: quá trình lắng tuân theo nguyên lý là nước chuyển động theophương ngang từ đầu bể đến cuối bể các hạt căn rơi theo phương thẳng đứng từtrên xuống Thường được sử dụng trong các trạm xử lý có Q > 3000 /ngđ Bểthường có hình chữ nhật làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép.

 Bể lắng đứng: quá trình lắng tuân theo nguyên lý là nước chuyển động theochiều từ dưới lên các hạt cặn rời theo chiều ngược lại Thường được áp dụngcho những trạm xử lý có Q ≤ 3000/ngđ Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bểphản ứng xoáy hình trụ, có hình dạng hình vuông hoặc hình tròn

 Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: là quá trình lắng theo môi trường hạt, nướcchuyển động từ dưới lên Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác, không cầnxây dựng bể phản ứng nhưng tốn ít diện tích xây dựng hơn, bể lắng trong cócấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liêntục và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước Bể chỉ ápdụng đối với các trạm có công suất đến 300 /ngđ

 Bể lắng li tâm: Bể thường được áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàmlượng cặn cao >2000mg/l với công suất ≥ 30000 /ngđ, có hoặc không dùng chấtkeo tụ Bể có dạng hình tròn, đường kính > 5m

 Bể lắng lớp mỏng: gần giống bể lắng ngang thông thường nhưng khác với bểlắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các váchngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa

 Bể lọc nhanh: bao gồm bể lọc một chiều và bể lọc hai chiều Bể lọc nhanh mộtchiều gồm bể lọc ngược và lọc xuôi Lọc ngược, nước phân phối từ đáy bể và dichuyển qua các lớp vật liệu lọc Lọc xuôi, nước được phân phối từ đỉnh Bể lọc

2 chiều nước được phân phối từ đỉnh và đáy di chuyển qua các lớp vật liệu lọc,ống thu nước đặt ở giữa Bể có tốc độ lọc nhanh, có thể áp dụng cho các trạm

cử lý có công suất lớn Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền

xử lý nước mặt có dùng chất keo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm

 Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thôngnhưng có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độlọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể

 Bể lọc sơ bộ: được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt đểtrong bể lọc chậm Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông

 Bể lọc áp lực: là một loại bảo vệ nhanh kín, thương được chế tạo bằng thép códạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình trụ ngang cho công suất lớn Loại

bể này được áp dụng trong dây chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phản ứngkhi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với côngsuất trạm xử lý đến 300 /ngđ, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùngezector thu khí với công suất < 500 /ngđ và dùng máy nén khí cho công suất bất

Các biện pháp khử trùng: dùng chất oxi hóa mạnh, tia vật lý, siêu âm, phương phápnhiệt, ion kim lọai

Hiện nay ở Việt Nam đang sử dụng phổ biến nhất là phương pháp khử trùng bằngcác chất oxy hóa mạnh

Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I vàtrạm bơm cấp II Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3 giờ,nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dùng cho các nhu cầu khác của nhà máy

Bể có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gạch có dạng hình chữ nhật hoặchình tròn trên mặt bằng Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi tùythuộc vào điều kiện cụ thể

II. Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nước mặt.

Theo QCVN 02:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinhhoạt, ta có:

nguồn 02:2009/BYTQCVN Ghichú

 Độ màu vượt quá 3 lần

Trạm bơm cấp I Bể trộn Bể phản ứng xoáy hình trụ

Bể chứa nước sạch Chất kiềm hóa

Khử trùng

Bể lắng đứng

 Tổng hàm lượng cặn vượt quá 250 mg/l

 Độ đục vượt quá 15 lần

 Colifrom tổng vượt quá 200 lần

Như vậy, nguồn nước cần xử lý độ màu, độ đục, hàm lượng cặn, vi sinh vật có trong nước về bằng hoặc thấp hơn giới hạn cho phép được nêu trên Công nghệ được

đề xuất sẽ quan tâm tới các công trình chính là: lắng – lọc – khử trùng

Từ những đánh giá trên, sơ đồ công nghệ xử lý nước có thể sử dụng được là:

Nguyên tắc hoạt động:

Nước từ TB cấp 1 được bơm về tram xử lý, tại đây các hóa chất keo tụ, kiềmhóa được cho vào nguồn nước với liều lượng thích hợp rồi vào bể trộn để trộn đều cácchất hóa học với nước để tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính và dính với các hạtcặn lơ lửng trong nguồn tạo thành những bông cặn có trọng lượng đáng kể

Nước sau khi trộn được đưa sang bể lắng đứng có bể phản ứng xoáy đặt ở giữa bể

Bể phản ứng có chức năng hoàn thành hết quá trình keo tụ tạo điều kiện thuận lợi choquá trình tiếp xúc giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn

đủ lớn và được giữ lại trong bể lắng Nước sau quá trình lắng được đưa sang mángphân phối đến bể lọc nhanh, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ để làm trong nước triệt để,

Trạm bơm cấp I Bể trộn

Bể lọc nhanh Chất kiềm hóa

Sau đó đưa hỗn hợp nước dẫn sang bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng,tại đây các hạtcặn tự nhiên sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng và được giữ lại, kết quảnước được làm trong Nước sau khi lắng dược phân phối đến bể lọc nhanh, qua lớp vậtliệu lọc, lớp sỏi đỡ để làm trong nước triệt để, trước khi đưa đến bể chứa nước sạch,trên đường đi tới bể là giai đoạn khử trùng để loại bỏ vi sinh vật gây bệnh

Hai phương án trên chủ yếu khác nhau ở quá trình lắng vì vậy ta sẽ đánh giá haiquá trình lắng để đề xuất phương án tối ưu:

kiệm diện tích xây dựng.

Hiệu suất lắng tốt, ít bị ảnh hưởng

do biến động của lưu lượng và nhiệt

Hiệu quả lắng không chỉ phụ thuộc

vào chất keo tụ mà còn phụ thuộc

vào sự phân bố đều của dòng nước

đi lên và chiều cao vùng lắng phải

đủ lớn thì các hạt cặn mới kết dính

với nhau được

Lớp cặn tiếp xúc rất nhạy cảm vớibọt khí, các bọt khí lại di chuyển từdưới nếu không được tách hết sẽphá vỡ lớp cặn và mang theo cặnvào vùng lắng

Kết cấu phức tạp, quản lý chặt chẽ,nhạy cảm với sự dao động của lưulượng và nhiệt độ

Với hàm lượng cặn nhỏ hơn 300mg/l thì bể làm việc kém

Chiều cao bể lớn khó xây dựng hợpkhối với công trình khác

 Qua sự phân tích ưu nhược điểm của 2 sơ đồ trên, cho thấy sơ đồ 1 là hợp lýnhất, vì thế chọn sơ đồ 1 làm sơ đồ công nghệ tính toán thiết kế cho trạm xử lý

PHẦN III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ

I. Công trình thu nước mặt, trạm bơm cấp 1.

1.1. Đặc điểm

- Đối với nguồn nước mặt vị trí đặt công trình thu cần có bờ và lòng sông ổn địnhthuận tiện cho việc bố trí các công trình khác và tuân theo các điều kiện về bảo

vệ vệ sinh nguồn nước

- Vị trí lấy nước nhất thiết phải nằm ở vị trí thượng lưu so với khu vực dùngnước

- Dòng sông có thể có những đoạn bờ lõm và những đoạn bờ lồi Những đoạn bờlõm bờ sông só thể bị xói lở, nhưng về mùa lũ, lắng cặn sẽ được tự nạo vét.Những đoạn bờ lồi thường bị bồi lấp, nhiều trường hợp bị bồi lấp rất nghiêmtrọng Nếu công trình thu bố trí tại những vị trí thường bị bồi lấp sẽ gây tốnkém cho việc nạo vét mà cửa thu nước vẫn bị bồi lấp hoặc thu nước không đảm

bảo chất lượng và lưu lượng theo yêu cầu Vì thế công trình thu nên đặt ở phía

bờ lõm và có biện pháp gia cố bảo vệ thích hợp Những nơi có sông nhánh đổvào, công trình cũng dễ bị bồi lấp Để tránh hiện tượng này công trình thu nêncách vị trí có sông nhánh một khoảng hợp lý

1.2. Phân loại

Dựa vào đặc điểm kết cấu, công trình thu được phân loại theo các loại sau:

- Công trình thu nước kiểu kết hợp: trạm bơm cấp 1 và công trình thu bố trí kếthợp trong một nhà Loại này được sử dụng khi nền đất tại chỗ thu nước chắc ổnđịnh, khi đó sẽ giảm được chi phí xây dựng và chi phí quản lý

- Công trình thu nước kiểu phân ly: trạm bơm cấp 1 đặt tách riêng so với côngtrình thu

- Công trình thu nước kiểu vịnh: đây là các vịnh nhân tạo được hình thành do nhucầu bố trí công trình thu nước mà các công trình thu nước này không trược tiếpthu nước từ sông được

- Công trình thu nước kiểu đập chắn: loại công trình này được sử dụng để thunước ở các sông cạn

Trạm bơm cấp 1 có nhiệm vụ bơm nước thừ công trình đưa về trạm xử lý

- Trạm bơm làm việc điều hòa, lưu lượng không thay đổi Khi đó cần tính toáncột áp của trạm, dựa vào công suất trạm và cột áp của bơm để lựa chọn đượcloại bơm phù hợp đảm bảo bơm nước tới vị trí cao nhất của trạm xử lý

II. Xác định công suất của trạm xử lý

Công trình xử lý nước cung cấp cho khu dân cư 20000 người:

 Khu dân cư thuộc đô thi loại II, vùng nội đô, quy mô công suất xử lý của trạmđược xác định tới năm 2020

 Lưu lượng nước cấp cho ăn uống sinh hoạt: ( 3.3(1) ) ( /ngđ ) =

Trong đó:

q : tiêu chuẩn cấp nước (l/người.ngđ)

N : số dân tính toán (người)

Theo TCXD 33-2006 đối với đô thị loại II, thiết kế cho giai đoạn 2020 sẽ có 99% dân

đô thị được cấp nước với tiêu chuẩn: q = 150 l/người.ngđ

( /ngđ ) = = 2970 ( /ngđ )

Lấy tròn 3000 ( /ngđ )

Vậy công suất của trạm xử lý sẽ là 3000 ( /ngđ )

III. Một số biện pháp hóa học để xử lý sơ bộ nguồn nước

- Nước từ TB cấp 1 đưa về trạm xử lý trước khi đưa vào dây chuyền xử lý chínhcần phải được xử lý sơ bộ bằng biện pháp: cơ học, hóa học, lý học, Dưới đây

là phương pháp xử lý hóa học khi trong nước có các chỉ tiêu chưa đảm bảo

Do nước vừa đục vừa có màu nên theo TCXD 33-2006 lượng phèn được xác định theo

độ màu và độ đục rồi lấy giá trị lớn nhất

 Lượng phèn nhôm tính theo độ màu:

= 4 = 4 = 26,8 (mg/l)Trong đó:

: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước

M: độ màu của nước nguồn tính bằng độ theo thang màu Pt-Co

 Lượng phèn nhôm tính theo hàm lượng cặn

Hàm lượng cặn của nước nguồn là 250 mg/l

Theo TXCD 33-2006, tra bảng 6-3 ta xác định được liều lượng phèn cần để xử lý là: =

40 mg/l

Vậy liều lượng phèn cần thiết để keo tụ là: = 40 mg/l

Do trong nước có độ màu cao, nhiều phù du sinh vật nên cần phải clo hóa sơ bộ để phá

vỡ thế ổn định của các chất keo được bảo vệ cản trở quá trình keo tụ trước khi chophèn vào nước

Theo điều 6.13(1) , liều lượng Clo hóa sơ bộ có thể lấy bằng 36 mg/l

lượng Clo hóa sơ bộ cần dùng là: 4 mg/l

Để tăng quá trình keo tụ và tăng hiệu suất của công trình xử lý, sử dụng thêm các chấtphụ trợ keo tụ cho vào cùng với phèn

Theo điều 6.12(1) , dùng chất phụ trợ keo tụ poliacrilamit PAA:

Liều lượng PAA khi cho vào cùng phèn là, PAA = 0,3 mg/l

Độ kiềm của nước sau khi keo tụ được tính theo công thức:

= k - = 1,2 - = 0,5 mgđl/l ( 6.20(1) )

Trong đó:

k : độ kiềm của nguồn nước trước khi pha phèn, k = 1,2 mgđl/l

: liều lượng phèn tính theo sản phẩm ngậm nước, = 40 mg/l

e: đương lượng của phèn không ngậm nước, với phèn e = 57 mgđl/l

- Độ ổn định của nước sau khi keo tụ được xác định theo chỉ số ổn định J Nếu J

= 0,25 thì nước được coi là ổn đinh, ngược lại nếu J 0,25 thì cần phải có biệnpháp xử lý nước

 J được xác định theo công thức:

Trong đó:

: độ pH của nước sau khi pha phèn

: độ pH của nước sau khi đã bão hòa cacbonat đến trạng thái cân bằng đượctính theo công thức:

= - - + Trong đó:

, , , , là những trị số phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ canxi, độ kiềm, tổng hàmlượng muối xác định theo đồ thị hình 6.1(1)

- Tổng hàm lượng muối hòa tan trong nước nguồn là tổng làm lượng thành phầncủa các anion và cation có trong nước, nên có thể xem tổng hàm lượng chất rắnhòa tan trong nước là tổng hàm lượng muối có trong nước, tổng hàm lượngmuối trong nước sẽ là:

P = 146,5 mg/lTra biểu đồ langlier H.6-1(1) , ta có:

 : độ pH của nước sau khi pha phèn

- Lượng tự do sau khi pha phèn được tính theo công thức:

= + 44 ( 6.34(1) )Trong đó:

: nồng độ có trong nước nguồn trước khi pha phèn, mg/l

Với:

 Nhiệt độ nước nguồn, t = 27C

 pH của nước nguồn, pH = 7,2

 Hàm lượng muối trong nước nguồn, P = 146,5 mg/l

 Độ kiềm của nước nguồn, k = 1,2 mg/l

Tra đồ thị H.6-2(1) , ta được: = 6,5 mg/l

= 6,5 + 44 = 37,4 mg/l

Độ pH của nước sau khi pha phèn được xác định dựa vào:

 Nhiệt độ nước nguồn, t = 27C

 Hàm lượng muối trong nước nguồn, P = 146,5 mg/l

 Độ kiềm của nước nguồn sau khi pha phèn, k = 0,5 mg/l

 Nồng độ sau khi pha phèn, = 37,4 mg/l

Độ pH của nước sau khi pha phèn được xác định dựa vào:

Tra đồ thị H.6-2(1) , ta được: = 5,8 mg/l

J = 8,375 – 5,8 = -2,575 0,25

KL: nước không ổn định xử lý ổn định nước bằng cách kiềm hóa

 Hàm lượng chất kiềm hóa được xác định theo công thức:

= ( – k + 1 ) × , mg/l ( 6.15(1) )Trong đó:

: hàm lượng chất kiềm hóa, mg/l

: liều lượng phèn cần thiết để keo tụ, = 45 mg/l

: đương lượng gam của chất kiềm hóa, với CaO = 28 mgđl/l

: đương lượng gam của phèn, với phèn = 57 mgđl/l

k: độ kiềm tổng cộng của nguồn nước, k = 1,2 mg/l

c: tỉ lệ chất kiềm hóa nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng, c = 80% = 28 ( – 1,2 + 1) = 20,63 mg/l

IV. Tính toán thiết kế các công trình.

Các công trình cần được tính toán:

• Các thiết bị và công trình của quá trình keo tụ

1.1. Các công trình chuẩn bị dung dịch phèn.

a. Bể hòa trộn phèn:

 Bể hòa trộn có nhiệm vụ hòa tan phèn cục và lắng cắn bẩn Nồng độ dung dịchphèn trong bể hòa trộn thường cao nhưng không vượt quá nồng độ bão hòa.Theo TCXD 33:2006 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộntrong khoảng 1017%

 Dung tích bể hòa trộn tính theo công thức:

= , ( 6.19(1) )

Trong đó:

Q: lưu lượng nước xử lý, Q = 3000 /ngđ = 125 /h

n: thời gian giữa 2 lần hòa tan phèn, với Q = 120010000 /ngđ, chọn n = 12h: liều lượng phèn dự tính cho vào nước, g/

Chiều cao bảo vệ 0,5 m

Tổng chiều cao xây dựng của bể là: H = h + =0,9 + 0,5 = 1,4 m

 KL: bể hòa trộn có kích thước là:

 Dung tích bể tiêu thụ tính theo công thức:

= = = 2,6 ( 6.19(1) )Trong đó:

: nồng độ dung dịch phèn trong bể tiêu thụ, chọn 5% ( qp = 410% )

Kích thước bể là : L x B x H = 1,5 x 1,2 x 1,5 = 2,7

Chọn chiều cao bảo vệ là: 0,5 m

Tổng chiều cao xây dựng là: H = h + =1,5 + 0,5 = 2 m

 KL: Có 2 bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể là:

1.2. Thiết bị định liều lượng phèn

- Thiết bị định liều lượng phèn có nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng phèn cầnthiết đưa vào nước cần xử lý theo yêu cầu của quản lý

Do trạm xử lý có công suất không đổi nên lựa chọn thiết bị định lượng không đổi kiểuphao Khavanski:

- Phao làm bằng sắt tây, đặt nổi trên mặt nước để đảm bảo đưa dung dịch phènvào bể trộn dưới áp lực cột nước cố định

1.3. Thiết bị pha chế vôi

- Vôi được dùng để kiềm hóa nước, để ổn định nước

Trạm xử lý có công suất 3000 m3/ngđ, trạm xử lý sử dụng vôi bảo hòa để ổn địnhnước

- Trước tiên vôi sống phải được đem tôi Vôi được tôi trong các bể tôi vôi thôngthường thành vôi sửa đặc Sau đó vôi sửa đặc được đưa sang bể pha vôi Tạiđây vôi được pha loãng đến nồng độ thích hợp ( không lớn hơn 5% ) Bể tôi vôi

có dung tích cho 30 ngày tiêu thụ ( quy phạm 30-45) và được chia làm nhiềungăn để tiện cho việc thau rửa

- Bể được xây bằng gạch, có các ống đưa nước vào, xả nước vôi trong và xả kiệt

- Dung tích bể tôi vôi được chọn theo điều kiện đảm bảo lượng nước 3-3,5 m3/tấnvôi cục và đủ thời gian để vôi ngấu hoàn toàn trước khi sử dụng,

- Dùng xẻng để xúc vôi sang bể pha vôi

Công suất thùng bão hòa vôi được xác định theo công thưc:

Qbv = = = 140 m3/h (2.7(2)_T34 )Trong đó:

• Pv : lượng vôi cần tiêu thụ, Pv = Qtt ×pv = 125 ×26,63 = 2578,75 kg/h

• Qtt : lưu lượng trạm xử lý, Qtt = 125 m3/h

• n : số thùng bão hòa vôi, chọn n = 15 thùng

• pv : liều lượng vôi cho vào nước, Pv = 20,63 mg/l

• P: khả năng hòa tan vôi phụ thuộc vào nhiệt độ ( kg/m3 )

Với độ cứng canxi của nguồn nước là: 40 mg/l, độ cứng toàn phần của nguồnnước là: 50 mg/l Vậy tỉ số đó = 80% >70% , K2 = 1

1.4. Kho chứa hóa chất

• T: thời gian lưu hóa chất trong kho, T = 15 ngày

• : hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, = 1,3

• : khối lượng riêng của hóa chất, thường lấy bằng 1,1 tấn/m3

• : độ tinh khiết của kiềm, lấy bằng 80%

• h : chiều cao cho phép của lớp hóa chất, đối với phèn nhôm cục h = 2m

 xây dựng kho dự trữ phèn với kích thước: L×B = 27 x 10 = 270 m²

chiều cao kho là: 4 m

• P: Liều lượng vôi cần dùng, P = 20,63 mg/l = 20,63 g/m3

• T: thời gian lưu hóa chất trong kho, T = 30 ngày

• : hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, = 1,3

• : khối lượng riêng của hóa chất, thường lấy bằng 1,1 tấn/m3

• : độ tinh khiết của vôi, lấy bằng 80%

• h : chiều cao cho phép của lớp hóa chất, đối với vôi cục chưa tôi là h = 1,5 m

 xây dựng kho dự trữ vôi với kích thước: L×B = 19 x 10 = 190 m²

chiều cao kho là: 4 m

c. kho dự trữ Clo

Diện tích sàn kho được tính theo công thức:

Fkho = = 37 m² ( 2.9(2)_T36 )

Trong đó:

• Q: công suất trạm xử lý, Q = 3000 m3/ngđ

• P: Liều lượng Clo cần dùng, P = 4 + 3 = 7 mg/l = 7 g/m3

• T: thời gian lưu hóa chất trong kho, T = 30 ngày

• : hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, = 1,3

• : khối lượng riêng của hóa chất, thường lấy bằng 1,1 tấn/m3

• : độ tinh khiết của Clo, lấy bằng 80%

• h : chiều cao cho phép của lớp hóa chất, đối với Clo chọn h = 2,5 m

 xây dựng kho dự trữ Clo với kích thước: L×B = 10 x 4 = 40 m²

chiều cao kho là: 4 m

2.1. Đặc điểm

- Thường đươc sử dụng trong trường hợp có dùng vôi để kiềm hóa nước với côngsuất bất kỳ Vì chỉ có bể trộn đứng mới đảm bảo cho các phần tử vôi ở trạngthái lơ lửng, làm cho quá trình hòa tan vôi được thực hiện triệt để Còn nếudùng các bể trộn khác thì có thể vôi sẽ bị kết tủa trước các tấm chắn

• : tốc độ nước dâng, = 25 mm/s ( điều 6.56(1) )

• Q: lưu lượng xử lý của trạm, m³/s

Q = 3000 m³/ngđ = 0,0347 m³/s

- Chiều dài mỗi cạnh phần trên của bể trộn:

= = = 1,18 m, chọn = 1,2 m

- Chọn ống thép dẫn nước vào bể, đường kính ống là D = 200 mm, với =0,0347 /s, vận tốc nước trong ống là v = 1,1 m/s ( đảm bảo đảm bảo vận tốc từ1-1,5m/s, điều 6.56(1) )

- Đường kính ngoài của ống dẫn nước vào bể là: 225 mm

Do đó diện tích đáy bể chỗ nối với ống sẽ là:

= 0,225 x 0,225 = 0,0506 Chiều rộng đáy: = 0,225 m

- Góc nón = 40, chiều cao phần hình tháp ( phần dưới bể ) sẽ là:

= ( - ) cotg = ( 1,2 – 0,225 ) cotg = 1,334 m Chọn = 1,4 m

- Thể tích phần hình tháp của bể trộn bằng:

= (+ + ) = ×1,3×( 1,4 + 0,0506 + = 0,8

- Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước trong bể 1,5 phút ( quy phạm

Lấy chiều cao bảo vệ là: 0,5 m

Chiều cao xây dựng của bể là: H = h + = 3,1 + 0,5 = 3,6 m

 Máng thu nước:

Dự kiến thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập nước Nước chảy trong máng đến chỗống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau, vì vậy lưu lượng nước tínhtoán của máng sẽ là:

= = = 62,5 /h

- Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng = 0,6 m/s quy địnhtại điều 6.56(1) , là:

= = = 0,03 Chọn chiều rộng máng: = 0,15 m

Chiều cao lớp nước tính toán trong máng sẽ là:

= = = 0,2 m

Độ dốc của máng về phía ống tháo nước ra lấy bằng 0,02

- Tổng diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng sẽ là :

= = = 0,035 Trong đó:

: tốc độ nước chảy qua lỗ, = 1 m/s ( điều 6.54(1) )

Chọn đường kính lỗ: = 20 mm, diện tích của mỗi lỗ là: = 3,14

- Tổng số lỗ trên thành máng sẽ là:

N = = = 111,5 lỗ chọn 112 lỗTheo điều 6.54(1) , mép trên của hàng lỗ trên cùng phải ngập sâu dưới nước 1015cm, ta

ngược nhau theo chiều phun nằm trên phương tiếp tuyến với đường chu vi bể, nước rakhỏi miệng phun với tốc độ lớn chảy quanh bể tạo thành chuyển động xoáy từ trênxuống qua bộ phận hãm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi vào bể lắng Trong vùng lắngnước chuyển động theo chiều từ dưới lên cặn rơi từ trên xuống đáy bể nước đã lắngđược thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc.

b. Các bộ phận cần tính toán của bể

 Ngăn phản ứng xoáy

 Vùng lắng

 Vùng chứa cặn

 Ống dẫn nước vào bể phản ứng xoáy và vòi phun

 Bộ phận hãm triệt tiêu chuyển động xoáy

• Q: lưu lượng xử lý của trạm, Q = 125 m³/h

• : vận tốc tính toán của dòng nước đi lên, mm/s

Tốc đố này phải bé hơn tốc độ lắng cặn, được xác đinh trong bảng 6.9(1) , đối với nướcđục vừa có xử lý phèn ( hàm lượng cặn 250 mg/l ) và khi có sử dụng thêm chất phụ trợkeo tụ thì tốc độ lấy 4tăng thêm 1520%

= = = 2,08 m² ( 6.8(1) )Trong đó:

Q: lưu lượng tính toán , Q = 3000 m³/ngđ = 125 m³/h

t: thời gian lưu nước lại trong bể, theo quy phạm t = 1520 phút, chọn t = 15phút

H : chiều cao bể phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng

= 0,9 5 = 4,5 mn: số bể phản ứng tính toán ( lấy bằng bể phản ứng ), chọn n = 4 bể

- Đường kính của bể lắng:

D = = = 6 m ( 3.30(2) )Lấy chiều cao bảo vệ của bể lắng = 0,5 m

 Ngăn phản ứng xoáy

Diện tích ngăn phản ứng xoáy : f = 2.08 m²

- Đường kính ngăn phản ứng xoáy:

= = = 1,63 m ( 2.13(2) )

Trong đó:

• Q : lưu lượng xử lý, m³/h

• t : thời gian lưu nước trong ngăn phản ứng xoáy, phút

• : chiều cao ngăn phản ứng, m

• n: số bể phản ứng,

Lấy chiều cao bảo vệ của ngăn phản ứng bằng chiều cao bảo vệ của bể lắng đứng Vậychiều cao thực tế của ngăn là: 5 m

 ống dẫn nước vào bể phản ứng và vòi phun

 Lưu lượng nước đi vào mỗi bể phản ứng:

= = 8,68×1 m³/s