Dồ an mon học XL nước cấp

còn công nghiệp, nước cấp dùng trong quá trình làm lạnh, sảnxuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu...Hầu như mọi ngành công nghiệpđều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên li

LỜI MỞ ĐẦU

Nước là một nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật Không có nước cuộc sống trênTrái Đất không thể tồn tại được Hàng ngày trung bình cần 50 – 100 lít nước đáp ứngcho nhu cầu ăn uống sinh hoạt hằng ngày Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhucầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí và các hoạt động cộng đồng nhưcứu hỏa, tưới đường còn công nghiệp, nước cấp dùng trong quá trình làm lạnh, sảnxuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu Hầu như mọi ngành công nghiệpđều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay đổi trong sản xuất

Tùy thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp củamọi cộng đồng mà nhu cầu về cấp nước với số lượng và chất lượng khác nhau Ngàynay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước ngàycàng ô nhiễm và cạn kiệt Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nướccấp để đáp ứng về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất côngnghiệp

Với mục tiêu đề tài là xây dựng một quy trình nước ngầm đáp ứng được về sốlượng và chất lượng phục vụ nhu cầu của người dân quanh vùng Nội dung của để tàinêu lên cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý nước ngầm sau đó đưa ra một số quy trình

xử lý nước, lựa chọn công nghệ thích hợp và thiết kế các công trình đơn vị Vì vậy đề

tài “Xử lý nước ngầm với công suất 21600 m 3 /ngày đêm” được thiết kế và đưa vào

sử dụng

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU SỐ LIỆU, LỰA CHỌN SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC 1.1 Tính toán, kiểm tra các chỉ tiêu còn thiếu trong nước ngầm cần xử lý

Bảng 1.1: Thông số đầu vào cho nhà máy xử lý nước cấp

ST

QCVN 01:2009/BY T

- Tổng hàm lượng sắt là 18 mg/L lớn hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn (giới hạn tối

đa cho phép là 0,3mg/l), cần phải khử sắt

- Độ pH bằng 7,2

- Các chất độc hại khác đều không nhận thấy qua các kết quả phân tích mẫunước

- Ngoài ra còn phải xử lí ổn định, làm mềm nước,kiềm hoá nước nếu cần thiết

Đối chiếu với tiêu chuẩn trên thì yêu cầu đặt ra là nước ngầm tại khu vực nàycần phải xử lý các chất hoà tan là Fe và khử trùng

1.1.1 Kiểm tra tổng ion dương và ion âm

1.1.2 Tổng hàm lượng muối hòa tan trong nước nguồn

P = ∑Me+ + ∑Ae- + 1,4[Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO32-] (mg/L)

Trong đó:

∑Me+ : Tổng hàm lượng các ion dương không kể đến Fe2+

∑Me+ = {[Fetổng] – [Fe2+]} + [Mn2+] + [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [NH4+] = {18 – 17} + 0,1 + 182,7 + 50 + 13 + 0,6 = 247,4 (mg/L)

∑Ae- : Tổng hàm lượng các ion âm không kể đến HCO3- và SiO3

2-∑Ae- = [SO42-] + [Cl-] + [NO2-] = 15 + 11 + 0,3 = 26,3 (mg/L)

Như vậy:

P = 247,4 + 26,3 + 1,4×17 + 0,5×220 + 0,13×0 = 407,5 (mg/L)

1.1.3 Tính độ kiềm toàn phần

Kitp = [OH-] + [HCO3-] + [CO32-] (mgđl/L)

Do pH = 7,2 < 8,4 nên độ kiềm được tạo ra chủ yếu bởi HCO3- Khi đó độ kiềmtoàn phần được tính như sau:

Từ các số liệu đề bài cho: nhiệt độ t = 180C ; pH = 7,2 ; độ muối P = 407,5mg/L; độ kiềm Kitp = 3,61 mg/L.

Tra toán đồ Langerlier ta xác định được hàm lượng CO2 tự do trong nước nguồn

là 18,5 (mg/L)

1.1.6 Kiểm tra nước khi xử lý nước có phải Clo hóa sơ bộ hay không

Mục đích của Clo hóa sơ bộ là :

- Oxy hóa sắt và mangan hòa tan ở dạng phức chất hữu cơ

- Loại trừ rong, rêu, tảo phát triển trên thành các bể

- Trung hòa lượng amoni dư, diệt các vi khuẩn tiết ra chất nhầy trên mặt lớp cátlọc

Do đặc đặc nước ngầm có hàm lượng chất rắn thấp vì vậy không cần phèn đểđông keo tụ, hóa chất sử dụng chỉ bao gồm hóa chất clo hóa sơ bộ

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

Trong nước nguồn có chứa NH3 (ở dạng NH4+) và NO2- nên ta phải Clo hóa sơ

bộ Liều lượng Clo dùng để Clo hóa sơ bộ tính theo công thức:

[Cl2] = 6׿

= 6× 0,6+1,5 ×0,3+0,47 × 0,4+2=6,24(mg/L)

1.1.7 Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng

a Độ kiềm sau khi làm thoáng

K i¿

=K o−0,036 ׿

Trong đó:

- Ko : Độ kiềm ban đầu của nước nguồn, mgđl/L

- ¿ : Hàm lượng sắt của nước nguồn, mg/L

b Hàm lượng CO 2 sau khi làm thoáng

CO2¿=CO2o+1,6׿

Trong đó:

- CO2o:Hàm lượng khí CO2 tự do của nước nguồn trước khi làm thoáng, mg/L

- ¿Hàm lượng sắt của nước nguồn, mg/L

c Độ pH của nước sau khi làm thoáng

Từ biểu đồ quan hệ giữa pH, Ki*, CO2* ứng với các giá trị đã biết theo biểu đồLanglier Ta có:

Từ biểu đồ quan hệ trên thì pH sau khi làm thoáng là 6,75.

d Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng

Hàm lượng cặn sau làm thoáng xác định theo công thức:

C max¿

=C max o +1,92[Fe2+¿¿]+0,25 M=12+1,92 ×17+0,25× 9=46,89(mg/ L)

Trong đó:

- C max o :Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn, mg/L

- M : Độ màu nước nguồn, Pt-Co

e Lượng oxi cần thiết để khử sắt

L O2=[O2]+0,47 ×[ H¿¿2 S ]+0,15 ׿ ¿

¿5,6+0,47 × 0,4+0,15× 17=8,338¿)

1.1.8 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,

vì vậy phải kiểm tra độ ổn định của nước Độ ổn định của nước được đặc trưng bởi trị

số bão hòa J xác định theo công thức (Theo mục 6.202 – Xử lý ổn định nước, TCVN

33-2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế)

J= pH0−pH s=7,2−7,806=−0,61

Trong đó:

 pH o: Độ pH của nước, xác định bằng máy đo pH, pHo = 7,2

 pHs : Độ pH ở trạng thái cân bằng bão hòa CaCO3 của nước sau khi khử Fe2+,được xác định theo công thức sau:

):Hàm số độ kiềm K i¿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 (Đồ thị hình 6.1 – Đồ thị để xác định pH của nước

đã bão hòa Canxicacbonat đến trạng thái cân bằng, TCVN 33-2006/BXD – Tiêu

chuẩn thiết kế):

Nhận thấy rằng trị tuyệt đối của J = 0,61 > 0,5, nên sau khi khử Fe2+ phải xử lý

ổn định nước để đánh giá tác dụng ăn mòn của nước đối với kết cấu bê tông cốt thép,phải theo tiêu chuẩn về thiết kế bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu xây dựng nhà vàcông trình

Trong trường hợp này nước có tính xâm thực nên cần thêm vôi với liều lượng

vôi cần thiết là : (Theo mục 6.206 – Xử lý ổn định nước, TCVN 33-2006/BXD – Tiêu

 K i : Độ kiềm của nước sau khử sắt

 C k: Độ tinh khiết của vôi chọn bằng 80%

Vậy liều lượng chất kiềm cần thiết là 25,18 mg/L

Lưu lượng vôi dự trữ cần dùng cho 1 ngày

- a là liều lượng vôi cần thiết đưa vào (mg/l)

- P = 80% CaO tính theo sản phẩm không ngậm nước

G1= a × Q

1000× P=

26,76× 21600

1000 × 80 =7,23 (kg)

1.2 Lựa chọn dây chuyền xử lý

Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước cấp phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưngcủa nguồn nước thô Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước baogồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý Dựa vào các số liệu đã có,

so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn

những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể Theo chấtlượng nước nguồn đã có đưa ra 2 phương án xử lý sau:

Để lựa chọn được phương pháp hợp lý ta căn cứ vào trị số độ kiền và độ pH củanguồn nước sau khi làm thoáng Để oxi hóa và thủy phân 1 mg Fe2+ thì tiêu thụ 0,143

mg O2 đồng thời làm tăng 1,6 mg CO2 và độ kiềm giảm 0,036 mg dl/l

- Độ kiềm sau khi làm thoáng : Ki = 2,998 mgđl/L

- Hàm lượng CO2 sau làm thoáng : CO2 = 45,7 mg/L

pH của nước sau khi làm thoáng theo toán đồ Langlier ứng với hàm lượng

CO2=9,14 (mg/L), độ kiềm 2,998 mgđl/l xác định bằng 7,46 Vì vậy áp dụng phươngpháp làm thoáng bằng giàn mưa

So sánh ưu nhược điểm của 2 phương án để có được lựa chọn chính xác hơn:

Ưu điểm - Hệ số khử khí CO2 trong

thùng quạt gió là 90% - 95% cao hơn so với giàn mưa

- Khối lượng công trình nhỏ, ít chiếm diện tích

- Bể lọc nhanh trọng lực có kết cấu đơn giản

khăn

- Bể aquazur V có máng chữ Vvừa giữ chức năng phân phối nước vừa có vai trò tạo ra lớpnước quét trên bề mặt cát lọc nên tiết kiệm nước và hiệu quả lọc cao hơn

Nhược

điểm

Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạt động, khối lượng công trình chiếm diện tích lớn

- Thùng quạt gió vận hành khóhơn giàn mưa, khó cải tạo khichất lượng nước đầu vào thayđổi, tốn diện tích khi vận hành Khi tăng công suất phảixây dựng them thùng quạt gió chứ không thể cải tạo

- Bể lọc nhanh trọng lực có kếtcấu đơn giản nhưng tốc độ lọc lại chậm hơn bể Aquazur V

 Vậy ta lựa chọn dây chuyền công nghệ 2 để xử lý nước ngầm có số liệu đã cho

Thuyết minh dây chuyền công nghệ :

Đầu tiên nước ngầm được hút từ các giếng khoan nhờ hệ thống máy bơm và đượcclo hóa sơ bộ rồi vào công trình làm thoáng Công trình làm thoáng có chức năngchính là khử CO2, hòa tan oxy không khí vào nước để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, để dễdàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao hiệu quả của các côngtrình lắng và lọc

Sau khi làm thoáng bằng giàn mưa, nước được đưa vào bể trộn đứng, tại đây nước được hòa trộn với vôi sữa Bể trộn đứng được sử dụng để hòa trộn vôi sữa phục

vụ quá trình ổn định nước và làm mềm nước Bể trộn đứng bảo đảm giữ cho các phần

tử vôi ở trạng thái lơ lửng, làm cho quá trình hòa tan vôi được triệt để hơn nữa Bể trộnđứng có thể áp dụng với công suất xử lý bất kì

Nước được đưa xuống bể lắng tiếp xúc ngang Mục đích của công trình này là để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng và đưa về bể nén cặn , nước trong ở phần trên tiếp tục đưa sang bể lọc Thời gian lưu nước lắng thường 90 – 120 phút.

Sau đó nước được đưa qua bể lọc nhanh Tại đây, nước không chỉ giữ lại các hạtcặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt vật liệulọc mà còn giữ lại keo sắt, keo hữu cơ gây độ đục, độ màu Bể lọc sử dụng cát thạchanh và rửa bằng hệ thống gió nước kết hợp Nước rửa lọc được thu và đưa vào hệthống thoát nước

Sau khi đã được lọc, nước được đưa sang bể chứa nước sạch Trước khi sang bểchứa nước sạch nước được châm với hóa chất khử trùng là Clo để loại trừ vi sinh vậttồn tại trong nước ngầm Nước sau đó được phân phối vào mạng lưới sử dụng

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY CHUYỀN

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NGẦM 2.1 Tính toán hệ thống làm thoáng tự nhiên (giàn mưa)

Vì công suất trạm xử lý khá lớn 21600 m3/ngàyđêm nên ta chia làm 2 đơn nguyên

để xử lý Mỗi đơn nguyên có công suất 10800 m3/ ngàyđêm

 Chức năng : giàn mưa hay còn gọi là công trình làm thoáng tự nhiên, có chứ

năng làm giàu oxi cho nước và khử CO2, H2S trong nước, nâng giá trị pH của nước.Giàn mưa cho khả năng thu được lượng oxi hòa tan bằng 55% lượng oxi bão hòa và cókhả năng khử được 75 – 80% lượng CO2 có trong nước Nhưng lượng CO2 còn lại saulàm thoáng không thấp hơn 5 – 6 mg/l Ngoài ra, nước còn nhận được oxi từ không khí

để cung cấp oxi cho quá trình oxi hóa Fe2+ có trong nước thành Fe3+

 Cấu tạo gồm có:

 Hệ thống phân phối nước

 Hệ thống máng phân phối bao gồm

2.1.1 Xác định kích thước giàn mưa

- Lưu lượng nước qua 1 giàn mưa :

Q = 10800 m3/ ngàyđêm = 450 m3/h

 Diện tích bề mặt cần cho giàn mưa là:

F = = = 45 (m2)Trong đó:

- Q : là lưu lượng tính toán, Q = 450 (m3/ h)

- qm : là cường độ phun mưa (10- 15 m3/m2.h) chọn qm= 10 m3/m2.h

Chọn kích thước giàn mưa : L × B = 8m × 6m = 48 (m2)

Chia giàn mưa thành 2 ngăn, diện tích tiếp xúc mỗi ngăn là:

- F : là diện tích giàn mưa (m2)

- N : là số ngăn của giàn mưa, chọn N = 2

Chọn kích thước mỗi ngăn: l × b = 6m ×4m

 Hệ thống phân phối nước

Dùng hệ thống giàn ống phân phối nước gồm ống chính và các ống nhánh nối vớinhau theo dạng hình xương cá Số ống phân phối chính trên giàn mưa là 2 ống, khoảngcách giữa các ống là 5m, chiều dài mỗi ống phân phối chính là 3m.

 Ống dẫn nước thô lên giàn mưa:

Tốc độ nước chảy trong ống dẫn nằm trong khoảng 0,8 – 1,2 m/s, chọn v =1m/s(Theo TCVN 33: 2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế) Vậy đường kính ống dẫn nước thôlên giàn mưa là:

D dẫn=√4.Q π v=√4 ×0,125 π ×1 =0,39 (m)

Trong đó : Q là lưu lượng nước lên giàn mưa, Q = 450 m3/h = 0,125 m3/s

 Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa là 400 mm Kiểm tra lại vận tốc:

v= 4 Q

π D dẫn2 =

4 ×0,125

π × 0,42 =0,99 (m/s )

 Ống phân phối nước chính:

Lưu lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa:

 Q: Công suất trạm xử lý (tính cho 1 đơn nguyên của giàn mưa), Q = 450 m3/h

 N: Số ngăn giàn mưa Chọn N = 2 ngăn.

Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốcnước chảy trong ống là v = 0,9 m/s

Các ống nhánh được bố trí dọc theo chiều rộng của mỗi ngăn Khoảng cách giữa

2 ống nhánh theo quy phạm (0,2 – 0,3 m) Chọn l = 0,3 m Số ống nhánh cần thiết:

(Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, trang 145)

(Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, 1999, trang 171).

Chọn sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc làm bằng các tấm đan bê tông dày là 30 –

40mm, đường kính lỗ d = 15mm Chọn tỷ lệ lỗ chiếm 35% diện tích sàn.

2.1.4 Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước

Để có thể thu oxy trong không khí kết hợp với việc khử khí CO2, đồng thời đảm bảo nước không bắn ra ngoài ta bố trí các cửa chớp bằng bê tông cốt thép hoặc bằng

gỗ Góc nghiêng giữa các chớp mặt phẳng nằm ngang là 45o Khoảng cách giữa hai cửa chớp kế nhau là 200mm và chiều rộng mỗi cửa là 200mm Cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí.Các cửa chớp này được xây dựng cách mép ngoài của sàn tung là 0,6m khoảng cách

này được làm lối đi xung quanh khi làm vệ sinh giàn mưa (Theo Xử lý nước cấp của

Nguyễn Ngọc Dung, trang 171)

2.1.5 Sàn và ống thu nước

Sàn thu nước được đặt ở dưới đáy giàn mưa, có độ dốc từ 0,02 – 0,05 về phía ốngdẫn dưới nước xuống bể lắng tiếp xúc Sàn làm bằng bê tông cốt thép

Bố trí 3 vòi phun nước rửa sàn (mỗi ngăn một vòi) với vòi rửa sàn tung có đường

kính d v = 20mm với khoảng cách phục vụ không quá 10m, áp lực vòi phun tối thiểu là 10m, nằm về một phía của giàn mưa Bố trí 3 ống thu nước (mỗi ngăn một ống) thoát

nước sàn với đường kính d t = 100 – 200mm để xả nước và thau rửa sàn

2.1.6 Tính toán chiều cao giàn mưa

Trong đó: Q là công suất trạm xử lý (m3/h)

n là số giờ làm việc giữa 2 lần pha vôi (h)

a là liều lượng vôi cần thiết đưa vào

2.2.1 Cấu tạo bể lắng ngang

Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật, có thể bằng gạch hoặc bê tông cốt thépthường được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất lớn hơn 3000m3/ngày đêm đốivới xử lý bằng phèn và áp dụng công suất bất kỳ cho các trạm không cần dùng phèn

Cấu tạo bể lắng ngang bao gồm có bốn bộ phận chính

- Bộ phận phân phối nước rửa vào bể

- Vùng lắng cặn

- Hệ thống thu nước đã lắng

- Hệ thống thu xả cặn

Hình 1: Cấu tạo bể lắng ngang tiếp xúc

1) Ống dẫn nước từ bể trộn cơ khí

2) Máng phân phối nước

3) Vách phân phối đầu bể

2.2.2 Tính toán kích thước bể lắng

Theo bảng 6.9 TCXDVN 33:2006: Tốc độ rơi của hạt cặn u0 (quy phạm 0,35 – 0,45mm/s), chọn u0 = 0,45 mm/s

Chọn tỷ số L/H o = 15, theo bảng 3 – 1: Trị số K và α phụ thuộc vào tỷ số L/H o thì K =

10, α = 1,5 (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, 1999, trang 76).

Vận tốc trung bình dòng nước trong bể là:

 u 0 : Tốc độ rơi của cặn ở trong bể lắng, mm/s

Chọn chiều cao vùng lắng H o = 3,5m (Quy phạm 1,5 – 3,5m, theo TCVN33-2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế)

Chọn số bể lắng N = 4 bể, chiều rộng mỗi bể là:

3,6 v tb H o N=

9003,6.4,5 3,5 4=3,97 (m)

Kiểm tra tỷ số L/H o theo tính toán là : 52/3,5 = 15 đúng bằng tỷ số đã chọn

 Hệ thống phân phối nước vào bể:

Để có thể phân phối đều nước trên toàn bộ diện tích bể lắng, cần đặt vách ngăn cóđục lỗ ở đầu bể, cách tường (1-2m), chọn bằng 1,5m Đoạn dưới của vách ngăn trongphạm vi chiều cao từ 0,3-0,5m kể từ mặt trên của vùng lắng chứa nén cặn không cần phảikhoan lỗ Các lỗ của ngăn phân phối có kích thước cạnh 50x150mm, vận tốc nước qua lỗ0,2-0,3m/s Khoảng cách giữa tâm các lỗ từ 0,25-0,5m

Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào:

 v lo2 : Vận tốc qua lỗ ở vách ngăn thu nước, v lo1 = 0,5m/s

 Diện tích 1 lỗ phân phối nước:

3 2

50 150

7,5 10 ( )1000000

Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kỳ với thời gian giữa 2 lần xả cặn T = 24h

Thể tích vùng chứa nén cặn của một bể lắng là:(Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc

 T: thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn, t = 6 – 24h, chọn T = 24h

 Q: Lưu lượng nước đưa vào bể, m3/h

Hxd= 3,56 + 0,5 = 4,06 (m)Tổng chiều dài bể lắng kể cả hai ngăn phân phối và thu nước

L b = L + 2.1,5 =52 +3 = 55(m)

Bảng 2: Kích thước bể lắng ngang