Đồ Án Xử Lý Nước Cấp

Đồ án của sinh viên Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội. Xử lý nước cấp cho thành phố Cao Bằng với tổng dân cư hơn 70 nghìn người. Công suất đạt 20000 mét khối một ngày đêm. Tiêu chuẩn cấp nước 110 lít một người một ngày. Xử dụng công nghệ hóa lý cơ học để xử lý nước.

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNGHÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP

“Thiết kế nhà máy xử lý nước cấp Thành phố Cao Bằng với số dân 71066 người”

Giảng viên hướng dẫn : : TS Nguyễn Hồng Đăng

Sinh viên : : Nguyễn Minh Đức

Mã sinh viên : : 1711070366

Chuyên ngành : : Thiết kế công trình kỹ thuật môi trường

Hà Nội, 2020.

MỤC LỤC Trang

DANH MỤC BẢNG

Trang

MỞ ĐẦU

Thành phố Cao Bằng là một thành phố trực thuộc tỉnh Cao Bằng, Việt nam Thành

phố Cao Bằng hiện là đô thị loại III, là trung tâm kinh tế, văn hóa, giáo dục, chính trịcủa tỉnh Cao Bằng và là một trong những trung tâm kinh tế của vùng Đông Bắc Thựchiện Chương trình số 10/CTr-TU ngày 29/4/2016 của Tỉnh ủy Cao Bằng về phát triển dulịch giai đoạn 2016 – 2020, ngày 11/10/2017, UBND tỉnh đã ban hành Quyết định số1715/QĐ-UBND về việc Phê duyệt Điều chỉnh Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xãhội thành phố Cao Bằng đến năm 2020 và định hướng đến năm 2025 Trong đó, quyhoạch phát triển thương mại, dịch vụ và du lịch được xác định rõ vị trí, vai trò là ngànhkinh tế mũi nhọn của Thành phố

Nước sinh hoạt đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống sinh hoạt của người dân vàhoạt động sản xuất, dịch vụ Với sự phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng nước sạch để sinhhoạt là hết sức cần thiết Để đáp ứng nhu cầu dùng nước của Thành phố, cần có hệ thống

sử lý nước sông Bằng để cấp nước sinh hoạt cho toàn thành phố Việc xây dựng một nhàmáy xử lý nước cấp sinh hoạt cho thành phố Cao Bằng là hoàn toàn cấp thiết Với việcthực hiện đề tài: “Thiết Kế Nhà Máy Xử Lý Nước Cấp Thành Phố Cao Bằng với số dân

71066 người” sẽ giải quyết được vấn đề thiếu nước sinh hoạt của khu dân cư, phục vụ lâu

dài cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội theo hướng phát triển bền vững

CHƯƠNG I TÍNH TOÁN SƠ BỘ VÀ ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

1.1 Xử lý số liệu

- Dân số: 71066 người

- Tiêu chuẩn cấp nước: 110l/người.ngày đêm

- Số học sinh: 3000 học sinh

- Số bệnh viện: 1; số giường bệnh của một bệnh viện: 500 giường

- Khu công nghiệp, công nghiệp tiêu thụ lượng nước cho sản xuất: 3740 m3/ngày đêm

- Số công nhân: 2000

- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước:

B ẢNG 1 T HÔNG SỐ NƯỚC ĐẦU VÀO

Trạm xử lý nước cấp Thành phố Cao Bằng sử dụng nguồn nước sông Bằng để xử lý

So sánh kết quả các chỉ tiêu chất lượng nước với QCVN 01 - 1:2018/BYT về chấtlượng nước ăn uống, thì có các chỉ tiêu chưa đạt sau: Độ màu, độ đục, chắt rắn lơ lửng

Dựa vào số liệu chất lượng nước mặt đã tìm được, áp dụng kiến thức đã học và các tàiliệu tham khảo ta có thể lựa chọn công nghệ xử lý.

- Phân loại nước mặt theo TCXDVN 33:2006/ BXD

+ Nước ít màu: dưới 35 TCU

+ Nước có màu trung bình: 35 TCU đến 120 TCU

+ Nước có màu cao: lớn hơn 120 TCU

 Nguồn nước thuộc loại: Đục vừa, có độ màu trung bình

 Xử lý nước vừa đục vừa có màu: Xử lý cặn

1.2 Công suất của nhà máy

1.2.1 Lượng nước sinh hoạt của khu dân cư

- Có tiêu chuẩn cấp nước là 110 (lít/người.ngày đêm), suy ra lượng nước cần cấp cho sinh hoạt là 110 × 71066 × 10-3 = 7817,26 m3/ngày đêm

1.2.2 Lưu lượng nước cho công nghiệp

- Tính toán nước cấp sinh hoạt của khu CN

- Số công nhân là 2000 công nhân

B ẢNG 2 T HỐNG KÊ LƯU LƯỢNG NƯỚC CẤP CHO KCN

Ca Phân xưởng Công nhân Nước cấp sinh hoạt Nước tắm

% Sốlượng

- Khu CN công nhân tiêu thụ lượng nước cho sản xuất: Qsx = 3740 m3/ngđ

- Tổng lượng nước cấp trong một ngày của khu CN là:

QCN = Qsx + QI + QII = 3740 + 66 + 96 = 3902 (m3/ngđ)

1.2.3 Lưu lượng nước cho bệnh viện

- Tổng số giường bệnh: Ng= 500 giường

- Tiêu chuẩn cấp nước là: qbv= 1000 l/giường.ngđ

- Lưu lượng trung bình ngày:

QBV = Ng x qbvx10-3= 500 x 1000 x 10-3 = 500 (m3/ngđ)

1.2.4 Lưu lượng nước cho trường học (12 tiếng)

- Số học sinh: Nhs = 3000 (học sinh)

- Tiêu chuẩn cấp nước là: 20 l/người.ng

- Lưu lượng trung bình ngày:

QTH = Nhs x qthx10-3 = 3000 x 20 x 10-3 = 60 (m3/ngđ)

1.2.5 Lưu lượng nước cho tưới cây xanh, rửa đường

Theo tiêu chuẩn 33:2006, nước dùng cho mục đích tưới cây rửa đường bằng 10%lượng nước cấp cho sinh hoạt

Qtưới = 10%x Qsh= 10% x 7817,26 = 781,726 (m3/ngđ)

1.2.6 Lưu lượng nước cấp cho chữa cháy

Theo tiêu chuẩn 33:2006, nước dùng cho mục đích chữa cháy bằng 10% lượng nướccấp cho sinh hoạt

Qcc = 10%x Qsh= 10% x 7817,26 = 781,726 (m3/ngđ)

1.2.7 Lưu lượng nước dự phòng

Theo tiêu chuẩn 33:2006, nước dùng cho mục đích dự phòng bằng 20% lượng nướccấp trên

Qdp = 20%x Qtrên= 20% x 13842,712 = 2768,5 (m3/ngđ)

Nước nguồn Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ họcBể phản ứng có vách ngănBể lắng ngang

Bể lọc nhanh

Bể chứaTrạm bơm cấp 2

Chất khử trùngSCR

1.2.8 Lưu lượng nước cấp cho bản thân nhà máy

Theo tiêu chuẩn 33:2006, nước cho bản thân nhà máy bằng 7% lượng nước cấp trên

Qbt = 7%x Qtrên= 7% x 16611,212 = 1162,8 (m3/ngđ)

1.2.9 Tổng công suất của nhà máy xử lý nước cấp

Tổng công suất yêu cầu của nhà máy = 17773,999 m3/ngđ

 Chọn công suất cấp nước của nhà máy là 18 000 m3/ngđ

1.3 Lựa chọn dây chuyền công nghệ:

Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước là công việc rất quan trọng, nó khôngchỉ ảnh hưởng đến giá thành xây dựng, quản lý, vận hành hệ thống cấp nước mà còn ảnhhưởng đến chất lượng nước sau xử lý Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước dựavào các tiêu chí cơ bản sau:

- Chất lượng của nước nguồn

- Yêu clượng củlượng nước sau xử lý

- Quy mô công suượng nước sau

- Điều kiện kinh tế kỹ thuật

Dựa vào tính toán khả năng đưa hóa chất vào, có các số liệu sau:

- Công suất tính toán 18000 m3/ng.đ

- Công suất trạm xử lý vừa, hàm lượng cặn và độ màu trung bình

 Từ đó, phải lựa chọn được dây chuyền công nghệ xử lý phù hợp sao cho vừa xử lý nướcđạt chất lượng theo yêu cầu, thuận tiện cho công tác quản lý và vận hành, giá thành xâydựng thấp, phù hợp với trình độ quản lý, vận hành của công nhân, và phù hợp với điềukiện của đất nước trong thời gian hiện tại

1.3.1 Đề xuất dây chuyền

Căn cứ vào bảng 6.2 theo TCXD 33-2006 ta lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ:

a. Phương án 1:

Nước nguồn Trạm bơm cấp 1 Bể trộn cơ họcBể lắng trong có lớp cặn lơ lửng

Bể lọc nhanh

Bể chứaTrạm bơm cấp 2

Chất khử trùng

Sân phơi bùnChất keo tụ

SCR

Nước nguồn - song chắn rác - trạm bơm cấp I - bể trộn - bể phản ứng và bể lắng - bểlọc nhanh - khử trùng - bể chứa nước sạch

Thuyết minh công nghệ:

Nước từ nguồn sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các côngtrình phía sau, thì được trạm bơm cấp I đưa đến bể trộn, tại đây hóa chất keo tụ và kiềmhóa sẽ được cho vào với liều lượng thích hợp để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lạivới nhau và dính với các hạt cặn lơ lửng có trong nước tạo thành các bông cặn lớn hơn cótrọng lượng đáng kể

Sau khi trộn nước sẽ được đưa sang bể phản ứng có vách ngăn thẳng đứng có chứcnăng hoàn thành hết quá trình keo tụ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữacác hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn đủ lớn và được giữ lạitrong bể lắng Sau đó nước được đưa sang máng phân phối đến bể lọc nhanh, qua lớp vậtliệu lọc, lớp sỏi đỡ để làm trong nước triệt để rồi đến bể chứa nước sạch từ bể chứa đượcđưa đến trạm bơm cấp II

b. Phương án 2:

Nước nguồn - song chắn rác - trạm bơm cấp I - bể trộn - bể lắng trong có lớp cặn lơlửng - bể lọc nhanh - khử trùng - bể chứa nước sạch.

Thuyết minh công nghệ:

Nước từ nguồn sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các côngtrình phía sau, thì được trạm bơm cấp I đưa đến bể trộn, tại đây hóa chất phản ứng sẽđược hóa tan với nước, sau đó nước được đưa đến bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng, tạiđây các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng vàđược giữ lại Cuối cùng nước được làm trong triệt để tại bể lọc nhanh Trên đường đưanước đến bể chứa nước sạch thì cho hóa chất khử trùng vào để loại bỏ VSV

1.3.2 Phân tích ưu - nhược điểm hai phương án

B ẢNG 3 S O SÁNH HAI PHƯƠNG ÁN ĐỀ SUẤT

Ưu điểm Bể lắng ngang:

giá thành xây dựng khôngcao, không cần xây nhiềubể

Không thuận tiện trongviệc xả cặn, tốn diện tíchxây dựng

Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng:

có kết cấu phức tạp, chế độ quản lýchặt chẽ, đòi hỏi công trình hoạt độngsuốt ngày đêm và rất nhạy cảm với sựdao động lưu lượng và nhiệt độ củanước

Nhận xét:

- Hiệu quả xử lý của hai phương án tương đương nhau

- Diện tích xây dựng của phương án 1 nhiều hơn phương án 2, nhưng khả năng ứngdụng vào thực tế không cao vì chi phí và khả năng vận hành cao, khó khăn

- Phương án 1 tuy chiếm nhiều diện tích xây dựng nhưng chi phí không đáng kể

- Khả năng vận hành và ứng dụng của Phương án 1 trong thực tế cao hơn

Tính toán song chắn rác dựa trên các thông số sau:

- Lưu lượng công trình: Q = 0,208 m3/s

- Chọn loại SCR có thiết diện tròn, đường kính thanh thép SCR: d = 10mm

- Khoảng cách giữa các thanh: a = (40-50mm) chọn a = 50 mm

- Vận tốc nước qua SCR: chọn v = 0,55 m/s (Theo TCXDVN 33:2006/BXD)

- Số cửa thu nước: chọn n = 2 cửa

Khi đó ta tính được:

- Hệ số co hẹp do các thanh thép:

- Hệ số co hẹp do rác bám vào song: Thường lấy

- Hệ số kể đến hình dạng của thanh thép: tiết diện thanh hình tròn

- Diện tích của 1 cửa đặt Song chắn rác:

Chọn kích thước của của đặt song chắn rác là: B × H= 0,6 × 0,6 m

Diện tích thu của một cửa đặt song chắn rác là:

Vận tốc thực của nước đi qua SCR: V= 0, 48 m/s

B ẢNG 4 S ONG CHẮN RÁC

1 Kích thước cửa thu: (B × H) (m) 0,6 × 0,6

2.2 Tính toán định lượng pha chế, liều lượng hóa chất

2.2.1 Xác định hàm lượng phèn dùng để keo tụ

Tính toán dựa trên các thông số sau:

- Lưu lượng nước:

- Độ màu trong nước nguồn là 90TCU, liều lượng phèn nhôm được xác định là:

So sánh liều lượng phèn cần dùng để khử độ đục và liều lượng phèn cần để khử độmàu thì ta chọn liều lượng phèn tính toán là :

2.2.2 Kho chứa hóa chất

- Lượng phèn dự trữ: Đối với trạm xử lý nước thì lượng phèn phải dự trữ đủ để sửdụng trong 15 ngày

- Lượng phèn khi tiêu thụ trong 15 ngày được tính như sau:

Trong đó:

+ n: Số ngày sử dụng, n= 15 ngày

+ Q: Công suất trạm xử lý, Q= 18000 (m3/ ngày đêm)

+ Pp: Lượng phèn cho vào nước tính theo sản phẩm tinh khiết Pp= 40 mg/l

P=

- Diện tích sàn kho cần thiết

m2) (2 CT 2-9 tr 36)

Trong đó:

+ α: Hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, lấy α=1,3

+ b: Tỷ lệ tinh khiết trong phèn khô Pk = 50 %

+ h: Chiều cao cho phép của lớp hóa chất Với phèn nhôm cục ta có h= 2m.+ T: Thời gian lưu giữ hóa chất, T= 15 ngày

+ Go: Khối lượng riêng của hóa chất, thường lấy Go= 1,1 (tấn/m3).+ Q: Công suất trạm xủa lý.

+ Pp: Lượng phèn cho vào nước nguồn tính theo sản phẩm tinh khiết

t: thời gian lưu (1, 6.58), t = 45 dến 90(s) chọn t = 90 s

- Chọn bể trộn đáy tròn, diện tích đáy bể:

Trong đó:

+ V: Thể tích bể: 9,5 m3.+ ht: Chiều cao vùng trộn: 1 m

Chiều cao bảo vệ chọn 0,5 m => Hxd = 1,5 (m)

 Chọn 2 bể trộn cơ khí Kích thước bể: D × H= 3,5 × 1,5 m.

2.3.1 Thiết bị định lượng phèn

- Thiết bị định lượng có nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng phèn cần thiết để đưa vàonước cần xử lý theo yêu cầu quản lý.

- Lắp đặt 2 máy bơm định lượng phèn (1 công tác, 1 dự phòng)

Bơm định lượng:

- Lưu lượng dung dịch phèn 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ:

m3/ h

Trong đó:

Q là lưu lượng nước cần xử lý ( m3/h ), Q = 18000 m3/ng.đ = 750 m3/h

a là lượng phèn cần thiết lớn nhất tính theo sản phẩm không ngậm nước, a = 40 mg/l

2.3.3 Đường ống dẫn nước ra vào bể trộn

- Vận tốc nước trong ống vào và ra bể trộn: v = 0,8 – 1m/s(TCXDVN33:2006/BXD)

Chọn vận tốc nước trong ống dẫn vào bằng vận tốc nước trong ống dẫn ra

v = 0,9 m/s

- Đường kính ống:

Chọn đường kính ống dẫn: D = 0,4 m = 400 mm

Vận tốc thực của nước chảy trong ống:

B ẢNG 6 C ÁC THÔNG SÔ TÍNH TOÁN BỂ TRỘN CƠ KHÍ

ST

nghiêng góc hướng lên

- Căn cứ theo sơ đồ cao trình trạm xử lí, chọn Hb= 3,5 m

Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn của bể là:

3.27-Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn

P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước (g/m3)

K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết cuả phèn sử dụng Chọn K= 1 ( 2, T78)

M: Độ màu của nước nguồn (độ) thang màu platin – cooban

v : Liều lượng vôi kiềm hóa nước( nếu có) mg/l

Dung tích chứa cặn của 1 ngăn là:

B ẢNG 8 C ÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ BỂ LẮNG NGANG

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 theo ( 1, bảng 6.11 )chọn:

Hệ thống phân phối nước lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc đầu cókhe hở Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích của bể lọc (theo quy phạm là0,8÷1 %)

- Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý được tính theo công thức: ( 2, 4-50 tr140 )

Trong đó:

Q - Công suất của trạm xử lý, Q = 18000 (m3/ngđ)

T - Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm, T = 24(h)

Vbt - Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (1, bảng 6.11) Với dtương đương = 0,75 ÷ 0,8 mm => lấy vtb = 7m/h

a - Số lần rửa mỗi một bể lọc trong 1 ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, a =

2 lần

W - Cường độ rửa lọc = 14 ÷ 16 1/s.m2, chọn W = 15 l/s.m2

t1 - Thời gian rửa (h) (1, bảng 6.13), chọn t1 = 0,1 ( h )

t2 - Thời gian ngừng bể lọc để rửa, lấy t2 = 0,35 h

hd là chiều cao lớp sỏi đỡ hd = 0,15 m (1, bảng 6.12)

(rửa bằng gió và nước phối hợp)

hv - chiều dày lớp vật liệu lọc hv = 1,5 m

hn - chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, hn ≥ 2m; chọn hn = 2m

hp - chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng 1 bể để rửa

hp = 0,5m

 H = 0,15 + 1,5 + 2 + 0,5 = 4,15 m

2.6.2 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 3 máng thu

- Khoảng các giữa các tâm máng là 1,08m < 2,2m

- Khoảng cách từ tâm máng đến tường là 0,87m < 1,5m

- Lưu lượng nước để rửa một bể lọc là:

- Chọn máng thu có đáy hình tam giác

- Chiều rộng của mỗi máng được tính theo công thức

Trong đó

qm là lưu lượng nước đi vào máng, qm = 0,0975 m3/h

a là tỷ số giữa chiều cao hình chữ nhật và một nửa chiều rộng máng, a=1,5 (quyphạm là 1÷1,5)

K là hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng Với máng có tiết diện 5 cạnh, chọn K

= 2,1

Thay số

Bm=2,1 x = 0,42 m

- Chiều cao của phần máng hình chữ nhật

100 +

= He

h

Trong đó:

H: Chiều cao lớp vật liệu lọc, H = 1,5 m

e: Độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 30%

Máng thu kiểu đáy hình tam giác

- Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung được tính theo công thức

hm = 1,73 × + 0,2 (m)

Trong đó

- qm: Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung m3/s qm = qr = 0,2925 m3/s

- Bm-tt - Chiều rộng máng tập trung lấy không nhỏ hơn 0,6 m Chọn Bm-tt = 0,7m

- g: Gia tốc trọng trường g= 9,81 m/s2

- Mực nước trong máng tập trung thấp hơn đáy máng thu 0,2 m

Thay số: hm= 1,73 x + 0,2 = 0,65 m

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

Tiết diện ướt của mương khi rửa lọc là:

Fm= = = 0,365 mChiều cao nước trong mương tập trung khi rửa là

h= = = 0,52 mĐáy ống thu nước sạch cách mực nước trong mương khi rửa tối thiểu 0,3m => Bốtrí ống thu nước sạch có cốt đáy cống cách đáy mương một khoảng 0,86m

2.6.3 Tính toán hệ thống rửa lọc

Bể được sử dụng hệ thống phân phối nước trở lực lớn là sàn chụp lọc Rửa lọc bằnggió và nước kết hợp

Quy trình rửa bể: (1, 6.123)

- Đầu tiên, ngưng cấp nước vào bể

- Khởi động máy sục khí nén, với cường độ 6m 3 /m 2 h, cho khí nén sục trong 2 phút.

- Cung cấp nước rửa lọc với cường độ 10 m3/m2.h kết hợp với sục khí trong vòng 5 phútsao cho cát không bị trôi vào máng thu nước rửa

- Kết thúc sục khí, tiếp tục rửa nước với cường độ 24 m3/m2.h trong vòng 5 phút

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