Đồ án công nghệ môi trường: Công nghệ xử lý nguồn nước thô cấp cho sinh hoạt

Chia sẻ: Nguyen Thi Hong Mai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

585
lượt xem 139
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án công nghệ môi trường: Công nghệ xử lý nguồn nước thô cấp cho sinh hoạt trình bày cách lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý, tính toán cho các công trình đơn vị trong dây truyền công nghệ. Đây là tài liệu tham khảo dành cho sinh viên ngành Công nghệ môi trường.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án công nghệ môi trường: Công nghệ xử lý nguồn nước thô cấp cho sinh hoạt

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Hiền Lớp : LDH1KM2 Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Vũ Thị Mai 1. Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp theo các số liệu dưới đây: - Nguồn nước: Ngầm - Công suất cấp nước: 2500m3/ngày đêm - Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: QCVN 02:2009/BYT Chỉ tiêu Đơn vị đo Nước nguồn QCVN 02:2009 0 Nhiệt độ C 27 pH - 6,0 6,0 – 8,5 Độ màu TCU 50 15 Độ đục NTU 75 5 TSS mg/l 130 Hàm lượng sắt tổng số mg/l 25 0,5 Hàm lượng muối mg/l 300 Hàm lượng mangan tổng số mg/l 0,5 0,2 2- Thể hiện các nội dung nói trên vào : - Thuyết minh - Bản vẽ sơ đồ công nghệ - Bản vẽ tổng mặt bằng khu xử lý
LỜI MỞ ĐẦU Nước sạch có vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống cũng như sản xuất của con người. Các nguồn nước đang được sử dụng hiên nay cho sinh hoạt là nước mưa, giếng khoan, ao hồ… Những nguồn nước này đang bị ô nhiễm bởi các tác nhân như: chất hữu cơ, vi sinh vật, kim loại nặng…từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, nước mưa chảy tràn sinh hoạt của con người. Nếu không có các biện pháp ngăn chặn và xử lý kịp thời thì sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏe của con người. Hiện nay có rất nhiều nhà máy xử lý nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống đã và đang sử dụng những dây truyền công nghệ tiên tiến hiện đại để xử lý nước mặt và nước ngầm. Việc lựa chọn dây truyền công nghệ phù hợp rất quan trọng và nó phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào, yêu cầu của nguồn nước đầu ra, điều kiện kinh tế, kỹ thuật. Sau đây tôi xin đề xuất dây truyền công nghệ hợp lý để xử lý nguồn nước thô cấp cho sinh hoạt.
PHẦN I: LỰA CHỌN DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.1. Tổng quan về các phương pháp đang áp dụng 1.1.1. Công trình làm thoáng - Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước. Làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe. Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất để khử Fe có trong nước. Hóa chất sử dụng ở đây là Clo – một chất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước, Mn, H2S. Ngoài ra để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải cho thêm vôi cùng với clo. Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc độ phản ứng oxy hóa Fe diễn ra nhanh hơn. Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo.  Các công trình làm thoáng gồm: - Làm thoáng đơn giản: phun hoặc tràn trên bề mặt bể lọc có chiều cao từ trên đỉnh tràn đến mực nước cao nhất > 0,6m. Hiệu quảxử lý: khử được 30 – 35% CO2, Fe 6,8 - Dàn mưa (làm thoáng tự nhiên): Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa). - Thùng quạt gió: làm thoáng tải trọng cao(làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió và nước đi ngược chiều. Khử được 85 – 90% CO2, tăng DO lên 70 – 85% DO bão hòa. 1.1.2. Bể lắng - Mục đích: lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Trong thực tế tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng loại bể lắng phù hợp. - Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m3/ngày đêm đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn. - Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn (đến 3000 m3/ngày đêm). Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. - Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn nhưng bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận
hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Bể chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến 3000m3/ngđ. - Bể lắng li tâm: Bể thường được áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao >2000mg/l với công suất >=30000 m3/ng, có hoặc không dùng chất keo tụ. 1.1.3. Bể lọc - Mục đích: giữ lại trên bề mặt và giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng trong nước. - Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trên lớp màng lọc. Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản. Nhược điểm lớn nhất là tốc độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc. Bể lọc chậm thường sử áp dụng cho các nhà máy có công suất đến 1000m3/ngđ với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 Co-pan. - Bể lọc nhanh: là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vật liệu là cát thạch anh. 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 thông nhưng có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độ lọc 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 để trong 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 có dạng 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 ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với công suất trạm xử lý đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất
- Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lí nước cấp. Trong nước thô có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cần phải khử trùng nước để đảm bảo chất lượng nước phục vụ nhu cầu ăn uống. - Cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng. - Các biện pháp khử trùng: dùng chất oxi hóa mạnh, tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim lọai. 1.1.5. Bể chứa nước sạch - Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm 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 hoặc hình tròn trên mặt bằng. Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể. 1.1.6. Keo tụ - Mục đích: tạo ra các hạt keo có khả năng kết dính lại với nhau và kết dính các hạt cặn lơ lửng có trong nước tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể và dễ dàng lắng xuống. - Một số chất keo tụ và trợ keo tụ thường dùng: phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeSO4, FeCl3, các hợp chất cao phân tử (PAA, SiO2)… 1.2. Lựa chọn phương án xử lý 1.2.1.Đề xuất phương án xử lý Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý ta thấy nguồn nước sử dụng có các chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu: 1. Hàm lượng sắt vượt 50 lần; 2. Hàm lượng Mangan gấp hơn 2,5 lần; 3. Độ màu cao gấp 3,3 lần; 4. Độ đục vượt 5 lần; 5. Độ kiềm trong nước thấp;
6. Hàm lượng chất rắn lơ lửng khá cao. Từ những đánh giá trên ta có thể đưa ra 2 phương án xử lý sau: * Phương án 1 * Phương án 2 Nước nguồn Nước nguồn Vôi Vôi Thùng quạt gió Giàn mưa Bể trộn cơ khí Bể trộn cơ khí Phèn Phèn Bể lắng trong có Xả cặn, Bể lắng đứng Xả cặn, lớp cặn lơ lửng bùn bùn Bể lọc nhanh Bể lọc nhanh Khử trùng Khử trùng Bể chứa Bể chứa Cấp nước vào Cấp nước vào mạng lưới mạng lưới
1.2.2. Đánh giá 2 phương án So sánh Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm - Giàn mưa: Dễ vận hành, việc - Hệ số khử khí CO2 trong thùng duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh quạt gió là 90 – 95% cao hơn so định kỳ giàn mưa cũng không với giàn mưa. gặp nhiều khó khăn. - Bể lắng trong có lớp cặn lơ - Bể lắng đứng: phù hợp với lửng: không cần xây dựng bể công suất ≤ 3000 m3/ngày đêm, phản ứng, hiệu quả xử lý cao, tốn hiệu qủa cao khi kết hợp với bể ít diện tích xây dựng. phản ứng. Nhược - Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạt - Thùng quạt gió vận hành khó điểm động, khối lượng công trình hơn giàn mưa, khó cải tạo khi chiếm diện tích lớn. chất lượng nước đầu vào thay đổi, tốn điện khi vận hành. Khi tăng công suất phải xây dựng thêm thùng quạt gió chứ không thể cải tạo. - Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có kết cấu và vận hành phức tạp, rất nhạy cảm với sự dao động về lưu lượng và nhiệt độ nguồn nước, chế độ quản lý chặt chẽ, phải hoạt động liên tục. → Qua việc phân tích đánh giá trên ta thấy phương án 1 là hợp lý vì vậy sẽ chọn phương án 1 làm phương án tính toán.
PHẦN II: TÍNH TOÁN CHO CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ 2.1 Tính toán hóa chất keo tụ và thiết bị pha trộn phèn 2.1.1 Xác định liều lượng phèn (Theo điều 6.11 - TCXD 33:2006) - Chọn phèn nhôm làm hóa chât keo tụ. - Trường hơp 1: Xử lý nước đục: liều lượng phèn để xử lý lấy theo bảng 6.3 - TCXD 33:2006/BXD. Với hàm lượng cặn của nước nguồn bằng 130 mg/l nằm trong khoảng 101 – 200 mg/l nên lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước đục là 30 – 40 mg/l. Chọn Pp = 35 mg/l - Trường hợp 2: Xử lý nước có độ màu tính theo công thức: Pp = 4 M (mg / l ) Với M là độ màu của nước nguồn tính bằng độ theo thang màu Platin-Coban = 50 → Pp = 28,3 (mg/l) - Do nguồn nước thô vừa đục vừa có màu nên lượng phèn được xác định theo cả 2 trường hợp trên rồi chọn giá trị lớn hơn. Vì vậy Pp = 35 mg/l 2.1.2 Bể hòa tan phèn - Mục đích: hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn - Nồng độ dung dịch phèn trong bể bằng 10 ÷ 17% ( theo TCXD 33:2006). - Do công xuất của trạm xử lý nhỏ nên sử dụng máy khuấy cánh phẳng với: + Số vòng quay 20 ÷ 30 vòng/phút + Số cánh quạt: 2 + Chiều dài cánh tính từ trục quay = 0,4 – 0,45 bề rộng của bể - Dung tích của bể trộn phèn tính theo công thức: Q.n.Pp W h = (m 3 ) 10000.bh .γ (Nguồn: TCXD 33:2006) Trong đó: + Q là lưu lượng nước xử lý = 104,2 (m3/h)
+ Pp liều lượng hóa chất dự tính cho vào nước = 35 (g/m3) + n số giờ giữa 2 lần hòa tan, đối với trạm công suất 1200 – 10000 m3/ngày thì n = 12 giờ. + bh là nồng độ dung dịch hóa chất trong thùng hòa trộn = 10 % + γ là khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3 104,2.2.35 →W= = 0,44 m3. Chọn kích thước bể: 0,8x0,8x0,8 = 0,512 m3. Lấy chiều 10000.10.1 cao an toàn là 0,3m (Theo TCXD 33:2006, Hbv = 0,3 – 0,5m). 2.1.3 Bể tiêu thụ ( Bể pha loãng) - Mục đích: pha loãng dung dịch phèn từ bể hòa tan đến nồng độ 4÷10% (theo TCXD 33:2006). - Dung tích bể tiêu thụ: W h .bh W t= (m 3 ) bt Trong đó: bt là nồng độ dung dịch phèn trong bể tiêu thụ = 5% 0,44.10 = 0,88 m 3 → Wt = 5 Chọn các kích thước của bể tiêu thụ là: 0,96 x 0,96 x 0,96 = 0,88 m3. Lấy chiều cao an toàn là 0,3m 2.1.4. Bể trộn cơ khí - Mục đích: hòa trộn đều dung dịch phèn (từ bể tiêu thụ) với nước cần xử lý. - Nguyên tắc: nước và phèn đi vào bể từ phía đáy bể, sau khi hòa trộn đưa sang bể phản ứng tạo bông. - Chọn phương pháp trộn cơ khí. Vì loại bể này có thời gian khuấy trộn ngắn, dung tích của bể nhỏ, tiết kiệm vật liệu xây dựng, có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn. + Tốc độ quay của cánh khuấy phẳng: 50 – 500 vòng/phút ( nguồn: Sách XLNC của Nguyễn Ngọc Dung) + Thời gian khuấy trộn: 30giây – 60giây (nguồn: Sách XLNC của Nguyễn Ngọc Dung)
- Tính toán cho bể trộn cơ khí + Chọn thời gian khuấy là t = 40 giây + Chiều cao lớp nước là H = D = 1m + Công suất xử lý Q = 2500m3/ngđ = 0,0289 m3/s Khi đó thể tích của bể cơ khí là: V = t.Q = 40.0,0289 = 1,157 m3 π.d 2 Mặt khác: V = H. = 1,157 m3 4 1,157.4 →H=D= 3 = 1,138m 3,14 → Hbể = H + Hbv = 1,138 + 0,3 = 1,438 m 2.2 Tính toán hóa chất kiềm hóa và thiết bị pha chế vôi - Do nước nguồn có độ kiềm thấp và để nâng pH của nước lên nhằm tạo điều kiện cho quá trình khử sắt và mangan đạt hiệu quả cao hơn ta cần phải kiềm hóa nước trước khi làm thoáng. - Chọn hóa chất dùng để kiềm hóa là CaO - Sử dụng thiết bị pha trộn vôi là bể trộn đứng (Theo điều 6.52 - TCXD 33:2006). a) Tính toán lượng vôi dùng để liềm hóa Lượng vôi cần để kiềm hóa được tính theo công thức sau (theo TCXD 33:2006) Trong đó: + Pp là hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l) = 35 + K là đương lượng gam của chất kiềm hóa, K (CaO) = 28 + e là trọng lượng đương lượng của phèn. Vì sử phèn nhôm nên e = 57(mgđ/l) + k là độ kiềm của nước nguồn = 0,6(mgđ/l) Vậy lượng vôi cần thiết là: Pk = 29 (mg/l) = 29 (g/m3) b) Tính toán cho bể trộn đứng Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn tính với vận tốc nước dâng là vd = 25mm/s = 0,025m/s (theo điều 6.56 TCVN 33:2006). Khi đó:
Q 0,0289 ft = = =1,156m 2 vd 0,025 Xây dựng bể trộn có tiết diện hình vuông có chiều dài mỗi cạnh là: bt = f t = 1,156 =1,075m Chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 1,02m/s ( Theo TCXD 33:2006, v = 1 - 1,5m/s). Ta có: 4×Q 4 × 0,0289 d= = =0,190m π×v 3,14 ×1,02 Do đó diện tích đáy bể (chỗ nối với ống) là: fd= 0,19 × 0,19 = 0,036m 2 Chọn góc hình chóp ở đáy ɑ = 400, ta có chiều cao phần hình chóp là: 1 40o 1 hd = (bt + bd ) × cot g = (1,075 + 0,190) × 2,747 = 1,2m 2 2 2 Thể tích phần hình chóp của bể trộn là: 1 1 Wd = hd ( f t + f d + f t × f d ) = ×1,2 × (1,156 + 0,036 + 1,156 × 0,036 ) = 0,56m 3 3 3 Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước trong bể là 1,5 phút là: Q × t 104,2 ×1,5 W= = = 2,605m 3 60 60 Thể tích phần hình hộp bể trộn là: Wt = W +Wd = 2,605 + 0,56 = 2,045m 3 Chiều cao phần trên của bể là: Wt 2,045 ht = = =1,77m f t 1,156 Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m Chiều cao toàn phần của bể là: h = ht + hd + hbv =1,77 +1,2+ 0,3 = 3,27m
Thiết kế thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau nên lượng nước của máng thu nước là: Q 104,2 qm = = = 52,1 m3/h 2 2 Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm = 0,6m/s (Theo điều 6.56 TCVN 33:2006) là: qm 52,1 fm = = = 0,024 m2 vm 0,6.3600 Chọn chiều rộng máng bm = 0,25m. Khi đó chiều cao lớp nước tính toán trong máng: fm 0,24 Hm = = = 0,096 m bm 0,25 2.3. Giàn mưa - Mục đích: khử Fe và Mn - Cấu tạo của giàn mưa gồm: + Hệ thống phân phối nước + Sàn tung + Cửa chớp + Hệ thống thu, thoát khí + Sàn và ống thu nước 2.3.1. Diện tích bề mặt giàn mưa: - Diện tích dàn mưa được tính theo công thức: Q 104,2 F= = = 10,42m 2 qm 10 Trong đó: + Q = 2500 m3/ngđ = 104,2 m3/h = 0,0289 m3/s ` + qm: 10 ÷ 15 m3/m2h. Chọn qm = 10 (m3/m2h) Chia giàn mưa thành N = 4 ngăn. Diện tích mỗi ngăn là: F 10,42 f= = = 2,604 m2 n 4
Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa là: 2,2 x 1,2 (m) Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ có d = 3mm, khoảng cách giữa các lỗ là 100mm. 2.3.2. Chiều cao giàn mưa: + Thiết kế giàn mưa có 4 sàn tung nước + Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7m. + Chọn chiều cao ngăn thu nước là 0,3m → Chiều cao giàn mưa: H = 0,7 x 4 + 0,3 = 3,1 m 2.3.3. Hệ thống ống phân phối nước: - Lưu lượng trên mỗi ngăn của giàn mưa: Qn 0,0289 q= = = 0,0072(m 3 / s) N 4 - Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốc nước chảy trong ống là v = 0,8 m/s ( Theo TCXD 33:2006/BXD quy định v = 0,8 ÷ 1,2 m/s) 4×q 4 × 0,0072 d= = = 0,107m π×v 3,14 × 0,8 → Chọn ống chính có đường kính 150 mm - Vận tốc nước chảy trong ống nhánh v = 1,2m/s (Theo TCVN 33:2006 v = 1 – 1,5m/s). Khi đó đường kính ống nhánh là: 4×q 4 × 0,0072 d= = = 0,087m π×v 3,14 ×1,2 → Chọn đường kính ống nhánh d = 100mm - Đường kính ống thu nước của sàn thu dẫn qua bể trộn là: 4Q 4 × 0,0289 d= = =0,175m πv 3,14 ×1,2 →Chọn đường ống d = 175mm - Đường kính ống dẫn nước thô lên trạm xử lý là:
4×Q 4 × 0,0289 d= = = 0,215m π×v 3,14 × 0,8 → Chọn d = 250 mm 2.3.4. Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng: - Độ kiềm sau khi làm thoáng: Ki = Ko – 0,036 x C0(Fe) = 5,5 – 0,036 x 25 = 4,6 (mg/l) Trong đó: K0 là hàm lượng kiềm ban đầu của nước nguồn sau khi kiềm hóa (mgđ/l) C0(Fe) là hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l) - Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng: C(CO2) = C0 x(1-a) + 1,6xC0(Fe) Trong đó: C0 là hàm lượng CO2 ban đầu của nước nguồn (mg/l) a là hiệu quả khử CO2 của công trinhg làm thoáng, (theo TCXD 33:2006, làm thoáng bằng giàn mưa a = 0,75 – 0,8), chọn a = 0,8 → C(CO2) = 25x(1-0,8) + 1,6x25 = 45 (mg/l) - Độ pH sau khi làm thoáng: Với Ki = 4,6 mg/l; C(CO2) = 45 mg/l; T = 270C, P = 300 mg/l. Tra biểu đồ hình 6-2 (TCXD33:3006) ta có pH = 7 - Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng được tính theo công thức: C*max = C0max + 1,92 x [Fe2+] + 0,25M + V (mg/l) Trong đó: + C0max:Hàm lượng cặn lơ lửng lớn nhất trong nước nguồn trước khi làm thoáng = 130 (mg/l) + M : Độ mầu của nước nguồn - tính theo độ Coban, M = 50 ` + V là hàm lượng vôi (mg/l), V = 29 mg/l → C*max= 130 + 1,92 x 25 + 0,25 x 50 + 29 = 219,5 (mg/l) - Kiểm tra điều kiện kiềm hoá nước sau khi làm thoáng: do nước sau khi làm thoáng có pH ≥ 7, Ki = 4,6 > 2 mgđl/l nên không phải kiềm hóa nước trước khi keo tụ. 2.4. Bể lắng đứng 2.4.1 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc của bể
- Theo chức năng làm việc, bể chia làm hai vùng là vùng lắng có dạng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên và vùng chứa nén cặn có dạng hình nón hoặc hình chóp ở phía dưới. Cặn tích lũy ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kỳ bằng ống và van xả cặn. - Nguyên tắc làm việc: Nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi đi xuống dưới qua bộ phận hãm làm triệt tiêu chuyển động xoáy rồi vào bể lắng. Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đay bể. Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc. 2.4.2 Tính toán cho bể lắng đứng a) Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng được tính theo công thức: ( Nguồn: TCXD 33:2006/BXD) Trong đó: + Q là lưu lượng nước tính toán = 104,2 (m3/h). + vtt: Tốc độ tính toán của dòng nước đi lên (mm/s). Tốc độ này không được lớn hơn tốc độ lắng của cặn. Tra bảng 6.9 – TCXD 33:2006 ta được vtt = 0,5 mm/s + N: số bể lắng, chọn N = 2 + β: hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể lấy trong giới hạn 1,3 – 1,5. Lấy β = 1,5 104,2 Do đó: F = 1,5. = 43,42m 2 3,6.0,5.2 b) Diện tích ngăn phản ứng xoáy hình trụ: Q.T f= (m 2 ) 60.H .N ( Nguồn: TCXD 33:2006) Trong đó: + T là thời gian lưu nước trong ngăn phản ứng, lấy t = 15 (theo TCXD 33:2006, lấy T = 15 – 20 phút)
+ H là chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng. Chọn chiều cao vùng lắng bằng 5m (Theo TCXD 33:2006 lấy H = 2,6 – 5m) Khi đó ta có: 104,2.15 f= = 2,9m 2 60.4,5.2 c) Đường kính của bể lắng: ( F + f )4 (43,42 + 2,9 D= = = 7,68m 3,14 3,14 ( Nguồn: sách xử lý nước cấp của Nguyễn ngọc Dung) Ta có: tỷ số D/H = 7,68/5 = 1,5 ( thỏa mãn với giả thiết) d) Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn: ( Nguồn: TCXD 33:2006) Trong đó: + Wc là dung tích phần chứa cặn của bể (m3) Trong đó: - hn là chiều cao hình nón chứa nén cặn được xác đinh theo công thức: D+ d hn = (m) 2.tg (90 0 - α) - α là góc nghiêng của phần nón so với mặt phẳng ngang, lấy α = 500 (theo TCXD 33:2006, α = 50 - 550) - D là đường kính của bể lắng (m) - d là đường kính đáy của hình nón bằng đường kính ống xả cặn, chọn d = 200 mm (theo TCXD 33:2006, d = 150 - 200mm). 7,68 + 0,2 → hn = = 4,46m 2.tg (90 0 - 50 0 )
Do đó, dung tích phần chứa cặn của bể là: 3,14.4,46 7,68 2 + 0,2 2 + 7,68.1,2 W c= .( ) = 71m 3 3 4 + δ nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt. Tra bảng 6.8 - TCXD 33:2006 ta có δ = 20000g/m3 + N là số bể lắng, N = 2 + m là hàm lượng cặn sau khi lắng, lấy m = 12 mg/l (theo TCXD 33:2006 qui định m = 10 - 12 mg/l). + c là nồng độ cặn trong nước đưa vào bể lắng được tính theo công thức: C = Cn + K.P +1,92.CFe + 0,25.M + v (mg/l) Trong đó: - Cn là nồng độ cặn trong nước nguồn, Cn = 130 mg/l - P là liều lượng phèn (g/m3), theo tính toán ở phần 3.1 thì P = 35 g/m3 - K hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, do dùng phèn nhôm nên K = 0,5 - M là độ màu của nước nguồn, M = 50 - V là lượng vôi cho vào nước (mg/l), theo tính toán ở phần 3.2 thì v = 29 mg/l → C = 130 + 0,5.35 + 1,92.25 + 0,25.50 + 29 = 237 (mg/l) Vậy thời gian giữa 2 lần xả cặn là : 71.2.20000 T= = 120(h) 104,2.(237 - 12) e) Lượng nước tính cho việc xả cặn được tính theo công thức sau: Kp.W c .N P= .100% q.T (Nguồn: điều 6.68 - TCXD 33:2006) Trong đó: Kp là hệ số pha loãng cặn, chọn Kp = 1,2 (theo TCXD 33:2006 quy định Kp = 1,2 - 1,15 mg/l). 1,2.71.2 Vậy lượng nước cho việc xả cặn là: P = .100 = 1,01% 104,2.120
2.5. Bể lọc nhanh Chọn bể lọc với 1 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và 1 lớp sỏi đỡ, tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường. 2.5.1. Nguyên tắc làm việc của bể lọc nhanh + Nguyên tắc làm việc của bể: gồm 2 quá trình - Quá trình lọc: Nước được dẫn từ bê lắng sang, qua mương phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa vào bể chứa nước sạch. - Quá trình rửa lọc: Nước rửa và khí được cấp vào bể lọc qua hệ thống phân phối nước và khí rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa, thu vào máng tập trung, rồi được xả ra ngoài heo mương thoát nước. Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngừng rửa. 2.5.2 Tính toán cho bể lọc a) Diện tích bể lọc - Tổng diện tích mặt bằng của bể được xác định theo công thức: Q F= (m2) T .vbt - 3,6.a.W .t1 - a.t 2 .vbt (Nguồn: điều 6.103 - TCXD 33:2006) Trong đó: + Q: Công suất trạm (m3/ngđ). Q = 2500m3/ngđ + T: Thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày đêm. T = 24 h + vbt: Tốc độ lọc ở chế độ bình thường. Tra bảng 6.11 - TCXD33:2006 ta có lớp vật liệu lọc có dmax = 1,25 (mm); dmin = 0,5 (mm); dtương đương = 0,6  0,65 (mm); Độ đồng nhất K = 1,5 - 1,7; Chiều dày L = 700 - 800 mm thì vbt = 5m/h + a: Số lần rửa bể trong ngày đêm ở chế độ bình thường, a = 2 + W: Cường độ nước rửa lọc. W = 14 (l/s.m2) 5 + t1: Thời gian rửa lọc. t1 = 5 phút = h 60 + t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa. t2 = 0,35 h. Do đó diện tích của bể lọc là:
2500 F= = 23,1 m2 5 24.5 - 3,6.2.14. - 2.0,35.5 60 - Số bể lọc được xác định theo công thức: N = 0,5. F = 0,5. 23,1 = 2,4 (bể) - Lấy 3 bể, khi đó diện tích của một bể là: F 23,1 f= = = 7,7 (m2) N 3 Diện tích xây dựng của một bể là 2,8 x 2,8 = 7,84 (m2). Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa: N 3 Vtc = Vbt x =5x = 7,5m/h. N - N1 3 -1 Theo TCVN 33:2006: Vtc = 6 - 7,5 m/h → đảm bảo yêu cầu b) Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh H = hd + hv + hn + hbv Trong đó: + hd: chiều cao lớp sỏi đỡ hd = 0,7 m + hv: chiều dày lớp vật liệu lọc hv = 0,8 m + hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc hn = 2m (Theo TCXD33:2006, hn= 2 m) + hbv: chiều cao bảo vệ = 0,5 m ( Nguồn: Sách xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung) Do đó, chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh là: H = 0,7 +0,8 + 2 +0,5 = 4 m c) Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc: Chọn biện pháp rửa lọc bằng gió, nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc Wn = 14 l/s.m độ trương nở của lớp vật liệu lọc là 45%. Cường độ gió rửa lọc Wgió = 15 l/s.m2. 2 (Nguồn: Sách xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung) Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc:
f  Wn 7,7  14 Qr = = = 0,1078 m3/s 1000 1000 Chọn ống chính bằng thép đường kính ống dc = 300 mm, v = 1,53m/s.(Theo TCVN 33:2006: v = 1,5 - 2 m/s) d) Xác định hệ thống dẫn gió rửa lọc Lưu lượng gió tính toán là: Wg  f 15  7,7 Qgió = = = 0,1155 m3/s 1000 1000 Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 15 m/s ( theo quy phạm v = 15 - 20m/s) đường kính ống gió chính như sau: 4  0,1155 Dgió = = = 0,099 m 3,14  15 Chọn Dgió = 100 mm e) Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc Bể có chiều rộng là 2,8 m. Chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác. Khoảng cách giữa các tim máng là d = 2,8/2 = 1,4 m (Theo TCVN 33:2006: d = 2,2m). - Lượng nước rửa thu vào mỗi máng là: qm = Wn x d x l (l/s) Trong đó: + Wn = 14 l/s.m3 ( cường độ rửa lọc) + d: khoảng cách giữa các tim máng + l: chiều dài của máng l = 2,8 m qm = 14 x 1,4 x 2,8 = 54,88 (l/s) = 0,055 (m3/s) - Chiều rộng máng tính theo công thức: Trong đó: