Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp phục vụ cho các phân xưởng giặt ủi công nghiệp

sông dao động rất lớn (20÷5000 mg/l), có khi đến 30.000 mg/l. Cùng một nước, hàm lượng cặn dao động theo mùa, mùa khô nhỏ, mùa lũ lớn. Cặn có trong nước sông là do các hạt sét, cát, bùn bị dong nước xói rử mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động vật mục nát hoà tan trong nước. Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lý đối với nguồn nước mặt. Hàm lượng cặn của nước nguồn càng cao thì việc xử lý càng phức tạp và tốn kém. c. Độ màu: Độ màu của nước thường do các chất bẩn trông nước tạo nên. Các hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ; các chất mùn humic gây ra màu vàng; còn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Đơn vị đo của độ màu thường là độ thang màu theo platin-coban. Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (PtCo). Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hoà tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hoá lý kết hợp. d. Độ đục: Nước là một môi trường ánh sáng tốt, khi trong nước có các vật lạ như các các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật… thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi. Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo độ đục thường là mg SiO2/l. NTU, FTU; trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau. Nước mặt thường có độ đục 20-100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500-600 NTU. Nước dùng để ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước. e. Mùi vị: Mùi trong nước thường do các hợp chất hoá học, chủ yếu là các hợp chất hưu cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân huỷ vật chất gây nên. Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol. Tuỳ theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hoà tan nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng… f.Độ nhớt: Độ nhớt là đại lượng biểu thị 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 hào tan trong nước tăng, và giảm khi nhiệt độ tăng. g.Độ dẫn điện: Nước có tính dẫn điện kém. Nước tinh khiết ở 200C có độ dẫn điện là 4,2 μS/mạng lưới. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất không hoà tan trong nước, và dao động theo nhiệt độ. Thông số này thường được dùng để đánh giastoongr hàm lượng chất khoáng hoà tan trong nước. h.Tính phóng xạ: Tính phóng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phóng xạ có 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 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. Các chỉ tiêu hoá học a.Hàm lượng cặn toàn phần (mg/l): Bao gồm tất cả các các chất vô cơ và hữu cơ có trong nước, không kể các chất khí. Cặn toàn phần được xác định bằng cách đun cho bốc hơi một dung tích nước nguồn nhất định c\và sấy khô ở nhiệt độ 105÷1100C đến khi trọng lượng không đổi. b.Độ cứng của nước: Là đại lượng biểu thị hàm lượng các muối của canxi bà magie có trong nước. có thể phân biệt thành 3 loại độ cứng: độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu và độ cứng toàn phần. Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng các muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie có trong nước. Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tồng hàm lượng các muối còn lại của canxi và magie có trong nước. Độ cứng toàn phần là tổng của 2 loại độ cứng trên. Độ cứng có thể được đo bằng độ Đức, kí hiệu là 0dH 10dH = 10 mg CaO = 7.14 MgO Hoặc có thể đo bằng mđlg/l 1 mđlg/l = 2.80dH Nước có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất: giặt quần áo tốn xà phòng, nấu thức ăn lâu chín, gây đóng cặn nồi hơi, giảm chất lượng sản phẩm. c.Độ pH của nước: Đặc trung bởi nông độ ion H+ trong nước (pH = -lg[H+]). Tính chất củ nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH. Khi pH = 7 nước có tính trung tính, pH 7 nước có tính kiềm. Nước nguồn có độ pH thấp sẽ gây khó khăn cho quá trình xử lý nước. d.Độ kiềm của nước (mđlg/l): Có thể phân biệt thành độ kiềm toàn phần và riêng phần. Độ kiềm toàn phần bao gồm tổng hàm lượng các ion bicacbonat, cacbonat, hydrocid và anion các muối của các acid yếu Ktf=OH-+CO3-+HCO3- Khi nước thiên nhiên có độ màu lớn hơn 40 độ (PtCo), độ kiềm toàn phần sẽ bao gồm cả độ kiềm do muối của các acid hữu cơ gây ra. Độ kiềm riêng phần: độ kiềm bicacbonat hay độ kiềm hydrat. Độ kiềm nước có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý nước. Vì thế trong một số trường hợp nước nguồn có độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hoá chất để kiềm hoá nước. e.Độ oxy hoá (mg/l O2 hay KmnO4): Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ có trong nước. Chỉ tiêu oxy hoá là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Độ oxy hoá của nước càng cao, chứng tỉ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng. f.Hàm lượng sắt (mg/l): Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hoà tan các muối bicacbonat, sunfat, clorua, đôi khi ở dưới dạng keo của acid humic hoặc keo silic. Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy hoá, sắt (II) bị oxy hoá thành sắt (III) và kết tủa thành bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. Nước ngầm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên tới 30 mg/l hoặc có thể còn cao hơn nữa. Nước mặt chứa sắt (III) ở dạng keo hữu cơ hoặc cặ huyền phù, thường có hàm lượng không cao và có thể khử sắt kết hợp với công nghệ khử đục. Việc tiến hành khử sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm. Khi trong nước có hàm lượng sắt > 0.5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nước của đường ống. g.Hàm lượng mangan (mg/l): Mangan thường được gặp trong nước ngầm ở dạng mangan (II), nhưng với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy, với hàm lượng mangan > 0.05 mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt. Công nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước. h.Các hợp chất của acid silic (mg/l): Thường gặp trong nước thiên nhiên ở dạng keo hay ion hoà tan, tuỳ thuộc vào độ pH của nước. nồng độ acid silic trong nước cao gây khó khăn cho việc khử sắt. Trong nước cấp cho nồi hơi áp lực cao, sự có mặt của hợp chất acid silic rất nguy hiểm do cặn silicat lứng đọng treent hành nồi. i.Các hợp chất chứa nitơ (mg/l): Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng nitrit (HNO2), nitrat (HNO3) và aminiac (NH3). Các hợp chất chứa nitơ có trong nước chứng tỏ nước đã bị nhiễm bẩn bởi các nước thải sinh hoạt. Khi mới bị nhiễm bẩn trong nước có cả nitrit, nitrat và aminiac. Sau một thời gian, amoniac và nitrit bị oxy hoá thành nitrat. Việc sử dụng các loại phân bón nhân toạ cũng làm tăng hàm lượng amoniac trong nước thiên nhiên. j.Hàm lượng sunfat và clorua (mg/l): Tồn tại trong nước thiên nhiên dưới dạng các muối natri, canxi, magie và acid H2SO4, HCl. Hàm lượng ion Cl- có trong nước lớn (> 250 mg/l) làm cho nước có vị mặn. Các nguồn nước ngầm có hàm lượng clorua lên tới 500 ÷ 1000 mg/l có thể gây bệnh thận. Nước có hàm lượng sunfat cao (> 250 mg/l) có tính độc hại cho sức khoẻ con người. Lượng Na2SO4 có trong nước cao có tính xâm thực đối với bêtông và ximăng pooclăng. k.Iod và fluo (mg/l): Thường gặp trong nước dưới dạng ion vafc húng có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Hàm lượng fluo có trong nước ăn uống nhỏ hơn 0.7 mg/l dễ gây bệnh đau răng, lớn hơn 1.5 mg/l sinh hỏng men răng. Ở những thiếu iod thường xuất hiện bênh bướu cổ, ngược lại nếu nhiều iod quá cũng gây tác hại cho sức khoẻ. l.Các chất khí hoà tan (mg/l): Các chất khí O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, phân rác. Khi nước có H2S làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu và ăn mòn kim loại. Hàm lượng O2 hoà tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước. Các nguồn nước mặt thường có hàm lượng oxy hoà tan cao do có bề mặt thoáng tiếp xúc trực tiếp với không khí. Nước ngầm có hàm lượng oxy hoà tan rất thấp hoặc không có, do các phản ứng oxy hoá khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu hao hết oxy. Khí CO2 hoà tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên. Trong kĩ thuậ xử lý nước, sự ổn định nước có vai trò rất quan trọng. Việc đánh giá ổn định trong sự ổn định nước được thực hiện bằng cách xác định hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do. Chỉ tiêu vi sinh: Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, trong đó có các loại vi trung gây bệnh rất nguy hiểm đó là: kiết lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt… Việc xác định sự có mặt của các loại vi trùng gây bệnh này thường rất khó khăn và mất nhiều thời gian do sự đa dạng về chủng loại. Mặc dù có nhiều loài vi sinh tồn tại trong nước có thể gây bệnh nhưng khi đánh giá chất lượng nước, người ta không phân tích chi tiết mà chỉ chú ý đến những dạng chỉ thị. Đó là các dạng coli tổng số và coli phân. Coli phân thường sống trong đường ruột của người và động vật, thích nghi với nhiệt độ cao hơn các vi khuẩn khác. Do đó sau khi xử lý, nếu trong nước không còn phát hiện thấy coli, chứng tỏ các loại vi khuẩn gây bênh khác đã bị tiêu diệt. Mặt khác, việc xác định vi khuẩn coli đơn giản và nhanh chóng nên chúng được chọn làm vi khuẩn đặc trưng để xác định mức độ ô nhiễm của nguồn nước. Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp: a.Tiêu chuẩn chất lượng nước cho sinh hoạt: Nước cấp cho sinh hoạt phải đảm bảo không có vi sinh vật gây bệnh, nồng độ các chất độc,các chất gây bệnh mãn tính phải đạt tiêu chuẩn. Độ trong, độ mặn, mùi vị và tính ổn định phải cao. Bảng 1: Chất lượng nước cấp cho sinh hoạt, ăn uống Các chỉ tiêu về chất lượng nước Đối với các đô thị Đối với các trạm lẻ và nông thôn Độ trong, sneller (cm) >30 >25 Độ màu, thnag màu cobalt (độ) < 10 < 10 Mùi, vị (đậy kín sau khi đun 400÷500) Không Không Hàm lượng cặn không tan (mg/l) ≤ 3 ≤ 20 Hàm lượng cặn sấy khô (mg/l) < 1000 < 1000 Độ pH 6.5 – 8.5 6.5 – 9.5 Độ cứng toàn phần (0dH) < 12 < 15 Muối mặn (mg/l): vùng ven biển Vùng nội địa < 400 70 – 100 < 500 70 – 100 Nitrat (mg/l) < 6 < 6 Nitrit (mg/l) 0 0 Amoniac (mg/l): đối với nước mặt Đối với nước ngầm 0 < 3 0 < 3 Sunfua hydro (mg/l) 0 0 Chì (mg/l) < 0.1 < 0.1 Acsen (mg/l) < 0.05 < 0.05 Đồng (mg/l) < 3 < 3 Kẽm (mg/l) < 5 < 5 Sắt (mg/l) < 0.3 < 0.8 Mangan (mg/l) < 0.2 < 0.3 Fluo (mg/l) 0.7 ÷ 1.5 0.7 ÷ 1.5 Iod (mg/l) 0.005 ÷ 0.007 0.005 ÷ 0.007 Chất hữu cơ (mg/l) 0.5 ÷ 2 2 ÷ 6 Canxi 75 ÷ 100 100 ÷ 200 Photphat (mg/l) 1.2 ÷ 2.5 1.2 ÷ 2.5 Crom (mg/l) Có vết Có vết Xianua (mg/l) Có vết Có vết Dẫn xuất phenol (mg/l) 0 0 Clo dư (mg/l): đầu nguồn Cuối nguồn 0.5 ÷ 1 >0.05 0.5 ÷ 1 >0.05 Chỉ số vi khuẩn đường ruột coli (con/l nước) < 20 < 20 Vi khuẩn kị khí trong 1 ml nước 0 0 b.Tiêu chuẩn nước cấp cho sản xuất: Chất lượng nước cấp cho sản xuất đồi hỏi rất khác nhau, tuỳ thuộc và mục đích sử dụng của mỗi ngành công nghiệp có thể chia ra các loại như sau: Nước cấp cho ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt, giấy, phim ảnh… yểu cầu chất lượng đạt được như nước ăn uống, sinh hoạt. Nước để lam nguội gần như la nhu cầu chung của rất nhiều ngành công nghiệp và chiếm một số lượng rất lớn (ví dụ: làm nguội các thiết bị hoá chất các lò đúc gang, thiết bị ngưng tụ của nhà máy và tuốc bin hơi, thiết bị làm nguội không khí.. ) nước làm nguội yêu cầu hàm lượng cặn và độ cứng tạm thời nhỏ và nhiệt độ càng tháp càng tốt. Nước cấp cho nồi hơi yêu cầu chất lượng cao. Nước không được có cặn, độ cứng toàn phần phải rất nhỏ. (Đối với nồi hơi có áp lực 13 ÷ 16 at, độ cứng toàn phần không được quá 0.10dH. nồi hơi có áp lực 52 at, độ cứng toàn phần nhỏ hơn 0.050dH và nooig hơi có áp lực lớn hơn 112 at, độ cứng toàn phần luôn phải nhỏ hơn 0.010dH). Ngoài ra phải hạn chế tới mức thấp nhất sự ó mặt của các hợp chất acid silic (H2SiO3). Chương II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHỌN NGUỒN NƯỚC: Chất lượng nguồn nước có một ý nghĩa rất quan trọng cho quá trình xử lý nước, do vậy trong những diieuf kiện cho phép, cần chọn nguồn nước có chất lượng nước tốt nhất để có được hiệu quả cao trong quá trình xử lý. Bảng 2: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước Chỉ tiêu Rất tốt Tốt Xấu Rất xấu BOD5 (mg/l) 0.75 – 1.5 1.5 – 2.5 2.5 - 4 > 4 Coliform/100 ml 50 – 100 1000 – 5000 5000 – 2000 >2000 pH 6 – 8.5 5 – 6 3.8 – 5 < 3.8 Clo (mg/l) < 50 50 – 250 250 – 600 >600 Fluo (mg/l) < 1.5 1.5 – 3 <3 Chất lượng nước nguồn quyết định dây chuyền xử lý. Lựa chọn một dây chuyền xử lý nước phải phù hợp với từng nguồn nước. Công nghệ xử lý cho nguồn nước cụ thể phải mang tính khả thi. Các phân tích về háo học, lý học, vi sinh cần thiết để có đủ thông tin về nguồn nước và để thấy được các điều kiện tiếp theo. Dựa vào hướng dẫn về các tieu chuẩn chung, các thông ssos caanf chú ý khi chọn nguồn nước bao gồm: Nồng độ cặn lơ luwngrtrong nước quyết định nhiều đến dây chuyền công nghệ. Một phần dựa vào số này người ta quyết định nên sử dụng quá trình keo tị tạo bông không, có công đoạn lắng không hay là phải có tất cả các quá trình thông thường. Hàm lượng cacbon hữu cơ hoà tan, thể tích các hạt cặn trong nước tỉ lệ thuận với nồng dộ các chất muối có trong nước, với nồng độ acid humic. Các chất hữu cơ gây ra nhiều loại chất lơ lửng trong nước, từ những phân tử hữu cơ lớn như các muối, protein… chúng thường gây màu cho nước. XỬ LÝ NƯỚC NGẦM: Thành phần nước ngầm: Thành phần chất lượng của nước nguồn phụ thuộc vào nguồn gốc của nước ngẩm. Cấu trúc địa tầng của khu vực và chiều sâu địa tầng nơi khai thác nước. Ở các khu vực được bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nước ngầm nói chung được bảo vệ về mặt vệ sinh và có chất lượng khá ổn định. Người ta chia nước ngầm ra làm 2 loại khác nhau: Nước ngầm hiếu khí: Thông thường nước có oxy có chất lượng tốt, có trường hợp không cần xử lý mà có thể trực tiếp cho người dân tiêu thụ. Trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như: H2S, CH4… Nước ngầm yếm khí: Trong quá trình nước ngầm thấm qua các tầng đất đá, oxy bị tiêu thụ. Khi lượng oxy hoà tan trong nước bị tiêu thụ hết, các chất hoà tan như: Fe2+, Mn2+ sẽ được tạo thành. Mặt khác các quá trình khử NO3- thành NH4+, SO42- thành H2S, CO2 thành CH4 cũng xảy ra. Ion canxi trong nước ngầm: Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ rất cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và các quá trình thuỷ phân các tạp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật. tạo ra khí CO2, khí CO2 hoà tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO2+H2O→H2CO3 Acid yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hoà tan canxi cacbonat tạo ra ion canxi: H2CO3+CaCO3→CaHCO32→Ca2++2HCO3- Ion magie trong nước ngầm: Nguồn gốc của các ion magie trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silic và CaMg(CO3)2, chúng hoà tan chậm trong nước chứa khí cacbonic. Sự có mặt của ion canxi và magie tạo nên độ cứng của nước. Ion natri trong nước ngầm: Sự hình thành của ion natri trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3+10H2O→Al2Si2(OH)4+2Na++4H4SiO3 Ion natri cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, là những muối có độ hoà tan lớn trong nước biển. Ion sắt trong nước ngầm: Các ion sắt từ các lớp đất đá được hoà tan trong nước trong điều kiện yếm khí: 4Fe(OH)3+8H+→4Fe2++O2+10H2O Khi không bị vi sinh vật tiêu thụ cho các quá trình oxy hoá các chất hữu cơ trong đất (hợp chất humic), sắt hoá trị 3 sẽ bị khử thành sắt hoá trị II. Các chất khí hoà tan trong nước ngầm: Khí O2: dựa vào nồng độ của oxy trong nước ngầm có thể chia nước cấp ngầm thành 2 nhóm: Nước yếm khí: Trong quá trình lọc qua các tầng đất đá, oxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng oxy bị tiêu thụ hết, các chất hoà tan như ion sắt, ion mangan sẽ được tạo thành. Hơn nữa cũng xảy ra các quá trình khử sau: NO3-à NH4+, SO42-àH2S… Nước dư lượng oxy hào tan: trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như: H2S, NH4+,.. Thường khi nước có du lượng oxy sẽ có chất lượng tốt. Khí metan và khí cacbonic: metan và khí cacbonic được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn. có những nguồn nước ngầm chứa tới 40mgCH4/l. nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc vào vị trí địa lý của nguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong khu vực, độ hoà tan của các tạp chất trong nước, sự có mặt của các chất dễ bị phân huỷ bằng sinh hoá trong đất đá. Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người như: bón phân, chất thải hoá học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp… Các nguồn nước thường chứa hàm lượng lớn các chất bẩn hữu cơ cũng như các loài vi sinh vật lây bệnh. Xử lý nước ngầm nhiễm bẩn là công việc khá khó khăn để đạt các chỉ tiêu chất lượng nước cho sinh hoạt. do vậy các khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần được bảo vệ cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước Chương III CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP Phương pháp xử lý cơ học: Dùng các công trình các thiết bị làm sạch nước như: song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc… Song chắn rác Để giữ cặn có kích thước lớn hơn hay ở dạng sợi, giấy, rau, cỏ, rác ra khỏi nước thải trước công đoạn xử lý tiếp theo với mục đích bảo vệ các thiết bị bơm. Song chắn rác là công trình xử lý sơ bộ để chuẩn bị điều kiện cho việc xử lý nước sau đo, song chắn rác gồm: các thanh đan sắp xếp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước, khoảng cách giữa các thanh gọi là khe hở có thể phân thành các nhóm: Song chắn rác phân biệt loại thô (5 – 25mm): đối với nước sinh hoạt, khe hở song chắn nhò hơn 16mm thực tế ít được sử dụng. Loại cố định, di động dựa theo đặc điểm cấu tạo. Theo phương pháp láy rác khỏi thanh chắn phân biệt loại thủ công và cơ giới, song chắn rác thường được đặt nghiêng so với mặt nằm ngang một góc 450 – 900 để tiện khi cọ rửa, theo mặt bằng cũng có thể đặt vuông gó hoặc tạo thành góc α so với hướng nước chảy. Thành song chắn có thể dung tiết diện tròn, chữ nhật, bầu dục. Tiết diện tròn ít được sử dụng vì rác dễ dính chặt vào thanh đan gây khó khăn cho công tác cào rác. Được sử dụng nhiều nhất là tiết diện hình chữ nhật, tuy nhiên loại này tổn thất lớn. Song chắn rác loại di động vì thiết bị và quản lí phức tạp nên ít sử dụng. sử dụng nhiều là loại song chắn rác cố định, lấy rác nhờ các cào sắt gắn liền với hệ xích quay, làm việc 1 – 2 lần trong ngày. Rác chuyển tới máy nghiền và sau khi nghiền nhỏ dẫn đổ vào mương trước song chắn hay vào hệ thống dẫn bùn lên bể metan. Bể lắng: Độ nhớt của chất thải Kích thước và khối lượng riêng của chất thải Mật độ các hạt Chế độ chảy Bể lọc Là giai đoạn cuối cung để làm trong nước triệt để. Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép. Các loại bể lọc: Bể lọc chậm (0.1- 0.5 m/h) Bể lọc nhanh (5 – 15 m/h) Bể lọc cao tốc (36 – 100 m/h) Bể lọc sơ bộ Bể lọc áp lực Bể lọc tiếp xúc Phương pháp xử lý khoa học Keo tụ Khái niệm về keo tụ Mục đích: mục đích của quá trình này là lắng và loiaj bỏ các hạt cặn có trong thành phần nước nhưng do kích thước quá nhỏ (< 10-4 mm) nên chúng không thể tự lắng được Nguyên tắc: để thực hiện quá trình keo tụ, ta phải két hợp biện pháp xử lý cơ học và dung những chất phản ứng tạo các hạt keo có khả năng kết dính các hạt cặn lơ lửng có trong nước và chúng còn có thể dính lại với nhua, từ đó tạo ra những bông cặn lớn, có trọng lượng đáng kể và lắng xuống dễ dàng. Các chất phản ứng phổ biến: Những chất phản ứng được sử dụng phổ biến gồm: phèn nhôm và phèn sắt. Phèn nhôm: trong các công nghệ xử lý nước người ta thường hay sử dụng phèn nhôm sạch, loại chúa 45% Al2(SO4)3, khi cho phèn nhôm vào nước chúng phân li thành các ion Al3+, sau đó cúng thuỷ phân thành Al(OH)3. Phản ứng: Al3++H2O=Al(OH)3+3H+ Qua phản ứng trên, Al(OH)3 có vai trò quyết định đối với hiệu quả của quá trình keo tụ, ngoài ra H+ tự do giải phóng sẽ được khử bởi độ kiềm tự nhiên của nước, trong một số trường hợp có thể phải bổ sung độ kiềm bằng cách dung chất kiềm hoá là vôi, soda, xút… Đặc điểm của phản ứng phèn nhòm: pH < 4.5: phản ứng không xảy ra pH > 7.5: hiệu quả keo tụ kém 4.5 < pH < 7.5 xảy ra quá trình keo tụ và hiệu quả cao nhất với pH = 5.5 ÷ 7.5 Nhiệt độ của nước cao tốc độ keo tụ xảy ra nhanh ên đạt hiệu quả cao và ngược lại nhiệt độ thích hợp khi dùng phèn nhôm là 20 ÷ 400C, tốt nhất là 35 ÷ 400C. Ngoài ra còn có yếu tố là độ đục, các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn… gây ảnh hưởng đến quá trình keo tụ. Phèn sắt: gồm phèn sắt (II) và phèn sắt (III). Phản ứng; Fe2++H2O=Fe(OH)2+2H2 Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 Quá trình oxy hoá chỉ diễn ra tốt ở pH = 8 – 9 và nước có độ kiềm cao. Do đó, khi dùng phèn sắt phải kết hợp với vôi, phèn sắt không đạt hiệu quả keo tụ đối với nước có nhiều hữu cơ. Riêng đối với phèn sắt (III):Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H+ Sử dụng phèn sắt (III) không cần nâng pH cử nước, pH = 3.5 phản ứng keo tụ đã xảy ra và tốt nhất ở pH=5.5÷ 6.5. Phén sắt (III) không bị ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình thuỷ phân. Bể hoà trộn phèn: Mục đích: Hào tan phèn cục và lắng cặn bẩn, nồng độ dung dịch phèn trong bể hoà trộn phèn thường cao (10 – 17%). Đối với trạm xử lý công suất nhỏ (5003/ngđ) có thể hoà trộn phèn bằng phương pháp thủ công. Đối với trạm xử lý có công suất 5000 – 20000 m3/ngđ có thể hoà trộn phèn trong bể bằng máy khuấy hoặc bằng bơm tuần hoàn. Đối với trạm có công suất >20000 m3/ngđ thường sử dụng bể hoà trộn phèn bằng cách sụt khí nén. Thông thường phải thiết kế hai bể trộn phèn trở lên để đảm bảo quá trình liên tục khi có sự cố, trường hợp cần tăng công suất đột xuất. Bể tiêu thụ: Mục đích: Pha loãng dung dịch phèn đưa từ bể trộn sang đến nồng độ thích hợp, theo TCVN – 33:85 nồng độ phèn trong bể này bằng 4 – 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. Để hoà trộn đều dung dịch trong bể tiêu thụ cũng dùng không khí nén hoặc máy khuấy. Cường độ sụt khí 3 – 5 l/s.m2. Đối với phèn FeCl3 khi hoà trộn cần phải cẩn thận vì sản phẩm tạo thành có hơi HCl rất nguy hiểm. Thiết bị định lượng phèn: Mục đích: Điều chỉnh tự động liều lượng phèn trước khi đưa vào bể phản ứng. Tuỳ theo chức năng sử dụng có thể chia thiết bị định lượng thành: Định theo liều lượng thay đổi: thay đổi theo Q, tính chất nước hoặc cả hai. Định liều lượng không đổi. Hiện nay sử dụng phổ biến là bơm định lượng với ưu điểm: gọn nhẹ, công suất cao, áp suất làm việc cao, gồm 2 loại: loại chịu được acid (công suất máy bơm từ 25 ÷ 1600 l/h), loại chịu được kiềm (công suất máy bơm từ 630 ÷ 2500 l/h). Thiết bị pha chế vôi: Mục đích: Hoà trộn, pha loãng nồng độ vôi thích hợp để kiềm hoá nước, làm mềm nước, ổn định nước. Tương tự như thiết bị pha chế - định lượng dung dịch phèn, thiết bị pha chế - định lượng vôi cũng được khuấy trộn, pha loãng định lượng – nồng độ, liều lượng thích hợp để sử dụng. Phương pháp và thiết bị hoà trộn phản ứng: Mục đích: Hoà trộn đều, nhanh chóng phản ứng với nước trước khi tạo bông, thời gian hào trộn 1 – 2 phút. Tuỳ theo phương pháp trộn, ta có trộn cơ học và trộn thuỷ lực. Phương pháp trộn cơ học: Biện pháp cơ học có thể thực hiện nhờ cánh hay bản lá của máy bơm trong trạm bơm cấp 1. Biện pháp chủ yếu trong trộn cơ học là dùng máy khuấy, thời gian trộn 30 – 60 giây. Việc khuấy trộn được thực hiện trong bể trộn hình vuông hoặc hình tròn. Nước và hoá chất đi vào ở phẩn đáy bể sau khi hoà trộn được thu lại ở phía trên bề mặt bể, sau đó đưa qua bể phản ứng. Ưu điểm: thời gian trộn ngắn, có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn. Nhược điểm: cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí khac nên đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành cao. Thường áp dụng cho các nhà máy có mức độ cơ giới hoá, tự động hoá cao và công suất lớn. Phương pháp trộn thuỷ lực: Được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Nguyên tắc: trộn thuỷ lực là phương pháp dùng các vật cản để tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy hỗn hợp của nước và hoá chất để hoà trộn chúng với nhau. Phương pháp này thực hiện trên ống đẩy của máy bơm cấp 1 hoặc trong bể trộn. Đơn giản nhất là đưa chất phản ứng vào ống đẩy của máy bơm cấp 1, nếu chiều dài ống không đủ để tạo ra tổn thất áp lực thì gắn thêm thiết bị vành chắn (vòng đệm) đẻ tạo ra tổn thất áp lực h và vận tốc cục bộ V = 1.2 – 1.5 m/s. Lúc này sẽ tạo ra dòng chảy rối đảm bảo trộn đều phèn với nước. Ngoài ra, còn sử dụng các bể trộn: bể trộn có khoan lỗ, bể trộn đứng, bể trộn có chắn ngang, bể trộn cơ giới… Bể trộn đứng: Sử dụng trong trường hợp có dùng vôi sữa để kiềm hoá nước, vì bể trộn đứng giúp các phần tử vôi ở trạng thái lơ lửng, nên quá trình hào tan vôi thực hiện tốt. Diện tích tối đa bể không lớn hơn 15 m2 vì diện tích này càng lớn thì khả năng trộn đều hoá chất với nước càng kém. Nguyên tắc làm việc: Nước chảy từ dưới lên, tốc độ dòng nước đưa vào đáy Vđ = 1 ÷ 1.5 m/s, tạo nên chuyển động rối giúp nước trộn đều với chất phản ứng. Nước sau khi hoà trộn chảy qua các lỗ trên máng thu xung quanh bể đến máng tập trung và sau đó chảy sang công trình tiếp theo. Tốc độ nước chảy trong máng Vm = 6m/s. Thời gian lưu nước trong bể < 2 phút. Bể thường được xây dựng với bề mặt hình vuông, tròn, phần đáy hình tháp, chóp với góc ở đáy 30 ÷ 400. Bể trộn có tấm chắn khoan lỗ: Thực chất là một cái máng, trong có 3 tấm chắn thẳng đứng, trên tấm chắn có khoan nhiều lỗ. Nguyên tắc hoạt động: các lỗ khoan sẽ tạo nhiều xoáy nước dẫn đến nước và chất phản ứng sẽ trộn đều lẫn nhau. Thường sử dụng cho các trạm xử lý công suất vừa và nhỏ. Hàng lỗ trên cùng phải ngập sâu trong nước khoảng 0.1 ÷ 0.5 m để tránh không hoà trộn vào trong nước. Tổng diện tích các lỗ trên một tấm chắn khoảng 30 ÷ 40% diện tích tấm chắn. Khoảng cách trong các tấm chắn bằng chiều bề rộng bể. Bể trộn vách ngăn ngang có cửa thu hẹp: Cấu tạo khác máng hình chữ nhật, trong máng đặt 3 vách ngăn có cửa thu hẹp. cấu tạo này chuyển động xoáy chất phản ứng trộn đều với nước. Thích hợp cho những trạm bơm có công suất vừa và nhỏ. Tốc độ phản ứng trong máng ≥0.6m/s, tốc độ nước qua cửa hẹp Vh = 1 m/s. Khoảng cách giữa 2 vách ngăn bằng 2 lần chiều rộng bể. Bể phản ứng kiểu vách ngăn: Thường được kết hợp với bể lắng ngang. Nguyên tắc hoạt động: dùng các vách ngăn để tạo sự đổi chiều liên tục của dòng nước, các vách ngăn hướng dòng nước chuyển động ziczak theo phương ngang hoặc phương thẳng đứng. Thời gian lưu nước tuỳ theo loại nước cần xử lý: đối với nước đục 20 – 30 phút và 30 – 40 phút khi xử lý có màu. Chuyển động của dòng nước có tốc độ giảm dần từ đầu bể đến cuối bể. Có 2 loại bể: bế có vách ngăn ngang và bể có vách ngăn đứng. Bể có vách ngăn ngang: khe giữa các vách ngăn > 0.7 m, thường được sử dụng cho các trạm xử lý có công suất ≥ 30000 m3/ngđ. Bể có vách ngăn đứng: sử dụng cho các trạm xử lý có công suất ≥ 6000 m3/ngđ. Ưu điểm: bể phản ứng kiểu vách ngăn đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành. Nhược điểm: khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và chiều cao phải thoả mãn tổn thất áp lực trong bể. Phương pháp xử lý lý học: Như đã biết, sau quá trình xử lý cơ học nước cấp, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi khuẩn đã được giữ lại. Song để đảm sức khoẻ của con người, nước cấp cần phải vô trùng. Sau khi xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên cho hiệu xuất xử lý thấp và khử trung cao nhất. Hầu hết các loại vi khuẩn trong nước thải không phải là vi khuẩn gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng tồn tại 1 vài loài vi kuaanr gây bệnh nào đó. Chính từ những lý do đó nước cấp trước khi sử dụng và nước thải trước khi cả vào nguồn tiếp nhận cần phải được khử trùng. Khử trùng nước là nhằm mục đích phá huỷ, triệt bỏ các loài vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm, chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý. Có nhiều biện pháp khử trùng nước phổ biến hiện nay: Dùng Clo hơi qua thiết bị định lượng Clo. Dùng hypoclorid canxi Ca(ClO)2 hoà tan trong thùng dung dịch chứa 3 ÷ 5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc. Dùng hypoclorid natri NaClO. Dùng clorua vôi. Dùng ozon thường được sản xuất từ không khí bằng máy tạo ozon dặt trong nhà máy xử lý nước. Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể trộn. Dùng tia cực tím (UV) do neon thuỷ ngân áp lực thấp sản ra. Đèn phát tia cực tím đặt gập trong dòng chảy của nước. Từ trước đến nay, khi khử trùng nước người ta hay dùng clo nước tạo hơi và các hợp chất của clo vì clo là hoá chất được ngành công nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả khử trùng cao. Nhưng những năn gần đây các nhà khoa học đưa ra khuyến cáo hạn chế dùng clo để khử trùng nước vì: Lượng clo dư 0.5 mg/l trong nước thải để đảm bảo sự an toàn ổn định cho quá trình khử trùng sẽ gây hại đến cá và các sinh vật nước có ít khác. Clo kết hợp với hydrocacbon thành hợp chất có hại cho môi trường sống. Ở các nước tiên tiến đang thay dần clo bằng ozon làm chất khử trùng nước và đang nghiên cứu áp dụng khử trùng bằng thiết bị phát tia cực tím. Khử trùng nước bằng clo và các hợp chất của clo: Clo là một chất oxy hoá mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi clo tác dụng với nước tạo thành acid hypoclorid (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đén vi sinh vật bị tiêu diệt. Khi clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau: Cl2+H2O↔HOCl+HCl Khi sử dụng clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau: CaOCl2+H2O↔CaO+2HOCl 2HOCl↔2H++2OCl- Khả năng diệt trùng của clo phụ thuộc vào hàm lượng HOCl có trong nước. Nồng độ HOCl phụ thuộc vào lượng ion H+ trong nước hay phụ thuộc vào pH của nước. Khi: pH = 6 thì HOCl chiếm 99.5% còn OCl- chiếm 0.5% pH = 7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21% pH = 8 thì HOCl chiếm 25% còn OCl- chiếm 75% Tức là pH của nước càng cao thì hiệu quả khử trùng bằng clo càng giảm. Để đảm bảo cho phản ứng xảy ra triệt để và còn được tiếp tục trong quá trình vận chuyển trên đường ống đến điểm dùng nước cuối mạng lưới, cần đưa thêm vào nước một lượng clo dư cần thiết, ngoài lượng clo tính toán. Theo TCXD 33:1985, liều lượng clo dư ở đầu mạng lưới tối thiểu là 0.5 mg/l, ở cuối mạng lưới tối thiểu là 0.05 mg/l và không được lớn tới mức có mùi khó chịu. Liều lượng clo đưa vào nước để khử trùng thường được xác định bằng thực nghiệm. khi thiết kế sơ bộ có thể lấy như sau: hàm lượng clo để khử trùng lấy đối với nước ngầm là 0.7 ÷ 1.0 mg/l, đối với nước mặt là 2.0 ÷ 3.0 mg/l. Khử trùng bằng clo lỏng Clo lỏng là 1 dạng clo nguyên chất có màu vàng xanh, trọng lượng riêng là 1.47 kg/l. Clo lỏng được sản xuất trong nhà máy, đựng trong các bình chứa có dung tích từ 50 ÷ 500 l, áp suất trong bình từ 6 ÷ 8 at. Khi sử dụng clo lỏng dưới dạng áp suất cao vào nước, người ta dùng thiết bị giảm áp suất, clo bốc thành hơi và hoà tan vào trong nước. Như vậy khi dùng clo lỏng để khử trùng, tại nhà máy nước phải lắp đặt thiết bị chuyên dùng để đưa clo vào nước gọi là cloratơ. Cloratơ có chức năng pha chế và định lượng clo hơi vào nước. Cloratơ chia làm 2 loại: cloratơ áp lực và cloratơ chân không. Khử trùng nước bằng natri hypoclorid: NaClO là sản phẩm của quá trình điện phân dung dịch muối ăn. Nước javen có nồng đọ clo hoạt tính từ 6 ÷ 8 g/l. Khử trùng bằng nước javen chỉ nên áp dụng đối với các nhà máy nước không có diều kiện cung cấp clo hoặc hoá chất khác. Dùng ozon để khử trùng: Ozon là một chất khí có màu ánh tím ít hoà tan trong nước và rất độc hại đối với con người. Ở trong nước, ozon phân huỷ rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử. Ozon có tính hoạt hoá mạnh hơn clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn clo rất nhiều lần. Ưu điểm: Lượng ozon cho vào nước không lớn (0.75 ÷ 1 mg/l đối với nước ngầm, 1.0 ÷ 3.0 mg/l đối với nước mặt). Thời gian tiếp xúc rất ngắn (5 phút), không gây mùi khó chịu cho nước kể cả khi trong nước có phenol. Nhược điểm: Hiệu suất của ozonatơ thấp (10 ÷ 15%). Nếu sản xuất 1 kg O3 tiêu tốn 30 ÷ 40 kW/h điện. Tuy vậy hiện nay trên thế giới việc khử trùng bằng ozon đang có xu hướng phát triển. Khử trùng nước bằng tia tử ngoại: Tia tử ngoại hay còn gọi là tia cực tím, là các tia có bước sóng ngắn có tác dụng diệt trùng mạnh. Nguyên lí khử trùng diễn ra như sau: Dùng các đèn bức xạ tia tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thế chúng bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Chi phí điện năng để sát trùng bằng tia cực tím không quá 10 ÷ 15 kW/h cho 1 m3 nước ngầm và 30 kW/h cho 1 m3 nước mặt. sát trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi vị của nước. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Chất khử trùng Bể chứa nước mềm Bể làm mềm Giếng khoan bơm lên Làm thoáng bằng giàn ống khoan lỗ Bể trung gian Bể lọc nhanh THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Công suất thiết kế là 300 m3/ngày và hàm lượng sắt trong nước nguồn là 8 mg/l có thể chọn phương pháp khử sắt bằng: Làm thoáng đơn giản bằng giàn ống khoang lỗ kết hợp với bể lọc nhanh. Giàn ống khoan lỗ dùng để phân phối đều nước hay để phun mưa đều trên mặt bể lọc, rồi sau đó lọc trực tiếp qua lớp vật liệu lọc. Ưu điểm của phương pháp này là công trình xử lý đơn giản, hiệu quả xử lý cao và ổn định. Nước từ bể lọc ra sẽ được chứa trong bể trung gian, rồi từ đó bơm trực tiếp lên bể làm mềm nước. Trong nước có độ cứng là 30 mgCaCO3/l, sử dụng bể lọc Na-cationit. Quá trình làm mềm nước bằng Na-cationit có thể giảm được lượng Ca2+ và Mg2+ trong nước đến trị số rất bé. Độ kiềm tổng của nước không đổi. Ưu điểm của phương pháp này làm mềm nước gần như tối ưu. Mặt khác đây cũng là phương pháp làm mềm nước “rẻ”. Nước sau khi được làm mềm sẽ được chuyển đến bể chứa nước mềm, và được khử trùng bằng dung dịch clo. Chương IV TÍNH TOÁN Các thông số đã biết: Nguồn nước sử dụng: là nước ngầm tầng sâu với hàm lượng sắt (II) tối đa là 8 mg/l. Độ cứng tối đa là 30 mgCaCO3/l Công suất thiết kế: 300 m3/ngđ Chọn: Hàm lượng CO2 tự do trong nước nguồn: Cđ = 50 mg/l Nước có pH = 7 Hàm lượng muối trong nước: P = 250mg/l Độ kiềm của nước nguồn: K = 2 mđlg/l Nhiệt độ nước: t0 = 280C Độ kiềm của nước sau khi khử sắt: Ks=Kđ-0.036*Fe2+mđlgl Trong đó: Kđ: độ kiềm ban đầu của nước nguồn, Kđ=2 mđlgl Fe2+: hàm lượng sắt của nước nguồn, Fe2+=8 mgl Ks=2-0.036*8=1.7 mđlgl Hàm lượng CO2 còn lại trong nước sau làm thoáng: Cs=Cđ*1-a+1.6*Fe2+(mgl) Trong đó: Cđ: hàm lượng CO2 còn lại trong nước nguồn, Cđ=50 mg/l a: hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng. Theo TCVN 33:85, làm thoáng bằng phun mưa trực tiếp lên bề mặt lọc: a = 0.3 ÷ 0.35, chọn a = 0.35 Cs=50*1-0.35+1.6*8=45.3 mg/l Ta có: Ks=1.7 mđlgl,Cs=45.3 mg/l→ dựa vào biểu đồ 1.2/21 (XLNC – TS.Trịnh Xuân Lai) ta suy ra được pH sau làm thoáng là 6.7 I - TÍNH TOÁN LÀM THOÁNG ĐƠN GIẢN BẰNG GIÀN ỐNG KHOAN LỖ Q = 300 m3/ngày = 12.5 m3/h = 0.0035 m3/s Ta có cường độ phun mưa qm≤10 m3m2.h→chọn qm=5 m3m2.h Diện tích của giàn phun mưa là: F=Qqm=12.55=2.5m2 Ta có thể thiết kế giàn phun mưa hình vuông, suy ra cạnh của giàn phun mưa sẽ là: F=a2→a=F=2.5=1.6m Vậy chọn kích thước của giàn phun mưa là: L * B = 1.6 * 1.6 (m) Đường kính ống chính: Ta có: Q=v*F→F=Qv Chọn v=1 m/s (Qui phạm: 1.5÷ 2 m/s) →F=0.00351=0.0035m2 Đường kính ống chính: D=4*Fπ=4*0.00353.14=0.068m →D=68 mm, chọn D=70mm Chọn chiều dài ống chính là: L=1.6m Số ống nhánh: chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.3m m=2*L0.3=2*1.60.3=10.67(ống) → Chọn 12 ống nhánh Lưu lượng mỗi ống nhánh: q=0.003512=0.0003(m3s)=0.3(ls) Đường kính ống nhánh: Ta có: f=qv chọn v=1,5(ms) (quy phạm : 1.5÷2(m/s)) →f=0.00031.5=0.0002m2 → Đường kính ống nhánh là: d=4*fπ=4*0.000293.14=0.016m →d=16mm, chọn d=20mm Hệ thống phân phối hình xương cá, trên có khoan lỗ. Số lỗ trên ống nhánh: diện tích lỗ=35-40% tiết diện ngang ống chính → Chọn 35% →diện tích mỗi lỗ=35%*0.0035=0.0012(m2) Chọn đường kính mỗi lỗ là: 5mm (QP: 5÷7mm) Diện tích mỗi lỗ: Slỗ=π*d24=3.14*524=19.6mm2=1.96*10-5(m2) Vậy, tổng số lỗ trên mỗi nhánh là: Số lỗ=0.00121.96*10-5=61(lỗ) Vậy số lỗ trên mỗi nhánh là: 6112≈6lỗ → khoảng cách giữa các lỗ là: B26=1.626=0.13m=130(mm) II - TÍNH TOÁN BỂ LỌC NHANH Q = 300m3/ngày = 12.5m3/h Diện tích bể lọc của trạm xử lý: F=QT*Vbt-2.6*W*t1-a*t2*Vbt m2 Trong đó: Q = 300m3/ngày T : thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm, T=24h. Vbt : tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường. Lấy theo bảng 4-6/139 (XLNC – TS Nguyễn Ngọc Dung), chọn Vbt = 6m/h a : số lần rửa bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, ta có thể ước tính a dựa vào Tgh như sau: Lọc qua bể cát: dmin = 0.5mm, dmax = 1.25mm Hệ số không đều hạt : K = 1.5 Đường kính tương đương : d = 0.65 mm Độ rỗng 38%, chiều dày lớp cát là 1m, vận tốc lọc là 6 m/h Khi 5.5≤v≤7.5 mh:cặn ẩm chứa trong 14 thể tích rỗng →Thể tích chứa cặn của 1 m3 cát lọc : V=14*0.38*1=0.095 m3 Trọng lượng cặn 1 m3 cát lọc có thể giữu lại Trọng lượng cặn chiếm 4% tức G=40kgm3*0.095=3.8 (kg) Tốc độ lọc 6 m/h, lớp cát dày 1m, hàm lượng cặn còn lại là 15 g/m3 mỗi khối cát mỗi giờ phải giữ lại được : 6*15 gm3=90 g/h=0.09 kg/h Để đảm bảo chất lượng, chu kỳ lọc là : Tgh=3.8 kg0.09 kg/h=42.2 h ≈42 h →a=2442=0.57 W : cường độ nước rửa lọc (l/s.m2) lấy theo quy phạm 10-12(l/s.m2), chọn W = 12 (l/s.m2) t1 : thời gian rưả lọc (h), lấy theo quy phạm 6-5 (phút), chọn t1 = 6 (phút) = 0.1 (h) t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa, t2 = 0.35 (h) →F=30024*6-3.6*12*0.1-0.57*0.35*6=2.16(m2) Trong bể lọc, chọn cách lọc có cỡ hạt dtd = 0.6 – 0.65mm, hệ số không đồng nhất K = 1.5 – 1.7 Chiều cao bể lọc nhanh : Hbể=hđ+hv+hn+hp (m) Trong đó : hđ : chiều cao lớp đỡ (m), lấy theo qui phạm từ 100-150mm chọn hđ = 0.15m hv : chiều dày lớp vật liệu lọc (m), QP : 1.0 – 1.2 (m), chọn hv = 1m hn : chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, hn = 2m hp : chiều cao phụ, hp = 0.5m →H=0.15+1+2+0.5=3.2(m) → Kích thước của bể lọc nhanh: L * B * H = 1.6 * 1.35 * 3.2 (m) Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc: Lưu lượng nước cần thiết để rửa lọc, tính theo công thức: Qr=f*W1000(m3s) Trong đó: f: diện tích bể lọc (m2), f = 2.16 m2 W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/s.m2 →Qr=2.16*121000=0.026(m3s) Chọn vận tốc nước chảy trong ống chính là: v = 1.2 m/s (QP: 1-1.2 m/s) Đường kính ống chính: dc=4*Qv*π=4*0.0261.2*3.14=0.16 m →dc=160 (mm) Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.3m (QP: 0.25-3m), thì số ống nhánh là: m=1.60.3*2=10.67 → chọn 12 ống nhánh. Lưu lượng nước rửa lọc chạy trong mỗi ống nhánh: qn=0.02612=2.17*10-3m3s=2.17(l/s) Chọn vận tốc chảy trong ống nhánh là 1.8m/s (QP: 1.8-2 m/s) Đường kính ống nhánh là: dn=4*qv*π=4*2.17*10-31.8*3.14=0.04 m=40 mm → chọn d = 40 mm. Tiết diện ngang của ống chính: Ω= π*dc24=3.14*0.1624=0.02 (m2) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang (QP: 30-35%) Nên tổng diện tích lỗ tính được là: ω=35%*0.02=0.007 (m2) Chọn lỗ có đường kính 10mm (QP: 10-12mm), diện tích mỗi lỗ là: ωlỗ=π*d24=3.14*0.0124=7.85*10-5m2 Tổng số lỗ là: n0=7*10-37.85*10-5=89 lỗ→chọn 100 lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh là: 10010=10 lỗ Trên mỗi ông nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng một góc 450 so với mặt phẳng. Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: 102=5 lỗ Tính hệ thống gió rửa lọc: Chọn cường độ gió rửa lọc: Wgió = 20 l/s.m2, thì lưu lượng gió tính toán là: Qgió=Wgió*f1000=20*2.161000=0.0432 m3s Chọn tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 15m/s (QP; 15-20 m/s) Đường kính ống dẫn gió chính: Dgió=4*Qgióπ*vgió=4*0.04323.14*15=0.06 m=60 mm Số ống gió nhánh lấy bằng 12 ống. Lượng gió trong mỗi ống nhánh sẽ là: 0.043212=0.0036 m3s Đường kính ống gió nhánh là: dgió=4*qgióπ*vgió=4*0.00363.14*15=0.018 m=18 mm →chọn d=20mm Đường kính ống chính là 60mm, diện tích mặt cắt ngang của ống chính là: Ωgió=π*D24=3.14*0.0624=0.003 m2 Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% diện tích ống gió chính (QP: 35-40%) ωlỗ=40%*0.003=0.0012 m2 Chọn đường kính lỗ gió là 5 mm (QP: 2-5mm) Diện tích một lỗ gió là: flỗ gió=π*0.00524=1.96*10-5m2=19.6 mm2 Tổng số lỗ gió: m=0.00121.96*10-5≈60 lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh: 6010=6 lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh được đặt theo 2 hàng so le và nghiêng một góc 450 so với trục thẳng đứng của ống. Số lỗ trên mỗi ống nhánh là: 62=3 lỗ Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc: Bể có chiều dài là 1.6 m, chọn mỗi bể bố trí 1 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác. Lượng nước thu rửa vào mỗi máng xác định theo công thức: qm=W*l (ls) Trong đó: W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/s.m2 l: chiều dài của máng, l = 1.6m qm=12*1.65=19.2ls=0.0192 (m3s) Chiều rộng máng tính theo công thức: Bm=K*5qm21.57+a3 Trong đó: a: tỷ số giữa chiều cao phần chữ nhật với nửa chiều rộng máng, a = 1 (QP: 1-1.5) K: hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác, K=2.1 →Bm=2.1*50.019221.57+13=0.54 m Ta có: a=hCNBm2→hCN=Bm*a2=0.542=0.27 m Vậy chiều cao phần máng chữ nhật là 0.27m. Lấy chiều cao phần đáy tam giác hđ = 0.10m. Độ dốc máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0.01. Chiều dày thành máng: δm=0.03m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm=hCN+hđ+δm=0.27+0.10+0.03=0.4 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép máng thu nước xác định theo công thức: ∆Hm=L*e100+0.25 m Trong đó: L: chiều dày lớp vật liệu lọc, L=1m e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng 4-5/128 (XLNC – TS. Nguyễn Ngọc Dung) ® e = 45% Vậy: ∆Hm=1*45%100+0.25=0.26 m Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0.07m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm = 0.4m, vì máng dốc về phía máng tập trung i=0.01, máng dài 1.6m nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0.04 + 1.6 = 1.64 (m) Vậy ∆Hm sẽ phải lấy bằng: ∆Hm=1.64+0.07=1.71≈1.7 m Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước. Khoảng cách từ đáy máng phụ đến đáy máng tập trung xác định theo công thức: hm=1.75*3qm2g*A2+0.2 m Trong đó: qm: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung ® qm = 0.0192 (m3/s) A: chiều rộng máng tập trung, chọn A = 0.7m (QP ≥ 0.6m) g: gia tốc trọng trường: g = 9.81 m/s2 →hm=1.75*30.01929.81*0.72+0.2=0.48 m Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: hp=ε*v022g+vn22g m Trong đó: v0: tốc độ nước chảy ở đầu ống chính, v0=1.2 m/s vn: tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh, vn=1.8 m/s g = 9.81 m/s2: gia tốc trọng trường ε: hệ số sức cản ε=2.2KW2+1 KW=0.35→ε=2.20.352+1=18.96 hp=18.96*1.222*9.81+1.822*9.81=1.55 m Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hđ=0.22*Ls*W m Trong đó: Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = 0.15m (QP: 0.15÷0.2m) W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/s.m2 →hđ=0.22*0.15*12=0.396 m Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc: hVL=a+bW*L*e m Trong đó: với kích thước hạt 0.5÷1mm, a = 0.76, b = 0.017 →hVL=0.76+0.017*12*1*45%=0.43 m Áp lức để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2m ® Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là: ht=hp+hđ+h+hbm=1.55+0.396+0.43+2=4.376 m Tỷ lệ nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc (công suất trạm) có thể tính như sau: P=W*f*t1*60*N*100Q*T0*1000 % Trong đó: W: cường độ rửa lọc ® W = 12 l/s.m2 f: diện tích một bể lọc ® f = 2.16m2 N: số bể lọc, N = 1 Q: công suất trạm xử lý = 12.5 m3/h T0: thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa lọc T0=Tn-t1+t2+t3 Trong đó: T: thời gian công tác của bể lọc trong một ngày, T = 24h n: số lần rửa bể lọc trong 1 ngày, n = 0.57 t1, t2, t3: thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể lọc T0=240.57-0.12+0.35+0.17=41.5 h Þ P=12*2.16*7.2*60*1*10012.5*11.36*1000=7.89 % III - TÍNH TOÁN BỂ CHỨA TRUNG GIAN Chọn thời gian lưu nước là T = 1h Thể tích bể chứa trung gian là: V=Q*T=12.5*1=12.5 (m3) Chọn kích thước của bể chứa trung gian như sau: L * B * H = 3.5 * 2.5 * 1.5 (m) IV - BỂ LÀM MỀM NƯỚC Các thông số: Q = 300 m3/ngày = 12.5 m3/h Độ cứng tổng: C0 = 30 mgCaCO3/l = 0.6 mđlg/l Độ kiềm: Ck = 1.7 mg/l Hàm lượng ion Na+ trong nước nguồn: 3.1 mg/l = 0.134 mđlg/l Tổng hàm lượng muối: P = 2 mđlg/l Độ cứng cho phép sau làm mềm: 0.02 mđlg/l Chọn sơ đồ Na_cationit bậc 1. Nước sau làm mềm không yêu cầu giảm độ kiềm: Ks = Ck = 1.7 mđlg/l Chọn số lần hoàn nguyên trong ngày, n = 1 Thời gian làm việc của bể lọc giữa 2 lần hoàn nguyên: T1=Tn-tX+tn+tr Trong đó: tX: thời gian tính bằng phút (QP: 12÷15 phút) chọn tX = 12 phút = 0.2 h tn: thời gian hoàn nguyên (QP: 25÷30 phút) chọn tn = 30 phút = 0.5 h tr: thời gian rửa bể sau hoàn nguyên (QP: 0.75÷0.83 h) chọn tr = 0.8 h T1=241-0.2+0.5+0.8=22.5 h Khả năng trao đổi khi làm việc của Na_cationit: ElvNa=α*βNa*Etp-φ*Cor*q Trong đó: α: hệ số hiệu quả hoàn nguyên, khi độ cứng còn lại cho phép là 0.02 mđlg/l theo công thức: Cc=0.0125*1-αα2*P2=0.02 →α=0.76 βNa: khi hàm lượng Na+ trong nước nguồn là 0.134 mđlg/l lấy theo bảng 11.4/354 (XLNC – TS.Trịnh Xuân Lai) CNa2C0=0.13420.6=0.03→βNa=0.9 Etp: khả năng trao đổi toàn phần của cationit chọn theo đặc tính của cationit →Etp = 550 đlg/m3 (Tra bảng 11.2/348 XLNC – TS. Trịnh Xuân Lai) Cor: đôh cứng nước rửa (dùng nước nguồn Cor = 0.6 mđlg/l) q: lưu lượng đơn vị của nước từ 4 – 5 m3/m3 cationit, chọn q = 5 m3. φ =0.5 →ElvNa=0.76*0.9*550-0.5*0.6*5=375(đlgm3) Thể tích cần thiết của cationit tính theo công thức: Wsunfua cacbon=Qngày*C01*ElvNa Trong đó: Q = 300 m3/ngày C0: độ cứng tổng cộng của nước nguồn, C0 = 0.6mđlg/l = 0.6 đlg/m3 ElvNa = 375 đlg/m3 n: số lần hoàn nguyên trong ngày, n = 1 →Wsunfua cacbon=300*0.61*375=0.48 (m3) Chiều dày lớp cationit trong bể lọc chọn bằng: H = 1m Tốc độ lọc xác định theo công thức: Vtt=ElvNa*HT1*C0+0.02*ElvNa*d802*lnC0-lnCc Trong đó: d80: đường kính cỡ hạt 80% (QP: 0.8 – 1.2mm), chọn d80 = 0.8 mm →Vtt=375*122.5*0.6+0.02*375*0.82*ln0.6-ln 0.02=13 (ms) Diện tích cần thiết của bể lọc cationit tính theo công thức: F=QngàyVtt*T-n*(tx+tn+tr)=30013*[24-1*0.2+0.5+0.8]=1.03(m2) Chọn 1 bể lọc, diện tích 1 bể là 1.03 m2, đường kính bể là: D=4*Fπ=4*1.033.14=1.15 (m) →Chọn D=1200 mm Chiều dày lớp cationit H = 1m. Thể tích thực tế của cationit: Wsunfua cacbon=1.03*1=1.03 m3>0.47m3→đạt yêu cầu Kích thước của bể cationit: D = 1200 mm, chiều cao lớp cationit lấy bằng 1m, chọn chiều cao lớp cationit bằng khoảng 60% chiều cao bể, suy ra chiều cao bể làm mềm nước là: →Hbể=10.6=1.67→chọn Hbể=1.8 (m) Lượng muối tiêu thụ để hoàn nguyên 1 bể Na_cationit theo công thức: Gm=f*H*ElvNa*γm1000 (kg) Trong đó: fNa: diện tích bể lọc Na_cationit (m2), f = 1.03 m2 H: chiều dày lớp cationit trong bể lọc, H = 1 m ElvNa: khả năng trao đổi cân bằng của Na_cationit trong bể lọc, ElvNa = 375 đlg/m3 γm: lượng muối tiêu thụ đơn vị (g/đlg), trạm bơm bảng 11.5/363 (XLNC – TS.Trịnh Xuân Lai) →γm = 164 g/đlg →Gm=1.03*1*375*1641000=63.4 (kg) Muối dự trữ ướt trong kho, số ngày dự trữ n=15 ngày. Dung tích bể chứa muối dự trữ: W=Q*24*C0*n*γm*1001000*1000*b=300*0.6*15*164*1001000*1000*30=1.476 m3 Trong đó: b = 30% thể tích dung dịch muối boã hoà 30% Xây dựng một bể chứa muối dung tích một bể là 1.5 m3 L * B * H = 1.5 * 1 * 1 (m) Bể xây chìm để xe ben chở muối về có thể đổ thẳng vào bể. Thể tích cần thiết của thùng chứa dung dịch muối 8% để hoàn nguyên một bể lọc tính theo công thức: W1=Gm10*C*γ Trong đó: C = 8% à γ = 1.0585 →W1=63.410*8*1.0585=0.75 m3 Kích thước thùng chứa dung dịch muối 8%: L * B * H = 1 * 1 * 0.75 (m) Lưu lượng của bơm dung dịch muối hoàn nguyên: Qbơm=W10.45÷0.5→Qbơm=0.750.45=1.67 (m3h) Mỗi lần hoàn nguyên bơm từ kho muối dự trữ tới một thể tích dung dịch muôi bão hoà 30%. W=W1*Cb=0.75*830=0.2 m3 Sau mỗi làn hoàn nguyên một bể Na_cationit, bơm 0.2 m3 dung dịch muối bão hoà 30% từ kho muối lên thùng đựng dung dịch hoàn nguyên và pha loãng dung dịch đến thể tích 0.75 m3 để có nồng độ 8%. Dung dịch muối như vậy được dự trữ sẵn cho lần hoàn nguyên sau. Lưu lượng bơm nước xới: Q=W*f=4*1.03=4.12 (m3h) Trong đó W: cường độ xới, W = 4 l/s.m2 Rửa lớp cationit sau hoàn nguyên Thể tích nước cần thiết: Wrửa=q*f*H=5*1.03*1=5.15 m3 Rửa trong 48 phút = 0.8 h Lưu lượng bơm nước rửa cần thiết: Qb=5.150.8=6.4 (m3h) Lượng nước tiêu thụ để pha dung dịch muối hoàn nguyên với tiêu chuẩn 10l nước/1kg muối. Wm=63.4*101000=0.634 m3 Ngày hoàn nguyên 1 lần, trong trạm có 1 bể làm việc, như vậy lượng nước nguồn phục vụ cho bản thân bản thân công trình là: Q2=1*1*5.15+0.634=5.784 m3 (không tính lương nước xới vì chỉ dùng một nửa nước rử ở cuối quá trình rửa) Lượng nước nguồn phải bổ sung thêm cho trạm tính theo phần trăm: P%=Q2*100Qngày=5.784*100300=1.928% VI – TÍNH CHẤT KHỬ TRÙNG Dùng clo để khử trùng nước. Đối với nước ngầm hàm lượng clo sử dụng từ 0.7 – 0.8 mg/l Chọn hàm lượng clo là 0.7 mg/l Với lưu lượng là Q = 12.5 m3/h, vậy lượng clo cần cung cấp cho cloratơ là: →12.5*0.7=8.75 (kgh) V - BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH Dung tích bể bằng 5÷10% lượng nước sản xuất trong ngày Dung tich bể chứa = 300 * 10% = 30m3 Chọn chiều cao bể chứa là 3m Tiết diện bể: Sbê=Dung tích bểChiếu cao bể=303=10 m2 Chọn chiều rộng bể là 2.5m, chiều dài 4m Vậy, kích thước bể là: L * B * H = 4 * 2.5 * 3 (m) Nước dùng để hoàn nguyên cationit được lấy từ bể chứa nước sạch của nhà máy, đồng thời ta cũng lấy nước đó cung cấp cho phân xưởng. Vậy có thể tính được thời gian nước trong bể cấp cho phân xưởng trong lúc tái sinh hạt nhựa như sau: Ta có lưu lượng bơm nước rửa cần thiết là: 6.4 m3/h Công suất thiết kế: 12.5 m3/h →t=30-6.412.5≈2(h) TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách Xử lý nước cấp – TS.Nguyễn Ngọc Dung – Nhà Xuất bản xây dựng Sách Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – TS.Trịnh Xuân Lai – Nhà xuất bản xây dựng