Đồ án xử lý cấp nước Tính toán hệ thống xử lí nước cấp công suất 40.000m3/ngđ cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai

Đồ án xử lý cấp nước Tính toán hệ thống xử lí nước cấp công suất 40.000m3/ngđ cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan về nước ngầm 6 Thành phần tính chất nước ngầm 7 Ưu nhược điểm khi sử dụng nước ngầm8 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC NGẦM 2.1 Xử lí nước ngầm bằng phương pháp cơ học 10 2.2 Xử lí nước ngầm bằng phương pháp hóa lí 12 2.3 Đề xuất phương án xủ lí 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 3.1 Tính giàn mưa 17 3.2 Tính bể trộn 23 3.4 Bể lắng li tâm 26 3.5 Bể lọc nhanh 30 3.6 Công trình tôi vôi 40 3.8 Khử trùng nước 41 3.9 Bể chứa nước sạch 42 3.10 Trạm bơm cấp 2 42 3.11 Giếng khoan 43 CHƯƠNG 4: CAO TRÌNH CÁC CÔNG TRÌNH 4.1 Cao trình bể chứa nước sạch 43 4.2 Cao trình bể lọc 43 4.5 Cao trình bể trộn 43 4.6 Cao trình giàn mưa 43 TRƯỜNG ĐH TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÍ NƯỚC CẤP Giáo Viên Hướng Dẫn: Ths. Biện Văn Tranh Họ Và Tên Sinh Viên: Hoàng Đôn Duyên MSSV: 0510020058 Lớp: 05KTMT1 Ngành:KỹThuật Môi trường Khoa: Môi Trường Bộ Môn: Kĩ Thuật Xử Lý Nước Cấp Ngày nhận đồ án: 02 – 05 - 2013 Ngày hoàn thành đồ án: 20-06-2013. Đầu đề đồ án: Tính toán hệ thống xử lí nước cấp công suất 40.000m3/ngđ cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai. yêu cầu và số liệu ban đầu: Nguồn nước xử lí : nước ngầm . Số liếu chất lượng nước nguồn cho bảng sau: STT Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ 1 pH 6.5 2 Độ đục N.T.U 9 3 Độ màu (Pt – Co) mgđl/l 5 4 Độ kiềm (CaCo3) mg/l 5.5 5 Hàm lượng cặn nước nguồn mg/l 15 6 Tổng hàm lượng các muối hòa tan mg/l 300 7 Hàm lượng sắt tổng mg/l 26 8 Độ Oxi hóa mg/l 4 9 Hàm lượng CO2 ban đầu có trong nước nguồn mg/l 160 10 Nhiệt độ nước 0C 20 Tiêu chuẩn nước sau xử lí đạt quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống Diện tích khu đất dự kiến xây dựng trạm xử lí nước cấp cho khu dân cư là 200m x 600m 5.Nội dung phần tính toán và thuyết minh: Lập bản thuyết minh và tính toán bao gồm : Phân tích và đề xuất phương án xử lí nước cấp cho khu dân cư trên. Tính toán 03 công trình đơn vị chính trong phương án đề xuất . Tính toán và lựa chọn thiết bị (bơm nước, thieests bị khuấy trộn,…) cho các công trình đơn vị tính toán trên. 6. Các bản vẽ kĩ thuật Vẽ bản vẽ mặt cắt công nghệ của phương án chọn: 01 bản vẽ khổ A1 TP.HCM, ngày 02 tháng 05 năm 2013 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN CHƯƠNG I : TỔNG QUAN-GIỚI THIỆU 1.1TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM Việt nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tôt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đáhoặc do sự thẩm thấu , thấm của nguồn nước mặt , nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét hay hàng trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn luôn là nguồn nước được ưa thích. Bởi vì các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa . Nguồn nước ngầm ít chịu tác động của con người . Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo tụ hay các hạt lơ lửng và vi sinh , vi trùng gây bệnh thấp.. Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều hất bẩn v à luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Nước ngầm có nguồn gốc từ nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí ngưng tụ lại và thẩm thấu cào lòng đất. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra nước ngầm còn có những đặc tính chung: Độ đục thấp. Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định. Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S,… Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là: Fe, Mn, Ca, Mg,… Không có hiện diện của vi sinh vật. Hàm lượng cặn nhỏ. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC NGẦM Đặc tính chung về thành phần, tính chất của nước ngầm là nước có độ đục thấp, nhiệt độ và các thành phần hóa học ít thay đổi, nước không có oxy hóa trong môi trường khép kín là chủ yếu, thành phần của nước có thể thay đổi đột ngột với sự thay đổi độ đục và ô nhiễm khác nhau. Những thay đổi này liên quan đến sự thay đổi lưu lượng của lớp nước sinh ra do nước mưa. Thành phần, tính chất nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc, cấu trúc địa tầng của khu vực và chiều sâu của lớp nước ngầm… Trong nước ngầm không chứa rong, tảo là yếu tố dễ gây ô nhiễm nguồn nước nhưng chúng lại chứa các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, mưa nhiều hoặc bị ảnh hưởng của nguồn thải thì trong nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ. Bản chất địa chất của khu vực ảnh hưởng lớn đến thành phần hoá học của nước ngầm vì nước luôn tiếp xúc với đất đá trong đó nó có thể lưu thông hoặc bị giữ lại. Giữa nước và đất luôn hình thành nên sự cân bằng về thành phần hoá học, vì vậy thành phần của nước thể hiện thành phần của địa tầng khu vực đó. Tuy vậy, nước ngầm có một số đặc tính chung là: độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi theo thời gian, ngoài ra nước ngầm thường chứa rất ít vi khuẩn, trừ trường hợp nguồn nước bị ảnh hưởng của nước bề mặt. Các đặc tính của nước ngầm: Nhiệt độ của nước ngầm tương đối ổn định. Độ đục thường thay đổi theo mùa. Độ màu: Thường thì không có màu, độ màu gây ra do chứa các chất của acid humic. Độ khoáng hoá thường không thay đổi. Sắt và mangan thường có mặt với các hàm lượng khác nhau. CO2 thường xâm thực với hàm lượng lớn. Ôxi hoà tan thường không có. H2S thỉnh thoảng có mặt trong nước ngầm. NH4+ thường có mặt trong nước ngầm. Nitrat, Silic có hàm lượng đôi khi cao. Ít bị ảnh hưởng bởi các chất vô cơ và hữu cơ. Clo có thể bị ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng tuỳ theo khu vực. Vi sinh vật: Thường có vi khuẩn sắt. Trong nước ngầm thường không có mặt oxi hoà tan nhưng có hàm lượng CO2 cao, thường có hàm lượng sắt tổng cộng với các mức độ khác nhau, từ vài mg/l đến 100 mg/l hoặc lớn hơn, vượt xa tiêu chuẩn cho phép với nước ăn uống sinh hoạt ( tiêu chuẩn cho phép đối với hàm lượng sắt trong nước ăn uống sinh hoạt là 0,3 mg/l, đối với khu vực đô thị là 0,5 mg/l đối với khu vực nông thôn). Do đó cần phải xử lý trước khi đưa vào sử dụng. Một đặc điểm khác cần quan tâm là pH trong nước thường khá thấp, nhiều nơi pH giảm đến 3 – 4 ( do hàm lượng CO2 cao), không thuận lợi cho việc sử lý nước. 1.3ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM KHI SỬ DỤNG NƯỚC NGẦM 1.3.1. Ưu điểm Nước ngầm là tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu như hạn hán. Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như nước mặt. Chủ động hơn trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, dân cư thưa, nhất là trong hoàn cảnh hiện nay bởi vì nước ngầm có thể khai thác với nhiều công suất khác nhau. Để khai thác nước ngầm có thể sử dụng các thiềt bị điện như bơm ly tâm, máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị không cần điện như các loại bơm tay. Ngoài ra nước ngầm còn đươc khai thác tập trung tại các nhà máy nuớc ngầm, các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cư. Đây là ưu điểm nổi bật của nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn. Giá thành xử lý nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt. 1.3.2. Nhược điểm Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu được hình thành từ hàng trăm, hàng nghìn năm và ngày nay nhận được rất ít sự bổ cập từ nước mưa. Và tầng nước này nói chung không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tương lai cần phải tìm nguồn nước khác thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt. Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho hàm lượng muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý nước trước khi đưa vào sử dụng. Khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp xuống, một mặt làm cho quá trinh nhiễm mặn tăng lên, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hư hại các công trình xây dựng-một trong các nguyên nhân gây hiện tượng lún sụt đất. Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC NGẦM 2.1. XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Công trình thu nước ngầm có thể chia thành các loại sau: Giếng khoan:là công trình thu nước nầm mạch sâu. Độ sâu khoan phụ thuộc vào độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng 20 – 200m, đôi khi có thể lớn hơn. Giếng khoan được sử dụng rộng rãi trong mọi trạm xử lý. Hiện nay có 4 loại giếng khoan đang được sử dụng: Giếng khoan hoàn chỉnh, không áp Giếng khoan không hoàn chỉnh, không áp Giếng khoan hoàn chỉnh, có áp Giếng khoan không hoàn chỉnh có áp Cấu tạo giếng khoan gồm Miệng giếng Ống vách để gia cố và bảo vệ giếng Ống lọc Ống lắng Giếng khơi: là công trình thu nước ngầm mạch nông, thường không áp đôi khi áp lực yếu, chỉ áp dụng đối với các điểm dùng nước nhỏ hoặc hộ gia đình lẻ. Đường hầm thu nước: được áp dụng để thu nước ngầm mạch nông, độ sâu tầng chứa nước không quá 8m, cung cấp cho những điểm dùng nước với lưu lượng nhỏ. Công trình thu nước ngầm mạch lộ thiên Công trình thu nước thấm Bể lắng: Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước đi đư nước vào bể lọc để hoàn than quá trình làm trong nước. Trong thực tế thường dùng các loại bể lắng sau tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m3/ng 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/ng). 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/ng. Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên. Bể thường được áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao(>2000mg/l) với công suất >=30000 m3/ng thì có hoặc không dùng chất keo tụ Bể lọc 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/ng với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ 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 <500m3/ng và dùng máy nén khí cho công suất bất kì. Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, có độ màu đến 150 với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10000m3/ng. 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. 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. XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÍ Xử lí nước ngầm bằng phương pháp 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 quả: Khử được 30 – 35% CO2 Tốc độ lọc 5 – 7m/h; d = 0,9 – 1,3mm; Hvll = 1,0 – 1,2m Cường độ rử lọc bằng nước 10 – 12l/s.m2; bằng khí 20l/s.m2 Fe 6,8 Dàn mưa: làm thoáng tự nhiên. Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa) Cấu tạo dàn mưa gồm: Hệ thống phân phối nước Sàn tung nước (1 – 4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc Sàn và ống thu nước 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. Cấu tạo: Hệ thống phân phối nước Lớp vật liệu tiếp xúc Clo hóa sơ bộ Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc, mục đích của clo hóa sơ bộ là: Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn nặng. Oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng. Oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu. Trung hòa amoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài. Clo hóa sơ bộ có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu trong bể phản ứng tạo bông cặn và bể lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc, làm tăng thời gian cua chu kì lọc. Keo tụ - tạo bông Keo tụ và bông cặn là quá trình tạo ra các tác nhân có khả năng kết dính các chất làm bẩn nước ở dạng lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng được trong bể lắng hay kết dính trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất. Khi trộn đều phèn với nước cần xử lý, các phản ứng hóa học và hóa lý xảy ra tạo thành hệ keo dương phân tán đều trong nước. Khi được trung hòa, hệ keo dương này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nước và dính với nhau tạo thành các bông cặn. Do đó, quá trình tạo nhân kết dính gọi là quá trình keo tụ còn quá trình kết dính cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo bông cặn. Trong kỹ thuật xử lý thường dùng phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt FeCl3, Fe2(SO4)3 và FeSO4. Nhưng hiện nay ở Việt Nam thường sử dụng phèn nhôm, còn phèn sắt có hiệu quả keo tụ cao, nhưng các quá trình khác như sản xuất, vận chuyển, phức tạp và trong quá trình xử lý dễ làm nước có màu vàng nên ít được sử dụng trong kỹ thuật xử lý nước cấp. Hiệu quả của quá trình tạo bông phụ thục vào cường độ và thời gian khuấy trộn để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và kết dính vào nhau. Để tăng cường quá trình tạo bông, thường cho vào bể phản ứng tạo bông cặn chất trợ keo tụ polyme. Khi tan vào nước, polymer sẽ tạo ra liên kết dưới loại anion nếu trong nước cần xử lý thiếu ion đối (như SO22-,…) hay loại trung tính nếu thành phần ion và độ kiềm của nước nguồn thỏa mãn điều kiện keo tụ. Khử trùng nước Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng. Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,… Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (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 với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt. Quá trình tiêu diệt vi sinh vật xảy ra như sau: đầu tiên chất diệt trùng đi qua màng tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong màng tế bào cản trở quá trình trao đổi chất bên trong nhân tế bào và kết quả là tế bào sẽ bị diệt vong. Tốc độ của quá trình khử trùng sẽ tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra còn phụ thuộc vào hàm lượng các tạp chất khác trong nước, nồng độ các tạp chất trong nước cao thì hiệu quả của quá trình khử trùng sẽ giảm đi đáng kể. Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào nồng độ chất khử trùng, tức nồng độ HClO. Trong kỹ thuật xử lý nước chất diệt trùng được dùng phổ biến nhất là clo và các hợp chất của clo vì rẻ. dễ kiếm và quản lý vận hành đơn giản. Dùng ozone để khử trùng Ozon (O3) là chất khí màu lam nhạt (trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn),có mùi hắc đặc trưng.Ozone có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần. Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol. Khử trùng bằng phương pháp nhiệt Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền. Đun sôi nước ở nhiệt độ 100oCcó thể tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước. Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc. Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ. Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mô gia đình. Khử trùng bằng tia cực tím (UV) Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng diệt trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ 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 thể chúng sẽ 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. Sát trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước. Khử trùng bằng siêu âm Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. Khử trùng bằng ion bạc Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2 – 10ion g/l đã có tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối,…thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng. Lựa chọn phương án xử lý Đề xuất phương án xử lý Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô. Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm 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 chất lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý: Phương án 1: Bể chứa nước sạch giàn mưa vôi Bể trộn Bể lắng li tâm Bể lọc nhanh Clorine Xả cặn ra hồ nén bùn Nước từ trạm bơm giếng khoan Hệ thống phân phối Trạm bơm cấp 1 Trạm bơm cấp 2 Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm: Giàn mưa Bể trộn đứng Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Thuyết minh quy trình công nghệ Đầu tiên, nước ngầm được hút từ đất lên nhờ hệ thống bơm cấp 1, sẽ dẫn nước vào công trình làm thoáng. Với mục đích chính là khử CO2, hòa tan oxi từ không khí vào nước để oxi hóa Fe2+ thành Fe3+, Mn2+ thành Mn4+ (nếu có) để dễ dàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao công suất của các công trình lắng và lọc. Sau khi làm thoáng nước tiếp tục sẽ qua bể lắng li tâm Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài và từ dưới lên trên. Ở đây, cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. Sau đó nước được đưa qua bể lọc nhanh. Tại đây, không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn các lỗ rộng tạo ra giữ các hạt mà còn lọc giữ lại keo sắt,keo hữu cơ gây độ đục, độ màu. Kế tiếp là nước được dẫn vào bể chứa nước sạch, với hóa chất khử trùng là dung dich Clo để loại trừ vi sinh vật tồn tại trong nước ngầm. Nước đã được khử trùng được đưa qua bể chứa nước sạch. Cuối cùng nhờ hệ thống bơm cấp 2 phân phối nước cho người dân sử dụng. CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TÍNH GIÀN MƯA 3.1.1. Cấu tạo: gồm các bộ phận sau: Hệ thống phân phối nước. Sàn tung mưa. Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước. Sàn và ống thu nước. 3.1.2 Chức năng: làm giàu oxy cho nước và khử khí CO2 có trong nước. giàn mưa có khả năng thu được oxy hòa tan bằng 55% lượng oxy bão hòa và khử được khoảng 70%-80% lượng CO2 trong nước ngầm. Nhưng lượng CO2 sau làm thoáng không được xuống thấp hơn 5-6 mg/l 3.1.3 Tính toán Độ kiềm sau làm thoáng: K = K0 – 0,036.Fe2+ = 5,5 – 0,036.26 = 4,564 (mg/l) Trong đó: K0: là độ kiềm ban đầu của nước nguồn K0 = 5,5mgđl/l Fe2+: hàm lượng sắt ban đầu của nước nguồn Fe2+ = 26mg/l Lượng CO2 sau làm thoáng: CO2 = (1-a).CO20+ 1,6.Fe2+ = (1-0.8).160 + 1,6.26 = 73,6 mg/l a: hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng ta chọn a = 0,8 đối với làm thoáng bằng giàn mưa (a = 0,75 ÷ 0,8) CO20: hàm lượng CO2 ban đầu của nước nguồn = 160 PH của nước ngồn sau làm thoáng Trong đó: K: độ kiềm sau làm thoáng C: hàm lượng CO2 sau làm thoáng µ: lượng ion của dung dịch = 0,000022.P = 0,000022.300 = 6,6.10-3 P: tổng hàm lượng muối = 300 Ki: hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonnic ở nhiệt độ 200c, tra bảng ta được Ki = 4,05.10-7 25% lượng CO2 sau làm thoáng = 0,25.73,6 = 18,4mg/l 25% lượng kiềm sau làm thoáng = 0,25.4,564 = 1,141mgđl/l Dựa vào 25% lượng CO2 và kiềm vừa tính được tra biều đồ (5-1) ta được pH = 6.81 pH≥ 6,8 ; kiềm ≥ 1mgđl/l đạt yêu cầu nên ta dùng làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa để khử sắt. Diện tích mặt bằng giàn mưa Với : Q:lưu lượng nước cần sử lý, Q = 40000 m3/ngày = 1667 m3/h Qm: cường độ tưới ( lấy từ 10 – 15 m3/m2.h) chọn qm = 12 m3/m2.h Diện tích mỗi ngăn giàn mưa: Với: N: số ngăn giàn mưa, chon N= 3 F: diện tích mặt bằng giàn mưa Chọn kích thước mặt bằng mỗi ngăn giàn mưa là: L × B = 8m × 6m. Diện tích hữu ích toàn bộ giàn mưa là: 3 × (8×6) = 144 m2 Hệ thống phân phối nước: việc tính toán hệ thống phân phối nước lên giàn mưa giống như hệ thống phân phối nước có trở lực lớn ở bể lọc nhanh. Bố trí mỗi ngăn giàn mưa có 1 ống dẫn nước chính đường kính 450 mm, vận tốc nước trong mỗi ống dẫn nước chính là: (theo quy phạm vận tốc này nằm trong khoảng từ 0,8 ÷ 1,2 (m/s) Trên ống dẫn nước chính lên ngăn giàn mưa, ta bố trí các ống phân phối chính. Chọn khoảng cách giữa các ống phân phối chính là 1,3m. Số ống phân phối chính trên một ngăn giàn mưa là 5 ống. Ống phân phối chính có chiều dài bằng chiều rộng của giàn mưa là 6 m. trên các ống chính này có nối các ống nhánh theo hính xương cá. Lưu lượng nước vào mỗi ống phân phối chính là: theo quy phạm vận tốc trong mỗi ống phân phối chính từ 1 ÷ 1,2 m/s Ta chọn vận tốc trong ống phân phối chính vc =1,1 m/s. đường kính ống phân phối chính là: chọn dc =200(mm) Kiểm tra lại vận tốc trong mỗi ống phân phối chính là: (nằm trong khoảng cho phép) Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,3m (theo quy phạm từ 0,25÷ 0,3 m). số ống nhánh trên 1 ống phân phối chính là: ( ống) Lưu lượng vào mỗi ống nhánh là: Theo quy phạm vận tốc trong mỗi ống nhánh từ 1,8÷ 2 m/s. ta chọn vận tốc trong Zphân phối chính, chọn tỷ lệ này là 30%. Tổng diện tích lỗ phun là: Theo quy phạm đường kính lỗ phun mưa từ 10 – 12 mm, chọn đường kính lỗ phun mưa là 10mm. số lỗ phun mưa trên ống nhánh là: Số lỗ(lỗ) Các lỗ được bố trí so le nhau ở hai bên thành ống nhánh Chọn số sàn tung là 3, vì hiệu quả hoạt động của 3 sàn tung đầu tiên thường là cao còn các sàn kế tiếp thường rất kém. Khoảng cách giữa các sàn tung càng cao thì thời gian tiếp súc tiếp xúc không khí càng lớn, khỏang cách này cũng làm ảnh hưởng đến việc làm vệ sinh sau này (chiều cao càng lớn càng dễ làm vệ sinh) và đặc biệt nó ảnh hưởng đến hiệu quả khử CO2 so với hiệu quả hòa tan O2 (khoảng cách càng lớn thì hiệu quả khử CO2 càng cao). Chiều cao hiệu quả đối với giàn mưa là 2m. ( theo các tài liệu tham khảo) nhưng nếu khoảng cách giữa các sàn tung lớn thì hiệu quả khử CO2 cũng không tăng lên bao nhiêu mà lại rất tốn chi phí xây dựng. chọn khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7 m. chiều cao phần làm thoáng là: 3× 0,7 = 2,1 m. Chọn sàn tung là các tấm inox có kích thước 1m × 1m.vậy cần phải sử dụng 144 tấm inox cho 1 sàn tung. Đường kính lỗ trên sàn tung có kích thước càng nhỏ, số lượng càng nhiều thì hiệu quả khử CO2 và hòa tan O2 càng cao. Nhưng khi mật độ lỗ càng dày thì không khí sẽ khó khuếch tán vào trung tâm giàn mưa, nên hiệu quả sử lý sẽ giảm đi. Chọn đường kính lỗ là 10mm và bước lỗ 50mm, như vậy trên mỗi tấm inox cẩn phải khoan 20×20 = 400 lỗ. Hệ thống thu, thoát khí và thu nước: để có thể thu oxy khí trời kết hợp với việc đuổi CO2 / đồng thời đảm bảo nước không bắn ra ngoài, ta bố trí cửa chớp làm bằng bê tông cốt thép. Góc nghiêng giữa các chớp mặt phẳng nằm ngang là 45°. Khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp nhau là 0,2m và chiều rộng mỗi cửa là 0,2m. 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. Hệ thống thu nước và xả cặn giàn mưa: sàn thu nước đặt dưới đáy giàn mưa cò độ dốc 0,04 về ống dẫn nước qua bể trộn. Bố trí 3 ống thu nước( mỗi ngăn 1 ống) được đặt ở đáy sàn thu nước và cao hơn sàn thu ít nhất 0,2m để ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình phía sau. Theo quy phạm vận tốc nước trong ống lấy từ 1 – 1,5 m/s. chọn vận tốc này là v=1,2m/s. đường kính ống dẫn nước là: chọn D = 450(mm) Kiểm tra lại vận tốc trong mỗi ống phân phối chính là: (nằm trong khoảng cho phép) Đối với ống xả cặn chọn ống thép có đường kính d = 150mm (theo quy phạm lấy từ 100 – 200 mm). mỗi ngăn có 1 ống xả cặn. bố trí ống xả cặn ở giữa sàn và sát sàn thu nước (phía đáy thấp). cả giàn mưa có 3 ống xả cặn. Kiểm tra thời gian làm thoáng: được tính sơ bộ theo thời gian rơi toàn bộ trên chiều cao phần làm thoáng (bỏ qua thời gian nước đọng trên các sàn tung): chiều cao giàn mưa: H = h1 + h2 + h3 +h4 Với: h1: chiếu cao hệ thống phân phối nước, h1 = 0,75m. h2: chiều cao hệ thống làm thoáng, h2 = 2,1m. h3: chiều cao sàn thu nước, h3 = 0,75m. h4: chiều cao từ mặt đất đến đấy sàn thu nước, h4 = 5,4m H = 0,75 +2,1+0,75+5,4= 9m. Ngoài các bộ phận chính trên thì giàn mưa còn được bố trí các vòi nước với đường kính 20mm để rửa giàn mưa. Cứ khoảng 10m bố trí 1 vòi rửa sàn tung nước. Tổn thất thủy lực qua giàn mưa : do nước rơi tụ do trên dàn nưa nên ta chon sơ bộ tổn thất thủy lực của nước qua giàn mưa là 0,5 3.2.TÍNH BỂ TRỘN Bể trộn đứng có nhiệm vụ trộn đều nước và hóa chất. Đối với hệ thống xử lí này sẽ sử dụng vôi nên ta sử dụng loại bể trộn đứng. Xây dựng tối thiểu 2 bể trộn đứng phòng khi có sự cố hoặc 1 bể cần sửa chữa hệ thống xử lí vẫn tiếp tục hoạt động.chọ bể trộn đứng là loại bể có mặt bằng hình vuông vì loại này sẽ dễ xây dựng hơn loại bể có mặt bằng hình tròn. Công suất: 40000m3/ngđ = 1667 m3/h =0,46 m3/s Diện tích mặ bằng của của bể trộn tính theo vận tốc nước dâng là 25mm/s =0,025m/s (theo điều 6.56 TCVN 33:2006) Khi đó Chọn mặt bằng của bể là hình vuông có kích thước: 4 x 4 (m2) bt = 4 (m) Kiểm tra lại vận tốc nước dâng trong bể: Chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 1,5m/s Chọn d = 600mm Diện tích đáy (chỗ nối với bể ) là : Do đó diện tích đáy bể( chỗ nối với ống) Chọn góc hình chóp ở đáy , chiều cao phần hình chóp Chọn hd = 3,2 (m) Trong đó: bt: bề rộng của bể = 4 (m) bđ: bề rộng ống dẫn nước vào = 0,65 (m) Thể tích phần hình chóp của bể trộn Trong đó ft : diện tích bề mặt của bể trộn fd :diện tích phần đáy của bể trộn (chỗ nối với ống dẫn nước vào) Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước trong bể là 2 phút Thể tích phần trên (hình hộp) bể trộn: Chiều cao phần trên của bể Chọn chiều cao bảo vệ: hbv=0,3m Chiều cao toàn phần của bể : Chọn vận tốc nước từ bể trộn sang bể lắng là 0,8 m/s (theo quy phạm vận tốc này nằm trong khoảng 0,8 - 1 m/s)diện tích máng thu xung quanh bể trộn là : Chọn máng thu nước có diện tích: rộng x cao :0,54 x 0,54 m. Chọn chiều cao sàn công tác cách mặt bể trộn cũng như cách mặt máng thu nước 0,3 m Đường kính ống dẫn nước từ bể trộn sang bể lắng là: Chọn ống có đường kính 600 mm. Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống : (nằm trong khoảng vận tốc cho phép) 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 Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm=0,6m/s (Theo điều 6.56 TCVN 33:2006) Chọn chiều rộng máng bm=0,3 Chiều cao lớp nước tính toán trong máng Chọn Hm =0,3m Q = 0,46 m3/s chọn ống dẫn sang bể phản ứng d = 400 mm với v = 0,9 m/s (Theo TCVN 33:2006,điều 6.59 v Î m/s) Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể trộn: Thể tích bể trộn: Thời gian lưu nước trong bể trộn: (phút) Tổn thất thủy lực qua bể trộn: Trong đó: H: tổn thất thủy lực qua bể trộn G: gradien tốc độ đối với bể trộn thủy lực chọn G = 300l/s υ: độ nhớt động học của nước .Chọn độ nhớt động học của nước ở 250C, υ= 0,85 (m2/s) V : thể tích bể trộn, V = 28 (m3) Q : lưu lượng nước qua bể trộn, g : gia tốc trọng trường ,g = 9,81 (m/s2) Bể lắng li tâm Nguyên tắc làm việc: Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài và từ dưới lên trên. Ở đây, cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm có một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng, do đó chiều cao công tác của bể nhỏ, thích hợp xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao. Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường. Tính toán -Diện tích bề mặt bể xác định theo công thức: (m2) Trong đó: Q: lưu lượng xử lý, Q = 1667 m3/giờ U0: tốc độ lắng cặn tính toán, uo = 0.5 ( uo = 0.4 – 1.5mm) F : Diện tích vùng xoáy của bể lắng, đây là phần diện tích nằm giữa bể do chuyển động xoáy của dòng nước, cặn không lắng xuống được: f = p.rx2 (m2) rx: bán kính vùng xoáy, rx = rp + 1 rp: Bán kính ngăn phân phối nước hình trụ, chọn rp = 2 m ( qui phạm 2¸4 m) rx = rp + 1 = 2 + 1 = 3 m f = p.rx2 = 3,1432 = 28.25 m2 Vậy m2 Bán kính của bể là: vậy D = 40 (m) Chọn chiều sâu tại thành bể là h = 2 m Chọn độ dốc đáy bể là: i= 0,06 ( qui phạm 5¸ 8 %) Chiều cao của bể lắng sẽ là: H = h + i.R = 2 + 0.0620 = 3.2 m Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m Tính ngăn phân phối nước: Ngăn phân phối nước được thiết kế hình trụ có khoan lỗ trên vách ngăn, mép dưới vách ngăn ngập dưới mực nước trong bể ở độ sâu bằng chiều sâu bể lắng tại thành bể (h = 2 m) Diện tích xung quanh của ngăn phân phối là: fp = p.d.h = 3,1442 = 25,12 m2 trong đó : d là đường kính ngăn phân phối, d = 2rp = 4m Tổng diên tích các lỗ trên vách ngăn: (m2) ( lấy vlỗ = 1 m/s) Chọn đường kính lỗ dlỗ = 40 mm (qui phạm 36 ¸ 40mm), flỗ = 0,00138 m2 Số lỗ: lỗ Xếp thành 6 hàng ngang so le nhau, mỗi hàng 56 lỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều đứng: eđ = h÷6 = 2000÷6 = 333 mm chu vi ngăn phân phối: l = 2rp = 23,142 = 12.56 (m) Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều ngang: (mm) Tỉ số diện tích các lỗ với diện tích bề mặt xung quanh ngăn phân phối nước: Máng thu nước: Nước được thu bằng máng vòng quanh thành ngoài bể. Chiều dài máng thu nước: Chiều rộng máng thu nước bằng 10% đường kính bể: Chọn chiều cao máng thu hm = 0.5 m. Độ dốc của máng về phía ống tháo nước ra I = 0.02. Máng răng cưa: Máng răng cưa được gắn vào máng thu nước (qua lớp đệm cao su) để điều chỉnh cao độ mép máng thu đảm bảo thu nước đều trên toàn bộ chiều dài máng tràn. Bề dày máng răng cưa là 5 mm Chiều cao tổng của máng răng cưa 250mm. Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu nước: l = lm = 125.6 (m). Máng răng cưa xẻ khẻ thu nước chữ V, góc 90o để điều chỉnh cao độ mép máng: Chiều cao khe: 50 mm. Bề rộng mỗi khe là 100 mm. Khoảng cách giữa các đỉnh là 100mm Máng răng cưa được bắt dính với máng thu nước bê tông bằng bulông qua các khe dịch chuyển. Khe dịch chuyển có đường kính 10 mm, bulông được bắt cách mép máng răng cưa 50mm và cách đáy chữ V là 50mm. hai khe dịch chuyển cách nhau 0.5m, Thanh gạt bùn: Chiều dài: l = 90%D = = 36 (m). Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2 × V × µ Trong đó: G : cường độ khuấy. G = 30 s-1 V : thể tích bể . V = 3285 (m3) µ : Độ nhớt động lực bùn. µ = 0,00105 (N.s/m2) P = 302 × 3285 × 0,00105= 3104 (J/s) = 3.104 (Kw) Xác định số vòng quay của cánh gạt bùn: N = = = 0.003 ( vòng/s) = 0.18 vòng/phút 3.5.TÍNH BỂ LỌC NHANH. Diện tích bể lọc nhanh F = Trong đó Q: Công suất trạm (m3/ngđ). Q = 40.000m3/ngđ T: Thời gian làm việc. T = 24 h vbt: Tốc độ lọc ở chế độ bình thường. vbt = 6 m3/h a: Số lần rửa bể trong ngày đêm. Ơ chế độ bình thường a = 2 W: Cường độ nước rửa lọc. W = 14 l/s.m2 t1 : Thời gian rửa lọc. t1 = 6phút =h t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa. t2 = 0,35 h. F = Trong bể lọc, chọn cát lọc có cỡ hạt dtd = 0,7 – 0,8 mm, hệ số không đồng nhất K= 2 ; Chiều dày lớp cát lọc 0,8m. Số bể lọc cần thiết: bể Chọn N = 8 bể Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa: Theo TCVN 33:2006: Vtc=đảm bảo yêu cầu Diện tích một bể lọc là: Chọn kích thước bể là: L . B = 4,5 x 8 = 36,9( m2) Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh H = hd + hv + hn +hđl+ hbv 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 = 2 m (³ 2 m) hdl: chiều dày đan đỡ vật liệu lọc hdl= 0,1m hp: chiều cao bảo vệ= 0,5 m H = 0,7 +0,8 + 2 +0,4+0,1= 4 m Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc: Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc: Chọn tốc độ nước chảy trong ống dẫn theo quy phạm là v = 2m/s (TCVN Theo 33:2006: v = 1,5 - 2 m/s) Tiết diện ống dẫn nước đến bể lọc là: Srửa = Đường kính ống dẫn nước đến bể rửa lọc là: Chọn ống dẫn nước rửa có đường kính 600mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước chính: v = Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,3 m thì số ống nhánh của 1 bể lọc là: (ống nhánh) Lấy n = 52 (ống nhánh) Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh: Chọn đường kính ống nhánh dn = 75 mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh là:vn = 2(m/s) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống, tổng diện tích lỗ tính được là : Chọ lỗ có đường kính 12 mm , diện tích lỗ sẽ là : Tổng số lỗ sẽ là: lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là :(lỗ) Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành hai hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng 1 góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang, số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: 19/2 = 10 (lỗ) Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là: (0,525 : đường kính ngoài của ống gió chính(m)) Tính định hệ thống dẫn gió rửa lọc Chọn cường độ gió là: Wgió = 15 m/s thì lưu lượng gió tính toán là: Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 17 m/s ( m/s) đường kính ống gió chính như sau: Số ống nhánh lấy bằng 32 ống Lượng gió trong 1 ống sẽ là : Đường kính ống gió nhánh là : Đường kính ống gió chính là 200mm diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính sẽ là : Tổng diện tích các lỗ lấy băng 40% diện tích tiết diện ngang ống gió chính (quy phạm là 35 - 40%) ωgió= 0,4 x 0,0314=0,01256m2 . Chọn đường kính lỗ gió là 3mm (quy phạm là 2 – 5 mm) diện tích 1 lỗ 1 lỗ gió là: flỗ gió tổng số lỗ gió sẽ là : (lỗ) số lỗ trên 1 ống gió nhánh là: (lỗ) Khoảng cách giữa các lỗ: (0,22 : Đường kính ngoài của ống gió chính; lỗ gió trên mỗi ống nhánh đặt thành hai hàng so le và nghiêng 1 góc 450 so với trục thẳng đứng của ống ) Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc Bể có chiều rộng là 4 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 = 4/2 = 2 m (Theo TCVN 33:2006: d£ 2,2m) Lượng nước rửa thu vào mỗi máng qm = Wn.d.l (l/s) Trong đó: Wn = 14 l/s.m3( cường độ rửa lọc) d: khoảng cách giữa các tim máng , d = 2(m) l: chiều dài của máng l = 7 m qm = 14 x 2 x 8 = 224 (l/s) = 0,224(m3/s) Chiều rộng máng tính theo công thức Trong đó: qm: lưu lượng nước rửa tháo qua máng a: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật với ½ chiều rộng máng, lấy a =1 k: hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác k = 2,1 Chiều cao phần máng hình chữ nhật là: Vậy chọn chiều cao máng thu nước là hcn = 0,3m chiều cao của đáy tam giác Độ dốc của máng lấy về phía máng nước tập trung là i = 0,01; chiều dày thành máng là dm = 0,08 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa Hm = hcn + hd + dm = 0,3 + 0,2 + 0,08 = 0,58 (m) Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức: Trong đó L: chiều cao lớp vật liệu lọc L = 0,8 m e: độ giãn nở tương đối ở lớp vật liệu lọc (bảng 4-5) e = 45% Theo quy phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu 0,07 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước là: Hm = 0,68 m Vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 8 m Chiều cao ở máng tập trung là: 0,68 + 0,018 = 0,76 (m) Vậy DHm sẽ phải lấy bằng: DHm = 0,07 + 0,76 = 0,83 (m) Nước rửa lọc từ máng thu nước tập trung. Khoảng cách từ đáy máng thu đến máng tập trung xác định theo công thức Trong đó : qm: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước qm = 0,462 = 0,92m3/s : chiều rộng của máng tập trung = 0,7m (Theo TCVN 33:2006: chiều rộng máng tập trung không nhỏ hơn 0,6 m) g = 9,81 m/s2 gia tốc trọng trường Tính toán số chụp lọc Sử dụng loại chụp lọc có đuôi dài, có khe rộng 1mm Chọn 36 chụp lọc trên 1m2 sàn công tác (Theo TCXDVN 33:2006) Tổng số chụp lọc trong một bể là: (cái) Lưu lượng nước đi qua 1 chụp lọc Lưu lượng gió đi qua 1 chụp lọc Tổn thất áp lực qua chụp lọc: Trong đó V: tốc độ chuyển động của nước hoặc hỗn hợp nước và gió qua khe hở của chụp lọc ( lấy không nhỏ hơn 1,5m/s) : hệ số lưu lượng của chụp lọc. Đối với chụp lọc khe hở =0,5 Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: Trong đó: V0:tốc độ nước chảy ở đầu ống chính ; v0 = 1,91 (m/s) Vn: tốc độ chảy ở đầu ống nhánh; vn = 1,99(m/s) g: gia tốc trong trường; g =9,81 (m/s2) ξ ; hệ số sức cản ; Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: Ls: chiều dày của lớp sỏi đỡ: 0,8 m W: cường độ rửa lọc W = 14 (l/s.m2) Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc Ứng với kích thước hạt d= mm; a = 0,76; b = 0,017 (Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung) e: độ giãn nỡ tương đối của lớp vật liệu lọc e = 0,45 L: chiều dày lớp cát lọc L = 0,8 hvl = (0,76 + 0,017.14).0,8.0,45 = 0,359 m Áp lực phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2 m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc: chọn máy bơm rửa loạc và bơm gió rửa lọc : Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức: Trong đó : Ht = 8,5 (m) Hhh :là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép Máng thu nước rửa (m) 4: chiều sâu mức nước trong bể chứa (m) 3,5 :độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2: chiều cao lớp nước trong bể lọc 0,71 : khoảng cách từ lớp vật liệu lọc cho đến máng (m) Hô : tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) Giả sử chiều dài ống dẫn nước rửa lọc là l = 100(m). Đường kính ống dẫn nước rửa lọc D = 500(mm), Qr = 517 (l/s). Tra bảng được 1000i = 16,3. Vậy hô = i.l = 0,0163 x 100 =1,63(m) Hcb: tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa xác định theo công thức : Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau: 2 cút 90, 1 van khóa , 2 ống ngắn. Vậy: Với Qr = 517 (l/s), Hr = 17,14 (m) chọn máy bơm rửa lọc phù hợp.Ngoài 1 máy bơm rửa lọc công tác, phải chọn 1 máy bơm dự phòng. Với Qgio =0,554(m3/s), Hgio = 3 (m) thì sẽ chon dược máy bơm phù hợp. Tỉ lệ lượng nước rửa so với lượng nước vào bể loc tính theo công thức : Trong đó: (giờ) (giờ) Tính bơm nước rửa lọc Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức: Hr = hhh + ho+ht+ hcb hhh: độ cao hình học từ cột mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m) hhh = 4 + 3,5 – 2 + 0,61 = 6,11 m 4: chiều sâu mực nước trong bể chứa (m) 3,5: độ chênh lệch mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2: chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,61: khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) ho: tổn thất áp lực đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) Giả sử chiều dài của ống dẫn nước rửa lọc l = 100 m, đường kính ống rửa lọc d=500m; Qr = 196 l/s; 1000i = 32,8 ho = il = 0,0328 m hcb: tổn thất áp lực cục bộ nơi nối ống và van khoá Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có: 2 cút 900, 1 van khoá, 2 ống ngắn Hcb = 0,8 (m) Hr = 6,21 + 3,28 + 8,5 + 0,8 = 18,8(m) Công suất bơm = 100 kW h: hiệu suất chung của bơm, h = 0,7 Chọn bơm rửa lọc có công suất 100 kW, với lưu lượng là 1411 m3/h và cột áp là 18 m Tính bơm khí rửa lọc Bơm khí dùng rửa lọc được tính toán dựa trên các yêu cầu sau: Cột áp của bơm được tính theo công thức H = h1 + h2 + h3 Trong đó: h1: cột áp để khắc phục tổn thất áp lực chung trong ống dẫn khí tính từ máy thổi khí đến bể lọc. h2: cột áp để khắc phục cột nước và lớp cát lọc trên lỗ phân phối gió h3: cột áp để khắc phục tổn thất từ hệ thống phân phối đến mép máng thu nước rửa lọc Chọn h1 = 1 m Tính h2: h2 = g´ H1 + H2 Với: γlà trọng lượng riêng của cát H1 là chiều cao lớp cát H2 là chiều cao lớp nước từ mặt lớp vật liệu lọc đến mép máng Ta có g = 2,6, H1 = 0,8 m H2 = 0,8 m h2 = 2,6´ 0,8 + 0,8= 2,88 m Chọn h3bằng chiều cao lớp nước từ ống phân phối đến mép máng thu nước rửa, h3 = 2 m vậy cột áp cần thiết của bơm gió rửa lọc là: H = 1 + 2,88 + 2 = 5,88 m Chọn bơm khí rửa lọc có cột áp là 6 m, với lưu lượng là 0,5 m3/s Bể thu hồi nước rửa lọc Ống thu nước rử lọc từ bể chứa ra ống xi phông đồng tâm: Lưu lượng thu nước lọc của 1 bể là: Đường kính ống từ 1 bể ra xi phông đồng tâm, chọn d = 0,15m Vận tốc nước chảy trong ống: Thiết bị xi phông: Đường kính ống xi phông đồng tâm: Nước qua xi phông ra mương chứa nước sạch, từ đó nước được dẫn về bể chứa Ống dẫn nước tới bể chứa Với v = 1m/s, q = 0,097m3/s, chọn d = 350mm 3.6. CÔNG TRÌNH TÔI VÔI Thể tích bể hòa trộn: Kích thước rọ tôi vôi: Trong đó mr:lượng vôi chứa trong rọ(thường từ 50 – 80kg) : khối lượng riêng của vôi,1200kg/m3 Lượng vôi nguyên chất cho vào nước là 50mg/l Liều lượng thị trường cần dùng lấy bằng 1,25 lần lượng vôi nguyên chất. Nên lượng vôi thị trường cần dùng: Lượng vôi cần thiết trong 1giờ: Chọn khoảng cách giữa 2 lần hòa trộn là 8h Lượng vôi cần dùng trong 8h: Số rọ cần thiết cho 1 lần hòa trộn: (rọ) Rọ được làm bằng thép không rỉ, đáy rọ được đan bằng lưới thép 5 x 5 mm. Thời gian tôi 1 mẻ là 10 phút, thời gian đưa vôi vào là 5 phút. Vậy mỗi mẻ tôi cần 15 phút. Sau 3 lần tôi nên xả cặn trong rọ ra ngoài. Thời gian cần để tôi hết 7 rọ vôi: t = 7 x 15 = 105 phút = 1,75 giờ 3.7 KHỬ TRÙNG NƯỚC Liều lượng clo khử trùng lấy bằng 1mg/l =10-3kg/m3(Theo TCVN 33:2006: lượng clo 0,7 – 1 mg/l) Lượng clo cần dùng trong 1 giờ Trong đó: Q: Lưu lượng nước xử lí (m3/h) a: liều lượng clo hoạt tính (lấy theo tiêu chuẩn TCVN 33:2006). Lượng nước tính toán để cho clorator làm việc lấy bằng 0,6 m3 cho 1kg clo (Theo TCXDVN 33:2006) Lưu lượng nước cấp cho trạm clo: Đường kính ống nước Chọn đường kính ống d = 10 (mm) Liều lượng clo cần thiết dùng để khử trùng trong một ngày là: Lượng clo dự trữ đủ dùng trong 30 ngày m = 30 x 8,4 = 252 (kg) Đường kính ống dẫn clo Lưu lượng giây lớn nhất của clo lỏng (m3/s) Vận tốc đường ống: v = 0,8m/s(theo TCVN 33:2006) Vậy =26mm<80mm 3.8 BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH Dung tích của bể chứa Wbc = Wđh + W3hcc+Wbt ( m3) Trong đó: Wđh: Dung tích phần điều hoà của bể chứa, Wđh = 15% Qngày đêm =15% x 40.000 = 6000 (m3) W3hcc : Nước cần cho việc chữa cháy trong 3 giờ. Chọn lưu lượng 1s chữa cháy la 25(l/s) W3hcc n: số đám cháy xảy ra đồng thời, n=2 qcc: tiêu chuẩn nước chữa cháy (m3). qcc= 15 (l/s) (khoảng 20000 dân) Wbt: Lượng nước dự trữ cho bản thân trạm xử lý(m3) Wbt = Wbc = Wđh + W3hcc+Wbt = 6000 + 324 + 2400 = 8724( m3) Wbc = 3.9 TRẠM BƠM CẤP 2 Trong trạm bơm cấp 2 gồm : 1 máy bơm chân không : bơm gió tới bể lọc để rửa lọc. 1 máy bơm hướng trục : bơm nước tới bể lọc để rửa lọc. 2 máy bơm ly tâm hướng trục : 1 máy bơm nước từ bể chứa ra mạng lưới, 1 máy bơm dự phòng. 3.10 GIẾNG KHOAN Giếng khoan ở tầng sâu 50m. Có 1 bơm chìm để tập trung đưa nước từ giếng khoan vào đường ống truyền tải. Có tụ điện bên trong nhà điều khiển giếng, có đồng hồ đo lưu lượng, đồng hồ đo áp lực Người ta đưa sỏi xuống giếng để lọc sơ trước khi nước đi vào giếng CHƯƠNG 4: CAO TRÌNH CÁC CÔNG TRÌNH TRONG TRẠM XỬ LÝ Tổn thất áp lực qua từng công trình đơn vị (bao gồm tổn thất qua các ống dẫn ) được ước tính như sau: Tổn thất qua dàn mưa : 0,5m Tổn thất qua bể trộn : 0,7m Tổn thất qua bể lắng : 0,5m Tổn thất qua bể lọc : 4m Vậy tổn thất trong toàn bộ hệ thống xử lí là : Σ H = 0,5 + 0,7 + 0,5 + 4 =5,7 m Như vậy khoảng cách tối thiểu từ sàn thu nước trên dàn mưa đến ống dẫn ra bể lọc là : 5,7 m. Các bể chứa sử dụng đều chôn ngầm dưới đất ,cốt mực nước cao nhất trong các bể chứa bằng cốt mặt đất. Vậy ta chọn độ cao sàn thu nước trong dàn mưa so với cốt mặt đất là 5,7 m. cốt mặt nước trong từng công trình được liệt kê như sau : Cốt mặt nước trong sàn thu của dàn mưa : 5,7m Cốt mặt nước trong bể trộn : 5,3m Cốt mặt nước trong bể lắng : 4,5m Cốt mặt nước trong bể lọc: 4m Từ cốt mặt nước trong các công trình ta biết được côt đỉnh và đáy các công trình dựa vào các tính toán chi tiết và các công trình ở trên. TÀI LIỆU THAM KHẢO TS.Trịnh Xuân Lai – Cấp nước tập 2. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2002 PTS.Nguyễn Ngọc Dung – Xử lý nước cấp. Nhà xuất bản xây dựng 1999 Tiêu chuẩn ngành – cấp nước mạng lưới bên ngoài và công trình. Tiêu chuẩn thiết kế TCXD – 33:2006