Đồ án Xử lý nước cấp cho khu dân cư 5000 dân sử dụng từ nguồn nước mặt

và thu thập các phương án xử lý nước cấp hiện nay. Đồ án gồm 4 chương: Chương I: Tổng quan về nước cấp Chương II: Tổng quan về các phương án xử lý nước cấp Chương III: Lựa chọn các phương án xử lý nước cấp tính toán công trình đơn vị Chương IV: Kết luận và kiến nghị Nội dung của đồ án chủ yếu cung cấp các phương án xử lý nước cấp sử dụng từ nguồn nước mặt, các phương án thiết kế, tính toán các công trình đơn vị và trạm xử lý nước. Trong quá trình làm đồ án, không tránh khỏi có những sai sót. Rất mong có sự đóng góp ý kiến của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô. Ý kiến xin gửi về địa chỉ email: www.nhdanh318@gmail.com Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Danh MỤC LỤC Lời nói đầu: 1 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP 4 I. GIỚI THIỆU CHUNG 4 I.1. Nước mặt 4 I.2. Nước ngầm 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP ….. 9 CÔNG TRÌNH THU VÀ VẬN CHUYỂN 9 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ BẢN 9 II.1. Phương pháp cơ học 9 II.2. Biện pháp hóa học: 11 II.3. Biện pháp lý học: 14 Một số công nghệ xử lý nước cấp ở Việt Nam ..15 CHƯƠNG III. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 17 I. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 17 II. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 17 II.1 Phương án 1 20 II.2 Phương án 2 21 III. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 21 IV. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ THIẾT BỊ 24 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 45 Phụ lục: DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Nước mặt 4 Hình 1.2 tình trạng thiếu nước 6 Hình 2.1 Bể lắng sơ bộ 10 Hình 2.1 Song chắn rác 10 Hình 2.3 Làm thoáng 12 Hình 3.1 Bể lắng đứng 23 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 đặc tính của nước mặt và nước ngầm .8 Bảng 3.1 Thông số nước thải đầu vào và chỉ tiêu chất lượng nước 19 Bảng 4.1 Thông số thiết kế bể bể trộn cơ khí 26 Bảng 4.2 Thông số ống nhựa HDPE của công ty Thuận Phát 30 Bảng 4.3 Thống số thiết kế bể lắng đứng 32 Bảng 4.4 Thông số thiết kế bể lọc nhanh. 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP. I. GIỚI THIỆU CHUNG. Việt Nam là một nước nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, thuộc phía Đông của bán đảo ĐÔNG DƯƠNG, do chịu ảnh hưởng của nhiệt đới gió mùa nên Viêt Nam có lượng mưa khá cao. Lượng mưa này, ngoài phần bốc hơi sẽ là nguồn cung cấp cho nước ngầm và hình thành dòng chảy bề mặt của các sông, suối…  Nước trong tự nhiên thường được chia thành bốn nhóm: -  Nước mưa -  Nước mặt -  Nước ngầm -  Nước trong không khí, đá, đất và các sinh vật sống I.1 Nước mặt. Hiện trạng nước mặt Việt Nam: Tài nguyên nước mặt của nước ta tương đối phong phú, chiếm khoảng 2% tổng lượng dòng chảy của các sông trên thế giới, trong khi đó diện tích đất liền nước ta chỉ chiếm khoảng 1,35% của thế giới. Tuy nhiên, một đặc điểm quan trọng của tài nguyên nước mặt là những biến đổi mạnh mẽ theo thời gian (dao động giữa các năm và phân phối không đều trong năm) và còn phân bố rất không đều giữa các hệ thống sông và các vùng Hình 1.1 Nước mặt Vấn đề ô nhiễm và cạn kiệt và nhu cầu dùng nước tăng lên mạnh mẽ: Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội và sự gia tăng dân số, nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt, sản xuất công nông nghiệp sẽ tăng lên mạnh mẽ trong tất cả các vùng. Theo kết quả đánh giá năm 1999, tổng lượng nước cần dùng của cả nước chiếm khoảng 8,8% tổng lượng dòng chảy năm tương ứng với tần suất 75%, tăng lên tới 12,5% vào năm 2000 và 16,5% vào khoảng năm 2010. Tổng lượng nước dùng để tưới cho cây trồng khá lớn, từ 41 km3 (chiếm 89,8%) năm 1985, tăng lên 46,9 km3 (năm 1990) và 60 km3 năm 2000 (chiếm 85%). Lượng nước cần dùng trong mùa cạn rất lớn, nhất là lượng nước dùng cho nông nghiệp. Tổng lượng nước cần dùng trong mùa cạn năm 2000 đạt tới 70,7 km3, chiếm khoảng 42,4% tổng lượng nước có khả năng cung cấp trong mùa cạn (bao gồm nước sông, nước dưới đất và nước do các hồ chứa điều tiết), hay 51% tổng lượng dòng chảy mùa cạn tương ứng với tần suất 75%. Vào khoảng năm 2010, tổng lượng nước cần dùng trong mùa cạn có thể tới 90 km3, chiếm khoảng 54% tổng lượng nước có thể cung cấp hay 65% tổng lượng dòng chảy trong mùa cạn tương ứng với tần suất 75%. Đặc biệt, ở không ít vùng và lưu vực sông, lượng nước cần dùng có thể gấp vài lần tổng lượng nước có thể cung cấp, tức là chẳng những vượt quá xa ngưỡng lượng nước cần có để duy trì sinh thái mà còn không có nguồn nước tại chỗ để cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất. Sự gia tăng dân số và các hoạt động của con người sẽ ngày càng tác động mạnh mẽ đến môi trường tự nhiên nói chung và môi trường nước nói riêng. Những hoạt động tự phát, không có quy hoạch của con người như chặt phá rừng bừa bãi, canh tác nông lâm nghiệp không hợp lý và thải chất thải bừa bãi vào các thuỷ vực... đã và sẽ gây nên những hậu quả rất nghiêm trọng, làm cho nguồn nước bị cạn kiệt, bị ô nhiễm, hạn hán có khả năng càng khốc liệt. Nguy cơ thiếu nước sạch càng trầm trọng, nhất là vào mùa cạn ở các vùng mưa ít. Hình 1.2 : tình trạng thiếu nước Vì vậy, cần có các giải pháp quản lý, khai thác và bảo vệ tốt tài nguyên nước. Trước hết, cần phải củng cố, bổ sung mạng lưới điều tra quan trắc tài nguyên nước, bao gồm cả nước mặt và nước dưới đất, cả lượng và chất, hình thành mạng lưới quan trắc điều tra tài nguyên nước thống nhất trong phạm vi cả nước, tiến hành kiểm kê đánh giá tài nguyên nước trong các lưu vực sông, các vùng và toàn lãnh thổ. Trên cơ sở kiểm kê đánh giá tài nguyên nước và cân bằng kinh tế nước mà xây dựng chiến lược, chính sách phát triển bền vững tài nguyên nước quốc gia nói chung và cho các lưu vực nói riêng. Cần thực hiện nghiêm chỉnh Luật Tài nguyên Nước và đẩy mạnh hoạt động của Hội đồng Tài nguyên Nước Quốc gia và Ban quản lý lưu vực các sông. Thành phần, tính chất: Việt Nam có hơn 2000 con sông lớn dọc từ Bắc vào Nam đều bắt đầu từ nước ngoài, vì thế có tính phụ thuộc cao (về sự phát triển Kinh tế - Xã hội, ô nhiễm, phá rừng…). Một số thành phần và tính chất có trong nước mặt như: Có nhiều chất hòa tan, chủ yếu là ôxi và có ý nghĩa rất quan trọng Chất rắn lơ lững. chất hữu cơ do vi sinh vật bị phân hủy, rong tảo, thực vật nổi, động vật nổi, các vi sinh vật ( vi trùng và virut, vi khuẩn,…). Các hóa chất hòa tan dưới dạng ion và phân tử, có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ. Các chất rắn lơ lửng hoặc huyền phù dạng hữu cơ hoặc vô cơ. Chỉ tiêu đánh giá: để đánh giá chỉ tiêu về chất lượng nước như sau: Chỉ tiêu vật lý : nhiệt độ, độ màu, độ đục, mùi vị, pH, độ nhớt, tính phóng xạ, độ dẫn điện (EC),… Chỉ tiêu hóa học : nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD), lượng oxy hòa tan (DO), độ cứng, độ kiềm toàn phần, hàm lượng H2S, Cl- , SO42-, PO43-, F- ,I-, Fe2+, Mn2+, các hợp chất nitơ, các hợp chất axit cacbonic Chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut . I.2 Nước ngầm. Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hỏng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích hoặc do thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài trăm mét. 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 hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các tạp chất hữu cơ. So sánh đặc tính nước mặt và nước ngầm: Bảng 1.1: Đặc tính của nước mặt và nước ngầm STT ĐẶC TÍNH NƯỚC MẶT NƯỚC NGẦM 1 Nhiệt độ Thay đổi theo mùa Tương đối ổn định 2 Độ đục Thay đổi theo mùa Ít hoặc không thay đổi 3 Độ màu Gây ra do đất séc, các chất lơ lững, rong tảo và do nước thải Thường thì không màu, độ màu gây ra do có chứa các chất cửa acid humic 4 Độ khoáng hóa Thay đổi phụ thuộc vào nền đất, mưa… Không thay đổi 5 Sắt và mangan Thường không có hoặc chỉ hiện diện với hàm lượng thấp Thường có mặt với các hàm lượng khác nhau 6 C02 xâm thực Không có Có với ham lượng lớn 7 Ôxi hòa tan Thường xuyên có, đôi khi nhỏ hoặc không có do ô nhiễm Không có 8 Vi sinh vật Nhiều loại vi trùng, virut gây bệnh và tảo. Chủ yếu là các vi trùng do sắt gây ra 9 H2S Không có Thường có 10 SiO2 Có ở nồng độ trung bình Thường có ở nồng độ cao 11 NO3- Thường rất thấp Có ở nồng độ cao, do bị nhiễm bởi phân bón hoá học CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC I. CÔNG TRÌNH THU VÀ VẬN CHUYỂN NƯỚC: Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn nước. Công trình thu nước mặt có các dạng kết hợp hoặc phân ly, thu nước sát bờ bằng cửa thu hoặc thu nước giữa dòng bằng ống tự chảy, xiphông. Công trình thu nước ngầm thường là giếng khoan, thu nước từ nguồn nước ngầm mạch sâu có áp. Chọn vị trí công trình thu nước dựa trên cơ sở đảm bảo lưu lượng, chất lượng, độ ổn định, tuổi thọ công trình và thuận tiện cho việc bảo vệ vệ sinh nguồn nước Công trình vận chuyển: Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử lý nước. Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nước, có trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài kilomet thậm chí hàng chục kilomet. Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công trình thu hoặc xây dựng riêng biệt. Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửa thu và ống tự chảy, ống xiphông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn nước cao hơn cao độ ở trạm xử lý. Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có áp lực cao, bơm nước từ giếng khoan đến trạm xử lýs II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ BẢN II.1. Phương pháp cơ học: .Hồ chứa và lắng sơ bộ: Chức năng của hồ chứa và lắng sơ bộ nước thô (nước mặt) là: tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tự làm sạch như: lắng bớt cặn lơ lửng, giảm lượng vi trùng do tác động của các điều kiện môi trường, và làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa dòng chảy từ nguồn nước vào và lưu lượng tiêu thụ do trạm bơm nước thô bơm cấp cho nhà m-1áy xử lý nước Hình 2.1: Bể lắng sơ bộ Song chắn rác: Song chắn và lưới chắn đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu làm nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý. Hình 2.2. Song chắn rác Bể lắng cát: Nhiệm vụ của bể lắng cát là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,5; để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể tạo bông và bể lắng. Lắng: Bể lắng có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. Lọc: Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của các đối tượng dùng nước. Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước. II.2. Biện pháp hóa học: Làm thoáng Bản chất của quá trình làm thoáng là hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa sắt hóa trị II, mangan hóa trị II thành sắt hóa trị III, mangan hóa trị IV tạo thành các hợp chất hydroxyl sắt hóa trị III và hydroxyl mangan hóa trị IV Mn(OH)4 kết tủa dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng, lọc. Có hai phương pháp làm thoáng: Đưa nước vào trong không khí: cho nước phun thành tia hay thành màng mỏng chảy trong không khí ở các dàn làm thoáng tự nhiên, hay cho nước phun thành tia và màng mỏng trong các thùng kín rồi thổi không khí vào thùng như ở các dàn làm thoáng cưỡng bức. Đưa không khí vào nước: dẫn và phân phối không khí nén thành các bọt nhỏ theo dàn phân phối đặt ở đáy bể chứa nước, các bọt khí nổi lên, nước được làm thoáng. Hỗn hợp hai phương pháp trên: làm thoáng bằng máng tràn nhiều bậc và phun trên mặt nước. Hình 2.3. làm thoáng Clo hóa sơ bộ: Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc. Clo hóa sơ bộ có tác dụng tăng thời gian khử trùng khi nguồn nước 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, ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc. Keo tụ - tạo bông : Quá trình keo tụ tạo bông cặn dùng để khử các chất lơ lửng, chất phân tán dạng keo trong nước thải.Các hạt keo lơ lửng có kích thước khoảng từ 10-8cm đến 10-7cm, nếu không có hóa chất keo tụ không thể loại bỏ các hạt keo này ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng lọc thông thường. Chất Trợ Keo Tụ: Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O). Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Khử trùng: 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. Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau: Cl2 + H2O HOCl + HCl Hoặc có thể ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra như sau: Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl +2HOCl 2H+ + 2OCl- Dùng ozone để khử trùng: Ozone là một chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người. Ơ trong nước, ozone phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử. 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. Muối sắt và muối nhôm: Các muối sắt được sử dụng làm chất keo tụ có nhiều ưu điểm hơn so với các muối nhôm do: Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp; Có khoảng giá trị pH tối ưu của môi trường rộng hơn; Có thể khử mùi H2S. Tuy nhiên, các muối sắt cũng có nhược điểm là tạo thành phức hòa tan có màu do phản ứng của ion sắt với các hợp chất hữu cơ. Quá trình keo tụ sử dụng muối sắt xảy ra do các phản ứng sau: FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 = HCl+Fe2(SO4)3 + 6H2O+Fe(OH)3 + 3H2SO4 Trong điều kiện kiềm hóa: 2FeCl3 + 3Ca(OH)2 = Fe(OH)3 + 3CaCl2+FeSO4 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 II.3. Biện pháp lý học Dùng các tia vật lý để khử trùng nước như tia tử ngoại, sóng siêu âm. Điện phân nước biển để khử muối. Khử khí CO2 hòa tan trong nước bằng phương pháp làm thoáng. Khử trùng bằng phương pháp nhiệt Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền. Đun sôi nước ở nhiệt độ 1000C có 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 trơ. Khử trùng bằng ion bạc Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2 – 10 ion 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. Ngoài ra còn có một số phương án xử lý đặc biệt: Khử mùi bằng làm thoáng :dựa trên nguyên tắc các công trình làm thoáng có thể làm bay hơi các loại khí gây mùi cho nước và đồng thời ôxi hóa các chất có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ gây mùi. Các công trình làm thoáng khử mùi cũng tương tự như các công trình làm thoáng để khử sắt như: dàn mưa, phun mưa, bể làm thoáng cưỡng bức… Khử Flo trong nước : trong nước ăn uống sinh hoạt, nếu hàm lượng Flo lớn hơn giới hạn cho phép, sẽ gây ra hỏng men răng. Vì vậy phải khử bớt Flo trong nước. Phương pháp này áp dụng khi nước có hàm lượng cặn trước khi đi vào bể lọc 8mg/l, tổng hàm lượng muối 1000mg/l. Hạt vật liệu hấp phụ có d = 2- 3 mm, chiều dày lớp vật liệu hấp phụ trong bể lọc áp lực lấy như sau : Hvl = 2m khi hàm lượng Flo trong nước đến 5mg/l; Hvl = 3m khi hàm lượng Flo từ 8 -10 mg/l. Trong bể lọc hở : khi hàm lượng Flo đến 5mg/l thì Hvl = 2m, khi hàm lượng Flo từ 8 -10mg/l thì Hvl = 2,5m III. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Ở VIỆT NAM Sau đây là một số dây chuyền công nghệ xử lý nước ăn uống, sinh hoạt từ nguồn nước mặt được sử dụng phổ biến ở Việt Nam,hiện nay. Sơ đồ 1 : Bể trộn Bể phản ứng Lọc nhanh Bể chứa nước sạch Từ trạm bơm cấp I Hóa chất keo tụ Bể lắng Chất khử trùng Sơ đồ 2 : Từ trạm bơm cấp I Bể trộn Bể lọc tiếp xúc Bể lắng trong có lớp cặn lơ lững Bể chứa nước sạnh Chất khử trùng Chất keo tụ- kiềm hóa ( theo Trường ĐH Kiến Trúc Hà Nội, Ts. Nguyễn Ngọc Dung ) Thuyết minh sơ đồ công nghệ : Sơ đồ 1: Nước mặt từ nguồn ( sông, suối, ao, hồ….) được trạm bơm cấp I, đưa qua bể trộn để hòa tan hóa chất keo tụ, sau đó được đưa sang bể phản ứng nắm trong bể lắng để hoàn thành quá trình keo tụ tạo điều kiện thuận lợi cho bể lắng thực hiện quá trình lắng, tiếp đến nước được đưa sang bể lọc nhanh để làm trong triệt để và cuối cùng chuyển sang bể chứa nước sạnh trên đường đi đến bể chứa nước sạch là giai đoạn khử trùng. Sơ đồ 2 : Nước mặt từ nguồn ( sông, suối, ao, hồ….) được trạm bơm cấp I, đưa qua bể trộn để hòa tan hóa chất keo tụ, sau đó được đưa sang bể lắng trong có lớp cặn lơ lững tại đây thực hiện quá trình lắng cà cuối giai đoạn làm trong triệt để là quá trình lọc tại bể lọc tiếp xúc trước khi, được khử trùng và đưa đến bể chứa nước sạch. Phạm vi sử dụng của mỗi loại sơ đồ dây chuyền công nghệ trình bày trên đây lấy theo tiêu chuẩnTCXD 33: 2006. Căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng của từng loại nguồn nước, có thể có biện pháp xử lý hóa học khác nhau, kết hợp với biện pháp xử lý cơ học để có thể tạo nên một sở đồ dây chuyền xử lý nước cho phù hợp. Thành phần các công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý nước có thể lấy theo tiêu chuẩn TCXD 33: 2006. CHƯƠNG III: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ I. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC MẶT Lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước, yêu cầu chất lượng nước cấp và công suất trạm nước cấp cần xử lý. Hơn nữa, chất lượng của nguồn nước có thể thay đổi theo vị trí (điểm lấy nước cấp) và thời gian (các mùa trong năm), do vậy công nghệ xử lí nước và quá trình vận hành cũng sẽ thay đổi theo tính chất của nguồn nước thô. Như vậy cần biết được chất lượng nước thô, so sánh với yêu cầu chất lượng nước sau xử lý để có thể lựa chọn công nghệ xử lý nước phù hợp, đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể, chọn hóa chất và tính toán liều lượng hóa chất cần dùng, tối ưu hóa điều kiện vận hành cho từng công đoạn và sắp xếp các bước xử lý cho phù hợp. Các chất bẩn có mặt trong nước với kích thước rất khác nhau, ứng với mỗi khoảng kích thước hạt cần có những biện pháp xử lí phù hợp. Để có được sự lựa chọn phù hợp nhất cho quá trình xử lí cần phân tích chất lượng nước thô để xác định kích thước của các hạt có trong nguồn nước thô. Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và chất lượng nước sau xử lí để quyết định cần tách gì ra khỏi nước, chọn thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lí cụ thể, chọn hóa chất và liệu lượng hóa chất cần dùng, tối ưu hóa các điều kiện vận hành cho từng bước xử lí và sắp xếp các bước cho thật hợp lí. II. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Giả sử, thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước mặt cho khu dân cư trong đô thị loại I khoảng 5000 dân. Tính theo tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt TCXD 33 : 2006 Trong đó: qtc: tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt lấy theo TCXD 33:2006 ( 200 L/người) N: số dân tính toán ứng với tiêu chuẩn cấp nước f: tỷ lệ dân được cấp nước lấy theo TCXD 33:2006 ( 100% ) D : Lượng nước tưới cây, rữa đường, dịch vụ đô thị, khu công nghiệp, thất thoát, nước cho bản thân nhà máy xử lý nước được tính theo bảng 3.1 trong tiêu chuẩn TCXD 33: 2006 và lượng nước dự phòng cho phát triển công nghiệp, dân cư và các lượng nước khác chưa tính được cho phép lấy them 5- 10% tổng lưu lượng nước cho ăn uống sinh hoạt của điểm dân cư; Khi có lý do xác đáng được phép lấy them không quá 15% Lượng nước cấp cho sinh hoạt: Lượng nước phục vụ công cộng: Lượng nước dịch vụ đô thị: Lượng nước khu công nghiệp: 0 m3 Lượng nước thất thoát: Lượng nước dùng cho nhà máy xử lý nước: Lưu lượng nước dự phòng : Vậy lưu lượng nước ngày trung bình : Trong đó: Hệ số dùng nước không điều hòa ngày kể đến cách tổ chức đời sống xã hội, chế độ làm việc của các cơ sở sản xuất, mức độ tiện nghi, sự thay đổi nhu cầu dùng nước theo mùa cần lấy như sau: kngaymax=1,1-1,2 ; kngay min =0,8-0,9.( áp dụng cho đô thị loại I) Chất lượng nước đầu vào như sau Bảng 3.1. Thông số chất lượng nước đầu vào và chỉ tiêu STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ Giá trị QCVN01:2009/BYT 1 pH - 6,7 6,5-8,5 2 Chất rắn lơ lững(SS) mg/L 230 - 3 Độ đục NTU 250 2 4 Độ màu Pt- co 150 15 5 Độ kiềm mg CaCO3/L 60 - 6 Sắt tổng cộng mg/L 0,05 0,3 7 Độ cứng tính theo CaCO3 mg/L 103 300 8 Colifom tổng số Vi khuẩn/100ml 6 0 Nhận xét với chất lượng nguồn nước mặt như trên ta thấy: thì hệ thống xử lý chủ yếu là chất rắn lơ lững, độ đục, độ màu, và colifom tổng số. Công nghệ được đề xuất sẽ được quan tâm : lắng – lọc – khử trùng Lắng – lọc : tức là quá trình làm trong nước bằng cách khử màu, khử đục, được thực hiện trong bể lắng và bể lọc. Trong thực tế để tăng nhanh và nâng cao hiệu quả làm trong nước, người ta thường cho them vào nước chất phản ứng ( phèn nhôm, phèn sắt). Khi đó dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt có them các công trình như bể trộn và bể phản ứng. Khử trùng : chất khử trùng được sử dụng phổ biến hiện nay là các hợp chất clo : clorua vôi, nước javen, clo lỏng được đưa vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa hơặc đưa trực tiếp vào bể chứa. Để khử trùng có hiệu quả phải đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa clo và nước tối thiểu là 30 phút. Ngoài ra có thể dùng ôzon, các tia vật lý ( tia tử ngoại), sóng siêu âm để diệt trùng. II.1. Phương án 1 Nước nguồn – song chắn rác – trạm bơm cấp I – bể trộn cơ khí – bể phản ứng và bể lắng ( bể phản ứng xoáy hình trụ nằm trong bể lắng) – bể lọc nhanh (có hệ thống phân phối nước rữa ngược) – khử trùng – bể chứa nước sạch. Sơ đồ công nghệ: Chất keo tụ Bể lọc nhanh Trạm bơm cấp I Bể phản ứng xoáy hình trụ Bể trộn cơ khí Bể chứa nước sạch Chất kiềm hóa Khử trùng Nước nguồn Song chắn rác Bể lắng đứng Thuyết minh công nghệ: Nước từ nguồn sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các công trình phía sau, thì được trạm bơm cấp I đưa đến bể trộn cơ khí tại đây hóa chất keo tụ và kiềm hóa sẽ được cho vào với liều lượng thích hợp để tạo ra các hạt keo có khả năng dính lại với nhau và dính với các hạt cặn lơ lững có trong nước tạo thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Sau khi trộn nước sẽ được đưa sang bể phản ứng xoáy hình trụ nằm trong bể lắng đứng, có chức năng hoàn thành hết quá trình keo tụ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn đủ lớn và được giữ lại trong bể lắng. Sau đó nước được đưa sang máng phân phối đến bể lọc nhanh, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ để làm trong nước triệt để, trước khi đưa đến bể chứa nước sạch, trên đường đi tới bể là giai đoạn khử trùng để loại bỏ vi sinh vật gây bệnh II.2. Phương án 2: Nước nguồn – song chắn rác - trạm bơm cấp I – bể phản ứng – lọc – khử trùng – bể chứa nước sạch. Chất keo tụ Nước nguồn Bể lắng trong có lớp cặn lơ lững Bể trộn cơ khí Trạm bơm cấp I Song chắn rác Chất kiềm hóa Bể chứa nước sạch Bể lọc nhanh Khử trùng Thuyết minh công nghệ: Nước từ nguồn đi qua sau khi đưa qua song chắn rác để loại bỏ các vật gây hại cho các công trình phía sau, thì được trạm bơm cấp I đưa đến bể trộn cơ khí tại đây hóa chất phản ứng sẽ được hòa tan với nước, sau đó nước được đưa đến bể lắng trong có lớp cặn lơ lững tại đây các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lững và được giữ lại và cuối cùng nước sẽ được làm trong triệt để tại bể lọc nhanh, trên đường đưa nước đến bể chứa nước sạch thì cho hóa chất khử trùng vào để loại bỏ vi sinh vật gây bệnh. III. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ III.1 Đánh giá ưu, nhược điểm của hai phương án Hai phương án trên chủ yếu khac nhau ở quá trình lắng, vì vậy ta sẽ đánh giá hai bể lắng để đề xuất phương án tối ưu hơn. Mô tả một số công trình đơn vị: Phương án 1: Song chắn rác (SCR): Nước thải đưa tới công trình làm sạch trước hết phải qua sông chắn rác.Tại song chắn rác, các tạp chất như rác, gỗ, xơ, bả, giấy, rau, cỏ…được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Ưu điểm : Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt Giữ lại tất cả các tạp vật lớn Nhược điểm : Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn Làm tăng trở lực hệ thống theo thời gian Phải xử lý rác thứ cấp Bể trộn cơ khí: Dùng năng lượng của cánh khấy để tạo ra dòng chảy rối. Việc khuấy trộn thường được tiến hành trong các bể trộn hình vuông hoặc hình tròn với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2 :1. Ưu điểm: Có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn Thời gian khuấy trộn ngắn Dung tích bể nhỏ nên tiết kiệm diện tích, vật liệu xây dựng Nhược điểm : Phải có máy khuấy trộn và các thiết bị cơ khí Đòi hỏi người quản lý vận hành phải có trình độ nhất định Bể lọc nhanh: bao gồm 1 lớp vật liệu lọc hoặc hai hay nhiều lớp vật liệu lọc, vật liệu lọc có thể là cát thạch anh. Thông thường được xử dụng cho dây chuyền xử lý nước mặt có dung chất keo tụ hay trong dây chuyền khử sắt của nước ngầm. Ưu điểm : Tốc độ lọc lớn, nên thời gian lọc nhanh Diện tích xây dựng nhỏ Tận dụng được toàn bộ chiều cao lớp lọc Kỹ thuật đơn giãn Nhược điểm: Hiệu quả lọc không cao Tốc độ nước đi qua lớp vật liệu tương đối lơn nên sức dính kết của nhiều hạt cặn không đủ sức giữ chúng lại Bể lắng đứng: Nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt cặn rơi chiều ngược lại với chiều chuyển động của dòng nước. Hiệu quả xử lý ngoài phụ thuộc vào chất keo tụ, thì còn phụ thuộc vào sự phân bố của dòng nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thì các hạt cặn mới kết dính với nhau được. Bể lắng đứng thường được bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy trụ ( hay còn gọi là ống trung tâm). Hình 3.1 Bể lắng đứng Ưu điểm của bể lắng đứng : thuận tiện cho việc xã cặn, ít tốn diện tích xây dựng, khả năng ứng dụng thực tế cao. Khuyết điểm : chiều cao xây dựng lớn làm tăng giá thành xây dựng, số lượng bể nhiều , hiệu suất thấp. Phương án 2: Bể lắng trong có lớp cặn lơ lững : thường được áp dụng cho công trình có lưu lượng điều hòa hoặc thay đổi dần dần trong phạm vi không quá 15% trong 1 giờ và nhiệt độ nước đưa vào bể thay đổi không quá 1oC trong 1 giờ. Sở dĩ phải có những quy định nghiêm ngặt đó là vì trong lớp cặn lơ lững các hạt cặn lớn lên rồi bị phá vỡ thành những hạt cặn nhỏ hơn, sau đó lại hấp phụ và lớn lên. Để cho hạt cặn lớn lên phải có thời gian, nếu như lưu lượng nước giao động quá lớn hạt cặn chưa đủ lớn sẽ bị cuốn đi. Mặt khác nếu nhiệt độ thay đổi đột ngột, lức liên kết giữa các hạt cặn lơ lững sẽ thay đổi và những bông cặn sẽ biến dạng có khi sẽ bị phá vỡ. Ngoài ra nước trước khi đưa vào bể lắng trong phải qua ngăn tách khí. Nếu không trong quá trình chuyển động từ dưới lên trên, các bọt khí sẽ kéo theo các hạt cặn tràn vào máng thu nước trong làm giảm chất lượng nước sau khi lắng. Ưu điểm của bể lắng trong là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lững của bể lắng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Nhưng nó có nhược điểm có kết cấu phức tạp, chế độ quản lý chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Hiện nay, theo tiêu chuẩn TCXD 33: 2006, bể lắng trong chỉ nên áp dụng cho các trạm xử lý có công suất đến 3000 m3/ ngày đêm. Nhận xét : Qua 2 phương án trên thì ta thấy : Hiệu quả lắng 2 phương án trên chênh lệch không cao Diện tích xây dựng phương án 2 hơn so với phương án 1 .Chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn. Nhưng khả năng ứng dụng vào thực tế không cao, vì chi phí và khả năng vận hành cao, khó khăn. Phương án 1 tuy chiếm diện tích xây dựng nhưng không đáng kể Khả năng vận hành của phương án 1 dễ dàng và ứng dụng thực tế cao Vì vậy ta sẽ chọn phương án 1 để thiết kế và tính toán. IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ VÀ THIẾT BỊ Các công trình được tính toán : Bể trộn cơ khí Bể lắng đứng ( có bể phản ứng xoáy hình trụ ) Bể lọc nhanh. Và một số thiết bị khác Thông số dùng để tính toán các công trình đơn vị: Tổng chất rắn lơ lững ( TSS ) : 230 mg/L Độ màu ( pt- co) : 150 Lưu lượng trung bình của một ngày Qngàymax = 1908,48 (m3/ngày), vậy ta chọn lưu lượng Q = 1900 (m3/ ngày ) = 79,16(m3/h). a. Bể trộn cơ khí : Chọn thời gian lưu nước trong bể trộn t = 60s, ta tính được thể tích bể trộn là: Chọn bể trộn có tiết diện ngang là hình vuông. Tỉ lệ chiều cao : chiều rộng = H : 2B H = 1,8 m B = 0,9 m Tính lại thể tích bể trộn: V bể trộn = H x B x B = 1,8 x 0,9 x 0,9 = 1,458 m Chiều cao bảo vệ : hbv = 0,3 m → Chiều cao thực của bể: h = 2,1 m Ống dẫn nước vào đặt ở phía trên của thành bể trộn, ống dẫn phèn đặt ngay cử ống dẫn vào bể, trước miệng dẫn nước. Nước đi từ trên xuống dưới qua ống dẫn nước ra để qua ngăn phản ứng tạo bông. Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh hướng xuống dưới để đưa nước từ phía trên xuống. Đường kính máy khuấy £ chiều rộng bể. Chọn đường kính D = chiều rộng bể = × 0.9 = 0,45 m = 450 mm. Chiều rộng bản cánh khuấy = đường kính máy khuấy = × 450 = 90 mm. Chiều dài bản cánh khuấy = đường kính máy khuấy = × 450 = 112,5 mm. Chiều cao bản cánh khuấy = 3 cm = 30 mm. Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước trong bể. Chiều cao tấm chắn = chiều cao bể trộn = 2,3 m = 2300 mm. Và chiều rộng tấm chắn = đường kính bể trộn = × 0,9 m = 0,09 m = 90 mm (Xử lí nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của Trịnh Xuân Lai) Tấm chắn đặt cách thành bể 3 cm = 30 mm. Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng h = đường kính cánh khuấy D = 450 mm Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn: P = G × m × V Trong đó: P : năng lượng cần thiết cho khuấy trộn, ( W ) G: gradient vận tốc, ( s ) Thời gian lưu keo tụ: T (giây) G (s-1) 20 1000 30 900 40 790 > 50 700 Thời gian lưu keo tụ = 60s Chọn G = 700 s m : độ nhớt động lực của nước, ( ) Chọn m ( 20 C ) = 0,001 V: Thể tích bể trộn, ( m ) P = 700 × 0,001 × 1,458 = 714,42 J/s Hiệu suất máy khuấy: η = 80% Vậy công suất thực tế của máy khuấy: P = = = 893,025 J/s n = = = 3,3 vòng/s Kiểm tra số Reynold :N = n×r = = 668250 > 10000 Như vậy đường kính máy khuấy và số vòng quay đạt chế độ chảy rối. Bảng 4.1: Thông số tính toán bể trộn cơ khí: STT Tên thông số Số liệu thiết kế Đơn vị 1 Chiều rộng 0,9 M 2 Chiều dài 0,9 M 3 Chiều cao 2,1 M 4 Thể tích (m) 1,485 m3 Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, với thành dày a = 200mm b. Bể lắng đứng (có bể phản ứng xoáy hình trụ) Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng của bể lắng đứng được xác định theo công thức: Trong đó: Q: lưu lượng nước tính toán (m3 /h) vtt: tốc độ tính toán của dòng nước đi lên (mm/s). Ứng với hàm lương cặn nguồn nước là 230mg/l, chọn vtt =0,495mm/s Tốc độ này không được lơn hơn tốc độ lắng của cặn ghi trong bảng 6.9; điều 6.71 [4]. N: Số bể lắng, chọn N = 2 bể β: hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể lấy trong giới hạn 1,3-1,5 (giới hạn dưới tỉ số giữa đường kính và chiều cao bằng 1, giới hạn trên tỉ số này là 1,5). Chọn β= 1,5, ưng với tỉ số D/H = 1,5 Vậy suy ra: Diện tích ngăn phản ứng đặt trong bể được xác định theo công thức: Trong đó: t: thời gian lưu nước trong ngăn phản ứng lấy bằng 15- 20 phút, chọn t = 18 phút. H: Chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng. Chiều cao vùng lắng tùy thuộc vào cao trình của day chuyền công nghệ, có thể lấy từ 2,6-5m. Tỷ số giữa đường kính bể lắng và chiều cao của vùng lắng lấy không quá 1,5. Đường kính bể lắng xác định theo công thức: Vậy tỷ số : đạt yêu cầu ( H= 5m chọn trong phần bể phản ứng xoáy hình trụ). Đường kính ống trung tâm: Thời gian làm việc giữa 2 lần xã cặn có thể xác định theo công thức: (h) Trong đó: Wc: dung tích phần chứa cặn của bể tính bằng công thức: (m3) Với : hn: Chiều cao toàn phần hình nón chứa nén cặn, tính theo công thức: α : Góc nghiêng của phần nón so với mặt phẳng nằm ngang (α = 50o – 55o), chọn α = 50o D: Đường kính của bể lắng (m). d2: Đường kính phần đáy hình nón hoặc chóp (m) lấy bằng đường kính ống xã cặn.( d =150-200mm), chọn d2= 0,2m N: Số bể lắng đứng, lấy theo số bể phản ứng xoáy hình trụ : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, tính bằng g/m3 tùy theo hàm lượng cặn trong nước và thời gian chứa cặn trong bể, .C : Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng, bằng 10-12 mg/l Cmax: Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng( kể cả cặn tự nhiên và lượng hóa chất cho vào nước). Xác định theo công thức : Trong đó: P: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước(g/m3 ), P= 42,91(g/m3 ) K: Hệ số phèn sạch lấy = 0,5 ; Với phèn không sạch = 1,0; Với sắt Clorua = 0,7.( Chọn K= 1,0) M : Độ màu nước nguồn tính bằng độ( thang màu platin- côban). V: Liều lượng vôi (nếu có) cho vào nước (mg/l) Vậy : Như vậy : Lượng nước dùng cho việc xã cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý, xác định như sau: Kp: Hệ số pha loãng cặn bằng 1,2-1,15. Lấy Kp= 1,2 Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. Đường kính máng thu nước: Chọn 5,5 m Hàm lượng chất lơ lững trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng được tính theo công thức: Trong đó: Chh: Hàm lượng chất lơ lững của nước thải dẫn đến bể lắng đứng, Chh = 230 mg/l, E1: Hiệu suất lắng, Với Chh = 230 mg/l và tốc độ lắng hạt lơ lững vtt =0,495mm/s, thì E1 = 50% .(lấy theo [2]) Đường kính ống được chọn theo bảng sau: Bảng 4.2: thông số ống nhựa HDPE của công ty Thuận Phát Tên sản phẩm Đường kính ngoài (mm) D Chiều dày (mm) Ống HDPE Ө 20 20 1,7 Ống HDPE Ө 25 25 1,9 Ống HDPE Ө 32 32 2,4 Ống HDPE Ө 50 50 3,7 Ống HDPE Ө 90 90 6,7 Ống HDPE Ө 110 110 8,1 Ống HDPE Ө 125 125 9,2 Ống HDPE Ө 140 140 10,3 Ống HDPE Ө 160 160 11,8 Ống HDPE Ө 200 200 14,7 Ống HDPE Ө 225 225 16,6 Ống HDPE Ө 250 250 18,4 Ống HDPE Ө 280 280 20,6 Ống HDPE Ө 315 315 23,2 Ống HDPE Ө 355 355 26,1 Ống HDPE Ө 400 400 29,4 Ống HDPE Ө 450 450 33,1 Ống HDPE Ө 500 500 36,8 Tính toán ống xã cặn: Lượng nước dùng cho việc xã cặn bể lắng: P = 0,5% .Q = 0,5%.79,17 = 0,4 m3/h Chọn vận tốc nước trong ống : v= 0,3 m/s Chọn loại ống dẫn nước loại HDPE, đường kính ống Chọn ống nhựa HDPE có Ө 20, có chiều dày 1,7mm Tính lại vận tốc nước chảy trong ống: Vận tốc nằm trong khoảng cho phép ( 0,3-0,7 m/s) Tính toán đường ống dẫn nước vào bể: Chọn vận tốc nước trong ống : v= 0,3 m/s Lưu lượng nước : Q = 1900 m3/ngày = 79,17 m3/h= 0,022 m3/s Chọn loại ống dẫn nước loại HDPE , đường kính ống Chọn ống nhựa HDPE có Ө 315mm, có chiều dày 23,2 mm Tính lại vận tốc nước chảy trong ống Vận tốc nằm trong khoảng cho phép ( 0,3-0,7 m/s) Chọn máy bơm vào bể lắng đứng:: Lưu lượng bơm: Q = 1900m3/ngày = 0,022 m3/s Cột áp bơm: H = 8m Công suất bơm : N = = Chọn bơm có công suất: 3 HP η: hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93 . chọn η = 0,8 Thông số thiết kế bể lắng đứng: Hình 4.3 :Thông số thiết kế bể lắng đứng STT Tên thông số Số liệu thiết kế Đơn vị 1 Chiều cao(H) 5 m 2 Đường kính bể lắng(D) 6,8 m 3 Chiều cao hình nón(hn) 3,9 m 4 Góc nghiêng của phần nón (α) 50o Độ 5 Đường kính phần đáy hình nón (d2) 0,2 Mm 6 Đường kính ống trung tâm (d1) 1,8 Mm 7 Diện tích của bể lắng đứng ( F) 33,3 m3 8 Diện tích ống trung tâm 2,6 m3 Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, với thành dày a = 200mm c. Bể lọc nhanh :( bể lọc nhanh có hai lớp vật liệu lọc) Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý xác định theo công thức: Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý (m3/ngày đêm), T: Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giờ), T=16 (h) vbt : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h) lấy theo tiêu chuẩn TCVN 33: 2006, bảng 6.11, chọn vbt = 8 (m/h ) a: Số lần rữa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, a= 1. W: Cường độ rữa lọc (l/s.m2 ) lấy theo bảng 6.13 [4],chọn W = 16 (l/s.m2 ) t1: thời gian rữa lọc (h), lấy theo bảng 6.13 [4],chọn t1= 6 phút = 0,1 h t2: thời gian ngừng bể lọc để rữa (h), t2= 0,35 h Như vậy : Số bể lọc cần thiết : (bể) Chọn N=2 bể Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rữa: , nằm ngoài (8,5÷12m/h). Ta có : Vậy: → N = 17 bể → N = 3 bể Vậy số bể đảm bảo tốc độ lọc tăng cường không vượt quá 20%, khi 1 bể rữa thì các bể còn lại vẫn hoạt động bình thường : N = ( 3-17 bể) Chọn xây dựng 6 bể khi 1 bể rữa thì 5 bể còn lại vẫn hoạt động với. Vtc = 9,6 m/h. Diện tích mỗi bể lọc là: Chon kích thước bể là : Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh: H = hđ + hv + hn + hp = 0,5 + 1,2 + 2,0 + 0,3 = 4m Trong đó : hđ: Chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy theo bảng 6.12 [4] hv: Chiều dày lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng 6.11 [4] hn : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, hn = 2m hv: Chiều cao phụ, hv = 0,5m Xác định hệ thống phân phối nước rữa lọc: Rữa bể lọc bằng gió trước, sau đó mới dùng nước để tránh hiện tượng xáo trộn lớp vật liệu lọc. Cường độ nước rữa lọc W = 16 (l/s.m2 ), cường độ gió rữa lọc Wgió = 18 (l/s.m2) Lưu lượng nước rữa của 1 bể lọc: Chọn đường kính ống chính là Dc = 200 mm, bề dày 14,7mm bằng nhựa HDPE thì tốc độ nước chảy trong ống chính sẽ là: vc = 1,89 m/s ( nằm trong giới hạn cho phép 1-2m/s). Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,275m ( quy phạm cho phép 0,25-0,35m), thì số ống nhánh của 1 bể lọc là: ống nhánh Lưu lượng nước rữa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là: = 3,32 l/s Chọn đường kính ống nhánh dn = 63 mm, bề dày 7,1mm bằng nhựa HPDE thì tốc độ nước chảy trong ống sẽ là Vn = 1,77 m/s ( nằm trong giới hạn cho phép 1,6-2 m/s) Với ống chính là 200 mm, thì tiết diện ngang của ống sẽ là: Tổng diện tích lỗ lấy bằng 32% diện tích tiết diện ngang của ống (quy phạm cho phép 30-35%), tổng diện tích lỗ là : Chọn lỗ có đường kính là 10mm (quy phạm 10-12), diện tích 1 lỗ là: Tổng số lỗ là: lỗ, chọn 93 lỗ Số lỗ trên ống nhánh : lỗ Trên mỗi ống nhánh có thể xếp thành 2 hàng so le với nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng 1 goc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên mỗi hang ngang của ống là 4 lỗ Khoảng cách giữa các lỗ là: Dc: đường kính ngoài của ống dẫn nước chính (m) Chọn 1 ống thoát khí Ө16mm, dày 2mm bằng nhựa đặt cuối ống chính và cao hơn mực nước trong bể. Xác định hệ thống phân phối gió rữa lọc: Lưu lượng gió cần cho 1 bể: Chọn đường kính ống chính Dc= 75mm, bề dày 8,4 mm bằng nhựa HDPE thì tốc đọ trong ống chính là: Vc = 18 m/s ( nằm trong giới hạn cho phép 15-20m/s). Số ống gió nhánh cũng lấy bằng 13. Vận tốc lọc trong ông nhánh lấy là 18m/s. Lượng gió trong 1 ống nhánh sẽ là: Đường kính ống gió nhánh là: Chọn đường kính ống nhánh dn = 20mm, dày 2,0mm bằng nhựa HPDE Với ống gió chính là 75 mm, thì tiết diện ngang của ống sẽ là: Tổng diện tich lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống ( quy phạm cho phép 35- 40%), tổng diện tích lỗ là: Chọn lỗ có đường kính 3,6mm ( quy phạm 2-5mm) diện tích 1 lỗ sẽ là: Tổng số lỗ sẽ là: lỗ Số lỗ trên ống nhánh sẽ là:lỗ Trên mỗi ống nhánh có thể xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng 1 goc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên mỗi hang ngang của ống là 4 lỗ Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là: Với Dc: đường kính ngoài của ống gió chính (m) Máng thu nước rữa lọc: Bể có chiều rộng là 1,5m; chọn mỗi bể bố trí 3 máng thu nước rữa lọc có đáy hình tam giác khoảng cách giữa các máng sẽ là d = 1,5/3 =0,5m (nằm trong quy phạm không lớn hơn 2,2m) Lượng nước rữa thu vào mỗi máng xác định theo công thức: Chiều rộng máng tính theo công thức : Trong đó: a: Tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật với nữa chiều rộng của máng. Lấy a = 1,3 (nằm trong quy phạm a=1 - 1,5) K: Hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1 m Vậy chiều cao phần máng hình chữ nhật là hCN = 0,13m. Lấy chiều cao phần hình tam giác là hđ = 0,1m. Độ dốc máng lấy về phía tập trung nước là i = 0,01. Chiều dày thành máng lấy là : Chiều cao toàn phần của máng thu nước: Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức: Trong đó: L: chiều dày lớp vật liệu lọc, L =1,2 m e:độ giãn nỡ tương đối của lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng 6.13[4]. Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rữa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07m. Chiều cao toàn phần máng thu nước rữa là Hm = 0,235m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,05; máng dài 15m nên chiều cao máng ở phía dưới mương tập trung là: 0,235 + 0,05×1,5 = 0,31m < 0,9m Vậy phần đáy máng ở dưới mương tập trung vẫn không chạm vào vật liệu lọc khi rữa do đó lấy: Nước rữa lọc từ máng thu tràn vào mương tập trung nước, nên khoảng cách từ máng thu đến đáy mương tập trung là : Trong đó: qM: lưu lượng nước chảy vào mương tập trung, m3 A: Chiều rộng của máng tập trung. Chọn A= 0,6m (quy phạm không được nhỏ hơn 0,6m). g: Gia tốc trọng trường bằng 9,81m/s2 Tổn thất áp lực khi rữa bể lọc nhanh: Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: (m) Trong đó : vc: Tốc độ nước chảy ở đầu ông chính ; vc= 1,85 m/s vn: Tốc độ nước chảy trong đầu ống nhánh; vn = 1,88 m/s g : Gia tốc trọng trường bằng 9,81m/s2 : Hệ số sức cản tính theo công thức sau: Với kW = 0,32 là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên hệ thống phân phối và diện tích mặt cắt ngang của ống chính. Vậy : Tổn thất áp lực trong lớp sỏi đỡ: hđ = 0,22.Hs.W = 0,22.0,5.16= 1,76m Với: Hs chiều dày lớp sỏi đỡ, Hs = 0,5 m W cường độ rữa lọc, W = 16 l/s.m2 Tổn thất áp lực trong vât liệu lọc: = Trong đó: Với kích thước hạt cát thạch anh d = 0,5 – 1mm; a = 0,76; b = 0,017; e = 50%. Kích thước than anthracite d= 0,8 - 1,8mm; a= 0,85; b = 0,004; e =50% Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lấy hbm = 2m. Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là: Ht = hp + hd +hvl +hbm= 4,02 + 1,76 + 0,59 + 2 = 8,37m Chọn máy bơm rữa lọc và bơm gió rữa lọc: Áp lực cần thiết của máy bơm rữa lọc: Hr = hhh + ht + hô + hcb = 8,3 + 8,37 + 0,59 + 0,74 = 18 m Trong đó : hhh : là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m) hhh = 4 + 5,4 – 2+0,9 = 8,3m 4 : Chiều sâu mực nước trong bể chứa (m) 5,4 : Độ chênh mực nước bể lọc và bể chứa (m) 2 : Chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,9: khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) hô: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rữa đến bể lọc (m) Giả sử chiều dài đường ống dẫn nước rữa lọc là L = 100m. Đường kính ống dẫn nước rữa lọc là D = 200mm, Qr = 39,6 l/s. Sử dụng công thức : i = 1,567% hô= i × L = 1,567% × 100 = 1,57 m hcb: tổn thất áp lực cục bộ của các bộ phận nối ống và van khóa Giả sử trên đường ống rữa lọc có các thiết bị phụ tùng sau: 2 cút 90o , 1 van khóa, 2 ống ngắn có hệ số sức kháng như sau : Cút 90o: 0,98 Van khóa : 0,26 Ống ngắn : 1 Vận tốc nước chảy trong ống, v = 1,85 m/s Với Qr = 39,6 l/s, Hr = 18m chọn được bơm loại 65- 160A ( của hãng FORAS- Italy), 1 công tác, 1 dự phòng, có thông số kỹ thuật như sau: Công suất P = 15 -18kW Chiều cao cột nước H = 29,8m Qmax = 144 m3/h Qg = 0,3m3; Hg = 4,5m chọn được bơm gió Tỉ lệ lượng nước rữa so với lượng nước vào bể lọc: Trong đó: W : cường độ nước rữa lọc, l/s.m2 f: diện tích 1 bể lọc, m2 t1: thời gian rữa 1 bể lọc, phút N: số bể lọc Q: lưu lượng nước cần xử lý; m3/h To: thời gian công tác của bể giữa 2 lần rữa,h Với : Trong đó: T : thời gian làm việc trong 1 ngày của nhà máy, T = 16h n = 1: số lần rữa bể lọc t1: thời gian rữa lọc, lấy theo bảng 4.5[6], t1= 0,1 h t2: thời gian xã nước lọc đầu, t2= 0,2h t3: thời gian ngưng bể lọc để rữa, t3 = 0,3h Thông số thiế kế bể lọc nhanh: Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể lọc nhanh STT Tên thông số Số liệu thiết kế Đơn vị 1 Chiều cao bể tổng cộng 4 m 2 Kích thước bể B×L= 1,5×1,8=2,7 m2 3 Đường kính ống phân phối nước 0,2 m 4 Số máng phân phối nước rữa lọc 3 Máng 5 Số ống phân phối nước rữa lọc 13 ống 6 Chiều cao máng thu 0,235 m 7 Chiều rộng máng 0,2 m d. Một số công trình đơn vị khác: Trạm bơm cấp I: Trạm gồm 2 bơm li tâm trục đứng, 1 làm việc 1 dự phòng. Trạm làm việc 24/24h, nên lưu lượng bơm: Đường kính ống đẩy: chọn ống nhựa HDPE D = 140 mm,với chiều dày ống 10,3mm Vận tốc trong ống: , nằm trong quy phạm cho phép (1,2 - 1,8 m/s) Chọn cột áp bơm: H = 10 Công suất bơm: Trong đó: ρ: khối lượng riêng của dung dịch, ρ = 997 kg/m3 g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s H, cột áp bơm, η: hiệu suất chung của bơm: η = 0,72 - 0,93. Chọn η = 0,8 Chọn bơm có công suất: 3,6 HP khử trùng nước: Để đảm bảo chất lượng nước, cần thiết phải khử trùng nước. Khử trùng bằng Clo và hợp chất của Clo là biện pháp khử trùng đơn giản và hiệu quả và thong dụng nhất. Lưu lượng Clo cần thiết cho vào nước để Clo hóa sơ bộ. Trên đường ống dẫn từ bể lọc đến bể chứa nước sạch chọn sơ bộ 2mg/l (Clo khử trùng nước 2- 3mg/l). Lấy theo mục 6.162 . Tiêu chuẩn xây dựng TCXD 33 : 2006. Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau: Cl2 + H2O HOCL + HCl Hoặc có thể ở dạng phương trình phân li: Cl2 + H2O H+ +OCl- + Cl- Khi sử dụng Clo vôi, phản ứng diễn ra như sau: Ca(OCl)2 + H2O CaO + 2HOCl 2HOCl 2H+ + 2OCl- Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước: Lượng Clo cần thiết trong 1 giờ: Trong đó: qhClo: lưu lượng Clo cần thiết trong 1 giờ ( kg/h) LClo: lượng Clo hóa sơ bộ 2 mg/l Chọn 2 bình Clorateur hiệu EBARA có công suất 3kg/h. Trong đó 1 bình hoạt động 1 bình dự phòng. Lượng Clo cần thiết trong 1 ngày đêm: bể chứa nước sạch: Tổng thể tích chứa: Vb = 1900 m3 Chọn chiều cao bể chứa : H = 5m Tiết diện hồ chứa: Kích thước hồ chứa: B × L× H = 26m × 15m ×5m Chọn chiều cao dự trữ : 0,5 m Chiều cao toàn bộ của bể : Hb = H + 0,5 = 5,5m CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Nước cấp là một vấn đề quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, cũng như nhu cầu sống của con người. Nguồn nước mặt hiện nay càng ngày càng ô nhiễm, do các hoạt động sản xuất kinh tế, vì vậy vấn đề xử lý nước cấp là một trong những yếu tố quan trọng cho việc cấp nước cho sử dụng Công nghệ xử lý nước cấp cho khu dân cư 5000 dân sử dụng từ nguồn nước mặt và lưu lượng 1900 m3/ngày, được đề xuất phù hợp với đặc tính của nguồn nước cung cấp. Nước sau khi xử lý đạt quy chuẩn QCVN01:2009/BYT Công nghệ này cũng được đánh giá bởi công suất xử lí, khả năng áp dụng, giá thành, khả năng vận hành, bảo dưỡng phù hợp với điều kiện thực tế của mỗi địa phương. KIẾN NGHỊ Tất cả vấn đề liên quan đến sự phát triển nếu không được quy hoạch và quản lý tốt đều sẽ bị suy thoái, trong đó môi trường là một vấn đề báo động. Nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm vấn đề nước sạch là điều cấp bách vì vậy : Cần nâng cao nhận thức về vấn đề môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng Cần tiến hành cải tiến và nâng cấp công nghệ xử lý nước cấp Nâng cấp và cải thiện hệ thống xử lí hiện hữu. Tăng cường đội ngũ cán bộ kỹ thuật và quản lí môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].TS. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, NXB Xây dựng, Hà Nội , 2004. [2]. GS.TS. Lâm Minh Triết, Kỹ thuật môi trường, NXB Đại học quốc gia, TP. Hồ Chí Minh, 2007. [3]. PGS.TS. Hoàng Văn Huệ, Công nghệ môi trường Tập 1, NXB Xây dựng, Hà Nội, 2004. [4]. Bộ Xây Dựng , TCXDVN 33:2006 Cấp nước – mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế, Hà Nội, 03/2006. [5].TS. Tôn Thất Lãng; TS. Nguyễn Phước Dân, ThS. Nguyễn Minh Sáng, Giáo trình Kỹ thuật xử lý nước cấp và nước thải, NXB Bản đồ, Hà Nội, 2007. [6].TS. Nguyễn Ngọc Dung , Xử lý nước cấp, NXB Xây dựng, Hà Nội , 2005. www.thuanphat.com