Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp sử dụng nguồn nước ngầm cho khu dân cư

Các nhóm nguồn và nguồn xả nước thải STT Nhóm nguồn/nguồn Thông số ô nhiễm chính i.Ngành công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và giao thông vận tải 1.1 Các cơ sở sản xuất thép và cơ khí Kim loại nặng, dầu mỡ khoáng, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), xianua 1.2 Cơ sở sản xuất giấy và bột giấy BOD5, COD, TSS, màu, sunfua, nhiệt độ 1.3 Cơ sở gia công gia công nhựa, phế liệu BOD5, COD, TSS, tổng nitơ (TN), tổng photpho (TP), tổng coliform 1.4 Các cơ sở chế biến cao su, mủ cao su BOD5, COD, TN, mùi, amoni, TSS 1.5 Các cơ sở s/x giày, cao su lưu hoá, săm lốp ô tô BOD5, COD, TSS 1.6 Các cơ sở chế biến gỗ và sản xuất hàng mỹ nghệ COD, BOD5, TSS 1.7 Các cơ sở sản xuất gốm sứ Kim loại nặng, độ đục, nhiệt độ, TSS, F- 1.8 Các cơ sở sản xuất điện bằng nhiệt điện, thuỷ điện TSS, COD, kim loại nặng 1.9 Các cơ sở sửa chữa ô tô, xe máy BOD5, COD, kim loại nặng, dầu mỡ khoáng, tổng coliform 1.10 Các cơ sở sửa chữa tàu thuỷ BOD5, kim loại nặng, dầu, tổng coliform 1.11 Các Khu công nghiệp, Khu KT-TM Lao Bảo BOD5, COD, TSS ii. Ngành chế biến nông sản, thực phẩm và nuôi trồng thuỷ sản 2.1 Các cơ sở chế biến tinh bột sắn BOD5, COD, TSS, tổng coliform, xianua, amoni, clo dư, TN, TP, sunfua, mùi 2.2 Các cơ sở chế biến cà phê BOD5, COD, TSS, coliform 2.3 Các cơ sở giết mổ gia súc, gia cầm BOD5, TSS, tổng coliform, độ màu, mùi, TN, TP 2.4 Các cơ sở, trang trại chăn nuôi tập trung BOD5, TSS, TN, TP, tổng coliform, sunfua 2.5 Các cơ sở nuôi trồng và chế biến thuỷ sản BOD5 , COD, TN, TP, TSS, tổng coliform, amoni, dầu mỡ 2.6 Các kho chứa hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) chưa được xử lý Tổng HCBVTV nhóm clo, phenol iii. Ngành khai thác khoáng sản và vật liệu xây dựng 3.1 Các cơ sở khai thác vật liệu xây dựng Chất rắn lơ lửng, kim loại nặng, TSS 3.2 Các cơ sở khai thác quặng titan, khai thác nước ngầm, nước mặt Kim loại nặng, dầu mỡ khoáng, TSS, xianua 3.3 Các cơ sở sản xuất gạch, ngói, đá TSS, kim loại nặng iv. Ngành Y tế 4.1 Bệnh viện đa khoa tỉnh, bệnh viện đa khoa các huyện và thị xã  BOD5, TN, TP, tổng coliform 4.2 Các trạm y tế xã phường. BOD5, TN, TP, tổng coliform v. Ngành thương mại và du lịch Nhà hàng, khách sạn BOD5, TN, TP, tổng coliform, nhiệt độ CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT CÁC CÔNG TRÌNH THU NƯỚC MẶT Thường đó là công trình thu nước sông, được đặt ở đầu nguồn nước, phía trên khu dân cư và khu công nghiệp theo chiều chảy của sông. Vị trí hợp lý nhất là nơi bờ sông và lòng sông ổn định có điều kiện địa chất công trình tốt, có đủ độ sâu cần thiết để lấy nước trực tiếp từ sông không cần phải dẫn đi xa. Thường công trình thu được bố trí ở phía lõm của bờ sông, tuy nhiên phía lõm thường bị sói lở nên cần phải gia cố bờ. Các công trình thu nước sông thường chia ra các loại sau đây: Công trình thu nước bờ sông. Công trình thu nước lòng sông. Công trình thu nước hình đấu. Hình 2.1: Công trình thu nước bờ sông Hình 2.2: Công trình thu nước lòng sông CÁC CÔNG TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC MẶT Các công trình vận chuyển nước thường là các trạm bơm. Gồm trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II.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 lý. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT 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, thực hiện các phản ứng oxy hóa do tác dụng của oxy hòa tan trong nước, 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 máy xử lý nước. 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. Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 16,3 mm/s. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước lớn hơn 3.000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,3-0,5 mm/s. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%. Bể lắng đứng Nguyên lý hoạt động Trong bể lắng đứng nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt cặn có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẻ lắng xuống được. Còn các hạt có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước sẻ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên phía trên bể. Khi sử dụng nước có chất keo tụ, tức là trong nước chứa các hạt kết dính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi ban đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nước lắng xuống được, còn các hạt cặn khác cũng lắng xuống được. Tuy nhiên hiệu quả trong lắng đứng không chỉ phụ thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dòng nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thi các hạt cặn mới kết dính với nhau đươc. Hình 2.3: Bể lắng đứng Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang thông thường, nhưng khác với bể lắng ngang là trong vùng lắng của bể lắng lớp mỏng được đặt thêm các bản vách ngăn bằng thép không gỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 450 ÷ 600 so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau. Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất cao hơn so với bể lắng ngang. Diện tích bể lắng lớp mỏng giảm 5,26 lần so với bể lắng ngang thuần túy. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng có ưu điểm 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 lửng của bể lắng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Tuy nhiên, bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, kỹ thuật vận hành cao. Vận tốc nước đi từ dưới lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85 mm/s và thời gian lưu nước khoảng 1,5 – 2 giờ. Bể lắng ngang Nguyên lý hoạt động Nước vào hệ thông phân phối các hạt cặn lớn lắng xuống, nước sẻ đi qua vách hướng dòng ngăn chuyển động rối của nước vào vùng lắng tại đây các hạt cặn nhỏ sẻ lắng xuống từ từ. Nước trên bề mặt là nước sạch sẻ được thu lại qua ống thu nước bề mặt Hình 2.4: Bể lắng ngang Bể lắng ly tâm Nguyên lý hoạt động Nước cần xử lý theo ống trung tâm vào giửa ngăn phân phối, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài. Ở đây cặn được lắng xuống đáy nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. Để thu bùn có thiết bị gạt gồm dầm chuyển động theo ray vòng tròn dầm reo giàn cào bằng thép có các bàn gạt ở phía dưới. nhở những bàn gạt này, cặn lắng ở đáy được dẩn vào phểu và xã ra ngoài theo ống cặn Hình 2.5: Bể lắng ly tâm 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. Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại, làm tăng tổn thất áp lực, tốc độ lọc giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của bể lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian (m/h). Chu kỳ lọc là khoảng thời gian giữa hai lần rửa bể lọc T (h). Để thực hiện quá trình lọc nước có thể sử dụng một số loại bể lọc có nguyên tắc làm việc, cấu tạo lớp vật liệu lọc và thông số vận hành khác nhau. Thiết bị lọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng; …Trong các hệ thống xử lý nước công suất lớn không cần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương. Hình 2.6: Bể lọc chậm Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau: Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học; Lắng trọng lực; Giữ hạt rắn theo quán tính; Hấp phụ hóa học; Hấp phụ vật lý; Quá trình dính bám; Quá trình lắng tạo bông Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hở dao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m. Phương pháp hóa lý 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 Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 m. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau: Me3+ + HOH = Me(OH)2+ + H+Me(OH)2+ + HOH = Me(OH)+ + H+ + Me(OH)+ + HOH Me(OH)3 + H+ Me3+ + HOH = Me(OH)3 + 3H+ Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:Al2(SO4)3, Al2(SO4)2.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O, FeCl3, Fe2(SO4)2.2H2O, Fe2(SO4)2.3H2O, Fe2(SO4)2.7H2O. Hình 2.7: Quá trình keo tụ và tạo bông b1) Muối Nhôm Trong các loại phèn nhôm, Al2(SO4)3 được dùng rộng rãi nhât do có tính hòa tan tốt trong nước, chi phi thấp và hoạt động có hiệu quả trong khoảng pH = 5,0 – 7,5. Quá trình điện ly và thủy phân Al2(SO4)3 xảy ra như sau: Al3+ + H2O = AlOH2+ + H+AlOH+ + H2O = Al(OH)2+ + H+Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)3(s) + H+Al(OH)3 + H2O = Al(OH)4- + H+ Ngoài ra, Al2(SO4)3 có thể tác dụng với Ca(HCO3)2 trong nước theo phương trình phản ứng sau: Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2 Trong phần lớn các trường hợp, người ta sử dụng hỗn hợp NaAlO2 và Al2(SO4)3 theo tỷ lệ (10:1) – (20:1). Phản ứng xảy ra như sau: 6NaAlO2 + Al2(SO4)3 = 12H2O 8Al(OH)3 + 2Na2SO4 Việc sử dụng hỗn hợp muối trên cho phép mở rộng khoảng pH tối ưu của môi trường cũng như tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông. b2) Muối Sắt 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 b3) 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. Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon. Hình 2.8: Hóa chất 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,… c1) 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- c2) 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. c3) 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. c4) 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. c5) 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. c6) 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. Các phương pháp khác Các phương pháp làm mềm nước Có nhiều phương pháp làm mềm nước như phương pháp hóa học, phương pháp nhiệt, phương pháp trao đổi ion và phương pháp tổng hợp sau đây là một vài biện pháp cơ bản. a1) Làm mềm nước bằng phương pháp hóa học Cơ sở của phương pháp này là đưa hóa chất có khả năng kết hợp với ion Ca2+ và ion Mg2+ có trong nước tạo ra các kết tủa và loại chúng ra khỏi nước bằng biện pháp lắng, lọc. Làm mềm nước bằng vôi Ca(OH)2 Đây là phương pháp thông dụng nhất nhằm khử độ cứng cacsbonat được áp dụng khi cần giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước trình tự các phản ứng xảy ra như sau: 2CO2+ CaOH2→ CaHCO32 CaHCO32+ CaOH2→ 2CaCO3↓+2H2O MgHCO32+ 2CaOH2→ MgOH2↓+2CaCO3↓+H2O 2NaHCO2+CaOH2→ CaCO3↓+Na2CO3+H2O Làm mềm nước bằng vôi kết hợp với sôđa Khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ion HCO3- và CO32-, nếu sử dụng vôi thì khử được độ cứng magie, độ cứng toàn phần không hề giảm. Để giải quyết vấn đề này người ta phải sử dụng đến sôđa. Quá trình này xảy ra theo phản ứng sau: Ca2++ Mg2+CaOH2; Na2CO3CaCO3+MgOH2 Làm mềm nước bằng trinatriphotphat (Na3PO4) Phương pháp này được áp dụng khi cần làm mềm nước thật triệt để, mà sử dụng vôi và sô đa vẫn chưa đem lại được kết quả mong muốn người ta cho trinatriphotphat vào nước để khử hết các ion Ca2+ và Mg2+ thành muối không tan theo phản ứng sau: 3CaCl2+2Na3PO4→Ca3PO42↓ + 6NaCl 3MgSO4+2Na3PO4→Mg3PO42↓ + 3Na2SO4 3CaHCO32+2Na3PO4→Ca3PO42↓ + 6NaHCO3 3MgHCO32+2Na3PO4→Mg3PO42↓ + 6NaHCO3 a2) Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt Cơ sở của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan trong nước. Trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ dịch chuyển theo phương trình sau: HCO3-→CO32- + H2O +CO2↑ Ca2++CO32- →CaO3↓ Tuy nhiên khi dun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm được độ cứng cacbonat của nước còn CaCO3 vẫn còn tồn tại trong nước. Riêng đối với ion Mg2+ quá trình khử diễn ra hai bước. ở nhiệt độ thấp đến 180C ta có phản ứng:MgHCO32+2Na3PO4→MgCO3 + CO2↑+H2O Khi tiếp tục tăng nhiệt độ MgCO3 bị thủy phân theo phản ứng: MgCO3+H2O→MgOH2↓ + CO2↑ Làm mềm nước bằng phương pháp nhiệt thường áp dụng cho xử lý nước nồi hơi, vì ở đây có thể sử dụng nhiệt dư của nồi hơi. Phương pháp trao đổi ion IE (Ion Exchange) Trao đổi ion là quá trình lý hóa trong đó các ion chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và ngược lại. Các ion đối ở các nhóm chức mang điện trên bề mặt pha rắn sẽ trao đổi với các ion cùng dấu trong dung dịch khi tiếp xúc với pha rắn của hạt nhựa. Phân loại nhựa trao đổi ion: Nhựa cation axit mạnh (R-H hoặc R-Na) Trao đổi muối trung tính thành axit tương ứng. Dung dịch hoàn nguyên là HCl và H2SO4 đối với R-H và NaCl đối với R-Na. RH + NaCl → RNa + HCl Nhựa cation axit yếu (R-XH) Trao đổi muối kiềm thành axit yếu tương ứng nhưng không trao đổi với muối trung tính (NaCl, H2SO4). Nhựa này có nhóm chức Cacboxylic và sử dụng HCl hoặc H2SO4 để hoàn nguyên. Ca(HCO3) + 2R-H → CaR2 + 2H2CO3 Nhựa anion kiềm mạnh (R-OH hoặc R-Cl) Chuyển hóa muối trung tính thành các bazơ mạnh tương ứng (NaCl, CaSO4) nếu hoạt động theo chu trình hydroxit. Nhựa này thường có nhóm chức ammonium. Dung dịch hoàn nguyên là NaOH cho chu trình OH-, NaCl cho Cl-. SO42- + 2R-OH → R2SO4 + 2OH- Nhựa anion kiềm yếu (R-OH): Trao đổi các axit khoáng tự do như HCl, H2SO4 thành nước nhưng không trao đổi với các axit phân ly yếu như H2CO3, H2Si03. Dung dịch hoàn nguyên là NaOH và dung lượng trao đổi khá lớn. Quá trình trao đổi ion thường được áp dụng cho khử cứng và khử khoáng cho nước cấp nồi hơi, nước tinh khiết cho công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý các ion gây độc như NO3-, NO2- hoặc xử lý nước thải chứa các kim loại nặng như đồng (Cu), chì (Pb), kẽm (Zn), crom (Cr), và Amonia (NH3) trong công nghiệp xi mạ, hóa chất để thu hồi các kim loại có giá trị kinh tế. Tuy nhiên, khi áp dụng phương pháp này để khử mặn sẽ không hiệu quả kinh tế bằng phương pháp thẩm thấy ngược (RO) và điện thẩm tích.Khử muối của nước bằng phương pháp trao đổi ion tức là lọc qua bể lọc H-cationit và OH-anionit. Khi lọc nước qua bể lọc H - cationit, các muối hòa tan trong nước sẽ trao đổi cation với các ion H+ và tạo ra các acid tương ứng. RH + NaCl → RNa + HCl 2RH + Na2SO4 → 2RNa + H2SO4 2RH + Ca(HCO3)2 → R2Ca +2CO2 + 2H2O Khi lọc tiếp qua bể lọc OH-anionit, các hạt anionit này sẽ trao đổi với các anion của các acid mạnh trong nước như Cl-, SO42- và nhả vào nước một lượng tương đương ion OH-. [An]OH + HCl → [An]Cl + 2H2O 2[An]OH + H2SO4 → [An]2SO4 + 2H2O CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Ø Lý do lựa chọn công nghệ dựa vào: Công suất trạm xử lý. Mức độ cần thiết xử lý nước cấp: sinh hoạt, lò hơi Thành phần và đặc tính của nước mặt: độ đục, độ màu,… Tiêu chuẩn xả thải vào nguồn nước QCVN 01:2009/BYT Hiệu quả quá trình, phương pháp xử lý, khả năng ứng dụng cao hay thấp Diện tích khu dất dự kiến xây dựng trạm xử lý và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước cấp: có phù hợp với công nghệ đưa ra hay không. Quy mô và xu hướng phát triển trong tương lai của khu chung cư: như có thêm khu công nghiệp, nhà máy,… Yêu cầu về năng lượng, hóa chất, các thiết bị sẵn có trên thị trường: cần phải nhanh chóng,… Các chỉ tiêu kinh tế Các vấn đề vận hành, xử lý, kiểm tra,… Các vấn đề khác. Đề tài của đồ án: Thiết kế hệ thống xử lí nước cấp sử dụng nước mặt cho khu dân cư A sau 20 năm. Bảng 3.1: Số liệu chất lượng nước nguồn STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ GÍA TRỊ QCVN 01:2009/BYT 1 pH - 6,5 6,5 - 8,5 2 Chất rắn lơ lững (SS) mg/L 60 - 3 Độ đục NTU 45 2 4 Độ màu mg/L 90 15 5 Amoni mg/L 0,2 - 6 Sắt tổng cộng mg/L 0,05 - 7 Độ cứng tính theoCaCO3 mg/L 103 - 8 Coliform tổng số Vi khuẩn/100ml 6000 0 Chất lượng nguồn nước xử lý và lựa chọn công nghệ: Thông số thiết kế: pH : 6,5 Độ đục : 45 NTU Độ màu : 90 Pt-Co Colifrom tổng số : 6000 Vi khuẩn/100ml Các chỉ tiêu khác đều nằm trong quy phạm cho phép dựa vào QCVN 01:2009/BYT. Nhận xét về chất lượng nguồn nước mặt thông qua các chỉ tiêu trên cho thấy: nguồn nước có độ đục, độ màu cao cần xử lý, là nguồn nước bị ô nhiểm có hàm lường vi sinh vật vượt quá quy định. TOÁN SỐ DÂN VÀ LƯU LƯỢNG CẤP NƯƠC CHO KHU DÂN CƯ A 3.2.1) Tính toán số dân Áp dụng công thức Euler cải tiến: (N*i+1) = N + N * r (Ni+0,5) = [(N*i+1) + N]/2 (Ni+1) = (Ni+0,5)* r + N (Tài liệu giáo trình quản lý và xử lý chất thải rắn của PGS.TS Nguyễn Văn Phước) Số dân hiện tại năm 2012 là N = 3195 người Tương tự ta có : Bảng 3.2: Số dân ở các năm trong tương lai STT Năm Tốc độ tăng trưởng (r) Số dân sau một năm (N*i+1) Số dân sau nửa năm (Ni+0,5) Số dân tăng trưởng sau một năm (Ni+1) 1 2013 3% 3291 3243 3292 2 2014 3% 3391 3342 3393 3 2015 3% 3494 3443 3496 4 2016 3% 3601 3548 3602 5 2017 3% 3710 3656 3712 6 2018 2.5% 3805 3758 3806 7 2019 2.5% 3901 3854 3902 8 2020 2.5% 4000 3951 4001 9 2021 2.5% 4101 4051 4102 10 2022 2.5% 4205 4154 4206 11 2023 2.8% 4324 4265 4326 12 2024 2.8% 4447 4386 4448 13 2025 2.8% 4573 4511 4575 14 2026 2.8% 4703 4639 4705 15 2027 2.8% 4836 4770 4838 16 2028 2.8% 4974 4906 4976 17 2029 2.8% 5115 5045 5117 18 2030 2.8% 5260 5188 5262 19 2031 2.8% 5409 5336 5411 20 2032 2.8% 5563 5487 5565 Hệ thống xử lý chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn 1: 2013 – 2024: Giai đoạn 2: 2024 – 2032: Đề suất công trình xử lý cho giai đoạn 1 từ năm 2013 – 2024: Vậy số dân tính sao 12 năm là 4448 người Khu dân cư A ở đô thị loại I nên dựa vào bảng 3.1 TCXDVN 33:2006. Cấp nước - mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế: Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt là 200 (l/người.ngày) Tỷ lệ dân số được cấp nước là 99% » 0,99 3.2.1) Lưu lượng nước cấp cho khu dân cư Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt là: Qsh= q ×N ×f1000 Trong đó: q: tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt (lấy theo TCXD 33:2006) N: số dân tính toán ứng với tiêu chuẩn cấp nước f: tỷ lệ dân được cấp nước (lấy theo TCXD 33:2006) Qsh = 200 × 4448 × 0.991000 = 880,784 m3/ng Lượng nước phục vụ công cộng: Qcc= 10% Qsh=10% x 880,784 = 88,078 m3/ng Lượng nước phục vụ công nghiệp dịch vụ: Qdv= 10%Qsh =10% x 880,784 = 88,078 m3/ng Lượng nước cấp thất thoát: Qtt = 17%(Qsh + Qcc + Qdv) = 0.17 x (880,784 + 88,078 +88,078) = 179,68 m3/ng Lượng nước yêu cầu riêng của nhà máy xử lý: Qr = 7% (Qsh + Qcc + Qdv + Qtt) = 0.07 x (880,784 + 88,078 + 88,078 + 179,68) = 86,563 m3/ng Lượng nước dự phòng cho phát triển công nghiệp, dân cư và các lượng nước khác: Qdp = 10%Qsh = 10% x 880,784 = 88,078m3/ng Lưu lượng trung bình ngày tính toán: Q tt ngày = Qsh + Qtt + Qcc + Qdv + Qr + Qdp = (880,784 + 88,078+ 88,078+ 179,68+ 86,563 + 88,078) = 1411,262 m3/ngđ Lưu lượng nước tính toán trong ngày dùng nước nhiều nhất: Q max.ngày = Q tt ngày x K max = 1411,262 x 1,2 = 1694 m3/ng = 70,563 m3/ng Chọn Q max.ngày = 1700 m3/ngđ = 71 m3/h Vậy: lưu lượng để cấp cho số dân này là 1700 m3/ngđ = 71 m3/h Lưu lượng nước tính toán trong ngày dùng nước ít nhất: Q min.ngày = Q tt ngày x K min = 1411,262 x 0,8 = 1129,01 m3/ng Trong đó: Đối với các thành phố có qui mô lớn, nằm trong vùng có điều kiện khí hậu khô nóng quanh năm (như: Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Vũng Tàu,…), có thể áp dụng ở mức: Kngày max = 1,1 ¸ 1,2 Kngày min = 0,8 ¸ 0,9 K: hệ số dùng nước không điều hòa ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ Phương án 1: a1) Sơ đồ Nước rửa lọc Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ 1 Châm Clo khử trùng Chất keo tụ, tạo bông Trạm bơm cấp 2 Mạng lưới cấp nước Bể lọc chậm Bể chứa nước sạch Nước rửa ngược Bể trộn cơ khí Bể keo tụ, tạo bông Bể lắng ngang Hồ chứa bùn Xử lý theo quy định Công trình thu nước Nước tách bùn Nguồn Cặn Chú thích: Đường nước : Đường hóa chất: Đường thải : Phương án 2: Nước rửa lọc Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ 2 Hồ chứ bùn Công trình thu nước Nước tách bùn Nước rửa ngược Chất keo tụ, tạo bông Châm Clo khử trùng Trạm bơm cấp 2 Mạng lưới cấp nước Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Bể trộn cơ khí Bể keo tụ, tạo bông Nguồn Bùn thu xử lý theo quy định Bể lắng đứng Bùn lắng b1) Sơ đồ Chú thích: Đường nước : Đường hóa chất: Đường thải : Thuyết minh sơ đồ Nguồn nước được công trình thu nước lòng sông bơm vào bể trộn cơ khí. Trước công trình thu nước có đặt song chắn rác. Song chắn rác có nhiệm vụ loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị (máy bơm) và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý đơn vị như làm giảm hàm lượng cặn và độ màu của nước. Tại bể trộn cơ khí: cho thêm hóa chất keo tụ trợ lắng PAC hoặc Polymer, bể trộn làm cho hóa chất keo tụ tạo bông được hòa trộn hoàn toàn và ổn định hơn. Sau đó nước được chuyển qua bể keo tụ tạo bông. Các hạt keo mịn phân tán vào trong nước và kết dính với các hợp chất trong nước tạo bông có thể lắng được. Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng được diển ra nhanh hơn tại bể lắng. Nước từ bể keo tụ tạo bông qua bể lắng tại đây: các bông cặn lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực, lượng bùn ở bể lắng được bơm ra ngoài vào hồ chứa bùn. Bùn này được lắng và nén lại sau đó đem đi xử lý theo quy định có thể làm phân bón, than hoạt tổ ong,… còn nước phía trên được chuyển cho trở lại bể lắng. Sau đó nước chảy qua bể lọc. Trong bể lọc có lớp cát lớn, cát nhỏ và than hoạt tính. Qua bể lọc nước sẽ được khử mùi và cát hạt cặn lơ lững không lắng được giữ lại, loại bỏ vi khuẩn, màu sắc, độ đục. Nước sau khi lọc là nước đã sạch gần như hoàn toàn sau đó được bơm qua bể chứa nước sạch. Ta thêm hóa chất Clorine nhằm ngăn ngừa sự xuất hiện, sinh sản của vi trùng, vi tảo… và ngăn ngừa sự bám dính bám của chúng lên thành bể chứa nước sạch. Nước sạch được phân phối vào mạng lưới qua sử dụng qua trạm bơm cấp 2. PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ Bảng 3.3: So sánh 2 công nghệ Ưu điểm Nhược đểm Phương án 1 Bể lắng ngang Dễ thu cặn và cặn thu được có nồng độ cao Chỉ sử dụng cho những trạm có công suất nhỏ (đến 3000m3 /ngày đêm) Yêu cầu nhiều về chiều sâu Bể lọc chậm Hiệu quả lọc cao Cấu tạo và quản lý đơn giản, giá thành thấp Không đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao, không tốn năng lượng Tốn diện tích xây dựng Không áp dụng cho các nhà máy công suất lớn Phương án 2 Bể lắng đứng Sử dụng cho các trạm có công suất lớn ( < 3000m3/ngày đêm) Hiệu quả lắng tốt Khó thu cặn Bể lọc nhanh Tiết kiệm thời gian lọc 2-15m/h Phù hợp cho các trạm có công suất lớn Đáp ứng nhanh các yêu cầu sử dụng nguồn nước ngay Sau khi rửa lọc, hiệu quả lọc bị giảm Đáp ứng độ sạch không cao Chọn phương án 2 Vì phương án 2 đáp ứng nhu cầu của về công nghệ và diện tích tiết kiệm hơn cũng như các tiêu chuẩn đặt ra. TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ Bể trộn cơ khí Bảng 3.4 Các thông số tham khảo thiết kế bể trộn cơ khí Thông số Đơn vị Giá trị Hình dạng Hình vuông Hình tròn Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B m 2 : 1 Thời gian lưu nước giây 45 – 90 Cường độ khuấy trộn theo gradient tốc độ s-1 500 – 1500 (Nguồn: Tiêu chuẩn XDVN 33:2006, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2006) Chọn thời gian lưu nước là 90 giây. Gradient tốc độ là 700 s-1 Nhiệt độ nước là 20oC Lưu lượng nước 1700 m3/ngày.đêm = 71m3/h Kích thước bể : v Thể tích bể trộn: V = = = 1,78 m3 Chọn bể trộn hình vuông Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B = 2 : 1 Þ H = 2B v Chiều rộng bể: Ta có : V = H ´ B ´ B = 2B ´ B ´ B = 2B3 B = = = 0,96 m Chọn B = 1 m v Chiều cao bể: H = 2B Þ H = 2 ´ 1 = 2 m Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,5 m (TCXD 33:2006: 0,3 – 0,5m) Hthực = H + Hbảo vệ = 2 + 0,5 = 2,5 m Vậy kích thước thật của bể trộn: Chiều dài ´ chiều rộng ´ chiều cao = B ´ L ´ H = 1 ´ 0,8 ´ 2,5 (m) Thiết bị khuấy trộn: v Ống dẫn nước vào ở đáy bể, dung dịch phèn cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể, nước đi từ dưới lên trên theo ống dẫn sang bể tạo bông. v Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng góc 45o hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. Đường kính máy khuấy D ≤ chiều rộng bể Þ D ≤ ´ B = ´ 1 = 0,5 m Chọn đường kính máy khuấy D = 0,5 m. v Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước trong bể. Chiều cao tấm chắn = chiều cao bể trộn = 2,5 m = 2500 mm. Chiều rộng tấm chắn = đường kính bể trộn = × 1 m = 0,1 m = 100 mm v Máy khuấy đặt cách đáy h = D đường kính cánh khuấy = 0,5 m. Chiều rộng bản cánh khuấy = đường kính máy khuấy = × 0,5 = 0,1 m. Chiều dài bản cánh khuấy = đường kính máy khuấy = × 0,5 = 0,125 m. Chiều cao bản cánh khuấy = 3 cm = 30 mm. v Năng lượng cần truyền vào máy là : P = G2Vm Trong đó: P: năng lượng tiêu hao tổng cộng (J/s) G: gradient vận tốc (s-1) chọn G = 700 s-1 V: dung tích bể trộn (m3) m: độ nhớt động lực của nước (Ns/m2) Đối với nước ở 20oC, m = 0,001 Ns/m2 P = G2Vm = 7002 ´ 1,78 ´ 0,001 = 872,2 (J/s) = 0,87 kW Chọn hiệu suất động cơ h = 0,8 Công suất động cơ Ptt = = 0,870,8 = 1,09 kW Công suấ thât sự của máy bơm: 1,2 x Ptt = 1,2 x 1,1= 1,32 kW v Số vòng quay của cánh khuấy P = K r n3 D5 Þ n = Trong đó: n: số vòng quay trong 1 giây (vòng/giây) P: năng lượng cần thiết (W) : khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton. Cánh khuấy chân vịt 3 cánh – K =0,32 Cánh khuấy chan vịt 2 cánh – K=1,00 Tua bin 4 cánh nghiêng 45o – K=1,08 Tua bin kiểu quạt 6 cánh – K=1,65 Tua bin 6 cánh đầu tròn cong – K=4,8 Cánh khuấy gắn 2-6 cánh dọc trục – K=1,70 Chọn tuabin 4 cánh nghiêng 45o, K = 1,08 n = = = 1,78 vòng/giây = 107 vòng/phút (Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004) Tính toán đường ống dẫn nước vào và ra: Theo TCXD 33: 2006 vận tốc nước vào và ra bể trộn là 0.8 – 1m/s Chọn vận tốc nước chảy ra: v = 0,8 m/s Đường kính ống: Dra = 4*Qπ*v*3600*24 = 4×1700π×3600×24×1 = 0,160 m = 160 mm Chọn vận tốc nước chảy vào: v = 0,8m /s Đường kính ống: Dvào = 4*Sπ = 4×1700π×3600×24×0,8 = 0,178 m = 180 mm Bảng 3.5 Thông số bể trộn cơ khí Thông số Đơn vị Giá trị Chiều rộng m 1 Chiều dài m 0,8 Chiều cao m 2,5 Thể tích m 1,78 Công suất máy bơm kW 1,32 Đường kính ống dẫn nước vào mm 180 Đường kính ống dẫn nước ra mm 160 Bể lắng đứng Bể lắng có dòng nước đi từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống. Cặn lắng xuống đáy khi u > u0 Không dùng để lắng các hạt cặn riêng lẽ Tính toán diện tích Diện tích tiết diện ngang của bể lắng tính theo công thức: Trong đó: Q: Lưu lượng nước tính toán Q= 1700 m3/ng= 71 m3/h Vtt: Tốc độ tính toán của dòng nước đi lên. (Dựa vào bảng xác định tốc độ của cặn trong bảng 6.9, điều 6.71 TCXD VN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế), ứng với hàm lượng cặn 60 (mùa khô), 150-220 (mùa mưa),chọn vtt=0,5 mm/s. N: Số bể lắng đứng, chọn N = 2 bể :Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể. Chọn = 1,5 ứng với D/H = 1,5 Chọn chiều rộng và chiều dài : B x L = 5m x 6m Diện tích tiết diện ống trung tâm tính theo công thức: Trong đó: Htt là chiều cao ống trung tâm, bằng 0,9H với H lấy từ 2,5 - 5m t thời gian lưu nước trong ngăn hản ứng lấy bằng 15-20 phút,chọn t = 18 phút N là số bể lăng đứng, chọn N = 2 bể Chọn H = 4,5(m) Þ Htt = 0,9 x H = 0,9 x 4,5 = 4,05 m Chiều cao tổng cộng của bể lắng: Htc = H+hbv = 4,05 +0,5 = 4,55m Đường kính bể lắng đứng: Trong đó: F: diện tích tiết diện ngang vùng lắng f: tiết diện ống trung tâm Vậy tỉ số: < 1,5 đạt yêu cầu. Đường kính ống trung tâm của bể lắng: d = 4×fπ=4×2,633,14 = 1,80m Đường kính phần loe ống trung tâm: Dloe = 1,35.d = 1,35 x 1,80 = 2,40m Đường kính tấm ngăn: dh=1,3.Dloe = 1,3 x 2,40 = 3,12m Tính toán thời gian lưu nước Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn có thể xác định theo công thức: Trong đó: WC: Là dung tích phần chứa cặn của bể Với: Chiều cao phần hình nón chứa cặn, tính theo công thức Trong đó: : góc nghiêng của phần nón so với mặt phẳng nằm ngang, thường chọn = 500-700 D: đường kính bể lắng, m d: đường kính đáy dưới, m Chọn = 520, d = 0,2m Vậy: Ta có: Q = 71 m3/h; N = 2 bể; C chọn là 12 mg/l Trong đó: Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l), Cn= 60 mg/l P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước (g/m3), P= 35 mg/l (TCXD 33:2006 bảng 6.3 P = 35 ÷ 45 mg/l) K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, K=1 M: Độ màu của nước nguồn (độ) thang màu platin-côban, M= 90 Pt-Co v: Liều lượng vôi kiềm hóa nước (mg/l), v = 0(mg/l) : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt (g/m3), (theo bảng 6.8 TCXD 33:2006), chọn d = 20000 Như vậy: Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý, xác định như sau: KP: Hệ số pha loãng cân bằng 1,21,15. Lấy KP=1,15 Bảng 3.6: Thông số thiết kế bể lắng đứng STT Thông số Đơn vị Giá trị Bể lắng đứng 1 Diện tích tiết diện ngang bể lắng m2 30 Chiều cao bể lắng m 4,55 Đường kính bể lắng m 6 Chiều rộng bể lắng m 5 Chiều dài bể lắng m 6 2 Ống trung tâm Diện tích tiết diên ống trung tâm m 2,63 Đường kính ống trung tâm m 1,80 3 Phần chứa cặn Dung tích phần chứa cặn của bể m3 40,82 Chiều cao phần hình nón chứa cặn m 3,7 Đường kính đáy dưới m 0,2 Tính toán máng hệ thống thu nước c1) Tính toán máng thu nước: Drc=D= 6 m Chọn: Bề rộng máng: br=0,3m Chiều cao:hm= 0,3m Chiều dày bê tông:bdày= 0,2m Chiều dài máng thu đặt theo chu vi bể: Lm = p x D=3,14 x 6 = 18,84 m Đường kính trong máng thu: Dmt= D – 2 x (br) = 6 – 2 x 0.3 = 5,4m Đường kính ngoài máng răng cưa: Dm=Dmt – 2 x (bdày) =5,4 – 2 x 0,2 = 5 m Tải trọng thu nước trên bề mặt máng: Um = QtbngayLm =170018,84= 90,2 (m3/m.ngày) c2) Tính máng răng cưa: Chiều dài máng răng cưa: lm= π×Dm= 3,14 x 5 = 16 m Chọn: tấm xẻ khe hình chử V, khe tạo góc 900, Chọn số khe: 4khe/1m dài Bề rộng răng cưa: brăng = 100mm Bề rộng khe chử V: bk= 150mm Chiều sâu khe chử V: hk=bk/2= 150/2= 75mm Khoảng cách giử 2 khe là 250mm Chiều cao tổng cộng của máng răng cưa: htc= 300mm Tổng số khe: n = 4.lm = 4 x 16 = 64 khe Lưu lượng nước chảy qua 1 khe chử V góc đáy 900 qk = Qtbngayn=170064=26,6 m3/khe.ngày Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn: Lthu = Qtbngaylm= 170016=106,25 m3/m.ngày Bảng 3.7: Thông số thiết kế máng thu nước STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Máng thu nước Bề rộng máng mm 300 Chiều sâu mm 300 Chiều dài máng thu m 18,84 Đường kính trong máng thu nước m 5,4 Đường kính ngoài máng thu nước m 5 2 Máng răng cưa Chiều dài máng răng cưa m 16 Chiều cao tổng cộng của máng răng cưa mm 300 Bề rộng khe mm 150 Bề rộng răng cưa mm 100 3 Ống nước Đường kính ống thu nước mm 160 Đường kính ỗng nước vào mm 180 Đường kính ống thu bùn (150-200mm) mm 180 Bể lọc nhanh: Một lớp vật liệu lọc Tính toán diện tích Diện tích bể lọc nhanh: F=QT×Vbt- 3,6×W×t1- a×t2×Vbt Trong đó: Q = 1700 m3/ngày = 71 m3/h W cường độ rửa: W=14 l/s.m2 (quy phạm từ 14 – 16 l/s.m2 ), T = 24h a là số lần rửa bể trong một ngày a = 2 Chọn cát lọc dtd = 0,75÷0,8 mm, hệ số không đồng nhất k = 1,3÷1,5 Chiều dày lớp vật liệu lọc: L = 1,3 m [Theo bảng 6.11 TCXD 33:2006] t1 = 6 phút = 0,1 giờ, t2 = 0,35 giờ [Theo bảng 6.11 TCXD 33:2006] Vbt = 6 [Theo bảng 6.11 TCXDVN 33:2006] F=170024×6-3,6×14×0,1-2×0,35×6=12,6 m2 Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: N=0,5F = 0,512,6 = 1,78 bể Chọn N = 2 bể Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện một bể đóng để rửa Vtc= Vbt×NN-N1=7×22-1=14 m/h > (khoảng 7 – 9,5): không an toàn Ta có: 7,5 < Vbt×NN-N1 < 9,5 « 3bể < N < 7bể Vì vậy ta phải thiết kế thêm 2 bể lọc để dự phòng. Hai bể vận hành, hai bể dự phòng rửa lọc vào cuối ngày. Diện tích bể lọc là: f=FN= 12,64=3,15 m2 Chọn kích thước bể là : L×B=2×1,6=3,2 m2 Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hđ + hv + hn + hp hđ : chiều cao lớp đỡ: hđ = 0,3 m [Theo bảng 6.12 TCXD 33:2006] hv : chiều dày lớp vật liệu lọc: hv = 1,3 m [Theo bảng 6.11 TCXD 33:2006] hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc: hn = 2 m hp : chiều cao hấp phụ (0,3 – 0,5 m) H = 0,3 + 1,3 + 2 + 0,5 = 4,1 m Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc Chọn phương pháp rửa bể bằng nước, cường độ nước rửa lọc W = 14 l/s.m2 với độ trương nước 45%. (Quy pham 12 - 14 l/s.m2) Lượng nước rửa lọc 1 bể là: Qr=f×W1000=3,15×141000=0,044 m3/s = 44L/s Chọn vận tốc chảy trong ống chính là: V = 1,8 m/s (Quy phạm ≤2 m/s) Đường kính ống chính là: dc=4×Qrπ×v =4×0,0443,14×1,8=0,176 m Chọn đường kính ống chính 176 mm Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,3 m (Quy phạm: 0,25 – 0,3 m) thì số ống trong 1 bể là: m=B0,25×2=1,60,25×2=13 ống nhánh Lưu lượng nước lọc chảy trong mỗi nhánh là: qn=Qrm=4413=3,38 l/s Chọn vận tốc chảy trong ống chính là: V = 1,9 m/s (Quy phạm ≤2 m/s) Đường kính ống nhánh là: dn=4×qnv×π=4×3,38×10-31,9×3,14=0,048 m Chọn dn = 48 mm Với ống chính là 176 mm thì tiết diện ngang của ống là: Ω=π×dc24=3,14×0.1824=0,0254 m2 Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (Quy Phạm 30-35%) Tổng diện tích lỗ tính được là: ω = 0,35 ×0,0254= 0,00089 m2 Chọn lỗ đường kính 12 mm (theo 6.111. TCXD 33:2006 từ 10 – 12 mm) diện tích 1 lỗ sẽ là ωlỗ=3,14×0,001224=0,000113 m2 Tổng số lỗ trên mỗi ống nhánh là: n0=ωωlỗ=0,00890,000113=79 lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh là: 7913=6 lỗ Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 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: 62 = 3 lỗ Khoảng cách giửa các lỗ là: a = 2-0,1762×3= 0,3 m Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc Bể có chiều dài là 2 m, chọn mỗi bế bố trí 1 máng thu nước có đáy hình tam giác: Khoảng cách giữa các máng sẽ là: d = 21 = 2 m (Quy Phạm không được > 2,2m) Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức : qm=W×d×l (l/s) Trong đó: W : Cường độ rửa lọc : W = 14 (l/s.m2) d : Khoảng cách giữa các tâm máng : d = 1,25 m l : Chiều dài của máng : l = 1,6 m qm = 14 ×1,25×1,6=28 ls = 0,028 m3/s Chiều rộng máng là: Bm=k5qm2(1,57+a)3 Trong đó: a : là tỉ số giữa chiều cao hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng Lấy a = 1,3 (Quy Phạm a = 1 – 1,5) k : Hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác: k = 2,1 Bm=2,1×5(0,028)2(1,57+1,3)3=0,33 m a=hcnBm2=>hcn=Bm×a2=0,33×1,32=0,21 m Vậy chiều cao phần máng hcn là: hcn = 0,21 m Lấy chiều cao phần đáy tam giác là hđ = hcn×23=0,21 ×23=0,14 m Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0,01. Chiều dày thành máng lấy là: δm=0,08 m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = hcn + hđ + δm = 0,21 + 0,14 + 0,08 = 0,43 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức: ΔHm=L×e100+0,25 (m) Trong đó: L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1,3 m e : Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, [Theo bảng 6.13 TCXD 33:2006] Chọn e = 30% ΔHm= 1,3×30100 + 0,25 = 0,64 m Theo quy phạm , khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu 0,07 m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa: Hm = 0,43 m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 2 m nên chiều cao máng thu tập trung là: 0,43 + (0,01 ×2) = 0,45 m Vậy ΔHm sẽ phải lấy bằng: ΔHm=0,45+0,07=0,52 m Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung xác định theo công thức : hm=1,75×3qm2g×A2+0,2 (m) Trong đó: qm : Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s) A : Chiều rộng của máng tập trung Chọn A = 0,75 m (Quy Phạm không được nhỏ hơn 0,6 m) g : gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2 hm=1,75×30,0449,81×0,752+0,2=0,55 m Tính tổn thất áp lục khi rửa bể lọc nhanh Tính tổn thật áp lực trong hệ thống phân phối bằng dàn ống khoan lỗ: hp=ξ×v022×g+v022×g (m) Trong đó: ξ : Hệ số sức cản : ξ=2,2kW2+1 kW: tỷ sổ giữa tổng diện tích các lỗ trên ống hoặc trên máng và diện tích tiết diện ngang của ống hoặc máng chính,(TCXD 33:2006 từ 0,15<kW<2) kW = 0,35 ξ=2,20,352+1=18,96 v0 : Tốc độ nước chảy ở đầu ống chính(theo 6.111. TCXD 33:2006 từ 1-2m/s) chọn v0 = 1,7 m/s vn : Tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh(theo 6.111. TCXD 33:2006 từ 1,6-2m/s) Chọn vn = 1,8 m/s g : Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2 hp=18,96×1,722×9,81+1,822×9,81 = 3 (m) Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hđ = 0,22×Ls×W Trong đó: Ls : Chiều dày lớp sỏi đỡ : Ls = 0,3 m W : Cường độ rửa lọc : W =14 l/s.m2 hđ = 0,22×0,3×14=0,92m Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc: hvl = (a + b×W)L×e (m) Trong đó: Với kích thước hạt d = 0,5 ÷1 mm ; a = 0,76 ; b = 0,017 L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1,3 m e : Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, [Theo bảng 6.13 TCXD 33:2006] Chọn e = 30% hvl = (0,76 + 0,017×14)×1,3×0,3=0,4m Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể sẽ là : ht = hp + hđ + hvl + hbm = 3 + 0,92 + 0,4 + 2 = 6,32m Tỷ lệ nước rửa lọc so với lượng nước vào bể (công suất trạm) có thể tính như sau: P=W×f×t1×60×N×100Q×T0×1000 Trong đó: W: Cường độ rửa lọc ; W = 14 l/s.m2 f : Diện tích một bể lọc ; f = 3,15 m2 N: Số bể lọc ; N = 4 Q: Công suất trạm xử lý ; Q = 71 m3/h To : Thời gian công tác của bể giữa 2 lần lọc To=Tn-t1+t2+t3 Trong đó: T : Thời gian công tác của bể lọc trong một ngày, T = 24h n : số lần rửa bể trong 1 ngày, n = 2 t1, t2, t3 : thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể lọc TO=242-0,12+0,35+0,17=8(h) Vậy P=14×3,15×6×60×4×10071×8×1000= 11,2 % Bảng 3.8: Thông số thiết kế bể lọc nhanh Thông số Đơn vị Giá trị Diện tích bể lọc nhanh m2 12,6 Số bể lọc cần thiết Bể 4 Diện tích mỗi bể lọc m2 3,15 Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh m 4.1 Đường kính ống chính mm 176 Đường kính ống nhánh mm 48 Số ống trong 1 bể ống nhánh 13 Số lỗ trên mỗi ống nhánh Lỗ 6 Chiều rộng máng m 0,33 Chiều cao toàn phần máng m 0,55 Tính toán các thiết bị liên quan Lượng hóa chất Clo khử trùng Liều lượng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ được tính theo công thức: Trong đó: Q: lưu lượng nước nguồn xử lý, Q = 71 m3/h a: liều lượng Clo hoạt tính ( lấy theo điều 6.162 TCXDVN 33-2006 ) Chọn a = 3 (mg/l) = 3(g/m3) Để định lượng clo, ta phải có thiết bị định lượng clo lỏng thành clo hơi, thiết bị đó gọi là clorator, loại clorator được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay là clorator Thiết bị bơm nước thải Ống dẫn nước giữa các công trình: Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng vào: Chọn vận tốc nước trong ống dẫn v = 0,7–1,2m/s (theo điều 6.82 TCVN 33:2006) Đường kính ống dẫn nước: v = 0,8m/s D=4×Qtbngayπ×v= 4×17003,14×0,8×24×3600 = 0,177m® chọn ống nhựa PVC F 180mm Đường kính ống dẫn nước từ máng ra ngoài: Chọn vận tốc nước trong ống dẫn v =1–1,5m/s (theo điều 6.82 TCVN 33:2006) Đường kính ống dẫn nước: v = 1 m/s D=4×Qtbngayπ×v= 4×17003,14×1×24×3600=0,158m® chọn ống nhựa PVC F 160mm Công suất bơm: Trong đó: Q: lưu lượng nước thải, Q = 71 m3/h = 0,02 m3/s. H: chiều cao cột áp,chọn H = 10 m : hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn = 0,8 Công suất bơm thực: (lấy bằng 120% công suất tính toán) N thực = 1,2 N = 1,2 2,45 = 2,94 kW Vậy chọn 4 bơm, mỗi bơm có công suất 4 Hp Tính toán bơm nước rửa lọc: Tổn thất áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc: Hr=hhh+ hống+ht+hcb Trong đó: hhh: Là độ cao hình học từ cột mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa. Hhh=4+3,5-2+0,64=6,14(m) Với: 4: Chiều sâu mực 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 (m). 0,64: Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m). hống: Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc. Đường kính ngoài của ống dẫn nước rửa lọc (150mm) là 176mm, Qr = 30 l/s(Tra bảng IV _ “Các bảng tính toán thủy lực “- của ThS.Nghuyễn Thị Hồng) Ta được:1000i = 34,5 ª i = 0,0345 Giả sử chiều dài đường ống dẫn nước rửa lọc là L = 100m, vậy: hống=i.l=0,0345.100=3,45 (m) hcb: Tổn thất áp lực cuc bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa: hcb=⅀ξ.v22g Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau: +Cút 90o ξ = 0,98 +Khóa ξ = 0,26 +Tê ξ = 0,92 +Ống ngắn máy bơm: ξ = 1 v: Vận tốc nước chảy trong ống = 1,9(m/s). Vậy: hcb=(2.0,98+0,26+2.1).1,922.9,81=0,77(m) Vậy Hr=6,14+3,45+0,77+8,61=18,97(m) Với Qr = 0,03 (m3/s), Hr = 18,97 (m) Công suất của bơm N = Q1.Hr.ρ.g1000.h = 172,8.18,97.1000.9,811000.0,8 = 40,2 kW Trong đó: Q1 lưu lượng nước dùng để rửa lọc Q1 = f.Wgió = 3,2 . 15 = 48 l/s = 0,048m3/s = 172,8 m3/h h là hiệu suất chung của bơm, h = 0,8 ρ là khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc: ρ = 1000 kg/m3 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1) KẾT LUẬN Với hệ thống xử lý nước mặt như đã thiết kế trên có thể áp đáp ứng được nhu cầu cung cấp nguồn nước tiêu thụ cho khu dân cư 4448 người. Và lưu lượng 1700 m3/ng.đ được sử dụng ở ngoại vi thành phố thuộc đô thị cấp I. Qua thời gian thực hiện đề tài những nội dung mà đồ án đã làm được bao gồm: Thu thập, khảo sát được các số liệu về thành phần và tính chất đặc trưng của nước mặt. Đã tiến hành tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị và triển khai bản vẽ chi tiết cho toàn bộ trạm xử lý nước mặt. Với bể lắng đứng thích hợp cho công trình cấp nước với lưu lượng nhỏ. Có thể xử lý tốt các yêu cầu cần xử lý có thể áp đáp ứng được nhu cầu cung cấp nguồn nước tiêu thụ. Và lưu lượng 1700 m3/ng.đ được sử dụng ở ngoại vi thành phố thuộc đô thị cấp I. Ngoài ra, bể lọc nhanh dùng để loại bỏ cặn mà không lắng được bể lắng, và các vi sinh vật gây bệnh nhằm giảm thiểu việc sử dụng hóa chất khử trùng. Các công trình này sẽ tiết kiệm được diện tích trạm xử lý và khi sau này có cải tạo nâng cấp sẽ được thực hiện dễ dạng hơn. 4.2) KIẾN NGHỊ Để hệ thống hoạt động hiệu quả yêu cầu có sự giám sát của cơ quan chức năng nơi thực hiên nhiệm vụ cấp nước, đảm bảo chu kì hoạt động cùng với kĩ năng thực hiện của nhân viên vận hành. Cần thường xuyên theo dõi hệ thống xử lý nước mặt, các thiết bị sản xuất, hệ thống xử lý bùn nhằm hạn chế những tiêu cực như rò rỉ nước, chất lượng nước xử lý không tốt,… Phải thường xuyên bảo hành thay đổi các thiết bị nhằm cho hệ thống sử dụng tốt. Đào tạo cán bộ kỹ thuật nhằm nâng cao tay nghề vận hành. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Ts. Trịnh Xuân Lai. Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. NXB Xây dựng. Hà Nội, 2003 [2]. Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 33 – 2006. Cấp nước – mạng lưới bên ngoài và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế. Hà Nội, 2006 [3]. Ts. Trịnh Xuân Lai. Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch. NXB Khoa học Kĩ thuật. Hà Nội, 2003 [4]. Ts. Nguyễn Ngọc Dung. Xử lý nước cấp. NXB Xây dựng. Hà Nội, 2005 [5]. Nguồn internet: yeumoitruong.com xulynuoc.com wedmoitruong.com vea.gov.vn [6]. Một số hình ảnh lấy từ google