Đề tài Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước mặt sông sài gòn – Đồng Nai cấp cho sinh hoạt công suất 5000m3/ngày.đêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC Tên đề tài : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC MẶT SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI CẤP CHO SINH HOẠT CÔNG SUẤT 5000m3/ngày.đêm GVHD : Th.S Nguyễn Xuân Hoàn Thành viên nhóm : 1. Phạm Tiến Bách 2. Phạm Công Lí 3. Trần Phương Nam Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2008 CHƯƠNG MỘT : TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC MẶT Nước mặt bao gồm các nguồn nước ao, đầm, hồ chứa, sông suối. Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng của nước mặt là: - Chứa khí hòa tan đặc biệt là oxy. - Chứa nhiều chất lơ lửng, riêng trường hợp nước chứa trong các ao, đầm, hồ do xảy ra quá trình lắng cặn nên chất rắn lơ lửng còn lại trong nước có nồng độ tương đối thấp và chủ yếu ở dạng keo. - Có hàm lượng chất hữu cơ cao. - Có sự hiện diện của nhiều loại tảo. - Chứa nhiều vi sinh vật. Chất lượng nước thiên nhiên có thể được phân loại và đánh giá theo các chỉ tiêu sau : Chỉ tiêu lý học: Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu. Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ. Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường. Độ màu: Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo ra. Các hợp chất sắt, mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất humic gây ra màu vàng. Còn các loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Đơn vị đo độ màu thường dùng là theo thang màu platin – coban. Nước có độ màu 150 độ (PtCo). Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Độ đục: Nước là môi trường truyền ánh sáng tốt, khi trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật… khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi. Nó có độ đục lớn chứng tỏ có nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo độ đục thường là mg SiO2/l, NTU, FTU. Trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau. Nước mặt có độ đục 41,4 NTU. Nước dùng để ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU. Hàm lượng chất lơ lửng cũng là đại lượng tương quan đến độ đục của nước. Mùi vị: Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ quá trình phân hủy vật chất gây nên. Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng… Các chỉ tiêu hóa học: Độ pH : Độ pH là chỉ số đặt trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, nó có ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và cacbonat và khi tăng pH có thêm tác nhân oxy hóa, các kim loại hòa tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tác ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc. Độ kiềm :Độ kiềm là tổng hàm lượng của các ion bicacbonat, hydroxit và anion của các muối của các axit yếu. Do hàm lượng các chất này có trong nước rất nhỏ nên bỏ qua. Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước. Độ cứng: Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị các ion canxi và magiê có trong nước. Dùng độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do canxi và magiê phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Các đơn vị để đo độ cứng : Độ Đức ( 0dH) : 1 0dH = 10 mg CaO/ l nước; Độ Pháp (0f ) : 1(0f ) = 10 mg CaO/ l nước; Độ Anh (0e) : 1(0e) = 10 mg CaO/ 0.7 l nước; Tùy theo giá trị độ cứng nước được phân loại thành. Độ cứng < 50 mg CaCO3 /l : nước mềm; Độ cứng < 50 – 100 mg CaCO3 /l : nước trung bình; Độ cứng < 150 - 300 mg CaCO3 /l : nước cứng; Độ cứng >300 mg CaCO3 /l : nước rất cứng; Các chỉ tiêu sinh học: Vi khuẩn thường ở dạng đơn bào. Tế bào có cấu tạo đơn giản so với các sinh vật khác. Vi khuẩn trong nước uống có thể gây các bệnh lỵ, viêm đường ruộtvà các bệnh tiêu chảy khác. CHƯƠNG HAI : CHẤT LƯỢNG NGUỒN NƯỚC SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI 2.1. Giới thiệu hệ thống sông và các điểm quan trắc: STT TRẠM CODE MỤC TIÊU 01 Phú Cường WS1 Kiểm soát thượng nguồn sông Sài Gòn 02 Bình Phước WS2 Sông Sài Gòn 03 Phú An WS3 Sông Sài Gòn 04 Hóa An WD1 Kiểm soát đầu vào trạm bơm Hóa An 05 Bình Điền WC1 Tiêu thoát từ sông Sài Gòn sang Long An 06 Nhà Bè WS4 Hợp lưu Đồng Nai - Sài Gòn 07 Lý Nhơn WD4 Tiêu nhánh sông Nhà Bè 08 Tam Thôn Hiệp WD3 Tiêu nhánh sông Đồng Tranh 2.2. Chất lượng nước tại các điểm quan trắc a. Khu vực sông Sài Gòn (tại trạm Phú Cường, Bình Phước và Phú An) - pH: trong tháng 07/2005, pH không ổn định dao động trong khoảng 4,3 – 6,4. Giá trị này của pH không thích hợp cho tính chất của nguồn cấp nước (6 < pH < 8,5). - Nồng độ ôxy hòa tan (DO): nồng độ DO trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 1,5 – 4,4 mg/l, không đạt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 – 1995 loại A ³ 6 mg/l). So với cùng kỳ tháng 07/2004 thì nồng độ DO trung bình tháng 07/2005 đã tăng từ 1,2 – 5,0 lần. - Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): Giá trị BOD5 trung bình tháng 07 năm 2005 dao động trong khoảng 2,1 – 4,1 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 -1995 là 4 mg/l) khoảng 1,2 lần. So với tháng 07/2004 thì nồng độ BOD5 tại các trạm Phú An và Bình Phước đã giảm khoảng 1,7 – 1,8 lần tương. Riêng tại trạm Phú Cường thì nồng độ trung bình tháng của BOD5 lại tăng khoảng 1,2 lần so với cùng kỳ năm trước. - Coliform: giá trị Coliform trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 1.300 – 120.100 MPN/100ml, cao hơn tiêu chuẩn cho phép khoảng 24 lần (TCVN 5942 – 1995 - A = 5.000 MPN/100ml). So với cùng kỳ tháng 07/2004 thì Coliform trung bình tháng 07/2005 tại trạm Phú Cường giảm khoảng 2,7 lần. Riêng tại 02 trạm Bình Phước và Phú An lại có sự gia tăng về ô nhiễm Coliform từ 11,8 – 22,6 lần so với tháng 05/2004. - Các kim loại nặng (Pb, Cd, Hg, Cu): thường có nồng độ nhỏ hơn 0,01 mg/l, đạt TCVN. - Hàm lượng dầu trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 0,07 – 0,73 mg/l, không đạt tiêu chuẩn nguồn cấp nước (TCVN 5942 – 1995 – A = 0 mg/l). Nhưng nhìn chung thì nồng độ dầu trung bình tháng 07/2005 tại 02 trạm Bình Phước và Phú An có sự gia tăng so với cùng kỳ tháng 07 năm 2004. b. Khu vực sông Đồng Nai (tại trạm Hóa An và Cát Lái): - pH: Giá trị pH trung bình tháng 05/2005 dao động trong khoảng 6,9, nằm trong tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 - 1995 – A), đảm bảo chất lượng nguồn cấp nước. - Nồng độ ôxy hòa tan (DO): nồng độ DO trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 4,5 – 6,8 mg/l, không đạt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 – 1995 loại A ³ 6 mg/l). Tại trạm Hóa An thì nồng độ DO tương đối ổn định và tăng khoảng 1,32 lần so với cùng kỳ tháng 07/2004. - Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 1,6 – 2,2 mg/l, dưới tiêu chuẩn cho phép khoảng 1,8 – 2,6 lần (TCVN 5942 – 1995 loại A = 4 mg/l). Nhìn chung nồng độ BOD5 tại trạm Hóa An đã tăng khoảng 1,2 lần so với cùng kỳ tháng 07/2004. - Coliform: giá trị Coliform trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 1.600 – 11.700 MPN/100ml, vượt tiêu chuẩn cho phép khoảng 2,3 lần (TCVN 5942 – 1995 loại A = 5.000 MPN/100ml). So với cùng kỳ tháng 07/2004 thì Coliform trung bình tháng 07/2005 tại trạm Hóa An đã giảm khoảng 34,8 lần. - Hàm lượng dầu trung bình tháng 07/2005 tại trạm Hóa An và Cát Lái dao động trong khoảng 0,002 – 0,73 mg/l tương ứng, không đạt tiêu chuẩn nguồn cấp nước (TCVN 5942 – 1995 – A = 0 mg/l). Nồng độ dầu trung bình tháng 07/2005 tại trạm Hóa An đã gia tăng so với cùng kỳ tháng 07/2004. c. Khu vực Cần Giờ – Nhà Bè (tại các trạm Nhà Bè, Tam Thôn Hiệp, Lý Nhơn và cửa sông Vàm Cỏ) - pH: Giá trị pH trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 6,4 – 7,2; nằm trong tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 - 1995 – B). - Nồng độ ôxy hòa tan (DO): nồng độ DO trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 4,1 – 5,9 mg/l, đạt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 – 1995 loại A ³ 2 mg/l). So với cùng kỳ tháng 07/2004, nồng độ DO trung bình tháng đã có sự gia tăng từ 1,0 – 2,0 lần. - Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 2,0 – 3,9 mg/l, dưới tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5942 -1995 loại B = 25 mg/l). Nhìn chung nồng độ BOD5 tại trạm Nhà Bè và Lý Nhơn đã giảm khoảng 2,4 – 3,7 lần so với cùng kỳ tháng 07/2004. riêng trạm Tam thôn Hiệp lại có sự gia tăng nồng độ BOD5 khoảng 2,4 lần so với tháng 07/2004. - Coliform: giá trị Coliform trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 190 – 2.200 MPN/100ml, đạt tiêu chuẩn cho phép theo TCVN 5942 – 1995 loại B (là 10.000 MPN/100ml). So với cùng kỳ tháng 07/2004 thì Coliform trung bình tháng 07/2005 tại 2 trạm Nhà Bè và Lý Nhơn đã giảm từ 3,0 – 289,0 lần. - Hàm lượng dầu trung bình tháng 07/2005 dao động trong khoảng 0,02 – 0,8 mg/l, vượt tiêu chuẩn cho phép khoảng 2,7 lần (TCVN 5942 – 1995 –B = 0,3 mg/l). Nhưng nhìn chung thì nồng độ dầu trung bình tháng 07/2005 tại trạm Nhà Bè, Lý Nhơn và Cát Lái đã có sự gia tăng ô nhiễm dầu khoảng 2,3 lần so với cùng kỳ tháng 07/2004. Riêng tại trạm Tam Thôn Hiệp lại giảm so với cùng kỳ tháng 07/2004. Tóm lại: Chất lượng nước sông Sài Gòn – Đồng Nai tại các vị trí quan trắc đang có dấu hiệu ngày càng ô nhiễm. Chất lượng nước dưới mức tiêu chuẩn cho phép để cấp cho sinh hoạt. Vì vậy, kinh phí để xây dựng công trình xử lý nước sông Sài Gòn – Đồng Nai cấp cho sinh hoạt ngày càng tăng cao. CHƯƠNG BA : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ : Clo Chất keo tụ vôi Mạng lưới Trạm bơm cấp 2 Bể trộn cơ khí Bể chứa Máy ép bùn bùn Bể tạo bông Bể lắng li tâm Bể lọc nhanh Nén bùn Lắng nước Rửa lọc Công trình thu Nguồn tiếp nhận Chú thích : Nước Bùn MÔ TẢ CÔNG NGHỆ Nước từ sông qua công trình thu và trạm bơm nước thô, tại đây có lưới chắn rác giữ lại những cặn thô, kích thước lớn, rong rêu, túi nilong... Nước được bơm lên cao và tự chảy vào các công trình tiếp theo. Đầu tiên nước được bơm lên và chảy qua bể trộn cơ khí, chất keo tụ và vôi hoà trộn sẵn ở các công trình chuẩn bị dung dịch phèn, bể trộn vôi được cho vào nước và khuấy trộn đều giúp cho quá trình tạo bông. Nước tiếp tục chảy qua bể tạo bông, bông cặn hình thành sẽ được loại bỏ bởi quá ttrình lắng ở bể lắng. Phần chất bẩn không lắng được sẽ được loại bỏ bằng bể lọc. Nước sau lọc sẽ được châm chlor khử trùng và chảy vào bể chứa. Từ đây, nước được phân phối vào khu dân cư thông qua trạm bơm cấp II và mạng lưới cấp nước. Phần cặn ở bể lắng sẽ được xử lý qua các công đoạn: nén bùn và khử nước. 3.1 CÔNG TRÌNH THU NƯỚC Công trình thu đặt ở lòng sông, buồng thu đặt sát bờ, trạm bơm tách riêng. Trong trường hợp bờ sông có độ dốc thoải, lòng sông ở xa bờ, ta bố trí họng thu và trạm bơm xa nhau, công trình thu đặt ở lòng sông, trạm bơm đặt trên bờ. Đầu họng thu đặt lưới chắn, mắt lưới 5 x 5mm, bằng sợi dây đồng, đường kính 2mm, khung thép hàn có thể tháo lắp dễ dàng để làm sạch và thay thế khi cần. Vận tốc chảy qua lưới v £ 0,6m/s để tránh hiện tượng kéo rác vào ống. Diện tích lưới chắn xác định theo công thức: Trong đó: Q- Lưu lượng cần thu Q = 0,058 m3/s v- vận tốc qua lưới < 0,6m/s, nên chọn v = 0,5m/s K1- hệ số thu hẹp diện tích do các dây làm lưới choán chỗ và rác bám, K=1,5 - 1,6, chọn K=1,5 m2 Vậy kích thước lưới chắn là 0,42m x 0,42m. *Trạm bơm: Công suất của trạm bơm Trong đó: Q- Công suất Q= 0,122m3/s H- áp lực của bơm, chọn H = 20 m g- Khối lượng thể tích của nước, g =1000 kg/m3 h-hiệu suất của bơm, lấy h= 80% Trong ngăn thu bố trí hai bơm cùng công suất 14,2 kW, một bơm hoạt động còn một bơm kia để dự phòng, hai bơm này được mắc song song với nhau. 3.2. CÁC CÔNG TRÌNH CHUẨN BỊ DUNG DỊCH PHÈN. 3.2.1.Bể trộn phèn Có thể cho phèn vào nước dưới dạng bột, hạt khô hoặc dưới dạng dung dịch. Để định lượng được phèn vào nước dưới dạng bột hoặc hạt khô thì phải có phèn sản xuất ra dưới dạng bột, nhưng việc định lượng phèn dưới dạng bột khô thì thường không chính xác và thường không đảm bảo vệ sinh vì nhiều bụi, nên có thể loại trừ việc dùng phèn bột. Thường định lượng phèn vào nước dưới dạng dung dịch có nồng độ từ 1 ÷ 5%. Việc tăng nồng độ của dung dịch phèn sẽ làm giảm độ chính xác khi định lượng, vì vậy đầu tiên dùng các thùng hoà trộn để hoà trộn phèn có nồng độ cao, đồng thời để lắng bớt các cặn, tạp chất không tan trong nước ở bể hoà tan, sau đó mới chuyển qua bể tiêu thụ để pha loảng nồng độ 1 ÷ 5% rồi định lượng vào nước Tốc độ hoà tan phèn cục ở trong nước tăng nhanh khi kích thước các cục phèn càng nhỏ, tăng cường độ tuần hoàn của nước trong bể hoà tan và tăng nhiệt độ của nước. Vì vậy để đảm bảo thời gian hoà trộn phèn phù hợp với yêu cầu của các nhà quản lý đề ra cho nhàmáy của mình, thì cần phải đập nhỏ phèn trước khi cho vào bể hoà trộn Nhiệm vụ của bể hoà trộn là hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn thường cao nhưng không vượt quá nồng độ bảo hòa. Theo TCXD – 33:1985 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hoà trộn trong khoảng 10 ÷ 17%. Để hòa tan phèn trong bể có thể dùng không khí nén, máy khuấy hoạc bơm tuần hoàn. Nhưng đối với trương hợp này thì ta hòa trộn phèn bằng máy khuấy, bể xây bằng bê tông cốt thép, bộ phận khuấy trộn gồm: động cơ điện, bộ phận truyền động và cánh khuấy. Để đơn giản ta chọn cánh khuấy kiểu phẳng. Ta chọn bể hoà trộn phèn dùng cánh khuấy kiểu phẳng có 02 cánh quạt, số vòng quay là 60 vòng/phút. Liều lượng phèn để xử lý nước đục theo bảng sau: Liều lượng phèn để xử lý độ đục Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/l) Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước (mg/l) Đến 100 101-200 201-400 401-600 601-800 801 -1000 1001 -1400 25-35 30-45 40-60 45-70 55-80 60-90 65-105 Ứng với hàm lượng cặn nước mặt sông SG – ĐN vào khoảng 270mg/l, chọn lượng phèn P=50 mg/l Căn cứ vào độ màu của nước mặt sông SG – ĐN vào khoảng 150 Pt.Co, ta xác định được lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 cần thiết để khử màu theo công thức : mg/l Vậy chọn lượng phèn là P=50mg/l Dung tích bể hoà trộn phèn tính theo công thức: Trong đó : :Lưu lượng nước xử lý (m3/h). Q= 208 m3/h : Thời gian giữa hai lần hoà tan phèn, lấy = 24 giờ : Liều lượng lượng phèn dự tính cho vào nước (g/m3). Pp = 50mg/l = 50g/m3 :Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hoà trộn (%).Chọn = 10% (Theo TCXD-33:1985 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hoà trộn trong khoảng 10 ÷ 17%.) : Khối lượng riêng của dung dịch tấn/m3. Trong bài toán này loại phèn sử dụng để làm chất keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước. Vậy dung tích bể hoà trộn phèn là: Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể trộn hình vuông với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2 :1. Vậy ta chọn kích thước bể 1,08 × 1,08 × 2,2m = 2,5 m3 Chọn chiều cao an toàn cho bể hoà trộn phèn là : 0,4 m. (Theo tiêu chuẩn chọn chiều cao an toàn nằm trong khoảng 0,3 ÷ 0,5 m). 3.2.2 Tính toán thiết bị khấy trộn phèn Bể được khấy trộn bằng máy trộn cánh quạt, dung tích bể khấy trộn được tính ở trên là Wh = 2,5 m3. Bể được thiết kế hình vuông với tỉ lệ kích thước như sau: a x b x h = 1,08 x 1,08 x 2,2m Chọn số vòng quay cánh quạt là 60 vòng/phút (Quy phạm ≥ 40 vòng/phút). Chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 bề ngang bể (Quy phạm = 0,4 ÷ 0,45b). lcq = 0,45.b = 0,451,08 = 0,486 m Vậy chiều dài toàn phần của cánh quạt là : 0,486 2 = 0,972 m Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế trung bình là 0,15 m2/cánh quạt/1 m3 phèn trong bể. fcq = 0,15.Wh = 0,152,5 = 0,375 m2 Chiều rộng mỗi cánh quạt là: 0,375 ÷ 0,486 = 0,77 m Năng lượng khuấy trộn cần thiết: (W) Trong đó: k: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy kiểu phẳng hai cánh ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, lấy ρ = 1000 kg/m3 n: số vòng quay trong 1 giây, n = 60vòng /phút = 1 vòng/ s. Dkh: Đường kính cánh khuấy, Dkh = 0,972 m W Công suất động cơ: W trọng lượng riêng của dung dịch được khuấy trộn. = 0,8 hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động (hiệu suất) 3.3. THIẾT BỊ PHA CHẾ VÔI: Vôi được dùng để kiềm hoá nươc, làm mềm nước hoăc để ổn định nước. Vôi cho vào nước có thể ở dạng vôi sữa hay vôi bão hoà. Trước tiên vôi sống phải được đem tôi. Bể tôi vôi thường có dung tích đủ cho 30 ÷ 40 ngày tiêu thụ của nhà máy và được chia làm nhiều ngăn để tiện việc lau rửa Công thức xác định liều lượng chất kiềm hoá mg/l Trong đó: Pk : Hàm lượng chất kiềm hoá (mg/l) Pp : Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l) , đã tính Pp= 30mg/l e1, e2 : Đương lượng của chất kiếm hoá và của phèn (mg/mgđl). (Trong trường hợp này sử dụng chất kiềm hoá là CaO nên e1 = 28; và đối vơi chất keo tụ là Al2(SO4)3 nên e2 = 57 Kt : Độ kiềm nhỏ nhất của nước nguồn (mgđl/l) 1 : Độ kiềm dự phòng của nước (mgđl/l) c : Tỉ lệ chất kiềm hoá nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng (%). (Trường hợp này c = 80%) Vậy ta có : Dung tích bể pha vôi sữa được xác định theo công thức (m3) Trong đó: Q : Lưu lượng nước tính toán (m3/h), Q = 208 m3/h n : Số giờ giữa hai lần pha vôi (Theo quy phạm là 6 ÷ 12 giờ), lấy n=12 Pk : Liều lượng vôi cho vào nước (mg/l) =11,42 mg/l bv : Nồng độ vôi sữa (5%) : Khối lượng riêng của vôi sữa 1 tấn/m3 m3 Tại trạm bố trí hai bể, một làm việc, một dự phòng. Dung dịch vôi 5% ở bể tiêu thụ được định lượng đều với lưu lượng không đổi bằng bơm định lượng để đưa vào bể trộn đứng, tương tự thì ta cũng bố trí hai bơm định lượng ở hai bể. Tính toán thiết bị khấy trộn vôi sữa Bể được khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt; dung tích bể pha vôi sữa được tính toán ở trên là Wv = 0,57 m3. Bể được thiết kế hình tròn, đường kính của bể phải lấy bằng chiều cao công tác của bể d = h, chiều cao xây dựngcủa bể là h + 0,4m ( theo Quy phạm chiều cao an toàn của bể lấy 0,3 ÷ 0,5 m). Vậy đường kính bể : m Chọn số vòng quay của cánh quạt là 60 vòng/phút (Quy phạm≥ 40 vòng/phú), chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính bể (Quy phạm = 0,4 ÷ 0,45d). lcq = 0,45.d = 0,45.0,9 = 0,405 m. Vậy chiều dài toàn phần của cánh quạt là 0,405 x 2 = 0,81m. Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3 vôi sữa trong bể (Quy phạm = 0,1 ÷ 0,2m2). fcq = 0,15.Wv = 0,15. 0,57 = 0,09 m2 Chiều rộng mỗi cánh quạt là: bcq = fcq÷lcq = 0,09 ÷ 0.405 = 0,22m Năng lượng khuấy trộn cần thiết: (W) Trong đó: k: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy phẳng 2 cánh ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, ρ = 1000 kg/m3 n: số vòng quay trong 1 giây, n = 60/60 vòng /s Dkh: Đường kính cánh khuấy, Dkh = 0,81 m Vậy: P = 377 W Công suất động cơ: W 3.4. BỂ TRỘN CƠ KHÍ. Mục đích: So với lượng nước cần xử lý, lượng hoá chất sử dụng thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi tiếp xúc với nước. Vì vậy, cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hoá chất ngay sau khi chúng vào nước nhằm đạt được hiệu quả xử lý cao nhất. Chọn bể trộn tròn, với Q= 5000 m3/ngày đêm = 0,058m3/s, nhiệt độ t=300C Chọn gradient vận tốc G= 800 s-1 Thời gian khuấy HRT= 40s Chiều sâu lớp nước H= D Thể tích bể trộn: V = HRT x Q =40s x 0,058 m3/s = 2,32 m3 Mà V= H x pD2/4 =D. pD2/4 = 2,32 m3 Nên H= D = 1,44 m Chọn chiều cao bảo vệ hbv=0,3m Vậy chiều cao bể Hbể = 1,44 + 0,3 = 1,74 m Năng lượng khuấy: P= m.V.G2 =0,8.10-3 × 2,32 × 8002= 1187,84 W Với: m-Độ nhớt động lực của nuớc, ở 300 C nên m=0,8.10-3N.s/m2 -Công suất của động cơ N = P/h = 1187,84/0,8 = 1484,8 W Dùng máy khuấy tuabin bốn cánh nghiêng góc 450, hướng lên trên. Đường kính cánh khuấy Dkh =0,4m (Dkh =1/2 D). Trong bể đặt bốn tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm chắn: hch =1m, rộng 0,1m (1/10D) Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng, h =Dkh = 0,4m Chiều rộng cánh khuấy bằng 1/5 Dkh =0,08m Chiều dài cánh khuấy bằng ¼ Dkh =0,1m 3.5. BỂ TẠO BÔNG Trong quá trình xử lý nước bằng các chất keo tụ, sau khi phèn đã được trộn đều với nước và kết thúc giai đoạn thủy phân sẽ bắt đầu giai đoạn hình thành bông cặn. Cần xây dựng các bể phản ứng với mục đích đáp ứng các yêu cầu kết dính để tạo ra bông cặn. Nguyên lý làm việc của bể là quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dòng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí. Bộ phận chính của bể là các cánh khuấy, cánh khuấy thường có dạng bản phẳng, đặt đối xứng qua trục quay. Kích thước bản cánh được tính với tỉ lệ tổng diện tích bản cánh với mặt cắt ngang bể là 15-20%. Các cánh khuấy được lắp vào trục quay tạo thành guồng khuấy. Mỗi ngăn đặt một guồng khuấy. Tốc độ quay của guồng lấy từ 3-5 vòng/phút. Lấy tốc độ lớn cho ngăn đầu và giảm dần ở những ngăn sau. Nhờ sự điều chỉnh tốc độ khuấy trộn này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bông cặn tạo thành ngày càng lớn. Chọn bể tạo bông khuấy trộn bằng cánh guồng, trục ngang, dòng chảy ngang. Dung tích của bể được tính theo công thức sau: m3 Trong đó: Q-Lưu lượng cần xử lý. Q = 5000 m3/ ngày đêm = 208 m3/giờ t- thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30 phút ( qui phạm 10-30 phút) Chia bể làm 2 ngăn, mỗi ngăn chia 3 buồng, chọn kích thước chiều rộng và chiều cao của mỗi buồng là: h = b = 3,6 m. Tiết diên ngang của một ngăn: f = h.b = 3,6 3,6 = 12,96 m2 Chiều dài bể: m Trong đó: n là số ngăn phản ứng f tiết diện mỗi ngăn. Chiều dài mỗi ngăn: l = 4/2 = 2 m Các ngăn được ngăn cách với nhau bằng các vách hướng dòng theo phương thẳng đứng. Dung tích mỗi buồng: 3,63,63 = 38,88 m3 Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh khuấy đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương ngang. -Tổng diện tích bản cánh lấy bằng 17% diện tích mặt cắt ngang bể (qui phạm: 15-20%) fc = f 0,17 = 12,96 0,17 = 2,2 m2 Diện tích một bản cánh là: fc/4 = 2,2/4 =0,55 m2 Chọn chiều dài cánh là: lc = 3 m Nên chiều rộng cánh là: bc = 0,18m Các bản cánh đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay là: R1 = 0,9 m và R2 = 0,6 m. Chọn tốc độ quay của guồng khuấy ở ngăn đầu là 5 vòng/phút, ngăn giữa là 4 vòng/phút, ngăn cuối là 3 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với mặt nước bằng 75% vận tốc của bản thân đầu bản cánh. (m/s) -Nhu cầu năng lượng cho xáo trộn: ( W ) Trong đó: CD: Hệ số trở lực của nước, phụ thuộc vào tỉ lệ giữa chiều dài và chiều rộng bản cánh: với → CD = 1,5 A: Diện tích cánh khuấy, A = fc = 0,9 m2 đ: khối lượng riêng của dung dịch, đ ≈ 1000 kg/m3 Với 2 bản cánh, R1 = 0,9 m và R2 = 0,6 m Vậy: P = 0,3086. n3 Ở ngăn thứ nhất, n = 5 vòng/phút P1 = 0,3086 53 = 38,58 W Ngăn thứ hai, n = 4 vòng/phút P2 = 0,3086 43 = 19,75 W Ơ ngăn cuối, n = 3 vòng/phút P3 = 0,3086 33 = 8,33 W -Giá trị gradient vận tốc: (s-1) Trong đó: P - Nhu cầu năng lượng (W) Vng- thể tích của một ngăn tạo bông, V = 10,6 m3 m - Độ nhớt động học của nước, ở 300C, m = 0,798.10-3 N.s/m2 Vậy, ở ngăn đầu, P1 = 38,58 W, ta có s-1 Ngăn giữa, P2 = 19,75 W, s-1 Ngăn cuối, P3 =8,33 W, s-1 3.6. BỂ LẮNG LI TÂM: -Nguyên tắc làm việc: Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài và từ dưới lên trên. Ơ đây, cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm có một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng , do đó chiều cao công tác của bể nhỏ, thích hợp xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao. Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường. Tính toán: -Diện tích bề mặt bể xác định theo công thức: (m2) Trong đó: Q- lưu lượng xử lý, Q = 208 m3/giờ U0- tốc độ lắng cặn tính toán, uo = 0,5 ( uo = 0,4 – 1,5mm) f- Diện tích vùng xoáy của bể lắng, đây là phần diện tích nằm giữa bể do chuyển động xoáy của dòng nước, cặn không lắng xuống được: f = p.rx2 (m2) rx: bán kính vùng xoáy, rx = rp + 1 rp: Bán kính ngăn phân phối nước hình trụ, chọn rp = 2 m ( qui phạm 2¸4 m) rx = rp + 1 = 2 + 1 = 3 m f = p.rx2 = 3,14. 32 = 28,25 m2 Vậy m2 Bán kính của bể là: m Chọn chiều sâu tại thành bể là h = 2,4 m Chọn độ dốc đáy bể là: i= 0,06 ( qui phạm 5¸ 8 %) Chiều cao của bể lắng sẽ là: H = h + i.R = 2,4 + 7,170,06 = 2,83 m Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m Kiểm tra lại tải trọng máng tràn: m3/m.ngày, đạt yêu cầu Tính ngăn phân phối nước: Ngăn phân phối nước được thiết kế hình trụ có khoan lỗ trên vách ngăn, mép dưới vách ngăn ngập dưới mực nước trong bể ở độ sâu bằng chiều sâu bể lắng tại thành bể (h = 1,5 m) -Diện tích xung quanh của ngăn phân phối là: fp = p.d.h = 3,14.4.1,5 = 18,84 m2 Tổng diên tích các lỗ trên vách ngăn: m2 ( lấy vlỗ = 0,3 m/s) Chọn đường kính lỗ dlỗ = 36 mm (qui phạm 36 ¸ 40mm), flỗ = 0,00102 m2 Số lỗ: lỗ Xếp thành 6 hàng ngang Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều đứng: eđ = h/6 = 1500/6 = 250 mm chu vi ngăn phân phối: l = 2rp = 23,142 = 12,56 m Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều ngang: en =mm Tỉ số diện tích các lỗ với diện tích bề mặt xung quanh ngăn phân phối nước: -Lượng cặn lắng thu được sau một ngày đêm: (m3) Trong đó : Q : Lưu lượng nước đưa vào bể (m3/ngày đêm). Q = 5000 m3/ngày đêm C : Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng (C = 10 ÷ 12mg/l).Trong trường hợp này C = 12 mg/l δ nồng độ trung bình của cặn đã lắng lấy theo bảng nồng độ cặn sau lắng, chọn =30.000 g/m3 (theo bảng) Cmax- hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, xác định theo công thức Cmax = Cn + kP + 0,25M + v (mg/l) Cn: hàm lượng cặn trong nước nguồn, Cn =270 mg/l K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, chọn k = 1 ứng với phèn nhôm không sạch M: độ màu nước nguồn, M = 150 Pt –Co v: liều lượng vôi kiềm hoá nước, v = 23,7 mg/l P: Liều lượng phèn, P= 50 mg/l Cmax = 270 + 150 + 0,25 150 + 23,7 = 381,2 mg/l Vậy m3/ngày đêm Bảng 2: Nồng độ cặn sau lắng Hàm lượng cặn có trong nước nguồn (mg/l) Nồng độ trung bình của cặn đã nén tính bằng (g/m3) sau khoảng thời gian 6h 8h 12h 24h Khi xử lý có dùng phèn Đến 50 Trên 50 đến 100 Trên 100 đến 400 Trên 400 đến 1000 Trên 1000 đến 2500 2) Khi xử lý không dùng phèn 6000 8000 24.000 27.000 34.000 - 6500 8500 25.000 29.000 36.000 - 7500 9300 27.000 31.000 38.000 - 8.000 10.000 30.000 35.000 41.000 150.000 3.7 BỂ LỌC NHANH: Chọn bể lọc nhanh 2 lớp, rửa nước thuần tuý Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Lớp phía trên là than ăngtraxit nghiền nhỏ, có đường kính tương đương dtd=1,1 mm, hệ số không đồng nhất, k=2, chiều dày lớp cát lọc lấy L1 = 400mm. Lớp phía dưới là cát thạch anh, cỡ hạt dtd=0,7mm, k=2, L2=400mm -Khi lọc: Nước được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch. -Khi rửa: Nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước. Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa. Thời gian xả lọc đầu qui định là 10 phút. hầm thu nước lớp vật liệu nổi lớp vật liệu lọc lớp nước trên vật liệu lọc Tính toán: 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), Q=5000m3/ ngày đêm T : Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giờ). T=24giờ vbt : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h), ở đây bể lọc nhanh có 2 lớp vật liệu lọc, chọn vbt =8m/h a : Số lần rữa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường. Chọn a=2, điều kiện rửa lọc hoàn toàn tự động W : Cường độ nước rửa lọc (l/sm2) với bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc rửa nước thuần tuý thì 15 ÷ 16 l/sm2. Chọn bằng W = 15 l/sm2. t1 : Thời gian rửa lọc (giờ), Chọn bằng 6 phút =0.1 giờ t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 giờ Vậy ta tính được tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là : m2 Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: Chọn N = 3 bể ( N không được nhỏ hơn 3 để khi một bể ngưng làm việc thì vận tốc trọng các bể còn lại không vượt quá 1,5 lần bình thường). Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rửa : Trong đó : vtc : Tốc độ lọc tăng cường (m/h) N1: Số bể lọc ngừng làm việc để sửa chữa . Nằm trong khoảng (8-12m), → đảm bảo. Diện tích mỗi bể lọc là: Fbể = 27,6/3 = 9,2 m2 Chọn kích thứơc bể là L x B = 3 x 3,1 m Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hđ + hv + hn + hp Trong đó : hp : Chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc (0,3 ÷ 0,5m), lấy hp = 0,5m hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hd = 0,7m hn : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, lấy hn = 2m hv : Chiều dày lớp vật liệu lọc gồm than Antraxít và cát thạch anh, hv= L1+L2 = 0,8m Vậy chiều cao bể là : H = hd + hv + hn + hp = 0,7 + 0,8 + 2 + 0,5 = 4 m RỬA LỌC: Xác định hệ thống phân phối nước rửa Chọn biện pháp rửa bể bằng gió và nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc W = 15 l/s.m2 (Theo quy phạm là 15 ÷16 l/s.m2, ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%) Lưu lượng nước rửa của một bể lọc là : Chọn đường kính ống chính là dc = 200 mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống là vc = 1,5 m/s (nằm trong giới hạn cho phép ≤ 2 m/s). Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,28m, (theo quy phạm 0,25 ÷ 0,3m). Số ống nhánh của một bể lọc sẽ là: ống nhánh Bố trí các ống : ống nhánh được đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữa các ống nhánh la 0,28 m; bố trí dàn ống theo kiểu xương cá. Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là : Chọn đường kính ống nhánh dn = 50 mm bằng thép, thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh sẽ là vn = 1,91 m/s (nằm trong giới hạn cho phép 1,8 ÷ 2,0 m/s). Với đường kính ống chính là 200mm, nên tiết diện ngang của ống chính sẽ là: Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống chính, (quy phạm cho phép 30 ÷ 35%) Vậy tổng diện tích lỗ được tính là : Chọn lỗ có đường kính là 12 mm (theo quy phạm 10 ÷ 12mm), vậy diện tích một lỗ sẽ là : Tổng số lỗ sẽ là : lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh là : lỗ Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành hai hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng một góc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên một hàng của ống nhánh là: 4,4/2 = 3 lỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ sẽ là : Tính toán máng thu nước rửa lọc: Vì kích thước của bể là 3x3,1m nên ta chỉ bố trí một máng thu ở giữa bể, mép trên của máng thu thẳng và nằm ngang, đáy máng có độ dốc 0,01 về phía cuối máng, đáy có hình tam giác Chiều rộng máng tính theo công thức : Trong đó : a : Tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hCnưa3 chiều rộng máng, lấy a = 1,3 (Quy phạm a = 1 ÷ 1,5) qm: Lưu lượng nước rửa qua máng, cũng chính là lượng nước rửa cho mỗi bể lọc, qm = W.d.l = 15.1,5.3,1=69,75 l/s = 0,07m3/s K: Hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1 Vậy chiều rộng máng được tính là: Suy ra : Chiều cao máng chữ nhật là Lấy chiều cao phần đáy tam giác hđ = 0,2 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 1%, Chiều dày thành máng lấy là : Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là : Hm = hCN + hđ + = 0,25 + 0,2 + 0,05 = 0,5 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước được xác định theo công thức : Trong đó : Lvl: Chiều dày lớp vật liệu lọc, Lvl = 0,4 + 0,4 = 0,8 m e : Độ giản nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50% Vậy ta tính được : Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẩn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa Hm = 0,5 m, vì máng dốc i = 1%, dài 3,1 m nên chiều cao máng ở phía cửa ra là: Hm + i.B = 0,5 + 3,1.0,01 = 0.531 m Vậy phải lấy bằng: =0,531 + 0,07 = 0,601 m Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: -Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: (m) Trong đó: vc: Vận tốc nước chảy ở đầu ống chính, vc =1,5 m/s vn: Vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh, vn = 1,91 m/s g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 : Hệ số sức cản =2,2/K2w + 1 =2,2/0,352 +1 =18,96 với K2w là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính, Kw = 0,35 vậy -Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đơ: hđ =0,22.Ls.W = 0,22.0,7.15 = 2,31 m Trong đó: Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls =0,7 m W: Cường độ rửa lọc, W=15 l/s.m2 -Tổn thất áp lực qua các lớp vật liệu lọc: hvl = (a+bW).L.e Trong đó: L: Chiều dày lớp mỗi vật liệu lọc, L= L1= L2= 0,4m e: độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 0,5 a, b: các hằng số phụ thuộc vào vật liêu lọc Với cát thạch anh, dtđ = 0,7 mm, a= 0,76 ; b=0,017 Than ăngtraxit, dtđ = 1,1 mm, a=0,85; b=0,004 hvl = (0,76 + 0,017.15).0,4.0,5 + (0,85 + 0,004.15).0,4.0,5 = 0,39m - Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lấy bằng hbm = 2 m *Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là: ht = hp + hđ + hvl + hbm =2,36 + 2,31 + 0,39 +2 = 7,06 m Tính toán bơm rửa lọc: Áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc Hb =hhh + ho + ht + hcb Trong đó: hhh: độ cao hình học đưa nước tính từ mức nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa lọc (m) hhh = 4 + 3,5 – 2 + 0,65 = 6,15 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) 0,65: Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) ho : Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) ho =i.l Với đường kính ống dẫn là 200mm, Q= 138l/s (vc =1,5 m/s), tra bảng hệ số tổn thất ta được 1000i =14. Giả sử ống dài 100m, ta có ho = 0,014.100 = 1,4 m ht : tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc, đã tính ở trên ht = hp + hđ + hvl + hbm = 7,06 m hcb: Tổn thất cục bộ của bộ phận nối ống và van khoá Giả sử trên đường ống có các thiết bị phụ như 2 cút 900, 2 van khoá, 2 ống ngắn Vậy Hbơm = 6,15 + 1,4 + 7,06 + 0,5 = 15,1 ≈ 15 m -Lưu lượng nước rửa lọc: Qrửa = W.f.N = 15.9,2.3 = 414 l/s = 0,414 m3/s Với: W: Cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), W=15 l/s.m2 f: Diện tích một bể lọc (m2), f =9,2 m2 N: Số bể lọc, N=3 -Công suất bơm: Trong đó: Q- Lưu lượng bơm, Q=0,414m3/s H- áp lực của bơm, Hbơm=15m g- Khối lượng riêng của nước, g=1000 kg/m3 h-hiệu suất của bơm, lấy h=80% - Chọn hai bơm, một làm việc, một dự phòng. - Tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc tính theo công thức: Trong đó: W: Cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), W=15 l/s.m2 f: Diện tích một bể lọc (m2), f =9,2 m2 N: Số bể lọc, N=3 Q: Công suất trạm xử lý (m3/h), Q= 208 m3/h To: Thời gian công tác của bể giữa hai lần rửa (giờ) giờ Với: T: Thời gian công tác của bể lọc trong một ngày (giờ), T=24h a: Số lần rửa bể lọc trong một ngày, a =2 t1, t2, t3:Thời gian rửa,thời gian chết của bể và thời gian xả nước lọc đầu (giờ) Thời gian công tác của bể giữa hai lần rửa lọc là: giờ Vậy tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc là: 3.8. KHỬ TRÙNG NƯỚC. Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, sau quá trình xử lý cơ học, nhất là khi cho nước qua bể lọc, phần lớn các vi trung bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, thì cần phải khử trùng nước. Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng, cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hoá mạnh, để oxi hoá men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm của phương pháp này la vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu suất cao chấp nhận được, Clo là một chất oxi hoá mạnh, ở bất cứ dạng nào, đơn chất hay hợp chất, khi tác dụng với nước đều tạo thành phân tử HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình khử trùng xảy ra qua hai giai đoạn, đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong tế bào. Tốc độ của quá trình khử trùng nhanh khi nồng độ của chất khử trùng tăng và nhiệt độ của nước tăng, đồn thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng giảm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lững và các chất khử khác. Phản ứng thuỷ phân giữa Clo và nước xảy ra như sau : Cl2 + H2O HCl + HOCl Axít hypoclorit HOCl rất yếu, không bền và dễ dàng phân ly thành HCl và oxi nguyên tử : HOCl HCl + O- hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- HOCl H+ + OCl- Cả HOCl, OCl-, và O- là những chất oxi hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi trùng. Thời gian tiếp xúc không được nhỏ hơn 30 phút, Clo dung dịch được bơm vào đường ống dẫn nước vào bể chứa nước sạch. 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 (m3/h) . Q = 208 m3/h a : Liều lượng Clo hoạt tính (lấy theo tiêu chuẩn 6.165 20TCN 33-1985) Chọn a = 3 mg/l = 3 g/m3 Vậy lượng Clo hoạt tính cần thiết dùng để khử trùng trong một giờ là : Liều lượng Clo cần thiết sử dụng trong một ngày là : 0,624.24 = 14,976 kg Để định lượng Clo, xáo trộn Clo hơi với nước thì phải lắp đặt một thiết bị chuyên dùng gọi là Clorator, loại Cloator được ứng dụng rộng rải nhất hiện nay là Clorator chân không. 3.9. BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH. Nước đã lọc sau khi đã cho hoá chất (clo) để khử trùng được đưa vào bể chứa nước sạch. Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hoà lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II. Nó còn có nhiệm vụ dự trữ lượng nước chữa cháy, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dùng cho nhu cầu khác của nhà máy nước Tại bể chứa, ta thực hiện quá trình tiếp xúc giữa nước cấp với dung dịch Clo để loại bỏ những vi trùng còn lại trước khi cấp nước vào mạng lưới cấp nước. Các yêu cầu về cấu tạo và trang thiết bị cho bể chứa: Yêu cầu cơ bản về mặt kết cấu là phải vững chắc, chịu được tác dụng của tải trọng đất và nước, tuyệt đối không được rò rỉ để chống thất thoát nước và đặc biệt là chống ô nhiễm cho nước trong bể. Hiện nay, với công nghệ xây dựng mới, bể chứa bằng betông cốt thép đỗ toàn khối theo yêu cầu là không được trát. Ngoài ra phải có biện pháp chống thấm từ bên ngoài vào bể bằng các lớp vải công nghiệp, quét nhựa đường, giấy dầu, bên ngoài có thể chèn bằng đất sét. Cần phải có các biện pháp và tuân thủ các yêu cầu về cấu tạo khi thi công các đường ống qua thành bể để đảm bảo không rò rỉ. Bể chứa nước sạch phải có độ dốc đáy về phía hố thu nơi đặt ống hút của máy bơm để thuận tiện cho việc rửa bể. Hố thu nơi đặt ống hút phải có kích thước đảm bảo việc hút nước của máy bơm và để tận dụng tối đa dung tích của bể chứa. Trang thiết bị trong bể chứa gồm các bộ phân sau: Ống dẫn nước sạch vào bể: đường ống dẫn nước đã lọc sau khi đã cho hoá chất để khử trùng được đưa vào bể chứa nước sạch. Trên đường ống dẫn nước vào bể bố trí van đóng mở, làm hố van chung cho các ngăn của bể. Ong dẫn nước vào bể có côn mở rộng hướng lên mặt nước bằng cao độ mực nước thiết kế trong bể. Ống hút: của máy bơm đặt trong hố thu. Cần phải có các kết cấu đỡ van hút để đảm bảo tính ổn định cho hệ thống ống hút. Ống tràn: cao hơn mực nước thiết kế trong bể chứa từ 5 đến 10cm. Ống xả cặn, rửa bể: bố trí ống xả cặn ra mạng lưới thoát nước trong trường hợp cao độ đáy bể chứa nước sạch cao hơn cao độ đường ống thoát nước bên ngoài của khu vực. Khi không bố trí được ống xả cặn thì phải cấu tạo hố thu có trang bị bơm thoát nước loại xách tay để thau rửa định kỳ. Ống thông hơi, làm nhiệm vụ thông hơi, khí clo cho bể Lớp đất phủ: để chống đẩy nổi và ổn định nhiệt độ của nước trong bể, lớp phủ với chiều dày 0,5 m. Bể chứa nước sạch được chia thành nhiều ngăn tạo thành dòng chảy lưu thông trong bể, tránh các vùng nước chết trong bể, đồng thời phải đảm bảo đủ thời gian tiếp xúc giữa nước và chất khử trùng. Thời gian tiếp xúc giữa dung dịch Clo với nước lấy 30 phút. Vậy thể tích tối thiểu của bể chứa là: Wtối thiêủ = Q.t = 208.0,5 = 104 m3. 3.10. LẮNG NƯỚC RỬA LỌC. Nước sau rửa lọc được đưa vào bể lắng nước rửa lọc, tại đây, các cặn được lắng và đưa sang bể nén bùn, phần nước được đưa vào hệ thống thoát nước chung của khu vực. Tính toán: Lưu lượng nước rửa lọc chiếm 7,35% lượng nước xử lý (đã tính ttrong phần bể lọc bên trên), vậy: Lượng nước rửa lọc vào bể lắng nước rửa lọc là : Hàm lượng cặn: kg/ngày đêm Trong đó: C- hàm lượng cặn vào bể lọc, C = 12mg/l =12g/m3 Q- lưu lượng nước lọc, Q = 1560 m3/ngày đêm Chọn tải trọng chất rắn là 2kg/m2.ngày đêm Diện tích bể được tính như sau: m2 Nếu kể cả diện tích buồng phân phối trung tâm S= 30.1,1 = 33 m2 Đường kính trong của bể là: Đường kính ống phân phối trung tâm là: DTT = 0,2.D = 0,2.6,48 = 1,3 m Chiều cao phần lắng của bể: hLắng = v1.t Trong đó: v1: Vận tốc chuyển động của bùn lắng trong bể, lấy v1 = 0,05mm/s t: Thời gian lưu bùn , chọn t = 12 giờ. Vậy chiều cao phần lắng của bể là: hLắng = 0,05.10-3. 12.3600 =2,2 m Đáy bể được xây dựng hình chóp cụt, với đáy lớn có đường kính bằng 6,48 m và đáy bé được chọn 0,4m, góc nghiêng của đáy so với phương ngang 45o, nên chiều cao phần đáy bể được tính: Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,4m Vậy chiều cao tổng cộng của bể nén bùn là: Htc = hLắng + hd + hbv = 2,2 +3,04 + 0,4 = 5,64 m Lưu lượng bùn cặn qua bể lắng : m3 Trong đó: Pl – Độ ẩm của cặn sau lắng nước rửa lọc, chọn Pl = 98% W – Lượng cặn trong một ngày đêm, W = 60 kg/ngày đêm 3.11. BỂ NÉN BÙN. Bùn cặn từ bể lắng có độ ẩm cao, được dẫn tới bể nén bùn bằng một hệ thống ống dẫn, nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn cặn bằng cách lắng cơ học để đạt độ ẩm thích hợp 94 ÷ 96%, bể nén bùn được xậy dựng nhằm giảm diện tích, khối lượng của các công trình xử lý bùn phía sau. Bùn lắng trong bể lắng khi xử lý nước bằng phèn, có nồng độ từ 0,1 đến 0,5%. Tỷ trọng .tấn/m3 Lượng cặn khô xả ra sau một ngày đêm từ bể lắng được tính theo công thức: Trong đó: Cmax- hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, đã tính ở bể lắng li tâm Cmax = 381,2 mg/l C: Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau lắng (10 – 12mg/l), Chọn C = 12 mg/l Vậy lượng bùn cặn tích lại ở mỗi bể lắng sau một ngày đêm là: kg/ngày đêm Cộng thêm lượng cặn từ lắng nước rửa lọc sang: W2 = 60 kg/ngày đêm Vậy: W = W1 + W2 = 1846 + 60 = 1906 kg/ngày đêm Tải trọng dung dịch cặn đưa vào bể nén bùn có giá trị15 ÷ 25 kg SS/m2.Ngày đêm. Ta chọn tải trọng chất rắn tổng cộng là qo = 25 kg/m2.Ngày đêm. Diện tích bể nén bùn được xác định theo tải trọng cặn là: Nếu kể cả diện tích buồng phân phối trung tâm: S= 76,24.1,1 = 83,86 m2 Đường kính trong của bể nén bùn là: Đường kính ống phân phối trung tâm là: DTT = 0,2.D = 0,2.10,33 = 2 m Đường kính phần loe của ống trung tâm: DLoe = 1,35.DTT = 1,35.2 = 2,7 m Đường kính tấm chắn : DChắn = 1,3.DLoe = 1,3.2,7 = 3,5 m Chiều cao phần lắng của bể lắng bùn đứng: hLắng = v1.t Trong đó: v1: Vận tốc chuyển động của bùn lắng trong bể, lấy v1 = 0,05mm/s t: Thời gian lưu bùn , chọn t = 12 giờ. Vậy chiều cao phần lắng của bể lắng bùn là: hLắng = 0,05.10-3. 12.3600 = 2,2 m Đáy bể được xây dựng hình chóp cụt, với đáy lớn có đường kính bằng 10,33 m và đáy bé được chọn 0,5m, góc nghiêng của đáy so với phương ngang 45o, nên chiều cao phần đáy bể được tính: Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,4m Vậy chiều cao tổng cộng của bể nén bùn là: Htc = hLắng + hd + hbv = 2,2 +4,9 + 0,4 = 7,5 m Lưu lượng bùn thải ra từ bể nén trong một ngày đêm là: m3/ng. đ Trong đó: Q1: Lưu lượng bùn trước khi nén, Q1 = Qc + Ql = 61,5 + 3 = 64,5 m3/Ngày đêm Qc = 61,5 m3/Ngày đêm (đã tính ở bể lắng li tâm) Q1 = 3 m3/Ngày đêm (tính ở bể lắng nước rửa lọc) P1: Độ ẩm của bùn lúc ban đầu; P1 = 98% P2: Độ ẩm của bùn sau khi nén; P2 = 95% Vậy sau một ngày đêm lượng bùn thải ra từ bể nén bùn là: m3/ngày đêm Lượng nước ép bùn thu được từ bể nén bùn sau một ngày đêm là: Q3 = Q1 – Q2 = 64,5 – 25,8 = 38,7 m3/ngày đêm Tính đường ống dẫn bùn từ bể nén bùn sang máy ép bùn Chọn ống nhựa PVC có đường kính để dẫn bùn từ bể nén bùn sang máy ép bùn. Chọn theo bảng 10 (TCXD-51-84 – NXB ĐH Quốc Gia Tp. HCM), tốc độ chảy tính toán của bùn phụ thuộc vào độ ẩm của bùn và đường kính ống dẫn bùn. 3.12. MÁY ÉP BÙN DẠNG BĂNG TẢI. Máy làm khô cặn bằng lọc ép dây đai trên băng tải dùng phổ biến hiện nay vì quản lý đơn giản, ít tốn điện, hiệu suất làm khô chấp nhận được. Nguyên tắc làm việc: hệ thống lọc ép trên băng tải gồm máy bơm bùn từ bể cô đặc đến thùng hoà trộn hoá chất keo tu (nếu cần), và định lượng cặn, thùng này đặt trên đầu vào của băng tải. Đầu tiên cặn từ thùng định lượng và phân phối đi vào khoang đầu của băng tải, ở đoạn này nước được lọc qua băng tải theo nguyên tắc lọc trong lực, đi qua cần gạt để san đều cặn trên toàn chiều rộng băng, rồi đi qua trục áp và có lực áp tăng dần Hiệu suất làm khô cặn phụ thuộc vào các thông số như: đặc tính của cặn, cặn có trộn với chất trợ keo tụ hay không, độ rộng của băng lọc, tốc độ di chuyển và lực ép củabăng tải. Nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy lọc băng tải đạt được từ 15 ÷ 25%. Thời gian của một chu kỳ xả cặn là 24 giờ, tổng lượng bùn xả ra từ bể nén bùn là Q2 = 25,8 m3/ngày đêm. Khối lượng cặn đưa vào máy ép bùn trong một ngày đêm là: M = 25,8..P = 25,8.1,012.103.0,05 = 1305,48 kg/ngày đêm Trong đó: P: Nồng độ phần trăm của cặn khô trong hỗn hợp, P = 5% : Tỷ trọng của bùn trong bể lắng, tấn/m3 Trong một ngày máy làm việc 12 giờ Chọn tải trọng trên một mét rộng băng tải là 100 kg/m Lượng cặn đưa vào máy trong một giờ là: G = 1305,48/12 = 108,79 kg/giờ Vậy chiều rộng băng tải là: Tính toán lượng polymer sử dụng Lượng bùn cặn đưa vào máy ép bùn trong một giờ là 108,79 kg/giờ Liều lượng polmer 5kg/tấn bùn Liều lượng polymer sử dụng 108,79.5/1000 = 0,54kg/giờ Hàm lượng polymer sử dụng 0,2% Vậy lượng dung dịch châm vào là 0,54/2 = 0,27 m3/h. chọn một hệ thống châm polymer, công suất 0,27 m3/h. CHƯƠNG BỐN MỘT SỐ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC MẶT KHÁC ĐANG ÁP DỤNG TRÊN THẾ GIỚI Do yêu cầu chất lượng nước sinh hoạt ngày càng cao nên hiện nay có rất nhiều công nghệ xử lý nước cấp cho sinh hoạt rất tiên tiến đang được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới như Đức, Hà Lan...Mặc dù ở mỗi công nghệ có những ưu và khuyết điểm riêng nhưng chất lượng nước đầu ra đủ tiêu chẩn cấp cho sinh hoạt với chất lượng nước cao. Ưu điểm : - Nước tuần hoàn bùn được xử lý chứ không thải ra nguồn tiếp nhận như bài tiểu luận của nhóm. - Xử lý triệt để qua lần lượt các bể : bẻ lọc sơ bộ, bể lắng ly tâm, có xử lý màu, mùi, khử khí, sử dụng ozon để khủ trùng cho hiệu suât khử trùng cao và tránh gây mùi khó chịu cho nước cấp. - Cấp chung với nước ngầm sau khi chứa trong một bể trung hòa. Khuyết điểm : thiết bị cồng kềnh, chi phí xây dựng và phí vận hành cao. Ưu điểm : khử màu và khử mùi tốt. Khuyết điểm : không xử lý bùn cặn, không hoàn lưu nước. ; Bể tuyền nổi xử lý đạt hiệu suất không cao, diện tích xây dựng bể tuyển nổi lớn, khó chủ đọng vận hành.