Đồ án Xử lý cấp nước

Nội dung text: Đồ án Xử lý cấp nước

1. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT -ΩΩ*ΩΩ- Đồ án xử lý cấp nước SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 1
2. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT MỤC LỤC Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI 3 1.1. Lưu vực sông Đồng Nai 3 1.1.1.Vị trí địa lý 3 1.1.2. Đặc điểm nguồn nước sông Đồng Nai 3 1.1.3. Tầm quan trọng 4 1.2. Tầm quan trọng của nước cấp 5 1.3. Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước và tiêu chuẩn chất lượng nước 6 Chương 2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 9 2.1. Mục đích của quá trình xử lý nước 9 2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý 9 2.2.1. Cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng 9 2.2.2. Xử lý nước bằng lọc chậm 10 2.2.3. Lọc trực tiếp 10 2.2.4. Dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống 11 2.3. Lựa chọn công nghệ xử lý cho sông Đồng Nai 11 2.3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ 11 2.3.2. Sơ đồ công nghệ 12 2.3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ 12 2.4. Lý thuyết tính toán bể Keo tụ - Tạo bông 13 2.4.1. Bể trộn cơ khí 13 2.4.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí 15 Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 18 3.1. Bể trộn cơ khí 18 3.1.1. Nhiệm vụ 18 3.1.2. Tính toán thiết bị 19 3.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí 21 3.2.1. Nhiệm vụ 21 3.2.2. Tính toán thiết bị 22 3.2.3. Tính kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản 24 3.2.4. Liều lượng phèn nhôm cần thiết 27 3.3. Bể lắng ngang 28 3.3.1.Vùng lắng 28 3.3.2. Ngăn phân phối nước vào bể 29 3.3.3. Ngăn thu nước 30 3.3.4. Vùng chứa cặn và xả cặn ra khỏi bể 30 3.4. Bể lọc 31 3.5. Tính lượng hóa chất Clo khử trùng 34 3.6. Bể chứa nước sạch 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 2
3. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI 1.1. Lưu vực sông Đồng Nai 1.1.1.Vị trí địa lý - Sông Đồng Nai là con sông lớn đứng thứ hai sau sông Cửu Long ở vùng Đông Nam Bộ với lưu vực rộng khoảng 44.612 km2. - Sông Đồng Nai chảy qua các tỉnh: Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh, Lâm Đồng, Đăk Nông, Bình Phước, Bình Dương, Long An và Tiền Giang. - Các sông chính trong lưu vực: Đồng Nai, Sài Gòn, Vàm Cỏ, Thị Vải và Sông Bé. - Sông Đồng Nai bắt nguồn từ vùng núi Phía Bắc thuộc cao nguyên Lang Biang (Nam Trường Sơn) ở độ cao 1.770m với nhiều đồi, thung lũng và sườn núi. - Hướng chảy chính của sông Đồng Nai là Đông Bắc – Tây Nam và Bắc – Nam. - Sông Đồng Nai gồm nhiều nhánh sông và chảy qua nhiều thác ghềnh, thác cuối cùng nổi tiếng là thác Trị An. Nơi đây có hồ nước nhân tạo lớn nhất Việt Nam, đó là hồ Trị An, cung cấp nước cho nhà máy thủy điện Trị An. Ở thượng lưu thác Trị An được sự phối hợp của các nhánh lớn sông La Ngà, với diện tích lưu vực là 4.100km2, còn ở hạ lưu thì được sự phối hợp của các nhánh sông Sông Bé với diện tích lưu vực 8.200km2. Lưu vực này đa số là đất phì nhiêu, màu mở do sự phân hóa cao của đá bazan. - Về Phía Tây thì sông Đồng Nai được sự hợp tác của sông Sài Gòn. Từ thượng nguồn đến hợp lưu với sông Sài Gòn, dòng sông chính dài khoảng 530km. Và tiếp đó đến sông Nhà Bè với khoảng cách 34km. - Toàn bộ chiều dài từ sông Sài Gòn đến cửa Soài Rạp (huyện Cần Giờ) khoảng 586 km, diện tích lưu vực đến Ngã Ba Lòng Tàu là 29.520km2. - Chảy theo hướng Bắc – Nam thì sông Đồng Nai ôm lấy Cù Lao Tân Uyên và Cù Lao Phố (Biên Hoà). 1.1.2. Đặc điểm nguồn nước sông Đồng Nai Trong quá trình phát triển, công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các địa phương trên lưu vực sông Đồng Nai đã và đang tiếp tục đối mặt với vấn đề ô nhiễm các nguồn nước với SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 3
4. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT xu hướng ngày một gia tăng, đặc biệt là ở khu vực hạ lưu của hệ thống sông này. Không chỉ dừng lại ở vấn đề nổi cộm là việc thải bỏ các chất thải sinh hoạt và công nghiệp với số lượng lớn, tải lượng ô nhiễm cao vào nguồn nước, môi trường nước của hệ thống sông Đồng Nai còn bị tác động mạnh bởi việc khai thác sử dụng đất trên lưu vực; bởi việc phát triển thủy điện – thủy lợi với sự hình thành hệ thống các hồ chứa, đập dâng và việc vận hành hệ thống này; bởi các hoạt động nông nghiệp trên lưu vực với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật; bởi việc khai thác tài nguyên khoáng sản; bởi việc quản lý yếu kém các bãi rác , và vấn đề phát triển giao thông vận tải thủy vốn tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cố môi trường. Thậm chí ngay cả vấn đề ô nhiễm không khí do giao thông và phát triển công nghiệp cũng có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng nước. 1.1.3. Tầm quan trọng Hệ thống sông Đồng Nai giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế – xã hội của 11 tỉnh, thành phố có liên quan đến lưu vực. Hệ thống này vừa là nguồn cung cấp nước cho sinh hoạt và hầu hết các hoạt động kinh tế trên lưu vực nhưng đồng thời cũng vừa là môi trường tiếp nhận và vận chuyển các nguồn đổ thải trên lưu vực; vừa là điều kiện để khai thác mặt nước cho nuôi trồng thủy sản, giao thông vận tải thủy, du lịch, nhưng đồng thời cũng là môi trường tiếp nhận các chất thải dư thừa và sự cố môi trường từ chính các hoạt động đó; vừa là điều kiện để khai thác cát cho xây dựng nhưng vừa là nơi tiếp nhận trực tiếp các hậu quả môi trường do khai thác cát quá mức; vừa là điều kiện để chống xâm nhập mặn nhưng cũng vừa là yếu tố thúc đẩy sự lan truyền mặn vào sâu trong nội đồng. Có thể nói rằng, trên lưu vực hệ thống sông Đồng Nai đang diễn ra những mâu thuẩn hết sức gay gắt giữa các mục tiêu khai thác, sử dụng nguồn nước để phát triển kinh tế – xã hội hiện tại với các mục tiêu quản lý, bảo vệ nguồn nước để sử dụng lâu bền. Mâu thuẫn này đang có chiều hướng ngày càng nghiêm trọng hơn trong quá trình đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa trên lưu vực. Chức năng cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp vốn là chức năng quan trọng hàng đầu của hệ thống sông Đồng Nai, hiện đang bị đe dọa trực tiếp bởi các SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 4
5. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT hoạt động của chính các khu đô thị và khu công nghiệp trên lưu vực, bởi các chất thải đang được đổ hầu như trực tiếp vào nguồn nước. 1.2. Tầm quan trọng của nước cấp Nước là một nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật. Không có nước, cuộc sống trên Trái đất không thể tồn tại được. Lượng nước này thông qua con đường thức ăn, nước uống đi vào cơ thể để thực hiện các quá trình trao đổi chất, trao đổi năng lượng, sau đó theo con đường bài tiết (nước giải, mồ hôi, ) thải ra ngoài. Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị cạn kiệt và ô nhiễm dần. Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có được đủ số lượng và đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt và sản xuất công nghiệp Các nguồn nước tự Thu gom và xử lý Phân phối và sử nhiên dụng Khai thác và xử lý Hình 1.1. Vòng tuần hoàn nước cấp. Nước là nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng như trong quá trình sản xuất công nghiệp. trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới cây, rửa đường, Trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia Hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 5
6. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Tùy thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp của mỗi cộng đồng mà nhu cầu về nước với chất lượng khác nhau cũng rất khác nhau. Ở các nước phát triển, nhu cầu về nước có thể gấp nhiều lần so với các nước đang phát triển. 1.3. Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước và tiêu chuẩn chất lượng nước Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau: - Các chỉ tiêu vật lý cơ bản: nhiệt độ, độ màu, độ đục, mùi, hàm lượng chất rắn trong nước, độ dẫn điện, - Các chỉ tiêu hóa học: pH, độ cứng, độ kiềm, độ oxy hóa, hợp chất nitơ, sắt, mangan, - Các chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut, SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 6
7. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Bảng 1.1. Số liệu chất lượng nước sông Đồng Nai quý 4 năm 2010 1 pH 6.9 6-8.5 2 DO mg/l 5.6 ≥ 5 3 TSS mg/l 93 30 4 COD mg/l 15 15 5 BOD5 mg/l 9 6 6 Độ đục NTU 57 5 7 Độ màu Pt – Co 37 15 + 8 N-NH 4 mg/l 0.06 0.2 - 9 N-NO 2 mg/l 0.009 0.02 3- 10 P-PO4 mg/l 0.048 0.2 11 As mg/l 0.001 0.02 12 Pb mg/l 0.001 0.02 13 Cr6+ mg/l <0.01 0.02 14 Zn mg/l <0.05 1 15 Fe mg/l 6.34 1 16 Hg mg/l <0.0005 0.001 17 E.Coli MPN/100ml 1500 50 18 Tổng Coliform MPN/100ml 46000 5000 ( Nguồn: bảng tổng hợp kết quả quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn 3 quý 4 năm 2010- Trung tâm Quan trắc và kỹ thuật Môi trường tỉnh Đồng Nai) - Nhận xét về nguồn nước sông Đồng Nai So sánh kết quả trên với bảng tiêu chuẩn chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt thì có các chỉ tiêu chưa đạt tiêu chuẩn như sau: độ đục, TSS, sắt, chất hữu cơ, coliform. Việc thải bỏ các chất thải sinh hoạt và công nghiệp với số lượng lớn, tải lượng ô nhiễm cao vào nguồn nước, môi trường nước của hệ thống sông Đồng Nai còn bị tác động mạnh bởi việc khai thác sử dụng đất trên lưu vực; bởi việc phát triển thủy điện – thủy lợi với sự hình thành hệ thống các hồ chứa, đập dâng và việc vận hành hệ thống này; bởi các hoạt động nông nghiệp trên lưu vực với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 7
8. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT hóa học và thuốc bảo vệ thực vật; bởi việc khai thác tài nguyên khoáng sản; bởi việc quản lý yếu kém các bãi rác , và vấn đề phát triển giao thông vận tải thủy vốn tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cố môi trường. Dựa vào số liệu chất lượng nước sông đã tìm được, áp dụng kiến thức đã học và các tài liệu tham khảo ta có thể lựa chọn công nghệ để xử lý. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 8
9. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Chương 2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2.1. Mục đích của quá trình xử lý nước Mục đích của quá trình xử lý nước là: - Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, vi trùng học để thỏa mãn nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt cộng đồng của các đối tượng dùng nước. - Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chất gây vẫn đục, gây ra màu, mùi, vị của nước. - Cung cấp nước có đầy đủ các thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. - Nước sau xử lý phải có các chỉ tiêu chất lượng thỏa mãn “Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt”. 2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý 2.2.1. Cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng Clo khử trùng Bơm hoặc tự chảy cấp cho người tiêu thụ Nước nguồn Bể chứa tiếp xúc để khử trùng Hình 2.1. Sơ đồ cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng Công nghệ này áp dụng khi nước đạt tiêu chuẩn nước cấp cho ăn uống sinh hoạt ghi trong bảng 1.14 ( TS. Trịnh Xuân Lai- Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, trang 38- 42, NXB xây dựng ).Chỉ cần khử trùng rồi cấp cho người tiêu dùng. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 9
10. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 2.2.2. Xử lý nước bằng lọc chậm Áp dụng cho nước nguồn có chất lượng loại A ghi trong tiêu chuẩn nguồn nước TCXD 233 – 1999 Nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 30mg/l tương đương với 15 NTU, hàm lượng rong, rêu, tảo và độ màu thấp. Clo Nước Bể tiếp xúc Cấp cho người Bể lọc chậm khử trùng tiêu thụ Hình 2.2. Sơ đồ xử lí nước bằng lọc chậm 2.2.3. Lọc trực tiếp Áp dụng khi nước nguồn có chất lượng loại A theo tiêu chuẩn nguồn nước cấp, nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 10 NTU tương đương Clo khoảng 20mg/l. Phèn Nước Bể tiếp Bể lọc xúc khử Bể tiếp xúc trùng Đưa vào bể trộn hoặc xả Lắng nước ra cuối nguồn rửa lọc Hình 2.3. Sơ đồ lọc trực tiếp SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 10
11. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 2.2.4. Dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống Dùng để xử lý nguồn nước có chỉ tiêu chất lượng nước loại B và tốt hơn Hình 2.4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống 2.3. Lựa chọn công nghệ xử lý cho sông Đồng Nai 2.3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ Khi thiết kế quy trình công nghệ xử lý nước cấp cần xem xét đầy đủ các yếu tố sau: - Chất lượng nguồn nước đầu vào. - Cần xem xét vấn đề bảo vệ và sử dụng tổng hợp các nguồn nước, đảm bảo cung cấp đầy đủ lưu lượng cho nhu cầu hiện tại và khả năng phát triển trong tương lai. - Các yếu tố thủy văn và điều kiện địa hình trong khu vực. - Yêu cầu về lưu lượng, chất lượng nước sạch cho đối tượng sử dụng nước. - Khả năng xây dựng và quản lý hệ thống ( về tài chính, mức độ trang thiết bị, tổ chức quản lý hệ thống ). - Sơ đồ quy hoạch chung và thiết kế khu dân cư và công nghiệp của địa phương. - Giá thành đầu tư xây dựng. - Chi phí quản lý hàng năm. - Chi phí điện năng cho 1m3 nước. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 11
12. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT - Chi phí xử lý và giá thành sản phẩm của 1m3 nước. Phương án thiết kế tối ưu là phương án đáp ứng đầy đủ cả ba yếu tố kỹ thuật, kinh tế và môi trường. 2.3.2. Sơ đồ công nghệ Clo Phèn Nước Sông Đồng Nai Bể chứa Bể trộn Bể tạo bông Bể lắng Bể lọc ngang Xả cặn ra hồ nén cặn Lắng nước rửa lọc Clo Phân phối Bể chứa Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ Ghi chú: Nước xử lý Nước hoàn lưu 2.3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ Nguồn nước sông Đồng Nai được bơm qua song chắn rác và lưới chắn rác để loại bỏ các vật thể có kích thước lớn trước khi được đưa vào hồ chứa và lưu trữ một thời gian nhằm ổn định chất lượng nước trước khi đưa vào dây chuyền xử lý. Sau đó, nước sẽ theo kênh dẫn vào bể trộn cơ khí có bổ sung phèn nhôm. Mục đích của quá trình này nhằm xáo trộn đều giữa nước và phèn. Tiếp tục nước được dẫn đến bể tạo bông SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 12
13. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Mục đích của quá trình phản ứng tạo bông cặn là tạo điều kiện thuận lợi nhất để các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha và trộn với phèn sẽ mất ổn định và có khả năng kết dính với nhau, va chạm với nhau để tạo thành các hạt cặn có kích thước đủ lớn, có thể lắng trong bể lắng hoặc giữ lại được ở bể lọc. Đồng thời tại đây, các vi sinh vật sẽ bám dính vào các hạt keo làm giảm đáng kể lượng vi sinh vật trong nước. Sau đó, nước theo hệ thống phân phối đến bể lắng ngang. Bể lắng ngang được thiết kế nhằm mục đích loại trừ các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống đáy bể bằng trọng lực. Nước sau khi qua bể lắng sẽ tiếp tục được dẫn qua bể lọc nhanh. Bể lọc nhanh có lớp vật liệu lọc để tách các hạt cặn lơ lửng, các thể keo tụ và ngay cả vi sinh vật trong nước còn xót lại. Trong quá trình lọc các chất bẩn trong nước được tách ra khỏi nước, tích tụ dần trong bề mặt vật liệu lọc và trong các lỗ mao quản dần dần gây cản trở quá trình lọc, trở lực qua lớp vật liệu lọc tăng lên và năng suất lọc giảm xuống khi đó phải tiến hành rửa lớp vật liệu lọc, loại bỏ hết cặn bẩn để phục hồi lại năng lực của lớp vật liệu lọc. Nước để rửa lọc mang nhiều bông cặn và màng vi sinh vật sẽ được tuần hoàn lại bể keo tụ tạo bông làm chất trợ keo tụ trong chu kỳ sau. Nước sau khi xử lý tiếp tục được dẫn đến bể khử trùng. Tại đây nước được khử trùng bằng Clo sau đó dẫn vào bể chứa và cấp cho người tiêu dùng. 2.4. Lý thuyết tính toán bể Keo tụ - Tạo bông Chọn bể trộn là bể trộn cơ khí và bể phản ứng tạo bông là phản ứng tạo bông cặn cơ khí. 2.4.1. Bể trộn cơ khí So với lượng nước cần xử lý, lượng hóa chất thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, khoảng vài chục phần triệu. 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 hóa chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Hiệu suất của quá trình phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn. khi pha phèn vào nước, nếu cường độ khuấy trộn quá nhỏ thì không đạt yêu cầu phân phối hóa chất, nếu quá lớn sẽ làm các phần tử SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 13
14. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT trượt khỏi nhau khi tiếp xúc. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao tạo ra dòng chảy rối. trong kỹ thuật xử lý nước dùng Gradien vận tốc để biểu thị cường độ khuấy trộn. P G = V Trong đó G – gradien vận tốc (s-1)  - độ nhớt động học của nước ( N.s/m2), ở 20oC  = 0,001 N.s/m2 P – năng lượng tiêu hao tổng cộng ( J/s), (1W=1000J/s) V – dung tích bể trộn (m3) Thời gian khuấy trộn hiệu quả được tính cho đến khi hóa chất đã phân tán đều vào trong nước, đủ để hình thành các nhân keo tụ. trong thực tế G = 200 – 1000s -1, thời gian hòa trộn 1 đến 2 phút. Chuẩn số khuấy trộn Camp: Gt = 300-1600, thường lấy Gt = 1000. Trộn cơ khí dùng năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối, cánh khuấy có nhiều dạng khác nhau, năng lượng cần thiết để chuyển động được tính theo công thức. P = K n3D5 Trong đó: P – năng lượng cần thiết(W) - khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) D – đường kính cánh khuấy (m) n – số vòng quay trong 1s (v/s) SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 14
15. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 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 Ta thấy năng lượng cánh khuấy phu thuộc vào đường kính bản cánh và tốc độ chuyển động của cánh khuấy. vì vậy điều chỉnh tốc độ cánh khuấy sẽ điều chỉnh được cường độ khuấy trộn. đối với khuấy trộn cơ khí G=800÷1000 s -1. nên thời gian khuấy trộn ngắn, chỉ từ 1 đến 3s. Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể hình vuông hoặc hình tròn với tỷ lệ cao chia rộng là 2:1. Nước và hóa chất đi vào phần đáy bể, sau khi hòa trộn được thu lại trên mặt bể và chuyển sang bể phản ứng. cánh khuấy có thể là tuabin hay cánh phẳng gắn trên trục quay. Tùy theo chiều sâu mà có thể gắn nhiều cánh khuấy theo nhiều tầng dọc theo chiều cao bể. tốc độ quay tùy thuộc vào kiểu cánh khuấy thường lấy theo vận tốc giới hạn của điểm xa nhất trên cánh khuấy so vói trục quay không lớn hơn 4,5m/s. như vậy kiểu cánh tua bin có tốc độ quay trên trục 500-1500 vòng/phút, cánh phẳng 50-500 vòng/phút. Cánh khuấy có thể làm bằng hợp kim, thép không rỉ, hoặc bằng gỗ. bộ phận truyền động đặt trên mặt bể và trục quay đặt theo phương thẳng đứng. 2.4.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng chuyển động của cánh khuấy trong nước để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và được đặt theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Kích thước được chọn phụ thuộc vào bể. Theo camp, bể phản ứng cơ khí nên chia thành với mặt cắt ngang dòng SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 15
16. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT chảy dạng hình vuông, kích thước cơ bản là 3,6 x 3,6 m ; 3,9 x 3,9m hoặc 4,2 x 4,2 m. Thời gian lưu nước là 10 đến 30 phút. Theo chiếu dài, mỗi ngăn được chia làm nhiều buồng bằng các vách thẳng đứng. Mỗi buồng đặt một cánh khuấy được thiết kế sao cho cường độ cánh khuấy giảm dần từ bể đầu tiên đến bể cuối cùng, tương ứng với sự lớn dần của bông cặn. Thực tế, gradien tốc độ ở buồng đầu tiên thường là 60 – 70 s -1, ở buống cuối cùng là 30 – 20 s-1. Đề đạt được vậy cần phải chia thành nhiều buồng. Tuy nhiên nếu quá nhiều buồng sẻ tăng giá thành và vận hành phức tạp. Vì thế số buồng thường là 3 đến 4 và sự chênh lệch gradien tốc độ giữa 2 buồng thường la 15 – 20s-1 Guồng cánh khuấy gồm có trục quay và các bản cánh khuấy đặt hai bên hoặc bốn phía quanh trục. Đường kính cánh khuấy tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng nhỏ hơn chiều rộng hoặc chiều sâu của bể 0,3 đến 0,4m. Kích thước bản cánh khuấy được tính tỉ lệ với tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là 15 – 20 %. Tốc độ quay của guồng khuấy là từ 5 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của cánh khuấy tính theo công thức: 2 Rn V1 = , (m/s) 60 Trong đó : R- bán kính chuyển động của cánh khuấy n- số vòng quay trong 1 phút, (vg/ph) khi cánh khuấy chuyển động trong nước, nước bị cuốn theo với tốc độ bằng ¼ tốc độ của cánh khuấy. Như vậy tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so voi nước là: 1 vn = v1 – va = v1 - v1 = 0,75v1 4 2 Rn hoặc vn = 0,75. , (m/s) 60 Trong đó: vn – tốc độ của chuyển động của nước để đảm bảo hiệu quả, tốc độ chuyển động của nước không nên vượt quá 0,75m/s và không nhỏ hơn 0,25 m/s Năng lượng tiêu thụ ở đây tính bằng năng lượng để cánh khuấy chuyển động trong nước theo công thức: SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 16
17. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT P = 51.C.Fv3 , (W) Trong đó: C- hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa chiều dài l và chiều rộng b của bàn cánh khuấy Khi l/b =5, C = 1,2 Khi l/b = 20, C = 1,5 Khi l/b > 21, C = 1,9 F- tổng diện tích của các bản cánh (m2) v- tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước, (m/s) Năng lượng tiêu hao phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ chuyển động của cánh khuấy. Tiết diện bản có phụ thuộc nhưng không đáng kể. Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay hoặc bán kính quay của cánh khuấy. Trong thực tế, việc giảm cường đô khuấy trộn trong các buồng phản ứng thường được thực hiện bằng cách giảm dần số vòng quay của cánh khuấy. Khi bể có nhiều buồng phản ứng kế tiếp, sự chênh lệch của gradien tốc độ giữa các buồng nhỏ nên có thể dùng biện pháp thay đổi kích thước và bán kính quay của cánh khuấy. Đồng thời khi chất lượng nước thay đổi mỗi guồng khuấy có thể có tốc độ quay khác nhau, tương ứng với cường độ khuấy đã chọn. Bộ phận truyền động gồm động cơ điện, bánh răng trục vít hoặc dây xích. Có thể dùng một hay nhiều động cơ cho một guồng. Cấu tạo bể phải đảm bảo điều kiện phân phối đều nước vào các ngăn và có thể cách ly từng bể để sửa chữa. Nước từ bể phản ứng được dẫn bằng mương hoặc ống sang bể lắng, vận tốc từ 0,15 – 0,3 m/s SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 17
18. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 3.1. Bể trộn cơ khí 3.1.1. Nhiệm vụ So với lượng nước cần xử lý, lượng hóa chất thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, khoảng vài chục phần triệu. 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 hóa chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước khi phản ửng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phần tử tham gia phản ứng, việc này thực hiện bằng cách khuấy trộn để tạo ra dòng chảy rối trong nước để đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Ưu điểm - Có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn - Thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể trọn nhỏ, nên tiết kiệm về kinh tế xây dựng.  Nhược điểm Cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí khác, đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành cao. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 18
19. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 3.1.2. Tính toán thiết bị Bảng 3.1. 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 2 : 1 Thời gian lưu nước giây 45 – 90 Cường độ khuấy trộn theo gradient s-1 500 – 1500 tốc độ (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 2000 m3/ngày đêm Thể tích bể trộn: 2000 V = Q t = 90 = 2,08 m3 24 3600 Chọn bể trộn hình vuông. Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B = 2 : 1 H = 2B  Chiều rộng bể: Ta có : V = H B B = 2B B B = 2B3 V 2,08 B = 3 = 3 = 1,01 m Chọn B = 1 m 2 2  Chiều cao bể: H = 2B H = 2 1 = 2 m Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 m (TCXD 33:2006: 0,3 – 0,5m) Hthực = H + Hbảo vệ = 2 + 0,3 = 2,3 m Vậy kích thước thật của bể trộn: SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 19
20. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Cạnh cạnh chiều cao = B B H = 1 1 2,3 (m)  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.  Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiên góc 45o hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. 1 1 1 Đường kính cánh khuấy D ≤ chiều rộng bể D ≤ B = 1 = 0,5 m 2 2 2 Chọn đường kính cánh khuấy D = 0,5 m.  Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm chắn 2,3 m; chiều rộng bằng 1/10 đường kính bể, bằng 0,1m.  Máy khuấy đặt cách đáy h = D đường kính cánh khuấy = 0,5 m. - Chiếu rộng bản cánh khuấy bằng 1/5 đường kính cánh khuấy=1/5 0,5=0,1 m. - Chiều dài bản cánh khuấy bằng 1/4 đường kính cánh khuấy = 1/4 0,5 =0,125 m.  Năng lượng cần truyền vào máy là : P = G2V 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) : độ nhớt động lực của nước (Ns/m2) Đối với nước ở 20oC,  = 0,001 Ns/m2 P = G2V = 7002 2,08 0,001 = 1019,2 (J/s) = 1,02 kW Chọn hiệu suất động cơ  = 0,8 P 1,02 Công suất động cơ Ptt = = = 1,275 kW  0,8  Số vòng quay của cánh khuấy P P = K n3 D5 n = 3 K D5 Trong đó: n: số vòng quay trong 1 giây (vòng/giây) P: năng lượng cần thiết (W) SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 20
21. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton. Chọn tuabin 4 cánh nghiêng 45o, K = 1,08 : Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) P 1019,2 n = 3 = 3 = 3,1 vòng/giây = 187 vòng/phút K D5 1,08 1000 (0,5)5 (Nguồn: Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004). - Tính toán ống dẫn nước vào Theo TCXD 33-2006 vận tốc nước vào và ra bể trộn là 0,8 – 1m/s Q Chọn vận tốc nước vào v 1m / s S Q 2000 Diện tích mặt cắt ngang đường ống S 0,023m 2 v 24 3600 1 4 S 4 0,023 Đường kính ống D 0,17m = 170mm Q - Vận tốc nước ra chọn v 0,9m / s S Q 2000 Diện tích mặt cắt ngang đường ống S 0,026m 2 v 24 3600 0,9 4 S 4 0,026 Đường kính ống D 0,18m = 180mm 3.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí 3.2.1. Nhiệm vụ Nước và hóa chất phản ứng sau khi đã được hòa trộn đều trong bể trộn được chảy qua bể tạo bông. Bể tạo bông có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuật lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo thành những bông cặn đủ lớn, để được giữ lại trong bể lắng. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 21
22. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và toàn bộ được đặt theo phương ngang hay thẳng đứng. Hình 3.1. Bể phản ứng cơ khí  Ưu điểm: Có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn.  Nhược điểm: Cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện quản lý, vận hành phức tạp. Chính vì thế nên nó thường được cáp dụng cho các nhà máy nước có công suất lớn, có mức độ cơ giới hóa cao trong sản xuất. 3.2.2. Tính toán thiết bị Chọn thời gian lưu nước là 30 phút. Lưu lượng nước 2000 m3/ngày đêm Thể tích bể: 2000 V = Q t = 30 = 41,7 m3 24 60 Xây dựng bể phản ứng với các kích thước: rộng 2,5m, sâu 2,5m, tiết diện ngang 6,25m2. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 22
23. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT V 41,7 Chiều dài bể L = = = 6,672 m. Chọn L = 7,5 m. B H 2,5 2,5 Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 m Hthực = H + Hbảo vệ = 2,5 + 0,3 = 2,8 m Kích thước thật của bể: chiều rộng chiều dài chiều cao = B L H =2,5 7,5 2,8 Theo chiều dài bể chia bể làm ba buồng bằng các vách ngăn hướng dòng nước theo phương thẳng đứng, khoảng cách giữa các vách ngăn là 2,5m. Dung tích các buồng là 2,5 2,5 2,5 = 36 m2. Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục. Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3 – 0,4 m. Ở tâm các buồng, đặt guồng khuấy theo phương nằm ngang. Cường độ khuấy trộn trong các buồng ở koảng 70 s -1 – 20 s-1,mỗi buồng cách nhau 15 s-1 – 20 s-1. Chọn cường độ khuấy trộn trong các buồng là 60 s-1, 40 s-1, 20 s-1 Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục. Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3 – 0,4 m. Đường kính guồng khuấy D < B – 0,3 = 2,5– 0,3 = 2,2m. Chọn đường kính guồng D = 2,2 m. Kích thước bản cánh khuấy chọn: rộng 0,1 m, dài 2,2 m. Tiết diện bản cánh f = 0,1 2,2 = 0,22 m2. Bản cánh khuấy đặt ở các khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay R1 = 1,1 m, R2 = 0,8 m. Tổng tiết diện bản cánh khuấy Fc = 4f = 4 × 0,22 = 0,88 m2. Tiết diện ngang bể phản ứng Fu = 2,5 2,5 = 6,25 m2 SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 23
24. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Tỷ lệ diện tích cánh khuấy: F 0,88 c = 100 = 14,08 % đạt tỷ lệ theo quy định (nhỏ hơn 15%). Fu 6,25 Chọn tốc độ quay của guồng khuấy, sử dụng bộ truyền động trục vít với ba động cơ điện gắn tại đầu trục quay của 3 guồng khuấy. Tốc độ quay cơ bản lấy 8 vòng/phút ở buồng thứ nhất, 6 vòng/phút ở buồng thứ hai và 4 vòng/phút ở buồng thứ ba. - Tính đường ống nước vào Theo TCXD 33-2006, vận tốc nước từ bể trộn sang bể tạo bông và từ bể tạo bông sang bể lắng ngang là 0,8-1m/s Chọn vận tốc nước vào bể v = 0,9 m/s Q v 0,9m / s S Q 2000 Diện tích ngang đường ống S 0,025m 2 v 24 3600 0,9 4 S 4 0,025 Đường kính ống D 0,18m = 180mm Q - Vận tốc nước ra chọn v 0,8m / s . S Q 2000 Diện tích ngang đường ống S 0,03m 2 v 24 3600 0,8 4 S 4 0,03 Đường kính ống D 0,2m = 200mm 3.2.3. Tính kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản. 3.2.3.1. Buồng thứ nhất 3 Dung tích 15,6 m . Tốc độ quay của guồng khuấy n1 = 8 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước: 2π n1 R1 2 8 1,1 v1 = 0,75 × = 0,75× = 0,84 m/s. 60 60 SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 24
25. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 2π n 2 R2 2π 8 0,8 v2 = 0,75 × = 0,75 × = 0,67 m/s. 60 60 (Nguồn: tr.131, GT Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004). Năng lượng cần để quay cánh khuấy: 3 3 N = 51.C.F.(v1 +v2 ) Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22 l/b > 21 C = 1,9 F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng. (Nguồn: tr.131, GT Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004). N = 51 1,9 0,44 (0,843 + 0,673) = 38,1 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: N 38,1 3 1 = = = 2,4 W/m V 15,6 Giá trị gradient tốc độ 1 2,4 -1 G1 =10 10 49,4 s .  0,001 3.2.3.2. Buồng thứ hai 3 Dung tích 15,6 m . Tốc độ quay của guồng khuấy n2 = 6 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước: 2π n1 R1 2 6 1,1 v1 = 0,75 = 0,75 = 0,628 m/s. 60 60 2π n 2 R2 2π 6 0,8 v2 = 0,75 = 0,75 = 0,503 m/s. 60 60 Năng lượng cần để quay cánh khuấy: 3 3 N = 51.C.F.(v1 +v2 ) Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22 l/b > 21 C = 1,9 F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 25
26. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT N = 51 1,9 0,44 (0,6283 + 0,5033) = 15,9 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: N 15,9 3 2 = = = 1,02 W/m V 15,6 Giá trị gradient tốc độ 2 1,02 -1 G2 =10 10 32 s .  0,001 3.2.3.3. Buồng thứ ba 3 Dung tích 15,6 m . Tốc độ quay của guồng khuấy n3 = 4 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước: 2π n1 R1 2 4 1,1 v1 = 0,75× = 0,75× = 0,419 m/s. 60 60 2π n 2 R2 2π 4 0,8 v2 = 0,75 × = 0,75 × = 0,335 m/s. 60 60 Năng lượng cần để quay cánh khuấy: 3 3 N = 51.C.F.(v1 +v2 ) Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22 l/b > 21 C = 1,9 F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng. N= 51 1,9 0,44 (0,4193 + 0,3353) = 4,74 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: N 4,74 3 3 = = = 0,3 W/m V 15,6 Giá trị gradient tốc độ 3 0,3 -1 G3 = 17,4 s .  0,001  Giá trị gradient tốc độ trung bình -1 G= (G1+G2+G3)/3= (49,4+ 32 + 17,4)/3 = 32,9 s .  Giá trị GT SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 26
27. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT GT= 32,9×30×60 = 59280 (nằm trong khoảng 50000 – 100000). 3.2.4. Liều lượng phèn nhôm cần thiết - Công suất tính toán: 2000 m3/ngày.đêm = 83,33 m3/h. - pH của nguồn nước xử lý là: 6,9 Sử dụng phèn nhôm là thích hợp nhất. Liều lượng phèn để xử lý nước có màu : Pp = 4 M Trong đó : Pp : Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước M : Độ màu của nguồn nước tính bằng độ theo thang màu Platin – Côban P p = 4 37 = 24,33 (mg/l) Liều lượng phèn dùng để xử lý nước đục : Tra bảng 6.3, TCXDVN 33:2006 với hàm lượng cặn 93 (mg/l), liều lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước đục là 25 – 35 (mg/l)  Chọn liều lượng phèn xử lý nước đục là 35 (mg/l) Trong trường hợp nguồn nước vừa đục vừa có màu thì lượng phèn được xác định theo cả hai trường hợp rồi chọn giá trị lớn nhất.  Chọn liều lượng phèn để xử lý là A= 35 (mg/l) = 35 (g/m3) Lượng phèn sử dụng trong ngày : 35 (g/m3) 2000 (m3/ngày.đêm) = 70000 (g/ngày.đêm) = 70 (kg/ngày.đêm) 3  Mc = 93 + 1 35 + 0,25 37 = 137,25 g/m Chọn việc xả cặn bằng phương pháp cơ khí Chọn thời gian thu cặn giữa hai lần xả T = 24 giờ 3 c = 10000 (g/m ) Thể tích vùng chứa cặn: 24 83,33 137,25 10 W = = 25,4 m3 10000 W 25,4 Chiều cao vùng chứa cặn: h = = 0,67 m. L B 15 2,5 SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 27
28. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Chọn Hbảo vệ = 0,4 m (quy phạm 0,3 – 0,5 m) Chiều cao bể: H = 3 + 0,67 + 0,4 = 4,07 m. Tổng chiều dài bể lắng kể cả ngăn phân phối và thu nước L = 15 + 2 1,5 = 18 m. 3.3. Bể lắng ngang 3.3.1.Vùng lắng Công suất Q = 2000 m3/ngày đêm = 0,023 m3/s Chọn chiều cao H = 3m (quy phạm 2,5 – 3,5m) Diện tích bề mặt lắng: Q F = uo Trong đó: F: diện tích bề mặt vùng lắng (m2) Q: lưu lượng dòng nước qua vùng lắng (m3/s) Uo: tải trọng bề mặt hay tốc độ lắng của hạt cặn (mm/s). Chọn Uo = 0,6 mm/s (quy phạm 0,83÷ 2,5 m/h) (Nguồn: TS. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, nhà xuất bản xây dựng) 0,023 F = = 38,3 (m2) 0,6 10 3 Chọn chiều dài L = 6B F = L B = 6B B = 6B2 F 38,3 Chiều rộng bể: B = = = 2,5 (m) 6 6 Chiều dài bể : L = 6B = 6 2,5 = 15 (m). Vận tốc nước chảy trong bể: Q 0,023 v = = = 3,07×10 -3 (m/s) = 3,07 (mm/s) < 16,3 (mm/s)(vận tốc xói cặn) BH 2,5 3 B H 2,5 3 Bán kính thủy lực : R = = 0,9 (m) B 2H 2,5 2 3 Ở nhiệt độ 20oC v =1,01 10-6 (m2/s) SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 28
29. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT V R 3,07 10 3 0,9 Re = = 2735 > 2000 v 1,01 10 6  Trong bể có chế độ chảy rối H 3 Thời gian lưu nước là T = = 3 = 5000 s = 1,4h. uo 0,6 10 3.3.2. Ngăn phân phối nước vào bể Đặt tấm phân phối khoan lỗ cách cửa đưa nước vào ở đầu bể 1,5m (quy định: 1,5 – 2,5 m). Tấm phân phối có kích thước bằng mặt cắt ngang của bể. Chọn độ cao làm việc thấp nhất của vách ngăn so với mặt trên của vùng lắng cặn là 0,3 m. Khi đó, diện tích công tác của vách ngăn phân phối nước vào bể là: 2 Fn B (H 0,5) 2,5 (3 0,4) 6,5. m Các lỗ trên tấm phân phối có đường kính như nhau 0,075 (m). (quy phạm: 0,075 - 0,2m) Vận tốc nước qua lỗ từ 0,2 – 0,3 m/s. Chọn vlỗ = 0,25 m/s. Tổng diện tích lỗ cần thiết trên tường chắn: Q 0,023 2 flỗ = = = 0,092 m v 0,25 0,092 4 Tổng số lỗ cần thiết: n =flỗ/ flỗ 1 = = 21 lỗ. Chọn 24 lỗ (0,075) 2 Tổng số lỗ lấy là 24 lỗ, cách bố trí lỗ: + Chiều ngang: 6 lỗ, khoảng cách giữa tâm các lỗ 0,42 (m). + Chiều dọc: 4 lỗ, khoảng cách giữa tâm các lỗ 0,65 (m). Vận tốc nước qua lỗ phân phối: 0,023 V = = 0,22 (m/s). 0,0752 24 4 v2 0,222 Tổn thất qua lỗ: h =  = 1 = 0,0025 (m). 2g 2 9,81 SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 29
30. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 3.3.3. Ngăn thu nước - Ngăn thu nước Chọn độ cao làm việc thấp nhất của vách ngăn thu nước so với mặt trên của vùng lắng cặn là 1 m. Khi đó, diện tích công tác của vách ngăn phân phối nước vào bể là: 2 Fn = B ( H – 1 ) = 2,5 ( 3 – 1 ) = 5 m Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nước ở cuối bể đặt cách tường 1,5 m là:  flỗ 2 = Q/Vlỗ 2 Công suất Q = 2000 m3/ngày đêm = 0,023 m3/s Vận tốc nước qua lỗ: 0,5 (m/s) 0,023 2  f lỗ 2 = = = 0,046 m 0,5 Đường kính lỗ ở vách ngăn thu nước là: 0,05 (m) Tổng số lỗ ở vách ngăn thu nước là: 0,046 4 n2 = = = 24 lỗ 0,052 Tổng số lỗ lấy là 24 lỗ, cách bố trí lỗ: + Chiều ngang: 6 lỗ, khoảng cách giữa tâm các lỗ 0,42 (m). + Chiều dọc: 4 lỗ, khoảng cách giữa tâm các lỗ 0,5 (m). 3.3.4. Vùng chứa cặn và xả cặn ra khỏi bể Thể tích vùng chứa cặn: TQ(M m) W = c  c Trong đó: W: thể tích vùng chứa cặn (m3) T: thời gian thu cặn giữa 2 lần xả. Q: lưu lượng nước vào bể lắng (m3/h). Q = 83,33 (m3/h) 3 Mc: hàm lượng cặn trong nước xử lý đưa vào bể lắng (mg/l) hay (g/m ) m: hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lắng, thường chọn 8 – 12 (g/m3) SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 30
31. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT  Chọn m = 10 (g/m3) 3 c: nồng độ cặn đã nén sau T giờ (g/m ) Mc được tính theo công thức: Mc = Mo + KA + 0,25M + B 3 Trong đó: Mo: hàm lượng cặn lớn nhất trong nước nguồn (g/m ) A: liều lượng phèn cho vào nước (g/m3) K: hệ số tính chuyển trọng lượng của phèn thành trọng lượng của cặn lắng trong bể lắng K = 0,55 đối với phèn nhôm sạch K = 1 đối với phèn nhôm sản phẩm kỹ thuật K = 0,8 đối với phèn sắt  K = 1 M: độ màu của nước, tính bằng độ.  M = 37 (Pt – Co) B: lượng cặn không tan trong vôi hoặc các chất kiềm hóa khác khi kiềm hóa nước (g/m3).  B = 0 3.4. Bể lọc Lựa chọn bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc là cát để xử lý. Chọn cát thạch anh làm vật liệu lọc có kích cỡ là d td = 0,8 mm (quy phạm là 0,7 ÷ 0,8 mm) (Nguồn: TS. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, nhà xuất bản xây dựng) - Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý Q F = (m2) T vbt 3,6 W t1 at2 vbt Trong đó: Q: Lưu lượng nước cần xử lý (m3/ngày đêm) T: Thời gian một chu kỳ làm việc của bể lọc từ 12 24h. chọn T = 20h. vbt: Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường. vbt = 5,5 ÷ 6 (m/h). SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 31
32. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT chọn vbt = 6 (m/h). (Nguồn: TS. Nguyễn Ngọc Dung- Bảng 4.6, Xử lý nước cấp- Nhà xuất bản xây dựng) W: cường độ rửa lọc (1/s.m2).W = 15 l/s.m2 (quy phạm W = 14 ÷ 16 l/s.m2). (Nguồn: TS. Nguyễn Ngọc Dung-Bảng 4.5, Xử lý nước cấp- Nhà xuất bản xây dựng) a: Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường. Chọn a =1. t1: thời gian rửa lọc. Chọn t1 = 6 phút = 0,1h. (quy phạm t1 = 5 ÷ 6 phút). t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa. t2 = 0,35h. (Nguồn: TS. Nguyễn Ngọc Dung- Xử lý nước cấp- Nhà xuất bản xây dựng) 2000  F 17,8 (m2 ) 20 6 3,6 15 0,1 1 0,35 6 Vậy kích thước mặt đáy bể lọc: B × L = 3 × 5 (m). Tương ứng với đường kính hạt vật liệu, ta chọn hệ số không đồng nhất K = 2 (quy phạm 2 ÷ 2,2) và chiều dày lớp cát lọc L = 0,7m (quy phạm 0,7 ÷ 0,8 m). - Số bể lọc cần thiết: N= 0,5F = 0,517,8 = 2,1 (bể) Chọn số bể là 2 - Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rửa: N 2 vtc vtb 6 = 12 (m/h). Không bảo đảm tốc độ lọc tăng cường N N1 2 1 => chọn tăng số bể lên là 5. N 5 vtc vtb 6 =7,5 (m/h). Nằm trong khoảng 6 ÷ 7,5 (m/h). N N1 5 1  Đảm bảo. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 32
33. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT Bảng 3.2. Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường và tăng cường Đặc trưng của các lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc Đường Đường Đường Tốc độ Hệ số Chiều dài cho phép ở Kiểu bể kính kính kính lọc ở chế không lớp vật chế độ làm lọc nhỏ lớn tương độ bình đồng liệu lọc viêc tăng nhất nhất đương thường v nhất K (mm) bt cường v (mm) (mm) (mm) (mm/h) tc (mm/h) Bể lọc Cát thạch nhanh 0,5 1,25 0,7 – 0,8 2 – 2,2 anh 5,5 – 6 6 – 7,5 1 lớp 700 – 800 vật liệu 1200 – lọc với 0,7 1,6 0,8 – 1,0 1,8 – 2 7,0 – 8,0 8 – 10 1300 cỡ hạt khác 1,5 – 1800 – 0,8 2,0 1 – 1,2 8,0 – 10 10 – 12 nhau 1,7 2000 - Diện tích một bể lọc: F 17,8 f = 3,5 (m3) N 5 Chọn kích thước đáy 1 bể là B × L = 1,75 × 2 (m). - Chiều cao toàn phần của bể: H = hd + hv + hn + hp Trong đó: hd: chiều cao lớp sỏi đỡ. Chọn hd = 0,7 m hv: chiều dày lớp vật liệu lọc. Chọn hv = 0,7 m (quy định 0,7 ÷ 0,8 m) hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc. hn = 2m (quy định hn ≥ 2m) hp: chiều cao phụ. hp = 0,6 m  H = 0,7 + 0,7 + 2 + 0,6 = 4 (m) SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 33
34. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 3.5. Tính lượng hóa chất Clo khử trùng Liều lượng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ được tính theo công Q a thức: C (kg / h) 1000 Trong đó:  Q: lưu lượng nước nguồn xử lý, Q = 83,33 m3/h  a: liều lượng Clo hoạt tính ( lấy theo điều 6.162 TCXDVN 33-2006 ) Chọn a = 3 (mg/l) = 3(g/m3) Q a 83,33 3 C (kg / h) 0.25(kg / h) 1000 1000 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 3.6. Bể chứa nước sạch 3 Lưu lượng tiếp nhận: Qmax = 83,33 (m /h) Thể tích làm việc của bể chứa: W Q t Trong đó: Q – lưu lượng dòng vào bể (m3/h) t- thời gian lưu nước trong bể (h) Chọn thời gian lưu nước: t = 2 h W = Q×t = 83,33× 2 = 166.67 (m3) ~ 167 m3 Chọn chiều cao làm việc: h = 4,5 (m); chiều cao an toàn hx= 0.5 (m) Chiều cao bể chứa : H = h + hx = 4,5 + 0,5 = 5 m Kích thước đáy bể chứa : W 167 Chiều dài chiều rộng = 33,4 (m2) H 5 Chọn Chiều dài chiều rộng = 7 × 5 = 35 (m2) Kích thước bể chứa : Chiều dài chiều rộng chiều cao = 7 5 5 (m) SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 34
35. ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT 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 vệ sinh nước ăn uống. Ban hành kèm theo quyết định số 1329/2002/QĐ-BYT ngày 18/4/2002 của Bộ trưởng Bộ Y Tế. Hà Nội, 2001 3. 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 4. 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 5. Ts. Nguyễn Ngọc Dung. Xử lý nước cấp. NXB Xây dựng. Hà Nội, 2005 6. Nguyễn Phước Dân, Lâm Minh Triết, Ví dụ tính toán thiết kế nhà máy xử lý nước, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2009. SVTH: NGUYỄN VĂN TỰ - MSSV: 08115042 BÙI VĂN TƯỜNG – MSSV: 08115089 35