Tinh toán hệ thống xử lý nước cấp

I. DỮ LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ ........................................................................ 2
II. PHƯƠNG ÁN CƠNG NGHỆ ................................................................................... 2
III. Thuyết minh cơng nghệ ............................................................................................ 3
4.1. Giai đoạn xử lý sinh học ...................................................................................... 3
4.2. Giai đoạn phản ứng và lắng ................................................................................ 3
4.3. Giai đoạn lọc tinh ................................................................................................ 4
4.4. Giai đoạn khử trùng ............................................................................................. 4
IV. TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ .................................................................................... 4
1. Thiết bị xử lý sinh học ............................................................................................. 4
1.1. Bể xử lý sinh học .............................................................................................. 4
1.2. Thiết bị cấp khí ................................................................................................. 5
2. Tính tốn thiết bị trộn tĩnh và bể phản ứng ............................................................ 5
2.1. Thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer ................................................................... 5
2.2. Bể phản ứng ..................................................................................................... 5
3. Tính tốn bể lắng lamen ......................................................................................... 6
3.1. Tính tốn bể lắng lamen ................................................................................... 6
3.2. Tính tốn lưu lượng nước xả cặn bể lắng ........................................................ 8
4. Tính tốn bể lọc tự rửa ........................................................................................... 9
4.1. Tính tốn bể lọc tự rửa..................................................................................... 9
4.2. Tính tốn lượng nước xả rửa lọc ................................................................... 10
5. Tính tốn hóa chất ................................................................................................ 10
5.1. Hóa chất keo tụ .............................................................................................. 10
5.2. Hóa chất trợ keo tụ......................................................................................... 11
5.3. Hóa chất khử trùng ........................................................................................ 11
V. PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP THIẾT BỊ ........................................................................ 11
VI. PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN ................................................................................ 11

1


I. DỮ LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ

1. Nguồn nước: Nước vụng Bà Tế, sông Bứa, Phú Thọ
2. Công suất: Tổng công suất Q = 4000m3/ngđ, giai đoạn I Q = 2000m3/ngđ
3. Chất lượng nước sau xử lý: Nước sau xử lý phải đạt các chỉ tiêu theo Quy chuẩn
kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT.
STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Chất l-ợng
n-ớc thô

QCVN
01:2009/BYT

-

7,2

6,5 - 8,5

1

pH

2

Độ màu

TCU

48

15

3

Độ đục

NTU

23,9

2,0

4

Độ oxy hãa

mgO2/l

10,4

2

5

BOD5

mgO2/l

14

6

Fe

mg/l

0,45

0,3

7

Xianua

mg/l

0,01

0,07

8

Amoni

mg/l

0,67

3

9

E.coli

MPN/100ml

21

0

II. PHƯƠNG ÁN CƠNG NGHỆ
Phương án cơng nghệ xử lý nước cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Dây chuyền cơng nghệ xử lý nước thích hợp có khả năng xử lý được các chỉ tiêu cơ
bản có trong kết quả phân tích nguồn nước khai thác đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT.
- Hiệu quả và khả năng xử lý ổn định các chỉ tiêu trên khi chất nước nước nguồn dao
động giữa mùa lũ và mùa khô
- Cần một dây chuyền công nghệ áp dụng các giải pháp kỹ thuật hiện đại để có quy
mơ, kết cấu cơng trình, thời gian thi cơng hợp lý nhất.
- Có suất đầu tư hợp lý gắn với hiệu quả quản lý và vận hành, bảo trì, bảo dưỡng, phát
huy được hiệu quả đầu tư cơng trình cho cả giai đoạn phát triển sau này khi có nhu
cầu nâng cơng suất.
Trên cơ sở phân tích phương án cơng nghệ như trên, đề xuất sơ đồ công nghệ
xử lý nước như sau:
2

Cơng trình thu
nước thơ

Thiết bị xử lý
sinh học

Cấp khí

PAC

Static Mixer

Polymer

Clo

Thiết bị phản ứng
và lắng Lamella

Thiết bị lọc tự rửa
Clo
Bể chứa nước sạch

MLCN
III. Thuyết minh công nghệ
4.1. Giai đoạn xử lý sinh học
Nước từ trạm bơm nước thô được đưa vào thiết bị xử lý sinh học. Thiết bị xử lý
sinh học có nhiệm vụ oxy hóa chất hữu cơ, khử màu, mùi, vị của nước trước khi nước
chảy vào bể lắng lamen.

4.2. Giai đoạn phản ứng và lắng
Nước sau xử lý sinh học được hịa trộn hóa chất trước khi vào bể phản ứng. Tại
bể phản ứng, nhờ có hóa chất keo tụ và trợ keo tụ, các bông cặn lớn có vận tốc lắng
lớn hơn được hình thành từ những tạp chất thô được kết bông và chảy sang ngăn lắng.
Tại ngăn lắng, các tạp chất thô được tách khỏi nước. Nước sau khi loại bỏ tạp chất thô
được dẫn vào máng thu cấp sang thiết bị lọc tinh trọng lực tự động.
Thiết bị lắng được thiết kế là lắng cao tải lamen, giúp hiệu suất lắng cao hơn,
rút gọn diện tích mặt bằng xây dựng, tiết kiệm được chi phi mặt bằng và thiết bị.

3


4.3. Giai đoạn lọc tinh
Nước sau khi qua lắng, được cấp sang thiết bị lọc trọng lực tự động. Thiết bị
lọc trọng lực tự động được thiết kế với tầng vật liệu lọc chuyên dụng để loại bỏ những
bông cặn nhỏ không lắng được ở bể lắng lamen. Qua thiết bị lọc trọng lực tự động
nước đầu ra là nước sạch được đảm bảo các chỉ tiêu hóa lý dùng cho nước sinh hoạt.
Nước sau lọc được dẫn về bể chứa nước sạch.
Thiết bị lọc trọng lực có thể tự động rửa ngược hồn tồn khơng cần điện năng
và người vận hành.
4.4. Giai đoạn khử trùng
Để đảm bảo tiêu chuẩn vi sinh của nước sinh hoạt, hoá chất khử trùng Clo được
châm trực tiếp vào đường ống dẫn nước về bể chứa nước sạch với liều lượng được
tính tốn nhằm tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh đảm bảo chất lượng nước đạt tiêu
chuẩn nước cấp cho sinh hoạt theo QCVN 01:2009/BYT.
Nước sạch được chứa trong bể chứa nước sạch và cấp đi sử dụng theo nhu cầu.
IV. TÍNH TỐN CÔNG NGHỆ
1. Thiết bị xử lý sinh học
1.1. Bể xử lý sinh học
Tải trọng BOD của bể lọc sinh học:

BODload 

Q.BODin .k 2000.14.1,5

 42 (kg/ngày)
1000
1000

Trong đó:
- BODin: Hàm lượng BOD có trong nước thơ, BODin = 14g/m3
- k: hệ số vượt tải
- Q: Lưu lượng tính tốn, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s
Thể tích bể lọc sinh học: V 

BODload 42

 28 (m3)
BOD0 1,5

Trong đó:
- BOD0: Tải trọng thể tích BOD, chọn BOD0 = 1,5kg/m3.ngày
Diện tích bề mặt tiếp xúc bể lọc sinh học: F 

V 28

 18,67 (m2)
H 1,5

Trong đó:
- H: Chiều cao lớp vật liệu lọc, H = 1,5m

4


Chọn 02 bể lọc sinh học, kích thước mỗi bể DxH = 3,4x4,5 (m). Diện tích bề mặt
tiếp xúc thực tế: F0  2. .R2  2.3,14.1,7 2  18,15 (m2)
Kiểm tra tải trọng thủy lực bể lọc: HLR 

Q
2000

 4,6 (m/h)
24.F 24.18,15

Hàm lượng BOD sau xử lý: BODout = (1-0,85).BODin = 2mg/l
Độ oxy hóa sau xử lý: [O2]out = (1-0,5).[O2]in = 5,2mgO2/l
1.2. Thiết bị cấp khí
- Lượng oxy cần thiết oxy hóa BOD: mO2/ngày = Q.(BODin – BODout).1,1 =
26,4kgO2/ngày
- Tổng lượng khơng khí cần thiết: Vkk  2.

26, 4
 2292 m3/ngày với hiệu quả
0, 23.1, 2.0,08

hấp thu oxy của nước từ hệ phân phối khí là 8%, khối lượng riêng của khơng khí
1,2kg/m3, oxy trong khơng khí chiếm 23% thể tích, hệ số an tồn là 2.
Chọn thiết bị cấp khí có thơng số:
+ Số lượng: 02 máy – 01 chạy và 01 dự phòng
+ Quy cách: QxH = 1,8m3/phút x 5m
2. Tính tốn thiết bị trộn tĩnh và bể phản ứng

2.1. Thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer
Thể tích của thiết bị hịa trộn tĩnh: V = Q.t (m3)
Trong đó:
- V: Thể tích thiết bị
- Q: Lưu lượng tính tốn, Q = 4000m3/ngđ = 166,67m3/h = 0,046m3/s
- t: Thời gian nước lưu trong thiết bị, t = 3s
V = Q.t = 0,046.3 = 0,138m3
Chọn thiết bị hòa trộn tĩnh có đường kính D = 0,35m.
Chiều dài thiết bị L 

4.V
4.0,138

 1, 43m
2
 .d
3,14.0,352

Vậy thiết bị hòa trộn tĩnh Static Mixer có kích thước DxL = 0,35x1,5m được
làm bằng Inox SUS304, dày 4mm.
2.2. Bể phản ứng
Thể tích của bể phản ứng: V = Q.t (m3)
5


Trong đó:
- V: Thể tích bể phản ứng
- Q: Lưu lượng tính tốn, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s
- t: Thời gian nước lưu trong bể; chọn t = 10 phút
V = Q.t = 0,023.10.60 = 13,8m3

Chọn ngăn trên bể phản ứng có kích thước: LxWxH = 2,4x3,0x1,4m. Thể tích
ngăn trên: V1 = 2,4x3,0x1,4 = 10,08m3. Ngăn phản ứng hợp khối với bể lắng lamen có
dung tích V2 = 4,6m3. Vậy dung tích tổng bể phản ứng: V = (V1 + V2) = 14,68m3 >
13,8m3 thỏa mãn yêu cầu (tồn bộ phần gạch chéo trong hình vẽ).

3. Tính tốn bể lắng lamen
3.1. Tính tốn bể lắng lamen
Diện tích bể lắng được tính theo cơng thức sau: F 

Q
W
.
u0 H .cos  W.cos2

Trong đó:
- Q: Lưu lượng tính tốn, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s
- uo: Tốc độ lắng của hạt cặn, uo = 0,00015m/s.
- H: Chiều cao tấm lamen sau khi xếp. Sử dụng tấm lamen có khoảng cách giữa
hai tấm là W = 50mm với chiều cao chuẩn 1m tương ứng với chiều cao lắng H =
0,866m.
- α: Góc nghiêng của tấm lamen, α = 60o.
- W: Khoảng cánh giữa 2 tấm lamen, W = 0,05m
F

0,023
0,05
.
= 17,32m2
0,00015 0,866.0,5  0,05.0,52
6

Chọn bể lắng có diện tích: LxW = 5,8x3 = 17,4m2 > 17,32m2 thỏa mãn.
Vận tốc nước chảy trong các ống lắng:
v0 

Q
0,023

 1,53.103 m/s
F .sin  17, 4.0,866

Bán kính thủy lực ống lắng: R 

f 0,00233

 0,013 m
c
0,18

Trong đó:
- f: là tiết diện ống lắng.
- c: là chu vi ướt ống lắng
v0 .R 1,53.103.0,013
Hệ số Reynold là: Re 

 15,18 < 200 vậy nước chảy trong
v
1,31.106
ống lắng chuyển động theo chế độ chảy tầng.

Trong đó:
- v0: là vận tốc nước chảy trong ống lắng
- R: là bán kính thủy lực
- ν: là hệ số nhớt động của nước, chọn ν = 1,31.10-6
Chuẩn số Froude: Fr 

(v0 )2 (1,53.103 )2

 1,83.105 > 10-5 như vậy dòng chảy
g.R 9,81.0,013

trong ống lắng là ổn định.
Phần thu cặn chia làm 2 hố thu, với chiều cao hố thu cặn H1 = 1,95m. Chiều
rộng đáy hố thu cặn lấy bằng 0,3m. Góc nghiêng ở đáy bằng 57 o. Ống xả cặn bể lắng
có gắn van bướm điện DN150.
Chiều cao lớp bảo vệ là H2 = 0,85m.
Chiều cao phần lamen lắng H3 = 0,9m.
Chiều cao không gian phân phối ống nước xuống H4 = 1,95m.
Khoảng cách đáy phễu thu bùn xuống đất H5 = 0,2m.
Tổng chiều cao của bể lắng lamen là: H = H1 + H2+ H3+ H4 + H5= 5,85m.
Vậy kích thước hợp khối bể phản ứng với bể lắng là: LxWxH = 7x3x7,25m

7


3.2. Tính tốn lưu lượng nước xả cặn bể lắng
Trong quá trình lắng cặn lơ lửng lắng xuống và được tích luỹ tại phễu chữa cặn
tại đáy bể lắng. Mỗi thiết bị lắng lamen có 02 phễu, mỗi phễu dung tích V = 10m3. Ở
đây ta dùng phương pháp xả cặn bằng thuỷ lực.

Thể tích vùng nén cặn: Wc 

T .Qhtb .(Cv  C )



Trong đó:
- Wc: Thể tích vùng chứa cặn. Wc = 10.2 = 20m3.
- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn
- Q: Lưu lượng trung bình theo giờ. Q = 83,3m3/h
- Cv: Hàm lượng cặn vào bể lắng sau keo tụ Cv = 100mg/l.
- C: Hàm lượng cặn sau lắng C = 8mg/l
- : Nồng độ trung bình cặn đã nén. Theo tiêu chuẩn tính với hàm lượng cặn trong
nước nguồn từ 10 - 100mg/l thì  = 10000 sau khoảng 24h.
Từ công thức trên ta suy ra thời gian giữa hai lần xả bùn: T 
Thay số: T 

W.
Q .(Cv  C)
tb
h

20.10000
 26,1h . Chọn T = 24h
83,3.(100  8)

Lượng nước dùng cho việc xả cặn 1 bể lắng tính bằng phần trăm lưu lượng
K .W .N
1, 2.10.2
 1, 2%

nước được xử lý, được xác định theo công thức: P  p c .100% 
QT
.
83,3.24
Trong đó:
- Wc: Thể tích vùng chứa và nén cặn
- Kp: Hệ số pha loãng cặn. Với việc xả cặn bằng thuỷ lực Kp = 1,2
- N: Số lượng bể lắng.
- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, T = 24h
- Q: Lưu lượng nước tính tốn Q = 83,3m3/h
Tổng lượng nước một lần xả cặn rửa bể lắng tính theo thời gian xả 24h:
Vxc = 1,2%.2000 = 24m3
Thời gian mỗi lần xả rửa là 1 phút. Chọn ống xả cặn Dc = 150mm.
8


4. Tính tốn bể lọc tự rửa

4.1. Tính tốn bể lọc tự rửa
Diện tích bể lọc được tính theo cơng thức: F 

Q
T .vtb  3,6.w.t1  a.vtb .t2

Trong đó :
- Q: Lưu lượng tính tốn, Q = 2000m3/ngđ = 83,3m3/h = 0,023m3/s
- T: thời gian làm việc của bể trong ngày 24h
- W: cường độ rửa nước 12l/s-m2
- t2: thời gian ngừng để rửa t2 = 0h
- t1: thời gian rửa lọc, t1 = 0,05h

- Vtb: vận tốc lọc, Vtb = 9,4m/h
- a: số lần rửa bể trong một ngày a = 1.
F

2000
= 8,95m2
24.9, 4  3,6.12.0,05  1.9, 4.0

Chọn bể lọc trọng lực hình trịn có đường kính D = 3,4m; diện tích lọc: F =
2.π.R = 2.(3,4/2)2.3,14 = 9,07m2 > 8,95m2 thỏa mãn yêu cầu.
2

Chiều cao khoang chứa nước rửa lọc H1 = 2,15m.

9


Chiều cao khoang chứa vật liệu lọc H2 = 2,0m. Sử dụng các vật liệu lọc có các
chỉ số kỹ thuật sau:
- Vật liệu lọc là cát thạch anh có cỡ hạt: dtd = 0,8 - 1,2mm; chiều dày Hta =1,0m
- Lớp sỏi đỡ đường kính cỡ hạt: dtd = 5 – 10mm; chiều dày Hs = 0,2m
Chiều cao khoang chứa nước lọc H3 = 0,35m
Chiều cao của bể lọc được tính: H = H1 + H2 + H3 = 4,5m
4.2. Tính tốn lượng nước xả rửa lọc
Lượng nước một lần rửa lọc là toàn bộ khoang chứa nước sạch sau lọc ở phía
trên bể lọc: Vr = S.H
Trong đó:
- S: Diện tích bể lọc
- H: Chiều cao khoang chứa nước sạch và rửa lọc, H = 2,15m
Vr = 1,42 .3,14.2,15 = 13,23m3 = 0,66% lượng nước thơ

5. Tính tốn hóa chất
5.1. Hóa chất keo tụ
Hóa chất keo tụ sử dụng là Poly Aluminium Chloride (PAC) với hàm lượng
PAC tiêu thụ là 10 – 12g/m3. PAC được pha loãng với nồng độ 2%. Hàm lượng PAC
tiêu thụ trong 1 ngày: 2000m3/ngày.12g/m3 = 24kg/ngày.
Dung tích bể hịa trộn PAC: W 

Q.n.a
166,67.12.12

 1, 2 m3
10000. p.
10000.2.1

Trong đó :
- Q: Lưu lượng tính toán, Q = 4000m3/ngđ = 166,67m3/h
- a: liều lượng PAC tính theo sản phẩm khơng ngậm nước, a = 12g/m3
- p: nồng độ dung dịch PAC, p = 2%
- n: thời gian giữa hai lần hòa tan, n = 12h
- γ: trọng lượng riêng của dung dịch PAC (t/m3)
Chọn dung tích bể PAC là 1m3; số lượng: 02 bể vận hành luân phiên
Chọn động cơ khuấy trộn bể PAC: 02 chiếc với quy cách: công suất N =
0,37kw – n = 90vòng/phút hoạt động luân phiên
Chọn bơm định lượng PAC: 02 chiếc với quy cách QxH = 197l/h x 7bar hoạt
động luân phiên
10


5.2. Hóa chất trợ keo tụ
Hóa chất trợ keo tụ sử dụng là Polymer A101. Hàm lượng A101 tiêu thụ là 0,2

– 0,5g/m3 và được pha loãng với nồng độ 0,5%. Hàm lượng A101 tiêu thụ trong 1
ngày: 4000m3/ngày.0,5g/m3 = 2kg/ngày
Chọn dung tích bể Polymer là 0,5m3; số lượng: 02 bể vận hành luân phiên
Chọn động cơ khuấy trộn bể Polymer: 02 chiếc với quy cách công suất N =
0,37kw – n = 90vòng/phút hoạt động luân phiên
Chọn bơm định lượng Polymer: 02 chiếc với quy cách QxH = 50l/h x 8bar hoạt
động luân phiên
5.3. Hóa chất khử trùng
Hàm lượng Clo được tính tốn để khử trùng là 2g/m3, hàm lượng Clo dùng
trong trường hợp khẩn cấp khi phải Clo hóa sơ bộ là 3g/m3. Hàm lượng Clo tiêu thụ
trong tối đa trong 1 ngày: 4000m3/ngày.5g/m3 = 20kg/ngày = 0,83kg/h
Thiết bị cấp định lượng khí Clo vào nước sau lọc bao gồm:
- 02 máy bơm dung dịch Clo có Q = 1,5m3/h - H = 50m
- 01 bộ Clorator loại 1000g/h
- 01 bình inox chứa nước cho bơm cơng nghệ dung tích V = 2m3
- 05 bình chứa clo lỏng loại 50kg.
- 01 cân điện tử
- Đường ống cấp dung dịch Clo bằng nhựa PVC đường kính D32.
V. PHƯƠNG ÁN TỔ HỢP THIẾT BỊ
1. Hệ thống hoạt động tự động về điện
2. Duy trì chất lượng nước ổn định trong mọi điều kiện thời tiết
3. Thiết bị có độ bền cao
4. Hệ thống thiết bị đảm bảo các điều kiện về an toàn điện, an toàn thiết bị theo các
quy phạm tiêu chuẩn
5. Lắp đặt tốn ít diện tích
6. Đảm bảo các điều kiện về vệ sinh môi trường
VI. PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN
1. Thời gian chế tạo thiết bị và lắp đặt hệ thống: 90 ngày kể từ khi hợp đồng có
hiệu lực.
11

2. Phương thức thực hiện: chìa khố trao tay.
3. Bảo hành: 12 tháng kể từ khi nghiệm thu bàn giao.
4. Bên A cung cấp điện nguồn và nước đến chân công ty

12