Thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nướcThiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước

th uyết minh
I. Lựa chọn công nghệ xử lý nớc
1. Xác định các chỉ tiêu còn lại trong nhiệm vụ thiết kế và đánh giá mức
độ chính xác các chỉ tiêu nguồn nớc
a. Tổng hàm l ợng muối
Tổng hàm lợng muối trong nớc nguồn đợc tính theo công thức sau:
P=
Trong đó:
- : Tổng hàm lợng các ion dơng
- : Tổng hàm lợng các ion âm
Ta có:
=153,1
hay: (mg/l)


hay:

=

9,135Ae
Nh vậy:
P = 153,1+ 135,9 + 1,4ì 5+ 0,5ì317,1 + 0,13 ì2,18
P = 454,83 (mg/l)
b. Xác định l ợng CO
2
tự do có trong n ớc nguồn
Lợng CO2 tự do có trong nớc nguồn phụ thuộc vào P, t
0
, Ki, PH và đợc xác định theo
biểu đồ Langlier

Với:
P =454,83 (mg/l)
t
0
=22
0
C
PH = 7,6
Ki
0
= 5,2 (mg/l)
Tra biểu đồ ta xác định đợc hàm lợng [CO
2
] tự do là 12 (mg/l)
c. Kiểm tra độ Kiềm toàn phần
Do PH = 7,6 nên độ Kiềm toàn phần của nớc chủ yếu là do [HCO
3
-
], ta xác định đợc:
Ki
tf

61,02
-][HCO
3
=5,2 (mg/l)
Nh vậy độ Kiềm toàn phần bằng độ cứng Cacbonat = 4,56 (mg/l) nên số liệu tính
toán là chính xác.
1
[ ] [ ] [ ]

++
++++

23
2
SiO0,13.HCO0,5.Fe1,4.AeMe
[ ] [ ] [ ] [ ]
+++++
+++=

4
22
NHMgNaCaMe
09,4282,120
+++=
[ ] [ ] [ ] [ ]

+++=

32
2
4
NONOSOClAe
1,01,0867,49
+++=

+
Me

Ae
1,153
=

+
Me

2. Đánh giá chất lợng nguồn nớc
Dựa theo tiêu chuẩn vệ sinh nớc ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số
1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của Bộ Y tế) và các chỉ tiêu chất lợng nớc nguồn ta
thấy nguồn nớc sử dụng có các chỉ tiêu sau đây cha đảm bảo yêu cầu:
1. Độ Oxy hoá Pemaganat = 4 (mgO
2
/l) > 2 (mgO
2
/l)
2. Hàm lợng Fe
2+
= 5(mg/l) > 0,5 (mg/l)
3. Hàm lợng H
2
S = 0,1 (mg/l) > 0,05 (mg/l)
4. Hàm lợng Ca
2+
= 120,2 (mg/l) > 100 (mg/l)
5. Hàm lợng cặn lơ lửng = 8 (mg/l) > 3 (mg/l)
6. Chỉ số Ecôli = 720 (con) >2 0 (con)
3. Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ
Do hàm lợng Fe
2+

= 5(mg/l), công suất trạm Q = 12500 (m
3
/ngđ) nên để xử lý sắt ta
dùng phơng pháp làm thoáng tự nhiên.
a. Kiểm tra xem tr ớc khi xử lý có phải Clo hoá sơ bộ hay không
Ta phải Clo hoá sơ bộ trong 2 trờng hợp sau:
- [O
2
]
0
> 0,15ì[Fe
2+
] + 3
- Nớc nguồn có chứa NH
3
, NO
2
Do [O
2
] = 4 (mg/l) < 0,15ì[Fe
2+
] + 3 = 0,15ì5 + 3 = 3,75 (mg/l) nên truớc khi đa đến
công trình làm thoánag ta cho clo hóa sơ bộvới lu lợng Clo là.
Tuy nhiên, trong nớc nguồn có chứa NH
3
(ở dạng NH
4
+
)

và NO
2
-


nên ta phải Clo hoá
dơ bộ. Liều lợng Clo dùng để Clo hoá sơ bộ tính theo công thức:
L
Cl
= 6,5ì[o
2
] =0,5.4=2 (mg/l)
b. Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng
Độ kiềm sau khi làm thoáng:
Ki
*
= Ki
0
0,036ì[Fe
2+
]
Trong đó:
- Ki
0
: Độ kiềm của nớc nguồn = 5,2 (mg/l)
Ki
*
= 5,2 - 0,036ì5 = 5,02 (mgđ g/l)
Hàm lợng CO

2
sau khi làm thoáng:
CO
2
*
= (1-a)ìCO
2
0
+ 1,6ì[Fe
2+
]
Trong đó:
- a : Hệ số kể đến hiệu quả khử CO
2
bằng công trình làm thoáng. Chọn phơng
pháp làm thoáng tự nhiên a = 0,5
- CO
2
0
: Hàm lợng khí Cácbonic tự do ở trong nớc nguồn = 12(mg/l)
2

CO
2
*
= (1-0,5)ì12 + 1,6ì2 = 14 (mg/l)
Độ PH của nớc sau khi làm thoáng:
Từ biểu đồ quan hệ giữa PH, Ki, CO
2
,t

0
ứng với các giá trị đã biết:
Ki
*
= 5,02
CO
2
*
= 14 (mg/l)
t
0
= 22
0
C
P = 454,83(mg/l)
Tra biểu đồ quan hệ giữa lợng PH, Ki, CO
2
,t
0
ta có PH
*
= 7,5
Hàm lợng cặn sau khi làm thoáng:
Hàm lợng cặn sau khi làm thoáng đợc tính theo công thức:
C
*
max
= C
0
max

+ 1,92ì[Fe
2+
] + 0,25M (mg/l)
Trong đó:
- C
0
max
: Hàm lợng cặn lơ lửng lớn nhất trong nớc nguồn trớc khi làm thoáng =
12 (mg/l)
- M : Độ mầu của nớc nguồn - tính theo độ Cobal
C
*
max
= 12 + 1,92ì5 + 0,25ì8= 23,6 (mg/l)
Vì C
*
max
> 20 (mg/l) và công suất trạm xử lý = 12500 (m
3
/ngđ) nên ta dùng bể lắng tiếp
xúc ngang.
c. Kiểm tra độ ổn định của n ớc sau khi làm thoáng
Sau khi làm thoáng, độ PH trong nớc giảm nên nớc có khả năng mất ổn định, vì vậy ta
phải kiểm tra độ ổn định của nớc. Độ ổn định của nớc đợc đặc trng bởi trị số bão hoà I
xác định theo công thức sau:
I= PH
*
- PHs
Trong đó:
- PH

*
: Độ PH của nớc sau khi làm thoáng, theo tính toán ở trên ta đã can
- PH
*
= 7,5
- PHs : Độ PH ở trạng thái cân bằng bão hoà CaCO
3
của nớc sau khi khử Fe
2+
, đ-
ợc xác định theo công thức sau:
PHs =f1(t
0
)- f2(Ca2+)- f3(Ki*)+ f4(P)
Trong đó:
- f1(t
0
): Hàm số nhiệt độ của nớc sau khi khử sắt
- f2(Ca
2+
): Hàm số nồng độ ion Ca
2+
trong nớc sau khi khử sắt
- f3(Ki*): Hàm số độ kiềm Ki* của nớc sau khi khử sắt
- f4(P) : Hàm số tổng hàm lợng muối P của nớc sau khi khử sắt
Tra biểu đồ Langlier ta đợc:
3
Clo
Làm thoáng
nhân tạo

Lắng tiếp
xúc
ngang
Lọc nhanh
Khử trùng
Nước nguồn
Bể chứa
nước
sạch

- t
0
= 22
0
C => f1(t
0
) = 2,05
- [Ca
2+
] = 120,2 (mg/l) => f2 (Ca
2+
) = 2,08
- Ki* = 5,02 (mgđl/l) => f3(Ki*) = 1,71
- P = 454,83 (mg/l) => f4(P) = 8,855
Nh vậy, PHs = 2,05 2,08 1,71 + 8,855= 7,115
I = PH* PHs = 7,5 7,115 = 0,385
Nhận thấy rằng I > 0 nên nick can tin lắnag cặn.
Từ các tính toán nh trên ta chọn lựa các công trình chính trong dây chuyền:
II. Tính toán công nghệ, cấu tạo và các công trình trong dây
chuyền công nghệ

1. Công trình làm thoáng tự nhiên
Để làm thoáng tự nhiên ta sử dụng giàn ma, sau đây ta sẽ đi tính giàn ma.
a. Tính diện tích giàn m a
Diện tích mặt bằng giàn ma đợc tính theo công thức:
F =
m
q
Q
(m
2
)
Trong đó:
- Q:

Công suất Trạm xử lý (m
3
/h)

- q
m
: Cờng độ ma tính toán. Theo quy phạm ta có = 10 ữ 15 (m
3
/m
2
-h). Chọn
q
m
= 12,5 (m
3
/m

2
-h) ta có:
Theo thiết kế, Q = 12500 (m
3
/ngđ)

= 520,8 (m
3
/h)
F =
12,5
520,8
= 41,664 42 (m
2
)
Thiết kế hai giàn ma, diện tích mỗi thùng là: f =
2
42
= 21 (m
2
)
4

Thiết kế mỗi ngăn giàn ma với a = 6 (m) b =
a
f
= 3,5 (m).
Vậy mỗi ngăn giàn ma đợc thiết kế = 6ì 3,5 (m)
Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định nh sau:
F

tx
=
tb
2COK
G
ì
Trong đó:
- G : Lợng CO
2
tự do cần khử (kg/h) đợc tính nh sau:
Để tính tóan lợng co
2
cần khử ta tính nớc sau khi làm thoáng khử CO
2
tự do đến giới
hạn tại PH=7,5 .Trong tờng hợp tính tóan của chúng ta nớc sau khi làm thoáng đã đạt
PH=7,5 nh vậy đã đạt tiêu chuẩn =>không cần bố trí lớp vật liệu tiếp xúc , chỉ cần phân
bố 1 sàn đập và thu nứơc.
Sơ đồ:
Cl
2
0,8
1
b. Tính giàn ống phun m a
Q =
N
Qtrạm
=
2
520,8

= 260,4 (m
3
/h)
Chọn cống chính
Chọn vận tốc nớc chảy trong giàn ống chính là V = 1 (m/s) ta có:
Q = ì V =
4
d
2

ì V
d =
V
Q4
ì
ì

=
36003,14
0,424
ì
ì 6
= 0,3035 (m)
Ta lấy d
chính
= 0,31(m) = 310 (mm)
5

300
540

6000
540
300
3500
7575
1675
153
150
150
153
Chọn ống nhánh
Vận tốc đảm bảo trong khoảng 1,2 ữ 2 (m/s)
Thiết kế 22 ống nhánh, đờng kính mỗi ống là
nhánh
= 50 (mm), lu lợng nhánh là:
Q
nhánh
=
36002
260,4
ì2
= 3,288ì 10
-3
(m
3
/s)
Diện tích ngang ống nhánh là:
=
4
d

2

=
4
(0,05)3,14
2
ì
= 1,9625ì 10
-3
(m
2
)
V
n

=

Q
=
1,9625
3,288
= 1,68 (m/s)

thoả mãn điều kiện.
Khoảng cách giữa các ống nhánh là:
x =
10
20,3-6 ì
= 0,54 (m)
Trên các ống nhánh đục các lỗ 10 thành 2 hàng hớng xuống dới và nghiêng so với

phơng nằm ngang một góc 45
0
. Diện tích một lỗ là:
F
1lỗ
=
4
d
2

=
4
(0,01)3,14
2
ì
= 7,85ì 10
-5
(m
2
)
Mặt khác, theo quy phạm ta có:
chính cống
lỗ
F
F

= 0,25 ữ 0,5. Lấy tỷ số = 0,5 ta có:
F
ống chính
=

4
d
2

=
4
(0,3)3,14
2
ì
= 0,07065(m
2
)
F
lỗ
= 0,5ì 0,07065 = 0,035325 (m
2
)
S lỗ phải khoan là:
6

n =
lỗ
lỗ
F18
F
ì

=
3-
107,852

0,035325
ìì2
= 20 (lỗ)
Mỗi hàng đục 10 lỗ, khi đó khoảng cách giữa các lỗ là:
R =
9
1504-1675 ì
= 152,78 (mm)
Sơ đồ giàn ma đợc bố trí nh trên.
2. Tính toán bể lắng tiếp xúc ngang
a. Diện tích bể lắng
Dùng bể lắng ngang thu nớc ở cuối bể, diện tích mặt bằng bể là:
F =

ì
ì
0
u3,6
Q
(m
2
)
Q : Công suất trạm , Q = 520,8 (m
3
/s)


=
30
V

-u
u
tb
0
0
(1) là hệ số kể đến ảnh hởng của dòng chảy rối trong vùng lắng.
Trong đó:
- u
0
: Tốc độ lắng cặn, lấy bằng 0,35 (mm/s)
- V
tb
: Vận tốc trung bình chuyển động ngang của dòng nớc. V
tb
= Kìu
0
Với K: hệ số phụ thuộc vào tỷ số chiều dài và chiều cao của bể lắng.
Chọn
H
L
= 15

K = 10

V
tb
= 10
ì
0,35 = 3,5 (mm/s). thay lại công thức (1) ta
có:

=
30
3,5
-0,35
0,35
= 1,5
Nh vậy, F =
1,5
0,353,6
520,8
ì
ì
=620 (m
2
)
b. Chiều rộng bể lắng
Chiều rộng của bể lắng đợc tính theo công thức:
B =
HNV3,6
Q
tb
ììì
Trong đó:
- H: Chiều cao vùng lắng, H = 2,5 (m)
- N: Số bể lắng, lấy N = 2 bể.
Khi đó:
B =
2,523,53,6

520,8
ììì
=8,267 (m)
7

Chia mỗi bể thành 2 ngăn, chiều rộng của một ngăn là b
n
=
2
B
=
2
8,267
= 4,134 (m)
2,4
(m)
Thỏa mãn
c. Chiều dài bể lắng
Theo cách chọn nh trên, chiều dài bể lắng là:
L =
NB
F
.
=
2.267,8
620
=37,5 (m)=15H
Chọn hai vách ngăn đặt cách tờng 1,5 (m). Sử dụng phơng pháp cặn trợt về phía đầu
bể (hố thu cặn đặt ở phía đầu bể).
d. Tính hệ thống phân phối n ớc vào bể

Để phân phối và thu nớc đều trên toàn bộ diện tích bề mặt bể lắng ta đặt các vách
ngăn có đục lỗ ở đầu và cuối bể.
Thiết kế hàng lôc cuối cùng nằm cao hơn mức cặn tính toán là 0,3 (m) theo quy
phạm là 0,3
ữ
0,5 (m).
Đặt vách ngăn phân phối nớc vào bể cách đầu bể một khoảng 1,5 (m).
Diện tích của vách ngăn phân phối nớc vào bể là:
F
ngăn
= b
n
ì (H
0
0,3) = 4,2ì (2,5 0,3) = 9,24 (m
2
)
Lu lợng nớc tính toán qua mỗi ngăn của bể là:
q
n
=
2,02,0
520,8
ì
= 130,2 (m
3
/h) = 0,0362 (m
3
/s)
Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nớc vào là:

f
lỗ 1
=
lỗ1
V
n
q
=
0,3
0,0362
= 0,12 (m
2
)
Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nớc ở cuối bể là:
f
lỗ 2
=
lỗ2
V
n
q
=
0,5
0,0362
= 0,0724 (m
2
)
Lấy đờng kính lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất d
1
= 0,06 (m), diện tích một lỗ là

f
1lỗ
= 0,00283 (m
2
)
Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ nhất là:
n
1
=
1lỗf
lỗ1

F
=
0,00283
0,12
= 43 (lỗ) chọn 44(lỗ)
Lấy đờng kính lỗ ở vách ngăn thu nớc d
2
= 0,05 (m), diện tích một lỗ là
f
1lỗ
= 0,00196 (m
2
)
Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ nhất là:
n
1
=
1lỗf

lỗ2

F
=
0,00196
0,0724
= 37 (lỗ) chọn 38(lỗ)
8

e. Tính diện tích vùng chứa cặn
Thể tích vùng chứa cặn đợc tính toán theo công thức:
W
0
=
( )
c
m - McQT

ì
ì
N
(m
3
)
Trong đó:
- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, do hàm lợng cặn nhỏ nên lấy T = 12 (giờ)
- Q: Lu lợng nớc vào bể lắng, Q = 520,8 (m
3
/h)
- m: Hàm lợng cặn trong nớc sau khi lắng, m = 10 (mg/l)

-

c: Nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T, lấy

c = 7500 (g/m
3
)
- Mc: Tổng hàm lợng cặn trong nớc đa vào bể lắng, Mc = 23,6 (mg/l)
W
0
=
( )
75002
10 - 23,6
ì
ì 8,52012
= 5,67 (m
3
)
f. Chiều cao vùng chứa và nén cặn
Diện tích mặt bằnag 1 bể F
1b
=
N
F
=
2
620
=310(m
2

)
Chiều cao vùng chứa và nén cặn đợc tính theo công thức:
h
c
=
F
W
0
=
310
67,5
= 0,018 (m)
g. Chiều cao bể lắng
Chiều cao bể lắng đợc xác định theo công thức:
H
bể
= H
L
+ h
c
+ h
bảo vệ
Trong đó:
- H
L
: Chiều cao vùng lắng nớc, H
L
=2,5 (m)
- h
bảo vệ

: Chiều cao bảo vệ, lấy = 0,5 (m)
- h
c
: Chiều cao tầng cặn
H
bể
= 2,5 + 0,018 + 0,5 = 3,018 (m)
Tổng chiều dàI bể lắnag kể cả 2 ngăn phân phối nớc
L
b
=37,5+2.1,5=40,5(m)

9
1,5 m
1,5 m
i = 0,03