Tài liệu tính toán thiết kế mô hình xử lý nước nhiễm sắt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA MÔI TRƯỜNG
HỌC PHẦN : XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT
ĐỀ
ĐỀ
TÀI
TÀI
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM SẮT

MỤC LỤC
Chương mở đầu
Chương 1 : Tổng quan về thị trấn Xuân Lộc
Chương 2 : Tìm hiểu nguồn nước ngầm
Chương 3 : Cơ sở lựa chọn qui trình xử lý
Chương 4 : Tính toán thiết kế các công trình


Chương mở đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp đề đáp ứng cả về chất lượng
lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất công nghiệp.

Chương mở đầu
2. Mục tiêu của đề tài
•
Xây dựng một qui trình xử lý nước ngầm đáp ứng được về số lượng và chất lượng
phục vụ nhu cầu của người dân quanh vùng.
3. Nội dung của đề tài
•
Nêu lên cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý nước ngầm sau đó đưa ra một số qui trình

xử lý nước, nêu ưu nhược điểm của từng qui trình rồi lựa chọn một qui trình thích
hợp, rồi tính toán tính kinh tế của qui trình đã lựa chọn.
4. Phương pháp nghiên cứu
•
Đề tài hình thành dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, tính toán thiết kế, phân tích,
tổng hợp các số liệu
5. Nhu cầu kinh tế của xã hội
6. Giới hạn của đề tài:
Xây dựng quy trình xử lý nước ngầm công suất 1000 m3/ngày.đêm phục vụ cho khu dân
cư Xuân Thành- huyện Xuân lộc – Đồng Nai.

Chương 1 : Tổng quan về thị trấn
Xuân Lộc
1.1 Hiện trạng và điều kiện tự nhiên
•
Tổng diện tích đất tự nhiên của thị trấn Xuân Lộc là 15.000 ha .
•
Khí hậu : Nhiệt độ
Độ ẩm
Lượng mưa
Hướng gió chủ đạ
Thủy văn và địa chất thủy văn
1.2 Hiện trạng phát triển kinh tế xã hội
-Tình hình kinh tế:
+Sản xuất công nghiệp
+Nông nghiệp
-Tình hình dân số
1.3 Hiện trạng hệ thống cấp nước
-Nước mặt: lưu lượng nhỏ và cạn kiệt vào mùa khô,nếu ta đắp đập để chứa nước, xử lý
cung cấp sinh hoạt thì giá thành rất cao, không đảm bảo.

-Nước ngầm: trữ lượng lớn, lưu lượng mỗi giếng đạt từ 40-50 m3/h với chiều sâu trung
bình từ 60-100 m

Chương 2 : Tìm hiểu nguồn nước
ngầm
2.1 Thành phần tính chất nước ngầm
2.1.1 Khái niệm : Nước ngầm( nước dưới đất) là nước được hình thành do nước mưa
thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ lại ở các tầng chứa nước bên
dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau
2.1.2 Phân loại :
-
Nước ngầm tầng nôn
-
Nước ngầm tầng sâu chứa trong các tầng chứa nước ở độ sâu trên 40m
2.2 Ưu và nhược điểm khi sừ dụng nước ngầm :
2.2.1 Ưu điểm
-Nước ngầm là tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu như
hạn hán.
-Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như nước mặt …
2.2.2. Nhược điểm
-Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho hàm lượng
muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý nước trước
khi đưa vào sử dụng
-Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng ô nhiễm nguồn nước
ngầm …



Chương 2 : Tìm hiểu nguồn nước
ngầm

2.3 Các phương pháp xử lý nước ngầm
- Phương pháp cơ học
- Phương pháp hóa học
- Phương pháp vi sinh
→Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lãnh vực khác nhau mà
ngườt ta đã sử dung cac phương pháp khác nhau để xử lý nước cấp cho
lãnnh vực đó. Thông thường thì người ta kết hợp cả 2 phương pháp cơ học
và hóa học để xử lý nước

Chương 3 : Cơ sở lựa chọn qui trình
xử lý
•
3.1 Đặc tính của nguồn nước tại Xuân Lộc
•
pH: 6,8
•
Độ oxy hóa: 0,4
•
Độ cứng tòan phần: 8 (mg/l)
•
Nitrit: 0
•
Nitrat: 0
•
Sắt tổng: 8mg/l
•
Amoni: 0
3.2 Các nghiên cứu trong nước
•
Một số quy trình xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao:

Chương 3 : Cơ sở lựa chọn qui trình
xử lý
3.3 Các nghiên cứu ngoài nước
Qui trình xử lý nước ngầm của City of Hamilton (USA)

Chương 3 : Cơ sở lựa chọn qui trình
xử lý
•
Quy trình xử lý nước ngầm tại Town of Normal

Chương 3 : Cơ sở lựa chọn qui trình
xử lý
3.4 Các quy trình xử lý nước ngầm tiêu biểu tại Khu Xuân Thành
3.4.1 Qui trình 1 :
3.4.2 Qui trình 2:

Chương 3 : Cơ sở lựa chọn qui trình
xử lý
3.4.3 Qui trình 3: dùng xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao ( 4 – 10 mg/l)
Ưu điểm: chất lượng nước đầu ra tốt đủ tiêu chuẩn đưa vào
mạng lưới cấp nước, thích hợp cho nguồn nước ngầm có hàm
lượng sắt cao
Nhược điểm: chi phí xây dựng và vận hành cao .
→Do tính chất nước ngầm tại khu Xuân Thành nên quy trình 3
thích hợp nhất cho xây dựng nhà máy.

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình

4.1 GIÀN MƯA
•
Nhiệm vụ:
Khử CO2 trong nước
Làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện khử Fe2+ thành Fe3+
Chọn cường độ tưới q=10m
3
/m
2
h, diện tích bề mặt cho dàn mưa là:
Trong đó
Q: công suất trạm xử lý (m
3
/ngày)
qm: cường độ tưới (m
3
/m
2
h)
•
Chọn diện tích mặt bằng cho dàn mưa là dài x rộng = 4 x 1 m.
•
Số sàn tung: 3.
•
Chiều cao phần làm thoáng là: 0,7 x 3 = 2,1 m
•
Đường kính lỗ cũng như số lỗ trên một sàn tung: việc chọn đường kính lỗ và số lỗ
ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm thoáng. Chọn đường kính lỗ d=14 mm và bước
lỗ 50 mm.
•

Chọn sàn tung là các tấm inox có kích thước 1x1m. Cần sử dụng 4 tấm inox cho một
sàn tung. Trên mỗi tấm inox khoảng 20 x 20 = 400 lỗ
2
1000
4,2( )
24 10
m
Q
S m
q
= = =
×

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Hệ thống thu, thoát khí, ngăn nước:
•
Sàn thu nước:
•
Hệ thống thu nước và xả cặn: tốc dòng nước theo quy phạm từ 1-1,5 m/s, chọn vận
tốc này là 1m/s.diện tích ống dẫn nước là:
•
Đường kính ống dẫn :
•
Chọn ống có đường kính 120 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy :
•
Ống xả cặn :
•
Hệ thống phân phối nước:

4 4 0,012
0,124( ) 124( )
S
D m mm
π π
× ×
= = = =
1000
0,012( )
86.400 1 1
Q
S m
v
= = =
× ×
2 2
4 1000 4
1,024( / )
86400 0,120
Q
v m s
D
π π
× ×
= = =
× × ×
2
1000
1,15( / )

0,08
86400 2
4
Q
v m s
S
π
= = =
×
× ×

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Trên mỗi giàn mưa ta bố trí một ông phân phối nước chính có chiều dài bằng chiều
rộng giàn mưa. Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 1m/s. Đường kính ống phân
phối chính là:
•
Chọn đường kính ống phân phối chính là 90 mm, kiểm tra lại vận tốc nước chảy
trong ống :
•
Chọn khoảng cách giữa cách ống nhánh là 300 mm (theo quy pạhm khoảng cách
này được lấy từ 250-300 mm). số ống nhánh trên một ống phân phối chính sẽ là:
4 4 1000
0,086( )
86400 2 1 1
Q
D m
v
π π

× ×
= = =
× × × × ×
2 2
4 4 1000
0,91( / )
2 1 86400 2 1 0,09
Q
v m s
D
π π
× ×
= = =
× × × × × × ×
1
2 1 8
0,3
n
 
= × + =
 ÷
 

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Chọn vận tốc nước trong ống phân phối nhánh là 2 m/s ( theo quy phạm vận tốc này
lấy từ 1,8-2 m/s). Lượng nước vào ống nhánh là:
•
Như vậy đường kính ống nhánh là:

•
Chọn ống nhánh đường kính 21 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước trong các ống nhánh:
•
Tổng diện tích lỗ trên các ống nhánh theo quy phạm chọn từ 30-35 % diện tích tiết
diện ngang của ống chính, chọn tỷ lệ này là 30 %, tổng diện tích lỗ phun là:
•
Tổngdiệntíchlỗ= 0,3x S ống chính=0.3x(πx0.09x0.09):4=1.908x10-3(m
2
)
4 3
1000
7,23 10 ( / )
86400 2 1 8
nhanh
q m s
−
= = ×
× × ×
4
4
4 7,23 10
0,021( ) 21( )
2
nhanh
nhanh
q
d m mm
v
π π
−

×
× ×
= = = =
× ×
4
2 2
4
7,23 10 4
2( / )
0,021
nhanh
nhanh
q
v m s
d
π π
−
×
× ×
= = =
× ×

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Chọn đuờng kính lỗ phun mưa là 10 mm ( theo quy phạm đượng kính này từ 10-12
mm). số lỗ phun mưa trên một ống nhánh là:
•
Số lỗ= tổng diện tích lỗ/diện tích một lỗ=1.908x10-3/{(πx0.01x0.01)/4}
•

=24.3 (lỗ)
Các lỗ được bố trí thành hai hàng so le nhau ở hai bên thành ống nhánh
•
Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước: thời gian làm thoáng nước tính sơ bộ theo
thời gian nươc rơi trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa (bỏ qua thời gian nước đọng
lại trên sàn ) :
2 2 2,1
0,654( )
9,81
h
t s
g
× ×
= = =

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
4.2 THIẾT BỊ TRỘN
•
Sử dụng thiết bị trộn ống dẫn
•
Nhiệm vụ: đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán dều trong môi trường
nước.
•
Hóa chất được cho vào trong đường ống dẫn sang bể lắng. Sau điểm cho hóa chất
thay một đoạn ống dẫn nước nguồn đến bể lắng bằng đoạn ống có đường kính nhỏ
hơn, vận tốc dòng nước 1,5 (m/s), theo quy phạm vận tốc này từ 1,2-1,5 (m/s)
•
Đường kính đoạn ống trộn là:

Chọn đường kính d= 100 mm
•
Kiểm tra lại vận tốc ta có:
•
< 1.5 ( nằm trong giới hạn cho phép )
4 4 1000
0,099( ) 99( )
86400 1,5
Q
D m mm
v
π π
× ×
= = = =
× × ×
2 2
1000
1,47
0,1
86400
4 4
Q
v
D
π π
= = =
× × ×

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình

•
4.3 BỂ LẮNG NGANG
•
Nhiệm vụ
•
Cấu tạo: bể lắng ngang thu nước ở cuối.
•
Nguyên lý hoạt động:
•
Dung tích bể lắng
•
Trong đó, Q: công suất xử lý của trạm (m3/h)
•
T: thời gian lưu nước trong bể (h). Chọn T = 2h.
•
Chọn chiều cao vùng lắng H = 3 m (theo quy phạm chiều cao này từ 2-3,5 m).
Diện tích mặt bằng bể lắng:
•
Chọn hệ thống xử lý gồm một bể lắng chia thành hai ngăn lắng, mỗi ngăn xem
như một bể lắng nhỏ. Chọn chiều rộng bể lắng là 4 m, chiều rộng mỗi ngăn lắng
là 2 m (theo quy phạm chiều rộng này lấy không quá 6 m). Chiều dài của bể lắng
là:
3
1000
w=QT= 2 83,33( )
24
m
× =
2
1

w 83,33
27,78( )
H 3
F m
= = =

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Chọn chiều dài bể lắng 7m
•
Tính lại thời gian lưu nước trong bể lắng.
•
Tổng diện tích các lỗ phân phối trong một bể lắng là:
•
Chọn lỗ hình vuông kích thước 50 x 50 mm. Tổng số lỗ trên một vách phân phối
trong ngăn lắng là:
•
Tổng số lỗ = tổng diện tích lỗ/kích thước một lỗ
•
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy qua lỗ:
1000
0,029( )
86400 2 0,2
m
= =
× ×
27,78
7( )
1 1 2

F
L m
B
= = =
× ×
7 4 3
2( )
1000
24
V
T h
Q
× ×
= = =
0,029
11,6
0,05 0,05
= =
×
1000
0,2( )
86400 2 11 0,05 0,05
m s
= =
× × × ×

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Chiều cao hữu ích của vách phân phối chính bằng chiều cao vùng lắng trong bể.

Diện tích hữu ích của vách phân phối nước vào là: 2 x 3 = 6 m2. Lỗ phân phối được
bố trí cách chiều cao lớp cặn 0,3 m (theo quy phạm chiều cao này 0,3 -0,5m). Chọn
chiều cao hàng lỗ dưới cùng cách cách lớp cặn 0,3 m, chiều cao vùng chứa cặn 1m.
Vậy hàng lỗ dưới cùng cách đáy bể 1,3 m.
•
Chiều dài làm việc của bể lắng là:
•
Lbể = 7 – 1.5 = 5,5 (m)
•
Chiều dài ống thu nước :
•
L = 1/3 x Lbể = 1/3 x 7 = 2,33 (m)
•
Sử dụng một ống thu khoảng cách giữa ống và tường bể là 1m. Theo quy phạm vận
tốc nước chảy trong ống thu 0,6 -0,8 m/s, chọn vận tốc nước bằng 0,8 m/s. Lưu
lượng nước dùng tính đường kính ống thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng tính toán. Lưu
lượng nước chảy vào mỗi ống thu trong một ngăn lắng là:
•
Q
ống
=1.3xQ=(1.3x1000)/(86400x2x1)
•
=0.006(m
3
)
•
Đường kính ống thu nước:
•
D ốngthu
4

4 0,006
0,098( )
0,8
ong
Q
m
v
π π
×
×
= = =
× ×

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Chọn đường kính ống 100mm kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống thu:
•
Trên các ống thu khoang lỗ đường kính d = 25 mm, vận tốc nước chảy qua lỗ 1m/s
(chọn theo quy phạm).Tổng diện tích các lỗ trên một ống thu:
•
S lỗ
2
1000 86400
0,73( )
0,1
2 1
4
Q
v m s

S
π
= = =
× × ×
2
0,006
0,006( )
1
ong
lo
Q
m
v
= = =
Tổng số lỗ trên một ống là:
Tổng số lỗ= S lỗ/diện tích một lỗ
2
0,006
12,22
0,025
4
π
= =
×
Chọn số lỗ trên mỗi ống 12 lỗ, bố trí hai bên thành ống so le với nhau mỗi bên 6 ống.
K hoảng cách giữa các lỗ:
2,33
0,388( )
6
I m

= =

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Tính chiều cao bể lắng
•
Chiều cao từ mực nước đến sàn công tác là 0,3 m (theo quy phạm chiều cao này
0,3-0,5 m). Chọn phương pháp xả cặn bằng thủy lực, chọn chiều cao vùng chứa cặn
1m, chiều cao từ lớp cặn đến vùng lắng 0,3m. Chiều cao bể lắng là:
•
H= HI + Hcc + Hct = 3 + 1,3 + 0,3 = 4,6 m
•
Hệ thống thu xả cặn: sử dụng ống thu xả cặn đặt ở trung tâm bể lắng dọc theo chiều
dài bể.
•
Thể tích của cặn là: V cặn = 2 x 1 x 5,5 = 11( m3)
•
Tính toán ống xả cặn sao cho lượng cặn cần xả là 60 % trong thời gian 30 phút.
Lượng cặn cần phải xả bằng 0,6 x 11 = 6,6 m
3
(3.67x10-3 (m3/s)) Chọn vận tốc xả
cặn trong ống xả 1 m/s. Đường kính ống xả cặn là:
D
2
xảcặn = (4x0.00367)/(πx1)=4.67x10
-3
→ D = 0.068 (m)
Chọn ống xả cặn loại ống PVC đường kính 70 mm, chiều dài 5,5 m.
•

Chọn khoảng các giữa các lỗ xả cặn 400mm (theo quy phạm khoảng cách này 300-
500 mm).

Chương 4 : Tính toán thiết kế các
công trình
•
Vậy số lỗ trên ống xả cặn là : [(5.5/0.4)+1]x2 = 29.5 (lổ)
•
Đáy bể lắng ngang có độ dốc theo chiều dọc là 0,01 theo chiều ngược với chiều nước
chảy và độ dốc ngang từ thành bể về phía ống thu cặn là 45o.
•
Vận tốc trung bình của dòng nước trong bể lắng là:
•
Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào bể lọc: máng này
được xây dựng bằng bê tông cốt thép ở cuối bể lắng, ba ống thu nước cùng chảy vào
một máng thu.
•
Lưu lượng tính toán máng thu lấy hơn 30% lưu lượng xử lý
•

Q tt
•
Chọn vận tốc chảy vào máng thu là 0,6 m. Diện tích mặt cắt ngang máng thu là:
1000
0,00096( )
2 86400 2 2 3
tb
lang
Q
v m s

B H
= = =
× × × × ×
3
1000
1,3 0,015( )
86400
m s
= × =
2
0,015
0,013( )
2 0,6
thu
Q
S m
v
= = =
×