công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp từ nguồn nước ngầm với công suất vận hành là 12.300 m3 ngày đêm.

Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


MỤC LỤC
L I M UỜ Ở ĐẦ 2
CH NG I. L A CH N CÔNG NGHƯƠ Ự Ọ Ệ 3
1. Ph ng án 1ươ 3
2. Ph ng án 2 (Ph ng án ch n)ươ ươ ọ 4
CH NG II. TÍNH TOÁN THI T K CÔNG TRÌNH CHÍNH TRONG M T H ƯƠ Ế Ế Ộ Ệ
TH NG X LÝ N C C PỐ Ử ƯỚ Ấ 5
1. Clo hóa s b ơ ộ 5
2. Xác đ nh các ch tiêu sau làm thoáng ị ỉ 5
3. Giàn làm thoáng 5
4. Tính b l ng ti p xúcể ắ ế 7
5. B l c nhanh ể ọ 8
6. B ch a n c s chể ứ ướ ạ 9
7. Kh trùng n cử ướ 10
CH NG III. K T LU NƯƠ Ế Ậ 12
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 13


1
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


LỜI MỞ ĐẦU
Cuộc sống của con người điều kiện thiết yếu nhất là ăn uống, sinh hoạt vì
vậy nước, đặc biệt là nước sạch là rất cần thiết. Với điều kiện môi trường hiện nay
chất lượng nước cấp không còn đảm bảo chính vì vậy việc xử lý an toàn và đạt các
tiêu chuẩn cho phép để cấp cho sinh hoạt là yếu tố tiên quyết.
Đồ án này tôi xin trình bày sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính

trong một hệ thống xử lý nước cấp từ nguồn nước ngầm với công suất vận hành là
12.300 m
3
/ ngày đêm.
Xin chân thành cảm ơn cô Bùi Thị Thanh Thủy và các thầy cô trong khoa
Môi trường đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án này!


2
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


CHƯƠNG I. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ
Công suất vận hành: 12300m
3
/ngày đêm
Các chỉ tiêu chất lượng nước ngầm
STT Chỉ tiêu Đơn vị
Nước ngầm
QCVN 02:
2009 - BYT
01 Nhiệt độ
0
C 22
02 pH
-
6 6 – 8,5
03 Độ màu TCU 10 15
04 Độ đục NTU 5 5
05 TS Mg/l - -

06 SS Mg/l - -
07 Hàm lượng sắt tổng số Mg/l 10 5
08 Hàm lượng amoni Mg/l 0.3 3
09 Hàm lượng mangan tổng số Mg/l 0.1 4
- Đề xuất sơ đồ công nghệ
- Tính toán thiết kế công trình chính trong một hệ thống xử lý nước cấp
- Lập mặt bằng khu xử lý, sơ đồ công nghệ
1. Phương án 1




3
Từ trạm bơm
Khử trùng bằng clo
Clo hóa sơ bộ
Làm thoáng
đơn giản
Bể lọc
chậm
Bể chứa
nước sạch
MLCN
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


2. Phương án 2 (Phương án chọn)
Thuyết minh lựa chọn phương án
Phương án 1:
- Sử dụng phương pháp làm thoáng đơn giản chỉ khử được từ 30 – 40%

lượng CO
2
, hàm lượng sắt trong nước cao nên sử dụng phương pháp này ít hiệu quả.
- Dùng bể lọc chậm không khử hàm lượng sắt đến mức tối thiểu, thời gian
lọc lâu hơn và công suất nhỏ.
Phương án 2:
- Sử dụng phương pháp làm thoáng bằng giàn mưa ( phương pháp làm
thoáng tự nhiên) có thể khử được từ 75 – 80% lượng CO
2
nên hiệu quả cao hơn so
với sử dụng phương pháp làm thoáng đơn giản
- Sau khi làm thoáng, nước được dẫn vào bể lắng để tạo điều kiện cho Fe
2+
chuyển thành Fe
3+
kết tủa lắng xuống, để lượng sắt được khử hoàn toàn tạo điều
kiện cho quá trình lọc hiệu quả hơn.


4
Giàn mưa
( làm thoáng
tự nhiên)
Bể lắng
đứng
Bể lọc
nhanh
Bể chứa
nước sạch
Từ trạm bơm

Clo hóa sơ bộ
Khử trùng bằng clo
MLCN
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


- Dùng bể lọc nhanh: thời gian lọc nhỏ, công suất lớn và nhanh.
 Từ những lập luận trên thì phương án 2 có nhiều ưu điểm hơn nên chọn
phương án này để tính toán.
CHƯƠNG II. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH CHÍNH
TRONG MỘT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP
1. Clo hóa sơ bộ
Là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc, mục đích của clo hóa
sơ bộ là:
- Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn.
- Oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ.
- Oxy hóa các hợp chất hữu cơ để khử màu.
- Trung hòa amoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài.
Clo hóa sơ bộ còn có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu trong bể
lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc, làm tăng
thời gian của chu kì lọc.
2. Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng
pH của nước sau làm thoáng
Có các giá trị đã biết:
Ki


= 4,676 (mg đương lượng/l)
CO
2


= 66,9 mg/l
T = 22
0
C
P = 300 mg/l
Tra biểu đồ Langlier = 7,2
Như vậy sau khi làm thoáng pH lớn hơn 6 nên đảm bảo cho các công trình phía sau
làm việc tốt.
3. Giàn làm thoáng
Nhiệm vụ của công trình làm thoáng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước là:
- Hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa Fe(II) thành Fe(III) kết tủa
dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng và lọc.


5
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


- Khử khí CO
2
có trong nước, làm tăng pH trong nước, tạo điều kiện thuận
và đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân sắt, nâng cao năng suất của công trình
lắng và lọc trong quá trình khử sắt.
- Làm thoáng bằng giàn mưa để khử bớt Fe: phản ứng OXH Fe
2+
→ Fe
3+
và
thủy phân Fe

3+
trong môi trường tự do.
Trong nước ngầm, Fe(HCO
3
) là muối không bền vững, thường phân ly theo dạng:
Fe(HCO
3
)
2
= 2HCO
3
-
+ Fe
2+
Nếu trong nước có oxy hòa tan, qua trình oxy hóa và thủy phân diễn ra:
4Fe
2+
+ O
2
+ 10H
2
O = 4Fe(OH)
3
+ 8H
+
H
+
+ HCO
-
3

= H
2
O + CO
2.
Có rất nhiều cách để khử sắt: Khử sắt bằng trao đổi cation, bằng vi sinh vật,
bằng phương pháp điện phân Nhưng khử săt bằng giàn mưa có thể khử được 75 –
80% lượng CO
2
sinh ra mà hiệu quả khử Fe vẫn đảm bảo.
Lưu lượng công trình thu:
Q =
24
P
=
24
12300
= 512,5 m
3
Diện tích mặt bằng của giàn mưa:
F =
q
Q
=
10
5,512
= 51,25 m
2
Trong đó:
Q: Lưu lượng công trình thu tính theo 1 giờ
q: 10 ÷ 15 m

3
/m
2
.h. Chọn q= 10 m
3
/m
2
.h
Chọn 2 giàn mưa. Diện tích mỗi giàn mưa
F
n
=
2
25,51
= 25,62 m
2
Chia giàn mưa thành 4 ngăn. Diện tích 1 ngăn là:
f =
n
Fn
=
4
62,25
= 6,4 m
2
Chọn kích thước mỗi giàn là: 3,2m x 2m
Thiết kế giàn mưa gồm 3 tầng
Khoảng cách giữa 2 tầng với nhau là 0,8m
Chiều cao (khoảng cách) giữa 2 ngăn thu là 0,3m
 Tổng chiều cao giàn mưa là: 0,8 x 6 + 0,3 = 5,1m

6
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


4. Tính bể lắng tiếp xúc
Lắng (còn gọi là làm trong) là quá trình dùng để tách các chất rắn có thể lắng
được hay các bông cặn sau keo tụ tạo bông.
Chọn bể lắng đứng tiếp xúc: bể lắng đứng tiếp xúc để cho Fe
2+
tiếp xúc với
O
2
của không khí tạo điều kiện cho quá trình OXH và thủy phân sắt diễn ra hoàn
toàn, đồng thời giữ lại một phần bông cặn nặng trước khi đưa sang bể lọc.
Tính toán cho bể lắng đứng tiếp xúc
Thể tích bể: W =
60
QxT
=
60
405,512 x
= 342 m
3
Trong đó:
Q: công suất quá trình thu (lưu lượng công trình thu)
T: thời gian lưu nước trong bể. Chọn T= 40 phút
Chiều cao vùng lắng H = 2,5m (QC 33: 2006 – BXD từ 1,5 – 3,5)
Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:

F =
H
W
=
5,2
342
= 136,8 m
2
Chia bể lắng làm 4 bể như nhau, diện tích mỗi bể là:
f =
4
F
=
4
137
= 34,3 m
2
Chọn bể hình chữ nhật có kích thước: 7m x 5m
Chiều cao ngăn phản ứng (chiều cao hình trụ) của bể lắng = 0,9 chiều cao vùng
lắng:
H
trụ
= 0,9 x 2,5 = 2,25m
Chiều cao phần hình nón của bể lắng:
H
nón
=
2
50)4,06( xtg−
= 3,34m

Trong đó: Chiều rộng hố thu cặn ở đáy: 0,4m
Lấy chiều cao bảo vệ là 0,5m
 Chiều cao bể lắng là:
H
BL
= H
T
+ H
N
+ 0,5 = 3,12 + 3,5+ 0,5 = 7,12m


7
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


5. Bể lọc nhanh
Bể lọc được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy
thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước của đối tượng dùng nước.
Bể lọc gồm: vỏ bể, lớp vật liệu lọc, hệ thống thu nước lọc và phân phối nước
rửa, hệ thống dẫn nước vào bể lọc và thu nước rửa bể lọc.
Bể lọc nhanh có thể là hạt đồng nhất về kích thước và trọng lượng riêng (cát
thạch anh) hoặc có thể vật liệu hạt không đồng nhất (bể lọc 2 lớp: lớp trên là than
antraxit, lớp dưới là cát thạch anh).
Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý
F =
xVataWxtTxV
Q
216,3 −−
=

5,535,05,01,0145,06,35,524
12300
xxxxxx −−
= 95,7m
2
Trong đó:
T: thời gian làm việc trong một ngày đem, T= 24h
Q: Công suất trạm xử lý, Q = 12300m
3
/ngày đêm
a= số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm với chế độ làm việc bình thường a= 0,5
W: cường độ nước rửa lọc, W= 14l/m
2
.s
V
BT
= 5,5 m/h. Vận tốc lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường
t
1
:

gian rửa lọc, t
1
= 0,1h
t
2
: thời gian ngừng bể lọc để rửa, t
2
= 0,35h
Chọn bể lọc 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh cỡ hạt 0,5 – 1,2mm và than

antraxit d = 0,8 – 1,8mm, hệ số không đồng nhất K= 1,5 – 1,7, chiều dày lớp lọc
L
thạch anh
= 700 – 800mm, L
than antraxit
= 400 – 500mm.
Chế độ làm việc bình thường:
Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:
N = 0,5
F
= 0,5x
62,97
= 4,9 bể
Chọn số bể lọc là N= 5 bể
Kiểm tra lại với tốc độ lọc tăng cường:
V
TC
= V
BT
x
1−N
N
= 8,5x
15
5
−
= 10,626 (m/h)
V
TC
: tốc độ lọc tăng cường, theo TCXDVN 33: 2006 thuộc khoảng (8,5 – 11).

 Đảm bảo yêu cầu.
Diện tích 1 bể lọc:


8
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


f =
N
F
=
5
62,97
(m
2
) = 19,5m
2
≈
20m
2
Chọn kích thước bể: L x B = 5mx 4m= 20m
2
Chiều cao bể lọc nhanh:
H = h
Đ
+ h
N
+ h
L

+ h
BV
Trong đó:
H
Đ
: chiều cao từ đáy bể lọc đến mặt trên của lớp vật liệu đỡ, h
Đ
= 0,7m
H
N
: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, h
N
= 2m
H
L
: chiều dày lớp vật liệu lọc, h
L
= 0,8m
H
BV
: chiều cao bảo vệ, h
BV
= 0,5m (Chiều cao từ mặt nước đến mặt bể lọc, h
BV
≥ 0,3m).
Vậy chiều cao bể lọc:
H = 0,7 + 2 + 0,8 + 0,5 = 4m
* Đường ống thu nước sạch tới bể chứa: Sử dụng một đường ống chung thu nước từ
bể lọc tới bể chứa. Đường ống được đặt ở trên cao trong khối bể lọc và xuống thấp
khi ra khỏi khối bể lọc. Đường kính ống từ một bể ra ống thu nước sạch chung với

vận tốc nước chảy trong ống thu nước sạch chung là 1,2m/s.
Đường kính ống chung:
D
chung
=
v
Q
π
4
=
2,114,3
14,04
x
x
= 0,38m
Trong đó:
Q: lưu lượng nước toàn trạm, Q= 12300m
3
/ngày đêm = 512,5m
3
/h = 0,14 m/s
v: vận tốc nước chảy trong ống thu nước sạch, v= 1,2m/s
Chọn đường kính ống là 0,4m.
6. Bể chứa nước sạch
Thiết kế bể chứa nước sạch có dung tích = 20% công trình thu nước
Thể tích bể là: Q
n
= 20% x 12300 = 2460m
3
Chọn chiều cao của bể là 4m. Diện tích mỗi bể là:

F =
4
Q
=
4
2460
= 615 m
2
Chọn kích thước mỗi bể là: 31m x 20m


9
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


7. Khử trùng nước
Ngoài các tạp chất hữu cơ và vô cơ, nước thiên nhiên còn chứa rất nhiều các
vi sinh vật, vi khuẩn và các loại vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn…Để ngăn
ngừa các bệnh dịch, nước cấp cho sinh hoạt phải được khử trùng. Với các hệ thống
cấp nước công nghiệp cũng cần phải khử sạch các loại vi sinh vật để ngăn ngừa sự
kết bám của chúng lên thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm
khả năng truyền nhiệt, đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống. Các quá
trình xử lý cơ học không thể loại trừ được toàn bộ vi sinh vật và vi trùng có trong
nước. Để tiêu diệt được toàn bộ vi sinh vật cần tiến hành các biện pháp khử trùng
nước.
Khử trùng bằng clo và các hợp chất của nó: Clo là một chất oxy hóa mạnh ở
bất cứ dạng nào, nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử
axit hypoclorit HClO có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình diệt vi sinh vật xảy
ra qua hai giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuyết 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 của tế bào.
Phản ứng hóa học xảy ra khi choc lo vào nước:
Phản ứng đặc trưng là sự thủy phân của clo tạo ra axit hypoclorit và axit
clohydric: Cl
2
+ H
2
O = HClO + HCl
Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl
2
+ H
2
O = 2H
+
+ OCl
-
+ Cl
-
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nước bằng clo:
+ pH: Khi pH tăng thì hiệu quả khử trùng giảm đi.
+ Nhiệt độ: Khi nhiệt độ nước tăng thì độ nhớt giảm, chuyển động nhiệt tăng
lên làm cho quá trình khuếch tán chất khử trùng qua vỏ tế bào sinh vật tăng lên hiệu
quả khử trùng tăng.
+ Nồng độ chất khử trùng: Khi tăng nồng độ chất khử trùng, thời gian tác
dụng sẽ giảm xuống.
a. Tính toán lượng clo cần dùng
Phương pháp khử trùng nước bằng clo lỏng sử dụng thiết bị phân phối clo
bằng clorator.
Lượng clo khử trùng lấy bằng 1mg/l tính theo clo hoạt tính (theo QCXDVN
33: 2006 là 0,7 – 1mg/l)

→ Vậy tổng lượng clo bao gồm cả lượng clo đã dùng để clo hóa sơ bộ và lượng clo
khử trùng là:
L
Cl
= L
KT
+ L
SB
= 1 + 6,45 = 7,45 (mg/l) = 7,45 x 10
-3
(kg/m
3
)
Lượng clo cần dùng trong 1 giờ:
q
h
Cl
= Q x L
Cl
= 512,5 x 7,45 x 10
-3
= 3,8 (kg/h)
Năng suất bố hơi của một bình ở nhiệt độ t= 22
0
C là C
s
= 0,7(kg/h)


10

Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


Số bình clo dùng đồng thời là:
N =
7,0
q
=
7,0
8,3
= 5,4. Vậy dùng 5 bình clo sử dụng đồng thời.
Lưu lượng nước tính toán cho clorator làm việc lấy bằng 0,6m
3
/kg clo.
Lưu lượng nước cấp cho trạm clo:
Q
h
N
= 0,6 x 3,8 = 2,28 m
3
/h = 0,63 (l/s)
Đường kính ống nước:
D =
V
Q
π
4
=
6,014,3
00063,04

x
x
= 0,037 (m)
Với V: tốc độ nước chảy trong ống 0,6m/s
Lượng clo dùng trong một ngày:
Q
ngày
Cl
= 24 x q
h
Cl
= 24 x 3,8 = 91,2 (kg/ngày đêm)
Lưu lượng nước cấp trong 1 ngày:
Q
ngày
N
= 24x Q
h
N
= 24x 2,28 = 54,72 (m
3
/ngày đêm)
Lượng clo dự trữ đủ dùng trong 30 ngày:
m= 30 x 91,2 = 2736 (kg)
Clo lỏng có tỷ trọng riêng là 1,43(kg/l) nên tổng lượng dung dịch clo là:
Q
l
Cl
=
43,1

2736
= 1913 (lít)
Chọn 4 bình clo loại 500 lít. Chọn thiết bị định lượng clo là: PC5. Chọn 3 clorator
có công suất 1,28 ÷ 20,5kg/l. Trong đó có 1 clorator dự trữ.
b. Cấu tạo trạm chứa clo
 Trạm clo được xây dựng cuối hướng gió
Trạm clo được xây dựng với 2 gian riêng biệt: 1 gian dựng clorator, 1 gian đặt bình
clo lỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng biệt
 Trạm được xây cách ly với xung quanh bằng các cửa kín, có hệ thống thông gió
thường xuyên bằng quạt thông gió.
 Trong trạm có giàn phun nước áp lực cao, có bể chứa dung dịch trung hòa clo,
khi có sự cố dung tích bình đủ để trung hòa.
Đường kính ống cao su dẫn clo:
d
cl
= 1,2
V
Q
Lưu lượng giây lớn nhất của clo lỏng là:


11
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


Q =
3600
4xq
=
3600

0038,04x
= 4,2x10
-6
(m
3
/s)
Vận tốc đường ống lấy bằng: 0,8m/s
d
Cl
= 1,2
8,0
102,4 x
= 2,3x10
-3
m = 2,3mm
Ống cao su được đặt trong lòng ống có độ dốc 0,001 đến thùng đựng clo
lỏng, ống không có mối nối.
CHƯƠNG III. KẾT LUẬN
Các thông số tính toán.
1. Giàn mưa
Diện tích một ngăn của giàn mưa 7m
2
Chiều dài giàn mưa 3,5m
Chiều rộng giàn mưa 2m
Khoảng cách giữa hai ngăn 0,3m
2. Bể lắng đứng tiếp xúc
Diện tích một bể 35m
2
Chiều dài bể lắng 7m
Chiều rộng bể lắng 5m

12
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy


Chiều cao vùng lắng 2,5m
3. Bể lọc nhanh
Diện tích một bể lọc 20m
2
Chiều dài bể lọc 5m
Chiều rộng bể lọc 4m
Chiều cao bể lọc 4m
4. Bể chứa nước sạch
Diện tích bể 615m
2
Chiều dài bể chứa nước sạch 31m
Chiều rộng bể chứa nước sạch 20m
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. QCVN 02: 2009 – BYT. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh
hoạt
2. TCXDVN 33: 2006. Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn
thiết kế.
3. Giáo trình xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai. Nhà xuất
bản xây dựng.
4. Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch – Trịnh Xuân Lai.
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
5. Giáo trình xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – Nguyễn Thị Thu Thủy. Nhà
xuất bản khoa học và kỹ thuật.

13
Đồ án xử lý nước cấp GVHD: Bùi Thị Thanh Thủy




14