lựa chọn công nghệ xử lý nước 2

Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

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:

hay: (mg/l)


hay:

=

6,119Ae
Nh vậy:
P = 138,45+ 119,6 + 1,4ì 17 + 0,5ì278,1 + 0,13 ì2
P = 421,16 (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 =421,16 (mg/l)
t
0
=20
0
C
PH = 7,6
Ki
0
= 4,56 (mg/l)
Tra biểu đồ ta xác định đợc hàm lợng [CO
2
] tự do là 10 (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
= 4,55 (mg/l)
Nh vậy độ Kiềm toàn phần xấp xỉ độ cứng Cacbonat = 4,56 (mg/l) nên số
liệu tính toán là chính xác.
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44

1
[ ] [ ] [ ]
++
++++

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

4
222
NHMgCaCaMe
2895,32,1063,0
+++=
[ ] [ ] [ ] [ ]

+++=

32
2
4
NONOSOClAe
6,425,764,01,0
+++=

+
Me

Ae
45,138
=

+
Me
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

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 = 3 (mgO
2
/l) > 2 (mgO
2
/l)
2. Hàm lợng Fe
2+
= 17 (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+
= 106,2 (mg/l) > 100 (mg/l)
5. Hàm lợng cặn lơ lửng = 6 (mg/l) > 3 (mg/l)
6. Chỉ số Ecôli = 720 (con) > 0 (con)

3. Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ
Do hàm lợng Fe
2+
= 17(mg/l), công suất trạm Q = 8000 (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
] = 3 (mg/l) < 0,15ì[Fe
2+
] + 3 = 0,15ì17 + 3 = 5,55 (mg/l) nên điều kiện
này không yêu cầu phải Clo hoá sơ bộ.
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
= 6ì[NH
4
+
] + 1,5ì[NO
2
-
] + 3 (mg/l)
= 6ì0,3 + 1,5ì0,1 + 3 = 4,95 (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 = 4,65 (mg/l)
Ki
*
= 4,56 - 0,036ì17 = 3,948 (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 ph-
ơng pháp làm thoáng tự nhiên a = 0,5
- CO
2
0
: Hàm lợng khí Cácbonic tự do ở trong nớc nguồn = 10 (mg/l)
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
2

Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

CO
2
*
= (1-0,5)ì10 + 1,6ì17 = 32,175 (mg/l)
Độ PH của nớc sau khi làm thoáng:
Từ biểu đồ quan hệ giữa PH, Ki, CO
2
ứng với các giá trị đã biết:
Ki
*
= 3,948
CO
2
*
= 32,175 (mg/l)
t
0
= 20
0
C
P = 421,16 (mg/l)
Tra biểu đồ quan hệ giữa lợng PH, Ki, CO
2
ta có PH
*
= 7,1
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 + 1,92ì17 + 0,25ì6 = 46,14 (mg/l)
Vì C
*
max
> 20 (mg/l) và công suất trạm xử lý = 8000 (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 có
PH
*
= 7,08
- PHs : Độ PH ở trạng thái cân bằng bão hoà CaCO
3
của nớc sau khi khử
Fe
2+
, đợc 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:
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
3
Clo
Làm thoáng
nhân tạo
Lắng tiếp
xúc
ngang
Lọc nhanh
Khử trùng
Nước nguồn
Bể chứa
nước
sạch
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

- t
0
= 20
0
C => f1(t
0
) = 2,1
- [Ca
2+
] = 106,2 (mg/l) => f2 (Ca
2+
) = 2,025

- Ki* = 3,948 (mgđl/l) => f3(Ki*) = 1,6
- P = 421,16 (mg/l) => f4(P) = 8,84
Nh vậy, PHs = 2,1 2,025 1,6 + 8,84 = 7,315
I = PH* PHs = 7,08 7,315 = 0,235
Nhận thấy rằng I = 0,235 < 0,5 nên sau khi khử Fe
2+
nớc nguồn ở trạng thái
ổn định
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 (m
3
/m
2
-h) ta có:
Theo thiết kế, Q = 8000 (m
3
/ngđ)

= 333,33 (m
3
/h)
F =
12
333,33
= 27,75 28 (m
2
)
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
4
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

Thiết kế hai giàn ma, diện tích mỗi thùng là: f =
2
28
= 14 (m
2
)
Thiết kế mỗi ngăn giàn ma với a = 4 (m) b =
a
f
= 3,5 (m).
Vậy mỗi ngăn giàn ma đợc thiết kế = 4ì 3,5 (m)
Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định nh sau:
F
tx
=
tb
2
COK
2G8
ì
Trong đó:
- K : Hệ số tách khí, chọn vật liệu tiếp xúc lầ than cốc có đờng kính trung
bình d = 24 (mm) xác định đợc K = 0,075 ứng với t = 20
0
C
-
tb
2
CO

: lực động trung bình của quá trình khử khí, đợc tính nh sau:
CO
2
tb
=
t
max
tmax
C
C
lg2300
C - C
ì
(kg/m
3
)
Với Cmax = 1,64
ì
Fe
2+
+ C
đ
= 1,64
ì
17 + 10,0 = 37,88 (mg/l)


CO
2

tb
=
9,35
37,88
lg2,3
9,35 - 37,88
ì
= 20,41(kg/m
3
)
- G : Lợng CO
2
tự do cần khử (kg/h) đợc tính nh sau:
G =
1000
QC
ì
l
(kg/h)
Với: C
l
- lợng CO
2
tự do đơn vị cần khử để tăng độ PH của nớc sau khi làm thoáng
lên 7,5.
C
l
= 1,64
ì
Fe

2+
+ (C
đ


C
t
) (mg/l)
Fe
2+
= 17 (mg/l)
C
đ
= 10
C
t
= C
bđ
ìì
(mg/l)
ứng với PH = 7,6 và K = 4,56

C
bđ
= 10,0 (mg/l). Với P = 421,16 (mg/l)



= 0,935. ứng với nhiệt độ của nớc t = 20
0

C



= 1.

C
t
=10,0
ì
0,935
ì
1 = 9,35 (mg/l)
Nh vậy C
l
= 1,64
ì
17+ (10

9,35)
= 28,53 (mg/l)
G =
1000
QC
ì
l
=
1000
333,3328,53
ì

= 9,5 (kg/h)
Do đó:
F
tx
=
20,410,075
9,5
ì
= 6,2 (m
2
)
Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc là: W =
tx
f
F
tx
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
5
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

Tra bảng Đặc tính lớp vật liệu lọc ta có: f
tx
= 120 (m
2
/m
3
)
W =
120
6,2

= 0,0516 (m
3
)
Do diện tích tiếp xúc của lớp vật liệu tiếp xúc quá nhỏ nên không cần dùng lớp
vật liệu tiếp xúc, thay vào đó ta dùng 2 sàn đập Bê tông đợc bố trí nh hình vẽ.
b. Tính giàn ống phun m a
Q =
N
Q
trạm
=
2
333,33
= 166,66 (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
166,664
ì
ì
= 0,243 (m)
Ta lấy d
chính
= 0,25 (m) = 250 (mm) V = 0,94 (m/s)
Chọn cống nhánh
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
6
C
l
2
1,0
m
0,7
m
0,8
m
1550
150
156156
150
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

Vận tốc đảm bảo trong khoảng 1,2 ữ 2 (m/s)
Thiết kế 18 ống nhánh, đờng kính mỗi ống là
nhánh

= 50 (mm), lu lợng nhánh là:
Q
nhánh
=
360018
166,66
ì
= 2,57ì 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
2,57
= 1,37 (m/s)

thoả m n điều kiện.ã
Khoảng cách giữa các ống nhánh là:
x =
8
20,3-4
ì
= 0,425 (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
(0,25)3,14
2
ì
= 0,049 (m
2
)
F

lỗ
= 0,5ì 0,049 = 0,0245 (m
2
)
S lỗ phải khoan là:
n =
lỗ
lỗ
F18
F
ì

=
3-
107,8518
0,0245
ìì
= 17,3 (lỗ) lấy n = 18 (lỗ).
Mỗi hàng đục 9 lỗ, khi đó khoảng cách giữa các lỗ là:
R =
8
1504-1550
ì
= 156,25 (mm)
Sơ đồ giàn ma đợc bố trí nh sau:
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 = 333,33 (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:
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
7
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

- u
0
: Tốc độ lắng cặn, lấy bằng 0,6 (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
= 10

K = 7,5

V
tb
= 7,5
ì
0,6 = 4,5 (mm/s). thay lại công thức (1) ta có:


=
30
4,5
-0,6
0,6
= 1,333
Nh vậy, F =
1,333
0,63,6
333,33

ì
ì
200 (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 =
2,524,53,6
333,33
ììì
4,0 (m)
Chia mỗi bể thành 2 ngăn, chiều rộng của một ngăn là b
n
=
2
B
=
2
4,0
= 2,0

(m)
c. Chiều dài bể lắng
Theo cách chọn nh trên, chiều dài bể lắng là:
L = 10ì H = 10ì 2,5 =25 (m)
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) = 2,0ì (2,5 0,3) = 4,4 (m
2
)
Lu lợng nớc tính toán qua mỗi ngăn của bể là:
q
n
=
2,02,0
333,33

ì
= 83,3325 (m
3
/h) = 0,023 (m
3
/s)
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
8
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nớc vào là:
f
lỗ 1
=
lỗ1
V
n
q
=
0,3
0,023
= 0,0767 (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
0,023
= 0,046 (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
= 0,00285 (m
2
)
Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ nhất là:
n
1
=
1lỗ
f
lỗ1

F
=
0,00284
0,0767
= 28 (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
=
1lỗ
f
lỗ2

F
=
0,00196
0,046
= 24 (lỗ)
ở vách ngăn phân phối bố trí thành 7 hàng dọc và 4 hàng ngang, khoảng cách
giữa các lỗ theo hàng dọc là:
dọc
=
4
0,3-2,5
= 0,55 (m)
Khoảng cách giữa các lỗ theo hàng ngang là:
ngang

=
7
2,0
= 0,286 (m)
e. Tính diện tích vùng chứa cặn
Thể tích vùng chứa cặn đợc tính toán theo công thức:
W
0
=
( )
c
m - McQT

ì
(m
3
)
Trong đó:
- T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, do hàm lợng cặn nhỏ nên lấy T = 96 (giờ)
- Q: Lu lợng nớc vào bể lắng, Q = 333,33 (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 = 10000 (g/m
3
)

- Mc: Tổng hàm lợng cặn trong nớc đa vào bể lắng, Mc = 46,14 (mg/l)
W
0
=
( )
10000
10 - 46,14333,33
ì
96
= 115,65 (m
3
)
f. Chiều cao vùng chứa và nén cặn
Chiều cao vùng chứa và nén cặn đợc tính theo công thức:
h
c
=
F
W
0
=
205,71
115,65
= 0,56 (m)
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
9
Thiết kế trạm xử lý nớc thiên nhiên GVHD : Đỗ hải

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 + 0,56 + 0,5 = 3,56 (m)
3. Tính bể lọc nhanh trọng lực
Bể lọc đợc tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thờng và tăng cờng.
Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán:
d
max
= 1,6 (mm)
d

min
= 0,7 (mm)
d
tơng đơng
=0,8 ữ1,0 (mm)
Hệ số dãn nở tơng đối e = 30%, hệ số không đồng nhất k = 2,0.
Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m)
Hệ thống phân phối nớc lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc đầu
có khe hở. Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích công tác của bể lọc
(theo quy phạm là 0,8
ữ
1,0 m).
Ph ơng pháp rửa lọc: Gió nớc kết hợp.
SV: Nguyễn Hữu Hoà 44MN1 - Ms:6263.44
10
1,5 m
1,5 m
i

=

0
,
0
3