Thiết kế trạm xử lý chất thải 2500m3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
  
GV hướng dẫn: ThS.KS. Phạm Trung Kiên
Nhóm 05
1. Lương Ngọc Trung Hậu
2. Nguyễn Thò Thu Hoàn
3. Nguyễn Đoàn Đăng Quang
TP. Hồ Chí Minh, 1/2006
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
  
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Môn học: XỬ LÝ NƯỚC CẤP
Lớp: DHMT03 – Niên khoá:2005 – 2006
Nhóm: 05
Họ tên sinh viên:
1. Lương Ngọc Trung Hậu
2. Nguyễn Thò Thu Hoàn
3. Nguyễn Đoàn Đăng Quang
Giáo viên hướng dẫn: Phạm Trung Kiên
Ngày giao đồ án: 1/11/2005
Ngày hoàn thành đồn án: 10/1/2005
Nhiệm vụ thiết kế đồ án
Thiết kế trạm xử lý nước cấp công suất: 2500 m
3
/ngđ
- Nguồn nước: ngầm
- Vò trí: Quận 2, TP. Hồ Chí Minh
- Niên hạn thiết kế: t = 20 năm

- Tiêu chuẩn cấp nước: 1329/02/BYT, ăn uống, sinh hoạt
Nội dung thực hiện
- Lựa chọn sơ đồ công nghệ
- Tính toán các công trình đơn vò
- Quy hoạch mặt bằng trạm xử lý
- Thiết kế chi tiết một công trình đơn vò do cán bộ hướng dẫn quy
đònh
2
Số liệu thiết kế
Tính chất nguồn nước ngầm như sau:
- SS mg/l
- Độ kiềm, mg CaCO
3
/l 25
- PH 5,1
- Fe
2+
, mg/l 9
- CO
2
, mg/l 120
- Độ đục, FTU
- Độ màu, PI-Co
- TDS, mg/l 60
- Mn
2+
0,1
Thuyết minh tính toán bao gồm
- Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Tính toán các công trình đơn vò

Bản vẽ thể hiện (A1)
- Mặt bằng bố trí trạm xử lý
- Mặt cắt dọc dây chuyền công nghệ xử lý
- Bản vẽ chi tiết một công trình đơn vò quan trọng nhất
3
Chương I: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN
I. PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ
Cuộc sống con người điều kiện thiết yếu nhất là ăn và uống, kế đến là các sinh
hoạt cá nhân như chùi rữa tấm giặt. Vì vậy nước đặc biệt là nước sạch là rất cần thiết.
Với điều kiện môi trường hiện nay chất lượng các nguồn nước cấp không còn đảm
bảo, chính vì vậy việc xử lý nước an toàn và đạt các tiêu chuẩn cho phép để cấp cho
sinh hoạt là yếu tố tiên quyết.
Đồ án này chúng tôi trình bày quá trình kó thuật và vận hành một công trình xử
lý nước cấp từ nguồn nước ngầm với công suất vận hành là 2500 m
3
/ ngày đêm
Xin chân thành cám ơn ThS.KS. Phạm Trung Kiên và các thầy cô đã giúp đỡ
chúng tôi hoàn thành đồ án này.
II. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Thiết kế công trình xử lý nước cấp tiêu chuẩn 1329/02/BYT với công suất
2500m
3
/ngđ.
Tính chất nguồn nước ngầm như sau:
- SS mg/l
- Độ kiềm, mg CaCO
3
/l 25
- PH 5,1
- Fe

2+
, mg/l 9
- CO
2
, mg/l 120
- Độ đục, FTU
- Độ màu, PI-Co
- TDS, mg/l 60
- Mn
2+
0,1
Chất lượng nước đầu ra
- SS mg/l ≤ 3
- PH 8,5 – 9,5
- Fe
2+
mg/l < 0,5
- Mn
2+
mg/l < 0,2
Thời gian phục vụ công trình là 20 năm
4
Thiết kế kó thuật từ quá trình xử lý nước đến bể chứa gồm:
 Phương án 1
- Bể trộn vôi
- Giàn mưa
- Bể lắng đứng tiếp xúc
- Bể lọc nhanh sắt
- Bể chứa
 Phương án 2

- Bể trộn
- Giàn mưa
- Bể lọc áp lực
- Bể chứa
5
Chương II: LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
PHƯƠNG ÁN 1
`
PHƯƠNG ÁN 2
Bể pha
trộn vôi
Bể
trộn
đứng
Giàn
mưa
Bể
lắng
đứng
tiếp
xúc
Bể lọc
nhanh
sắt
Bể
chứa
nước
sạch
Giếng khoan
Bơm cấp 1

Bể lắng nước
rửa lọc
Bể pha
trộn vôi
Bể
trộn
đứng
Giàn
mưa
Bể
chứa
trung
gian
Bể lọc
áp lực
sắt
Bể
chứa
nước
sạch
Giếng khoan
Bơm cấp 1
Bể lắng nước
rửa lọc
6
Chương III: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
I. PHƯƠNG ÁN 1
1. Tính toán lượng vôi
Để nâng độ kiềm của nước ta dùng CaO để kiềm hoá nước.
Độ kiềm ban đầu của nguồn nước là 25 mg/l CaCO

3
= 0.5 mgđl/l.
Độ kiềm sau khi chỉnh pH lên 8,5 là 5,5 mgđl/l.
Vậy phải tăng độ kiềm lên một lượng: = 5,5 – 0,5= 5 mgđl/l.
Liều lượng vôi kiềm hoá
L
v
= ∆K. M
Cao
= 5 . 28 = 140mg/l
∑
v
L
= 140.1000.2500 = 350.10
6
mg/ngđ = 350 kg/ngđ
Chọn độ tinh khiết của vôi là 50%:
∑
v
L
thực tế
=
50
100.350
= 700 kg/ngđ
Khi cho CaO vào nước ta có phản ứng
CaO + H
2
O → Ca
2+

+ 2OH
-
56 40
140 100
Vậy lượng Ca
2+

sinh ra là a =
50
140.40
= 100mg/l
Lượng vôi phản ứng với CO
2
:
Ca
2+
+ 2OH
-
+ 2CO
2
→ Ca
2+
+ 2HCO
3
-
40 44 112
100 110 250
⇒ lượng CO
2

dư sau phản ứng. Vậy lượng Ca
2+

không còn sau khi kiềm hoá nên
không cần xử lý lượng Ca
2+
này
Lượng CO
2
dư sau phản ứng: 120 – 110 = 10 mg/l
Lượng HCO
3
-
sinh ra =
40
122.100
= 305,0 mg/l
7
2. Tính toán thiết bò pha trộn vôi
Dung tích bể pha trộn vôi:
W
v
=
γ
..10000
..
h
ptt
b
PnQ

Q
tt
: lưu lượng nước xử lý. Q
tt
= 2500 m
3
/ngđ = 104,2 m
3
/h = 0.029 m
3
/s
n: thời gian giữa 2 lần hoàn tan. n = 12h
P
v
: lượng vôi tính toán. P
v
= 140 mg/l
b
h
: nồng độ dung dòch vôi trong thùng hoà trộn. b
h
= 5%
γ: khối lượng riêng của dung dòch γ= 1 tấn/m
3
.
W
v
=
1.5.10000
140.12.2,104

= 3,5 m
3
Bể thiết kế theo dạng hình trụ tròn; đường kính đáy bể phải lấy bằng chiều cao
công tác của bể: d = h . π
W
v
=
4
..
2
hd
π
=
4
.
3
d
π
⇒ d =
3
.4
π
h
W
=
3
5,3.4
π
= 1,6458 (m)
Chọn số vòng quay của cánh quạt là: 40 vòng/phút. Chiều dài cánh quạt lấy

bằng 0,4 đường kính bể.
L
cq
= 0,4 . d = 0,65832 ≈ 0,66m
⇒ Chiều dài toàn phần của cánh quạt là: 1,32m
Diện tích mỗi cánh quạt chọn 0,2m
2
/cánh quạt / 1m
3
vôi sữa
F
cq
= 0,2 . 3,5 = 0,7 m
Chiều rộng mỗi cánh quạt là: b
cq
=
32,1
7,0
.
2
1
= 0,265 m
3. Tính toán bể trộn
Q
tt
= 2500 m
3
/ngđ = 104,2 m
3
/h = 0.029 m

3
/s
Vận tốc nước dâng v = 25mm/s = 0,025 m/s
Diện tích tiết diện ngang ở phần tràn của bể trộn là:
f
t
=
d
v
Q
=
025,0
02893,0
= 1,1572 ≈ 1,16 m
2
Nếu mặt bằng phần trên của bể trộn có hình vuông thì chiều dài mỗi cạnh là:
8
b
t
=
t
f
= 1,077m
Với Q
tt
= 28,93 l/s. Chọn đường kính ống bằng thép dẫn nước nguồn vào bể là D
= 150mm, ứng với v = 1,48 m/s (v ∈
5,11
÷
m/s)

Đường kính ngoài của ống dẫn nước vào bễ sẽ là: 170mm
Do đó diện tích đáy bể chỗ nối ống sẽ là:
f
đ
= 0,170
2
= 0,0289 m
2
Chọn góc nón α = 40
0
thì chiều cao phần hình tháp (phần dưới bể) sẽ là
h
đ
=
2
40
cot)..(
2
1
0
agbb
dt
−
=
747,2).17,0077,1.(
2
1
−
= 1,245
Thể tích phần hình tháp của bể trộn bằng

W
đ
=
).(.
3
1
dtdtd
ffffh
++
=
)0289,0.16,10289,016,1(245,1.
3
1
++
=
0,569m
3
Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước là 1,5 phút:
W =
60
.tQ
=
60
5,1.Q
=
60
5,1.2,104
= 2,605 m
3

Thể tích phần trên (hình hộp) của bể sẽ là:
W
t
= W - W
đ
= 2,605 – 0,569 = 2,036 m
3
Chiều cao phần trên của bể là: h
t
=
t
t
f
W
=
16,1
036,2
= 1,755 m
Chiều cao toàn phần của bể: h = h
t
+ h
d
= 1,755 + 1,245 = 3 m
Dự kiến thu nước bằng máng vòng có lổ ngập nước. Nước chảy trong máng đến
chổ ống nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau, vì vậy lưu lượng nước tính
toán của máng sẽ là:
q
m
=
2

Q
=
2
2,104
= 52,1 m
3
/h
Diện tích tiết diện máng với tốc độ chảy nước trong máng v
m
= 0,6 m/s là:
f
m
=
m
m
v
q
=
3600.6,0
1,52
= 0,024 m
2

Chọn chiều rộng máng là b
m
= 0,2 m thì chiều cao lớp nước tính toán trong máng
sẽ là:
H
m
=

m
m
b
f
=
2,0
024,0
= 0,12 m
Độ dốc của máng về phía ống tháo nước ra lấy bằng 0,02 tổng diện tích các lỗ
ngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy qua lổ: v
l
= 1 m/s
9
∑
l
f
=
l
v
Q
=
3600.1
2,104
= 0,0289 m
2
Chọn đường kính lổ d
l
= 20 mm thì diện tích mỗi lỗ πR
2
= 0,000315 m

2

→ Tổng số lổ trên thanh máng sẽ là:
n =
l
l
f
f
∑
=
000314,0
0289,0
= 92,038 ≈ 93 lỗ
Các lỗ được bố trí ngập trong nước 70 mm (tính đến tâm lỗ) chu vi phía trong của
máng là P
m
= 4.b
t
= 4.1,077 = 4,308 m
Khoảng cách giữa các tâm lỗ:
n
P
m
=
93
308,4
= 0,046 m
Q = 28,93 l/s chọn ống dẫn sang bể phản ứng d = 225 mm với v = 0,93 m/s (v ∈
18,0
÷

m/s)
4. Bể chứa trung gian
 Thiết kế bể chứa trung gian
Bể chứa trung gian nhằm chứa cho bơm hoạt động an toàn. Bơm nước xử lý từ bể
trộn lên trên giàn mưa. Bể chứa nước đảm bảo cho bơm hoạt động trong 30 phút nếu
không có nước cung cấp.
Q
giàn mưa
= 104.2 m
3
/h
Vậy thể tích bể chứa là 52 m
3
.
Bể chứa thiết kế: 3m x 4,5m x 4m
 Chọn bơm đưa nước lên giàn mưa
Chọn máy bơm 1 bơm lên giàn mưa, và 1 máy dự phòng.
Lưu lượng Q = 104,2 m
3
/h, chiều cao cột áp h = 10m.
Chọn bơm CM 100-250: 1450 vòng/ phút, công suất P = 7 KW
5. Tính toán giàn mưa
Diện tích giàn mưa: F =
m
q
Q
Q = 104,2 m
3
/h. Chọn q
m

= 10 m
3
/m
2
.h
F =
10
2,104
= 10,42 m
2

10
Diện tích mỗi ngăn của giàn mưa:
f =
N
F
Chọn N = 4: f =
4
42,10
= 2,605 m
2

Chọn kích thướt mỗi ngăn của giàn mưa là: 6.01m x 0,435m = 2,6144 m
2
. tổng
diện tích bề mặt tiếp xúc: F
tx
=
bCK
G

t
∆
.
(m
2
)
K là hệ số khử khí. Chọn vật liệu tiếp xúc là than cốc d = 24 mm theo biểu đồ 5-
8 xác đònh đước K = 0,079 ứng với t = 20
0
C.
G lượng CO
2
cần khử: G =
1000
QC
l
C
l
lượng CO
2
tự do cần khử để tăng pH lên 8
C
l
= 1,64.Fe
2+
+ (C
đ
– C
t
)

Fe
2+
hàm lượng sắt ban đầu = 9 mg/l
C
đ
hàm lượng CO
2
tự do còn: C
đ
= 120 mg/l
C
t
= C
bđ
.β.γ = 10 . 1 . 1,05 = 10,5 (mg/l)
ng với pH = 8, K = 5,5 mgđl/l ⇒ C
đb
= 10 mg/l
Lượng muối hoà tan là 60 ⇒ β = 1,05
Nhiệt độ t = 20
0
C ⇒ γ = 1,0
Vậy C
l
= 1,64.9 + (120 – 10,08) = 124,68
⇒ G =
1000
2,104.68,124
= 12,99 kg/h
Lực động trung bình của quá trình khử khí

∆C
tb
=
t
C
C
max
lg.2300
5,1076,134
−
C
max
= 1,64.Fe
2+
+ C
đ
= 1,64.9 + 120 = 134,76 mg/l
∆C
tb
=
5,10
76,134
lg.2300
5,1076,134
−
= 0,04874 kg/m
3

F
tx

=
bCK
G
t
∆
.
=
0487,0.079,0
99,12
= 3374015 m
2
Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc: W =
tx
tx
f
F
F
tx
lấy theo (bảng 5-3) dùng than cốc d = 24 mm là 120m
2
/m
3

11
W =
120
39,3376
= 28,14 m
3

Chiều cao tổng cộng lớp vật liệu tiếp xúc trong giàn mưa:
h
tx
=
F
W
=
42,10
14,28
= 2,7 m
Lấy chiều cao lớp tiếp xúc ở mỗi sàn là 0,3375 m (QP =
4,03,0
÷
m)
 Thiết kế giàn mưa 8 tầng, tổng chiều cao giàn mưa sẽ là: 9,1 m, chiều cao mỗi
ngăn sẽ là 1,1375m, chiều cao ngăn thu là 0,3 m.
 Chọn 2 giàn mưa: mỗi giàn cao: 4,55 m
Lưu lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa: (2 giàn)
Q =
N
Q
.2
=
4.2
2,104
= 13,025 m
3
/h = 3,62 l/s
Chọn d = 60, v = 0,96 m/s (
18,0

÷
m/s)
ng dẫn nước từ sàn thu xuống bể lắng d = 50mm, v = 1,15 m/s (
5,11
÷
m/s)
Bố trí 4 vòi phun nước rửa sàn d = 20 mm (ứng với 1 sàn) nằm về cùng một phía
với khoảng phục vụ xa nhất 10 m trang bò 2 ống thoát nước dưới sàn d = 100 mm thau
rửa giàn mưa.
6. Bể lắng đứng tiếp xúc
Dung tích bể W =
60
.TQ
=
60
40.2,104
= 69,5 m
3

Chọn T = 40 phút. Lấy chiều cao vùng lắng của bể là 24 m (
5,35,1
÷
m)
Tốc độ nước dân trong bể là:
V =
t
H
l
1000.
=

60.40
1000.4,2
= 1 mm/s
Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc
F =
l
H
W
=
4,2
5,69
= 28,96 m
2

Lưu lượng nước qua bể q = 28,93 l/s
Chọn ống trung tâm bằng thép. Tốc độ nước chảy qua ống v = 0,85 l/s thì đường
kính ống trung tâm 200 mm
Chọn bể lắng hình trụ đường kính 6,01m ta có
4
1.6.
4
.
22
ππ
=
d
=29,209 m
2
chiều
cao vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ.

12