Đồ án xử lý nước cấp sông đồng nai

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................1
Chương 1........................................................................................................1
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI...........................1
1.1. Lưu vực sông Đồng Nai......................................................................................1
1.1.1.Vị trí địa lý...............................................................................................1
1.1.2. Đặc điểm nguồn nước sông Đồng Nai....................................................2
1.1.3. Tầm quan trọng.......................................................................................2
2.1. Mục đích của quá trình xử lý nước.....................................................................7
2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý....................................................................7
2.4. Lý thuyết tính toán bể Keo tụ - Tạo bông.........................................................12
3.2.3. Tính kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản........................................23
GT= 32,9×30×60 = 59280 (nằm trong khoảng 50000 – 100000)..................25
3.2.4. Liều lượng phèn nhôm cần thiết...........................................................25
3.3.4. Vùng chứa cặn và xả cặn ra khỏi bể.....................................................29
3.4. Bể lọc.................................................................................................................30
3.6. Bể chứa nước sạch.............................................................................................32

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................33

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC SÔNG ĐỒNG NAI
1.1. Lưu vực sông Đồng Nai
1.1.1.Vị trí địa lý
- Sông Đồng Nai là con sông lớn đứng thứ hai sau sông Cửu Long ở vùng Đông
Nam Bộ với lưu vực rộng khoảng 44.612 km2.
- Sông Đồng Nai chảy qua các tỉnh: Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh, Lâm

Đồng, Đăk Nông, Bình Phước, Bình Dương, Long An và Tiền Giang.
- Các sông chính trong lưu vực: Đồng Nai, Sài Gòn, Vàm Cỏ, Thị Vải và Sông Bé.
- Sông Đồng Nai bắt nguồn từ vùng núi Phía Bắc thuộc cao nguyên Lang Biang
(Nam Trường Sơn) ở độ cao 1.770m với nhiều đồi, thung lũng và sườn núi.
- Hướng chảy chính của sông Đồng Nai là Đông Bắc – Tây Nam và Bắc –
Nam.
- Sông Đồng Nai gồm nhiều nhánh sông và chảy qua nhiều thác ghềnh, thác
cuối cùng nổi tiếng là thác Trị An. Nơi đây có hồ nước nhân tạo lớn nhất Việt Nam, đó là
hồ Trị An, cung cấp nước cho nhà máy thủy điện Trị An. Ở thượng lưu thác Trị An được

1


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

sự phối hợp của các nhánh lớn sông La Ngà, với diện tích lưu vực là 4.100km2, còn ở hạ
lưu thì được sự phối hợp của các nhánh sông Sông Bé với diện tích lưu vực 8.200km2.
Lưu vực này đa số là đất phì nhiêu, màu mở do sự phân hóa cao của đá bazan.
- Về Phía Tây thì sông Đồng Nai được sự hợp tác của sông Sài Gòn. Từ thượng
nguồn đến hợp lưu với sông Sài Gòn, dòng sông chính dài khoảng 530km. Và tiếp đó đến
sông Nhà Bè với khoảng cách 34km.
- Toàn bộ chiều dài từ sông Sài Gòn đến cửa Soài Rạp (huyện Cần Giờ) khoảng
586 km, diện tích lưu vực đến Ngã Ba Lòng Tàu là 29.520km2.
- Chảy theo hướng Bắc – Nam thì sông Đồng Nai ôm lấy Cù Lao Tân Uyên và Cù
Lao Phố (Biên Hoà).
1.1.2. Đặc điểm nguồn nước sông Đồng Nai
Trong quá trình phát triển, công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các địa phương trên lưu
vực sông Đồng Nai đã và đang tiếp tục đối mặt với vấn đề ô nhiễm các nguồn nước với

xu hướng ngày một gia tăng, đặc biệt là ở khu vực hạ lưu của hệ thống sông này. Không
chỉ dừng lại ở vấn đề nổi cộm là việc thải bỏ các chất thải sinh hoạt và công nghiệp với
số lượng lớn, tải lượng ô nhiễm cao vào nguồn nước, môi trường nước của hệ thống sông
Đồng Nai còn bị tác động mạnh bởi việc khai thác sử dụng đất trên lưu vực; bởi việc phát
triển thủy điện – thủy lợi với sự hình thành hệ thống các hồ chứa, đập dâng và việc vận
hành hệ thống này; bởi các hoạt động nông nghiệp trên lưu vực với việc sử dụng ngày
càng nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật; bởi việc khai thác tài nguyên
khoáng sản; bởi việc quản lý yếu kém các bãi rác…, và vấn đề phát triển giao thông vận
tải thủy vốn tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cố môi trường. Thậm chí ngay cả vấn đề ô nhiễm
không khí do giao thông và phát triển công nghiệp cũng có ảnh hưởng nhất định đến chất
lượng nước.
1.1.3. Tầm quan trọng
Hệ thống sông Đồng Nai giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế –
xã hội của 11 tỉnh, thành phố có liên quan đến lưu vực. Hệ thống này vừa là nguồn cung
cấp nước cho sinh hoạt và hầu hết các hoạt động kinh tế trên lưu vực nhưng đồng thời
cũng vừa là môi trường tiếp nhận và vận chuyển các nguồn đổ thải trên lưu vực; vừa là

2


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

điều kiện để khai thác mặt nước cho nuôi trồng thủy sản, giao thông vận tải thủy, du
lịch,.. nhưng đồng thời cũng là môi trường tiếp nhận các chất thải dư thừa và sự cố môi
trường từ chính các hoạt động đó; vừa là điều kiện để khai thác cát cho xây dựng nhưng
vừa là nơi tiếp nhận trực tiếp các hậu quả môi trường do khai thác cát quá mức; vừa là
điều kiện để chống xâm nhập mặn nhưng cũng vừa là yếu tố thúc đẩy sự lan truyền mặn
vào sâu trong nội đồng. Có thể nói rằng, trên lưu vực hệ thống sông Đồng Nai đang diễn

ra những mâu thuẩn hết sức gay gắt giữa các mục tiêu khai thác, sử dụng nguồn nước để
phát triển kinh tế – xã hội hiện tại với các mục tiêu quản lý, bảo vệ nguồn nước để sử
dụng lâu bền. Mâu thuẫn này đang có chiều hướng ngày càng nghiêm trọng hơn trong
quá trình đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa trên lưu vực.
Chức năng cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp vốn là chức năng
quan trọng hàng đầu của hệ thống sông Đồng Nai, hiện đang bị đe dọa trực tiếp bởi các
hoạt động của chính các khu đô thị và khu công nghiệp trên lưu vực, bởi các chất thải
đang được đổ hầu như trực tiếp vào nguồn nước.
1.2. Tầm quan trọng của nước cấp
Nước là một nhu cầu thiết yếu cho mọi sinh vật. Không có nước, cuộc sống trên
Trái đất không thể tồn tại được. Lượng nước này thông qua con đường thức ăn, nước
uống đi vào cơ thể để thực hiện các quá trình trao đổi chất, trao đổi năng lượng, sau đó
theo con đường bài tiết (nước giải, mồ hôi,..) thải ra ngoài.
Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho
nguồn nước tự nhiên bị cạn kiệt và ô nhiễm dần. Vì thế, con người phải biết xử lý các
nguồn nước cấp để có được đủ số lượng và đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh
hoạt và sản xuất công nghiệp
Các nguồn nước tự
nhiên

Thu gom và xử lý

Phân phối và sử
dụng

Khai thác và xử lý

3

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Hình 1.1. Vòng tuần hoàn nước cấp.
Nước là nhu cầu không thể thiếu được trong cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cũng
như trong quá trình sản xuất công nghiệp. trong sinh hoạt, nước cấp dùng cho nhu cầu ăn
uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí, các hoạt động công cộng như cứu hỏa, phun nước,
tưới cây, rửa đường,… Trong các hoạt động công nghiệp, nước cấp được dùng cho các
quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu, bia… Hầu hết
mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì
thay thế được trong sản xuất.
Tùy thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp của mỗi
cộng đồng mà nhu cầu về nước với chất lượng khác nhau cũng rất khác nhau. Ở các nước
phát triển, nhu cầu về nước có thể gấp nhiều lần so với các nước đang phát triển.
1.3. Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước và tiêu chuẩn chất lượng nước
Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như
sau:
- Các chỉ tiêu vật lý cơ bản: nhiệt độ, độ màu, độ đục, mùi, hàm lượng chất rắn
trong nước, độ dẫn điện,…
- Các chỉ tiêu hóa học: pH, độ cứng, độ kiềm, độ oxy hóa, hợp chất nitơ, sắt,
mangan, …
- Các chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut,...

4


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Bảng 1.1. Số liệu chất lượng nước sông Đồng Nai quý 4 năm 2010
1

pH

6.9

2

DO

mg/l

5.6

6-8.5
≥5

3

TSS

mg/l

93

30

4

COD

mg/l

15

15

5

BOD5

mg/l

9

6

6

Độ đục

NTU

57

5

7

Độ màu

Pt – Co

37

15

8

N-NH+4

mg/l

0.06

0.2

9

N-NO-2

mg/l

0.009

0.02

10

P-PO43-

mg/l

0.048

0.2

11

As

mg/l

0.001

0.02

12

Pb

mg/l

0.001

0.02

13

Cr6+

mg/l

<0.01

0.02

14

Zn

mg/l

<0.05

1

15

Fe

mg/l

6.34

1

16

Hg

mg/l

<0.0005

0.001

17

E.Coli

MPN/100ml

1500

50

18

Tổng Coliform

MPN/100ml

46000

5000

5

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

( Nguồn: bảng tổng hợp kết quả quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn 3 quý 4
năm 2010- Trung tâm Quan trắc và kỹ thuật Môi trường tỉnh Đồng Nai)
- Nhận xét về nguồn nước sông Đồng Nai
So sánh kết quả trên với bảng tiêu chuẩn chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt thì có các
chỉ tiêu chưa đạt tiêu chuẩn như sau: độ đục, TSS, sắt, chất hữu cơ, coliform.
Việc thải bỏ các chất thải sinh hoạt và công nghiệp với số lượng lớn, tải lượng ô
nhiễm cao vào nguồn nước, môi trường nước của hệ thống sông Đồng Nai còn bị tác
động mạnh bởi việc khai thác sử dụng đất trên lưu vực; bởi việc phát triển thủy điện –
thủy lợi với sự hình thành hệ thống các hồ chứa, đập dâng và việc vận hành hệ thống này;
bởi các hoạt động nông nghiệp trên lưu vực với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón
hóa học và thuốc bảo vệ thực vật; bởi việc khai thác tài nguyên khoáng sản; bởi việc quản
lý yếu kém các bãi rác…, và vấn đề phát triển giao thông vận tải thủy vốn tiềm ẩn nhiều
rủi ro và sự cố môi trường.
Dựa vào số liệu chất lượng nước sông đã tìm được, áp dụng kiến thức đã học và các tài
liệu tham khảo ta có thể lựa chọn công nghệ để xử lý.

6


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Chương 2

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
2.1. Mục đích của quá trình xử lý nước
Mục đích của quá trình xử lý nước là:
- Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, vi trùng học để thỏa
mãn nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt
cộng đồng của các đối tượng dùng nước.
- Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chất gây vẫn đục, gây ra
màu, mùi, vị của nước.
- Cung cấp nước có đầy đủ các thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ
sức khỏe người tiêu dùng.
- Nước sau xử lý phải có các chỉ tiêu chất lượng thỏa mãn “Tiêu chuẩn vệ sinh đối
với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt”.
2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý
2.2.1. Cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng
Clo khử trùng
Bơm hoặc tự chảy cấp
cho người tiêu thụ
Nước nguồn
7


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Bể chứa tiếp xúc để
khử trùng

Hình 2.1. Sơ đồ cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng
Công nghệ này áp dụng khi nước đạt tiêu chuẩn nước cấp cho ăn uống sinh hoạt

ghi trong bảng 1.14 ( TS. Trịnh Xuân Lai- Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp,
trang 38- 42, NXB xây dựng ).Chỉ cần khử trùng rồi cấp cho người tiêu dùng.
2.2.2. Xử lý nước bằng lọc chậm
Áp dụng cho nước nguồn có chất lượng loại A ghi trong tiêu chuẩn nguồn nước
TCXD 233 – 1999
Nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 30mg/l tương đương với 15 NTU, hàm
Clo
lượng rong, rêu, tảo và độ màu thấp.
Nước

Bể tiếp xúc
khử trùng

Bể lọc chậm

Cấp cho người
tiêu thụ

Hình 2.2. Sơ đồ xử lí nước bằng lọc chậm
2.2.3. Lọc trực tiếp
Áp dụng khi nước nguồn có chất lượng loại A theo tiêu chuẩn nguồn nước
cấp, nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 10 NTU tương đương
Clo

khoảng 20mg/l.
Phèn
Nước
Bể

Đưa vào bể

trộn hoặc xả
ra cuối nguồn

Bể lọc
tiếp xúc

Bể tiếp
xúc khử
trùng

Lắng nước
rửa lọc
8


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Hình 2.3. Sơ đồ lọc trực tiếp

2.2.4. Dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống
Dùng để xử lý nguồn nước có chỉ tiêu chất lượng nước loại B và tốt hơn

Hình 2.4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống
2.3. Lựa chọn công nghệ xử lý cho sông Đồng Nai
2.3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ
Khi thiết kế quy trình công nghệ xử lý nước cấp cần xem xét đầy đủ các yếu tố
sau:
-

Chất lượng nguồn nước đầu vào.
9


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP
-

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Cần xem xét vấn đề bảo vệ và sử dụng tổng hợp các nguồn nước, đảm bảo

cung cấp đầy đủ lưu lượng cho nhu cầu hiện tại và khả năng phát triển trong tương
lai.
- Các yếu tố thủy văn và điều kiện địa hình trong khu vực.
- Yêu cầu về lưu lượng, chất lượng nước sạch cho đối tượng sử dụng nước.
- Khả năng xây dựng và quản lý hệ thống ( về tài chính, mức độ trang thiết bị,
tổ chức quản lý hệ thống ).
- Sơ đồ quy hoạch chung và thiết kế khu dân cư và công nghiệp của địa
phương.
- Giá thành đầu tư xây dựng.
- Chi phí quản lý hàng năm.
- Chi phí điện năng cho 1m3 nước.
- Chi phí xử lý và giá thành sản phẩm của 1m

3

nước.

Phương án thiết kế tối ưu là phương án đáp ứng đầy đủ cả ba yếu tố kỹ thuật,

kinh tế và môi trường.
2.3.2. Sơ đồ công nghệ

Clo

Phèn

Nước Sông
Đồng Nai
Bể chứa

Bể trộn

Bể tạo bông

Bể lắng
ngang

Bể lọc

Xả cặn ra hồ nén cặn

Lắng nước rửa lọc
Clo

Phân phối

Bể chứa
10

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ
Ghi chú:

Nước xử lý
Nước hoàn lưu

2.3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ
Nguồn nước sông Đồng Nai được bơm qua song chắn rác và lưới chắn rác để loại
bỏ các vật thể có kích thước lớn trước khi được đưa vào hồ chứa và lưu trữ một thời gian
nhằm ổn định chất lượng nước trước khi đưa vào dây chuyền xử lý. Sau đó, nước sẽ theo
kênh dẫn vào bể trộn cơ khí có bổ sung phèn nhôm. Mục đích của quá trình này nhằm
xáo trộn đều giữa nước và phèn. Tiếp tục nước được dẫn đến bể tạo bông
Mục đích của quá trình phản ứng tạo bông cặn là tạo điều kiện thuận lợi nhất để
các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha và trộn với phèn sẽ mất ổn định và có
khả năng kết dính với nhau, va chạm với nhau để tạo thành các hạt cặn có kích thước đủ
lớn, có thể lắng trong bể lắng hoặc giữ lại được ở bể lọc. Đồng thời tại đây, các vi sinh
vật sẽ bám dính vào các hạt keo làm giảm đáng kể lượng vi sinh vật trong nước.
Sau đó, nước theo hệ thống phân phối đến bể lắng ngang. Bể lắng ngang được
thiết kế nhằm mục đích loại trừ các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống đáy bể bằng
trọng lực.
Nước sau khi qua bể lắng sẽ tiếp tục được dẫn qua bể lọc nhanh. Bể lọc nhanh có
lớp vật liệu lọc để tách các hạt cặn lơ lửng, các thể keo tụ và ngay cả vi sinh vật trong
nước còn xót lại. Trong quá trình lọc các chất bẩn trong nước được tách ra khỏi nước,
tích tụ dần trong bề mặt vật liệu lọc và trong các lỗ mao quản dần dần gây cản trở quá
trình lọc, trở lực qua lớp vật liệu lọc tăng lên và năng suất lọc giảm xuống khi đó phải

tiến hành rửa lớp vật liệu lọc, loại bỏ hết cặn bẩn để phục hồi lại năng lực của lớp vật
liệu lọc. Nước để rửa lọc mang nhiều bông cặn và màng vi sinh vật sẽ được tuần hoàn lại
bể keo tụ tạo bông làm chất trợ keo tụ trong chu kỳ sau.
Nước sau khi xử lý tiếp tục được dẫn đến bể khử trùng. Tại đây nước được khử
trùng bằng Clo sau đó dẫn vào bể chứa và cấp cho người tiêu dùng.
11


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

2.4. Lý thuyết tính toán bể Keo tụ - Tạo bông
Chọn bể trộn là bể trộn cơ khí và bể phản ứng tạo bông là phản ứng tạo bông cặn cơ
khí.
2.4.1. Bể trộn cơ khí
So với lượng nước cần xử lý, lượng hóa chất thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, khoảng
vài chục phần triệu. mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi tiếp
xúc với nước. Vì vậy cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hóa chất ngay sau
khi cho chúng vào nước, nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Hiệu suất của quá trình phụ
thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn. khi pha phèn vào nước, nếu cường độ khuấy
trộn quá nhỏ thì không đạt yêu cầu phân phối hóa chất, nếu quá lớn sẽ làm các phần tử
trượt khỏi nhau khi tiếp xúc. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng
tiêu hao tạo ra dòng chảy rối. trong kỹ thuật xử lý nước dùng Gradien vận tốc để biểu thị
cường độ khuấy trộn.

G=

P
µV

Trong đó
G – gradien vận tốc (s-1)
µ - độ nhớt động học của nước ( N.s/m2), ở 20oC µ = 0,001 N.s/m2

P – năng lượng tiêu hao tổng cộng ( J/s), (1W=1000J/s)
V – dung tích bể trộn (m3)
Thời gian khuấy trộn hiệu quả được tính cho đến khi hóa chất đã phân tán đều vào
trong nước, đủ để hình thành các nhân keo tụ. trong thực tế G = 200 – 1000s -1, thời gian
hòa trộn 1 đến 2 phút. Chuẩn số khuấy trộn Camp: Gt = 300-1600, thường lấy Gt = 1000.

12


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Trộn cơ khí dùng năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối, cánh khuấy có
nhiều dạng khác nhau, năng lượng cần thiết để chuyển động được tính theo công thức.
P = K ρ n3D5
Trong đó:
P – năng lượng cần thiết(W)
ρ - khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3)

D – đường kính cánh khuấy (m)
n – số vòng quay trong 1s (v/s)
K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của
Rushton.
-

Cánh khuấy chân vịt 3 cánh – K =0,32

-

Cánh khuấy chan vịt 2 cánh – K=1,00

-

Tua bin 4 cánh nghiêng 45o – K=1,08

-

Tua bin kiểu quạt 6 cánh – K=1,65

-

Tua bin 6 cánh đầu tròn cong – K=4,8

-

Cánh khuấy gắn 2-6 cánh dọc trục – K=1,70

Ta thấy năng lượng cánh khuấy phu thuộc vào đường kính bản cánh và tốc độ chuyển
động của cánh khuấy. vì vậy điều chỉnh tốc độ cánh khuấy sẽ điều chỉnh được cường
độ khuấy trộn. đối với khuấy trộn cơ khí G=800÷1000 s -1. nên thời gian khuấy trộn
ngắn, chỉ từ 1 đến 3s.

13

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể hình vuông hoặc hình tròn với tỷ lệ cao chia
rộng là 2:1. Nước và hóa chất đi vào phần đáy bể, sau khi hòa trộn được thu lại trên
mặt bể và chuyển sang bể phản ứng. cánh khuấy có thể là tuabin hay cánh phẳng gắn
trên trục quay. Tùy theo chiều sâu mà có thể gắn nhiều cánh khuấy theo nhiều tầng
dọc theo chiều cao bể. tốc độ quay tùy thuộc vào kiểu cánh khuấy thường lấy theo vận
tốc giới hạn của điểm xa nhất trên cánh khuấy so vói trục quay không lớn hơn 4,5m/s.
như vậy kiểu cánh tua bin có tốc độ quay trên trục 500-1500 vòng/phút, cánh phẳng
50-500 vòng/phút. Cánh khuấy có thể làm bằng hợp kim, thép không rỉ, hoặc bằng gỗ.
bộ phận truyền động đặt trên mặt bể và trục quay đặt theo phương thẳng đứng.
2.4.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí
Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng chuyển động của cánh khuấy trong nước để
tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua
trục quay và được đặt theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Kích thước được chọn phụ
thuộc vào bể. Theo camp, bể phản ứng cơ khí nên chia thành với mặt cắt ngang dòng
chảy dạng hình vuông, kích thước cơ bản là 3,6 x 3,6 m ; 3,9 x 3,9m hoặc 4,2 x 4,2 m.
Thời gian lưu nước là 10 đến 30 phút. Theo chiếu dài, mỗi ngăn được chia làm nhiều
buồng bằng các vách thẳng đứng. Mỗi buồng đặt một cánh khuấy được thiết kế sao cho
cường độ cánh khuấy giảm dần từ bể đầu tiên đến bể cuối cùng, tương ứng với sự lớn dần
của bông cặn. Thực tế, gradien tốc độ ở buồng đầu tiên thường là 60 – 70 s -1, ở buống
cuối cùng là 30 – 20 s-1. Đề đạt được vậy cần phải chia thành nhiều buồng. Tuy nhiên nếu
quá nhiều buồng sẻ tăng giá thành và vận hành phức tạp. Vì thế số buồng thường là 3 đến
4 và sự chênh lệch gradien tốc độ giữa 2 buồng thường la 15 – 20s-1
Guồng cánh khuấy gồm có trục quay và các bản cánh khuấy đặt hai bên hoặc bốn
phía quanh trục. Đường kính cánh khuấy tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng nhỏ hơn
chiều rộng hoặc chiều sâu của bể 0,3 đến 0,4m. Kích thước bản cánh khuấy được tính tỉ

lệ với tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là 15 – 20 %. Tốc độ quay
của guồng khuấy là từ 5 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của cánh khuấy tính theo công
thức:

14


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

V1 =

2πRn
60 , (m/s)

Trong đó :
R- bán kính chuyển động của cánh khuấy
n- số vòng quay trong 1 phút, (vg/ph)
khi cánh khuấy chuyển động trong nước, nước bị cuốn theo với tốc độ bằng ¼ tốc độ của
cánh khuấy. Như vậy tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so voi nước là:
v n = v 1 – v a = v1 hoặc

vn = 0,75.

1
v1 = 0,75v1
4

2πRn

, (m/s)
60

Trong đó: vn – tốc độ của chuyển động của nước
để đảm bảo hiệu quả, tốc độ chuyển động của nước không nên vượt quá 0,75m/s và
không nhỏ hơn 0,25 m/s
Năng lượng tiêu thụ ở đây tính bằng năng lượng để cánh khuấy chuyển động trong
nước theo công thức:
P = 51.C.Fv 3 , (W)
Trong đó:
C- hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa chiều dài l và chiều rộng b của
bàn cánh khuấy
Khi l/b =5, C = 1,2
Khi l/b = 20, C = 1,5
Khi l/b > 21, C = 1,9
F- tổng diện tích của các bản cánh (m2)
v- tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước, (m/s)
Năng lượng tiêu hao phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ chuyển động của cánh khuấy.
Tiết diện bản có phụ thuộc nhưng không đáng kể. Tốc độ chuyển động của bản cánh
khuấy có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay hoặc bán kính quay của cánh
khuấy. Trong thực tế, việc giảm cường đô khuấy trộn trong các buồng phản ứng thường
được thực hiện bằng cách giảm dần số vòng quay của cánh khuấy. Khi bể có nhiều buồng
phản ứng kế tiếp, sự chênh lệch của gradien tốc độ giữa các buồng nhỏ nên có thể dùng
biện pháp thay đổi kích thước và bán kính quay của cánh khuấy. Đồng thời khi chất

15


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

lượng nước thay đổi mỗi guồng khuấy có thể có tốc độ quay khác nhau, tương ứng với
cường độ khuấy đã chọn.
Bộ phận truyền động gồm động cơ điện, bánh răng trục vít hoặc dây xích. Có thể
dùng một hay nhiều động cơ cho một guồng. Cấu tạo bể phải đảm bảo điều kiện phân
phối đều nước vào các ngăn và có thể cách ly từng bể để sửa chữa. Nước từ bể phản ứng
được dẫn bằng mương hoặc ống sang bể lắng, vận tốc từ 0,15 – 0,3 m/s

Chương 3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
3.1. Bể trộn cơ khí
3.1.1. Nhiệm vụ
So với lượng nước cần xử lý, lượng hóa chất thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ,
khoảng vài chục phần triệu. Mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay
sau khi tiếp xúc với nước. Vì vậy cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hóa
chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái
phân tán đều trong môi trường nước khi phản ửng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp
xúc tốt nhất giữa chúng với các phần tử tham gia phản ứng, việc này thực hiện bằng
cách khuấy trộn để tạo ra dòng chảy rối trong nước để đạt hiệu quả xử lý cao nhất.
Ưu điểm
- Có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn

16


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

- Thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể trọn nhỏ, nên tiết kiệm về kinh tế xây
dựng.
 Nhược điểm
Cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí khác, đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành
cao.

3.1.2. Tính toán thiết bị
Bảng 3.1. Các thông số tham khảo thiết kế bể trộn cơ khí.
Thông số

Đơn vị Giá trị

Hình dạng

Hình vuông

Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B

Hình tròn
2:1

Thời gian lưu nước

giây

45 – 90

Cường độ khuấy trộn theo gradient

s-1

500 – 1500

tốc độ
(Nguồn: Tiêu chuẩn XDVN 33:2006, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2006)
Chọn thời gian lưu nước là 90 giây.
Gradient tốc độ là 700 s-1
Nhiệt độ nước là 20oC
Lưu lượng nước 2000 m3/ngày đêm
Thể tích bể trộn:

17


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP
V = Q×t =

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

2000
× 90 = 2,08 m3
24 × 3600

Chọn bể trộn hình vuông.
Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B = 2 : 1 ⇒ H = 2B
 Chiều rộng bể:
Ta có : V = H × B × B = 2B × B × B = 2B3
⇒B=

3

V
=
2

3

2,08
= 1,01 m
2

Chọn B = 1 m

 Chiều cao bể:
H = 2B ⇒ H = 2 × 1 = 2 m
Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 m (TCXD 33:2006: 0,3 – 0,5m)
⇒ Hthực = H + Hbảo vệ = 2 + 0,3 = 2,3 m
Vậy kích thước thật của bể trộn:
Cạnh × cạnh × chiều cao = B × B × H = 1 × 1 × 2,3 (m)


Ống dẫn nước vào ở đáy bể, dung dịch phèn cho vào ngay cửa ống dẫn vào

bể, nước đi từ dưới lên trên theo ống dẫn sang bể tạo bông.


Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiên góc 45o hướng lên trên để đưa nước

từ dưới lên.
Đường kính cánh khuấy D ≤

1
1
1
chiều rộng bể ⇒ D ≤ × B = ×1 = 0,5 m
2
2
2

Chọn đường kính cánh khuấy D = 0,5 m.
 Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm
chắn 2,3 m; chiều rộng bằng 1/10 đường kính bể, bằng 0,1m.
 Máy khuấy đặt cách đáy h = D đường kính cánh khuấy = 0,5 m.
- Chiếu rộng bản cánh khuấy bằng 1/5 đường kính cánh khuấy=1/5 ×0,5=0,1
m.
- Chiều dài bản cánh khuấy bằng 1/4 đường kính cánh khuấy = 1/4×0,5 =0,125 m.
 Năng lượng cần truyền vào máy là : P = G2Vµ
Trong đó:

P: năng lượng tiêu hao tổng cộng (J/s)
G: gradient vận tốc (s-1) chọn G = 700 s-1
18


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

V: dung tích bể trộn (m3)
µ: độ nhớt động lực của nước (Ns/m2)

Đối với nước ở 20oC, µ = 0,001 Ns/m2
⇒ P = G2Vµ = 7002 × 2,08× 0,001 = 1019,2 (J/s) = 1,02 kW
Chọn hiệu suất động cơ η = 0,8
1,02
P
=
= 1,275 kW
η
0,8

⇒ Công suất động cơ Ptt =
 Số vòng quay của cánh khuấy
P = K ρ n3 D 5 ⇒ n =
Trong đó:

3

P
KρD 5

n: số vòng quay trong 1 giây (vòng/giây)
P: năng lượng cần thiết (W)
K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy,

lấy theo số liệu của Rushton.
Chọn tuabin 4 cánh nghiêng 45o, K = 1,08
ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
⇒n=

3

P
=
KρD 5

3

1019,2
= 3,1 vòng/giây = 187 vòng/phút
1,08 × 1000 × (0,5) 5

(Nguồn: Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân
Lai, NXB Xây Dựng, 2004).
- Tính toán ống dẫn nước vào
Theo TCXD 33-2006 vận tốc nước vào và ra bể trộn là 0,8 – 1m/s
Chọn vận tốc nước vào v =

Q
= 1m / s
S

⇒ Diện tích mặt cắt ngang đường ống S =

Đường kính ống D =
-

4× S
=
π

Vận tốc nước ra chọn v =

Q
2000
=
= 0,023m 2
v 24 × 3600 × 1

4 × 0,023
= 0,17 m = 170mm
π

Q
= 0,9m / s
S

19


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

⇒ Diện tích mặt cắt ngang đường ống S =

Đường kính ống D =

4× S
=
π

Q
2000
=
= 0,026m 2
v 24 × 3600 × 0,9

4 × 0,026
= 0,18m = 180mm
π

3.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí
3.2.1. Nhiệm vụ
Nước và hóa chất phản ứng sau khi đã được hòa trộn đều trong bể trộn được chảy
qua bể tạo bông.
Bể tạo bông có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuật lợi cho
quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo thành những
bông cặn đủ lớn, để được giữ lại trong bể lắng.
Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo
ra sự xáo trộn dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục
quay và toàn bộ được đặt theo phương ngang hay thẳng đứng.

Hình 3.1. Bể phản ứng cơ khí
 Ưu điểm:
Có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn.
 Nhược điểm:

20

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện quản lý, vận hành phức tạp.
Chính vì thế nên nó thường được cáp dụng cho các nhà máy nước có công suất lớn, có
mức độ cơ giới hóa cao trong sản xuất.
3.2.2. Tính toán thiết bị
Chọn thời gian lưu nước là 30 phút.
Lưu lượng nước 2000 m3/ngày đêm
Thể tích bể:
V=Q×t=

2000
× 30 = 41,7 m3
24 × 60

Xây dựng bể phản ứng với các kích thước: rộng 2,5m, sâu 2,5m, tiết diện ngang
6,25m2.
Chiều dài bể L =

41,7
V
=
= 6,672 m. Chọn L = 7,5 m.
2,5 × 2,5
B× H

Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 m
Hthực = H + Hbảo vệ = 2,5 + 0,3 = 2,8 m

Kích thước thật của bể:
chiều rộng × chiều dài × chiều cao = B × L × H =2,5 × 7,5 × 2,8
Theo chiều dài bể chia bể làm ba buồng bằng các vách ngăn hướng dòng nước
theo phương thẳng đứng, khoảng cách giữa các vách ngăn là 2,5m.
Dung tích các buồng là 2,5 × 2,5 × 2,5 = 36 m2.
Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục.
Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng
hoặc chiều sâu bể 0,3 – 0,4 m.
Ở tâm các buồng, đặt guồng khuấy theo phương nằm ngang. Cường độ khuấy trộn
trong các buồng ở koảng 70 s-1 – 20 s-1,mỗi buồng cách nhau 15 s-1 – 20 s-1. Chọn cường
độ khuấy trộn trong các buồng là 60 s-1, 40 s-1, 20 s-1

21


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục.
Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều
sâu bể 0,3 – 0,4 m.
⇒ Đường kính guồng khuấy D < B – 0,3 = 2,5– 0,3 = 2,2m.
Chọn đường kính guồng D = 2,2 m.
Kích thước bản cánh khuấy chọn: rộng 0,1 m, dài 2,2 m.
Tiết diện bản cánh f = 0,1 × 2,2 = 0,22 m2.
Bản cánh khuấy đặt ở các khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay
R1 = 1,1 m, R2 = 0,8 m.
Tổng tiết diện bản cánh khuấy
Fc = 4f = 4 × 0,22 = 0,88 m2.

Tiết diện ngang bể phản ứng
Fu = 2,5 × 2,5 = 6,25 m2
Tỷ lệ diện tích cánh khuấy:
Fc
0,88
=
× 100 = 14,08 % đạt tỷ lệ theo quy định (nhỏ hơn 15%).
Fu
6,25

Chọn tốc độ quay của guồng khuấy, sử dụng bộ truyền động trục vít với ba động
cơ điện gắn tại đầu trục quay của 3 guồng khuấy.
Tốc độ quay cơ bản lấy 8 vòng/phút ở buồng thứ nhất, 6 vòng/phút ở buồng thứ
hai và 4 vòng/phút ở buồng thứ ba.
- Tính đường ống nước vào
Theo TCXD 33-2006, vận tốc nước từ bể trộn sang bể tạo bông và từ bể tạo bông
sang bể lắng ngang là 0,8-1m/s
Chọn vận tốc nước vào bể v = 0,9 m/s
v=

Q
= 0,9m / s
S

⇒ Diện tích ngang đường ống S =

Đường kính ống D =

4× S
=

π

Q
2000
=
= 0,025m 2
v 24 × 3600 × 0,9

4 × 0,025
= 0,18m = 180mm
π

22


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP
-

Vận tốc nước ra chọn v =

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT
Q
= 0,8m / s .
S

⇒ Diện tích ngang đường ống S =

Đường kính ống D =

4× S

=
π

Q
2000
=
= 0,03m 2
v 24 × 3600 × 0,8

4 × 0,03
= 0,2m = 200mm
π

3.2.3. Tính kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản.
3.2.3.1. Buồng thứ nhất
Dung tích 15,6 m3. Tốc độ quay của guồng khuấy n1 = 8 vòng/phút. Tốc độ chuyển
động của các bản cánh khuấy so với nước:

v1 = 0,75 ×

2π × 8 × 1,1
2π × n 1 × R1
= 0,75×
= 0,84 m/s.
60
60

v2 = 0,75 ×

2π × 8 × 0,8

2π × n 2 × R2
= 0,75 ×
= 0,67 m/s.
60
60

(Nguồn: tr.131, GT Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh
Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004).
• Năng lượng cần để quay cánh khuấy:
N = 51.C.F.(v13 +v23)
Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22
l/b > 21 ⇒ C = 1,9
F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng.
(Nguồn: tr.131, GT Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh
Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004).
⇒N = 51 × 1,9 × 0,44 × (0,843 + 0,673) = 38,1 W
• Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng:
ω1 =
•

38,1
N
=
= 2,4 W/m3
15,6
V

Giá trị gradient tốc độ

23

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP
G1 = 10 ×

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

ω1
2,4
= 10 ×
= 49,4 s-1.
µ
0,001

3.2.3.2. Buồng thứ hai
Dung tích 15,6 m3. Tốc độ quay của guồng khuấy n2 = 6 vòng/phút. Tốc độ
chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước:
v1 = 0,75

2π × 6 × 1,1
2π × n 1 × R1
= 0,75
= 0,628 m/s.
60
60

v2 = 0,75

2π × 6 × 0,8
2π × n 2 × R2

= 0,75
= 0,503 m/s.
60
60

• Năng lượng cần để quay cánh khuấy:
N = 51.C.F.(v13 +v23)
Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22
l/b > 21 ⇒ C = 1,9
F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng.
⇒N = 51 × 1,9 × 0,44 × (0,6283 + 0,5033) = 15,9 W
• Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng:
ω2 =

N 15,9
=
= 1,02 W/m3
15,6
V

• Giá trị gradient tốc độ
G2 = 10 ×

ω2
1,02
= 10 ×
= 32 s-1.
µ
0,001

3.2.3.3. Buồng thứ ba
Dung tích 15,6 m3. Tốc độ quay của guồng khuấy n 3 = 4 vòng/phút. Tốc độ
chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước:
v1 = 0,75×

2π × 4 × 1,1
2π × n 1 × R1
= 0,75×
= 0,419 m/s.
60
60

v2 = 0,75 ×

2π × 4 × 0,8
2π × n 2 × R2
= 0,75 ×
= 0,335 m/s.
60
60

• Năng lượng cần để quay cánh khuấy:
N = 51.C.F.(v13 +v23)
24


ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỊ MINH NGUYỆT

Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22
l/b > 21 ⇒ C = 1,9
F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng.
⇒N= 51 × 1,9× 0,44 × (0,4193 + 0,3353) = 4,74 W

• Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng:
ω3 =
•

4,74
N
=
= 0,3 W/m3
15,6
V

Giá trị gradient tốc độ
G3 =

ω3
0,3
=
= 17,4 s-1.
µ
0,001

 Giá trị gradient tốc độ trung bình
G= (G1+G2+G3)/3= (49,4+ 32 + 17,4)/3 = 32,9 s-1.
 Giá trị GT
GT= 32,9×30×60 = 59280 (nằm trong khoảng 50000 – 100000).

3.2.4. Liều lượng phèn nhôm cần thiết
- Công suất tính toán: 2000 m3/ngày.đêm = 83,33 m3/h.
- pH của nguồn nước xử lý là: 6,9
⇒ Sử dụng phèn nhôm là thích hợp nhất.
Liều lượng phèn để xử lý nước có màu :
Pp = 4 × M
Trong đó : Pp : Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước
M : Độ màu của nguồn nước tính bằng độ theo thang màu Platin – Côban


Pp = 4× 37 = 24,33 (mg/l)

Liều lượng phèn dùng để xử lý nước đục :
Tra bảng 6.3, TCXDVN 33:2006 với hàm lượng cặn 93 (mg/l), liều lượng phèn
không chứa nước dùng để xử lý nước đục là 25 – 35 (mg/l)


Chọn liều lượng phèn xử lý nước đục là 35 (mg/l)

25