Đề tài Thiết kế trạm xử lý nước cấp cho khu dân cư xã xuân Thới Thượng công suất 8500 m3/ ngày đêm

thành phố tặng Chương 3: ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3.1 Xác định nhu cầu dung nước: Dân số theo quy hoạch: 21992 người Mật độ dân cư: 916 người/km2 Tốc độ gia tăng dân số: 2,2% năm Niên hạn công trình: 10 năm (2012-2022) Với niên hạn thiết kế của công trình là 10 năm, ta có dân số của khu dân cư sau 10 năm được xác định theo công thức sau: N = N0 x (1 + r%)t Trong đó: N0 – Là dân số khu dân cư; N0 = 21992 (người) t – niên hạn thiết kế; t = 10 (năm) r% - Là tốc độ gia tăng dân số; r% = 2,2% Do vậy: N = 21992 x (1 + 2.2%)10 = 26750 (người) Vậy khu vực có 26.750 dân Lưu lượng nước sinh hoạt: QngàySH = (qtc*N)/1000 = (150*26750)/1000 = 4012,5 (m3/ngày.đêm) Qngày maxSH= (qtc*N*Kngày max )/1000= (150*26750*1,2)/1000 = 4815 (m3/ngđ) Lưu lượng tưới: Qtưới = 10% QngàySH = 0.1* 4815 = 481,5 (m3/ngày.đêm) Lưu lượng cho các xí nghiệp nhỏ địa phương và tiểu thủ công nghiệp nằm rải rác: QTTCN = 10% QngàySH = 0.1*4815 = 481,5 (m3/ngày.đêm) Lưu lượng cho các công trình công cộng QCTCN = 10% QngàySH = 0.1*4815 = 481,5 (m3/ngày.đêm) Công suất hữu ích Qhữu ích = Qngày maxSH + Qtướ + QTTCN + QCTCC = 4815 + 481,5 + 481,5 + 481,5 = 6259,5 (m3/ngày.đêm) Công suất trạm bơm cấp 2 phát vào mạng lưới QML = Qhữu ích*Kr Kr hệ số rò rỉ và dự phòng Chọn Kr = 1.2 QML = 6259,5*1.2 = 7511,4 (m3/ngày.đêm) Xác định công suất trạm xử lý Lưu lượng chữa cháy Qcc = (3*3600*qcc*n*k)/1000 = 10.8*qcc*n*k qcc: tiêu chuẩn nước chữa cháy (l/s) = 15 (l/s) n: Số đám cháy xả ra đồng thời = 1 k: Hê số xác định theo thời gian phục hồi nước dữ trữ chữa cháy lấy theo TCXD 33-2006 k = 1 Qcc = 10.8*15*1*1 = 162 (m3/ngày.đêm) Số dân (1000) người Số đám cháy xảy ra đồng thời Lưu lượng nước cho 1 đám cháy, (l/s) Nhà hỗn hợp các tầng không phụ thuộc bậc chịu lửa Nhà 3 tầng trở lên không phụ thuộc bậc chịu lửa Đến 5 1 10 10 10 1 15 15 25 2 15 15 50 2 20 25 100 2 30 35 200 3 30 40 300 3 40 55 400 3 50 70 500 3 60 80 Bảng3.1: Thống kê lưu lượng nước chữa cháy Công suất trạm xử lý QXL = (QML*KXL) + Qcc = (7511,4*1.05) + 162 = 8048,97 (m3/ngày.đêm) KXL = 1.04 ÷ 1.06, chọn KXL = 1.05 Công suất công trình thu: Lưu lượng dung cho bản than nhà máy: rửa các bể lắng, lọc Qbt = 5%QXL = 5%*8048,97 = 402,45 (m3/ngày.đêm) Công suất công trình thu: QCTT = QXL + Qbt = 8048,97 + 402,45 = 8451,42 (m3/ngày.đêm) Lấy tròn là 8500 m3/ngày.đêm Chọn công suất trạm xử lý cần thiết là 8500 (m3/ngày.đêm) STT Đối tượng dùng nước và thành phần cấp nước Tiêu chuẩn dùng nước Lưu lượng ( m3/ ngàyđêm) 1 Nước sinh hoạt qi = 150 l/người.ngàyđêm 4815 2 Nước tưới 10% QSH 481,50 3 Công trình công cộng 10% QSH 481,50 4 Công suất hữu ích 6259,50 5 Công suất trạm bơm cấp 2 7511,40 6 Công suất trạm xử lí 8048,97 7 Công suất công trình thu 8500 Bảng 3.2 Thống kê nhu cầu dung nước khu vực thiết kế trạm xử lý STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ NƯỚC NGUỒN TCVN 5502 – 2003 1 pH 7.53 6.5 - 8.5 2 Độ cứng (mg/l) 18.0 300 3 Cl- (mg/l) 10.63 250 4 NO2- (mg/l) 0.3 1 5 NO3- (mg/l) 0.2 10 6 SO42- (mg/l) 2.0 250 7 NH4+ (mg/l) 2.3 3 8 PO43- (mg/l) 0.02 2.5 9 Sắt tổng cộng (mg/l) 15 0.5 10 Độ kiềm tổng cộng (mg/l) 30.0 11 Chất hữu cơ (mg/l) 0.1 12 Độ đục NTU 0,7 – 0,75 5 13 Hàm lượng cặn nước nguồn mg/l 120 14 Độ màu TCU 8 15 15 Tổng hàm lượn các muối hòa tan mg/l 300 Bảng 3.3 Chất lượng nước nguồn và tiêu chuẩn nước đầu ra (Nguồn: Theo xét nghiệm của Trung tâm Y Tế Dự Phòng – Sở Y Tế TP.Hồ Chí Minh 06/2001). 3.2 Tổng quan về các biện pháp xử lý nước cấp: 3.2.1 Các biện pháp xử lý cơ bản Biện pháp cơ học: Dùng các công trình và thiết bị để làm sạch nước như: song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc… Biện pháp hóa học: Dùng các hóa chất để xử lý nước: keo tụ bằng phèn, kiềm hóa bằng vôi, khử trùng bằng clor… Biện pháp lý học: Dùng các tác nhân vật lý để khử trùng nước như: tia tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân nước để khử muối, làm thoáng để khử khí CO2… Trong 3 biện pháp xử lí nước nêu trên đây thì biện pháp cơ học là biện pháp xử lí nước cơ bản nhất. Có thể dùng biện pháp cơ học để xử lí nước một cách độc lập hoặc kết hợp với biện pháp hóa học và lí học để rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả xủ lí nước. Trong thực tế, để đạt được mục đích xử lí một nguồn nước nào đấy một cách kinh tế và hiệu quả nhất phải thục hiện quá trình xử lí bằng sự kết hợp của nhiều phương pháp. Thực ra cách phân chia các biện pháp xử lí như trên chỉ là tương đối, nhiều khi bản thân biện pháp xử lí này lại mang cả tính chất của biện pháp khác. 3.2.2 Các phương pháp khử sắt trong xử lý nước ngầm Phương pháp oxy hóa sắt Nguyên lý của phương pháp này là oxy hòa sắt II thành sắt III và tách chúng ra khỏi nước dạng hidroxyt sắt III. Trong nước ngầm sắt II bicabonat là một muối không bến, nó dễ dàng thủy phân thành sắt II hiroxyt theo phản ứng: Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu trong nước có oxy hòa tan, sắt II hyroxyt sẽ bị oxy hóa thành sắt III hydroxyt theo phản ứng: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → Fe (OH )3↓ Sắt III hydroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra nước dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc. Kết hợp các phản ứng trên ta được phản ứng chung của quá trình oxy hóa như sau: 4Fe2+ + 8HCO3-+ O2 + H2O → 4Fe(OH)3 + 8H+ +8HCO3- Nước ngầm thường không chứa oxy hòa tan hoặc có hàm lượng oxy hóa rất thấp. Để tăng nồng độ oxy hòa tan trong nước ngầm , biện pháp đơn giản nhất là làm thoáng. Hiệu quả của bước làm thoáng được xác dịnh theo nhu cầu oxy cho quá trinh khử sắt. Phương pháp khử sắt bằng quá trình oxy hóa a. Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn phun mưa ngay trên bề mặt lọc. Chiều cao dàn phun thường lấy cao khoảng 0.7m, lỗ phung có đường kính 5-7mm, lưu lượng tưới vào khoảng 10m3/m2.h. Luong75 oxy hoa2 tan trong nước sau làm thoáng ở nhiệt độ 25oC lấy bằng 40% lượng oxy hòa tan bão hòa (ở 25oC lượng oxy hòa tan bão hòa bằng 8.1mg/l) b. Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên Nước cần làm thoáng được tưới lên giàn làm thoáng một bậc hay nhiều bậc với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lưu lượng tưới với chiều cao tháp cũng lấy như trường hợp trên. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng bằng 55% lượng oxy hòa tan bõa hòa. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 50% c. Làm thoáng cưỡng bức Cũng có thể dùng làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40m3/h. Lượng không khí tiếp xúc lấy từ 4 đến 6m3 cho 1m3 nước. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng bằng 70% hàm lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lường CO2 sau làm thoáng giảm 75% hàm lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lượng CO2 sau làm thoáng giảm 75%. d. Khử sắt bằng hóa chất: Khi trong nước nguồn có hàm lượng tạp chất hưu cơ cao, các chất hưu cơ sẽ tạo dạng keo bảo vệ của các ion sắt, như vậy muốn khử sắt phải phá vỡ được màng hưu cơ bảo vệ bằng tác dụng của các chất oxy hóa manh. Đối với nước ngầm , khi hàm lượng sắt quá cao đồng thời tồn tại cả H2S thì lượng oxy thu được nhờ làm thoáng không đủ để oxy hóa hết H2S và sắt, trong trường hợp này cần phải dùng đến hóa chất để khử sắt. e. Khử sắt bằng vôi Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên. Ở điều kiện giày ion OH- các ion Fe2+ thủy phân nhanh chóng thành Fe(OH)2 và lắng xuống 1 phần, thế oxy hóa khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm xuống. Do đó sắt (II) dễ dàng chuyển hóa thành sắt (III). Sắt (III) hydroxyt kết tụ thành bông cặn, lắng trong bể lắng và có thể dễ dàng tách ra khỏi nước. Phương pháp này có thể áp dụng cả cho nước mặt và nước ngầm. Nhược điểm các phương pháp là phải dùng đến các thiết bị pha chế cồng kềnh, quản lý phức tạp, cho nên thường kết hợp khử sắt với quá trình khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm, làm mềm nước bằng vôi kết hợp soda f. Biện pháp khử sắt bằng Clo: Quá trình khử sắt bằng clo được thực hiện nhờ phản ứng sau: 2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O _ 2Fe(OH)2CaCl2 + 6H+ + 6HCO-3 g. Biện pháp khử sắt bằng kali penmanganat (KMnO4): Khi dùng để khử sắt, quá trình này xảy ra rất nhanh vì cặn mangan(IV) hydroxyt vừa được tạo thành sẽ là nhân tố xúc tác cho quá trình khử. Phản ứng xảy ra theo phương trình sau: 5Fe2+ + MnO4 + 8H+ => 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O h. Biện pháp khử sắt bằng cách lọc qua lớp vật liệu đặc biệt Các vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình oxy hóa khử Fe2+ thành Fe3+ và giữ lại trong tầng lọc. Quá trình này diễn ra rất nhanh chóng và có hiệu quả cao. Cát đen là môt trong những chât có đặc tính như thế. i. Biện pháp khử sắt bằng phương pháp trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion được sử dụng khu kết hợp với quá trình khử cứng. Khi sử dụng thiết bị trao đổi ion để khử sắt, nước ngầm không được tiếp xúc với không khí vì Fe3+ sẽ làm giảm khả năng trao đổi của các ionic. Chỉ có hiệu quả khi khử nước ngầm cáo hàm lượng sắt thấp Biện pháp khử sắt bằng phương pháp vi sinh Một số loại vi sinh có khả năng oxy hóa sắt trong điều kiện mà quá trình oxy hóa hóa học xảy ra rất khó khăn. Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cáy lọc của bể lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước. Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt. 3.2.3 Công nghệ xử lý Quá trình xử lí nước phải qua nhiều công đoạn, mỗi công đoạn được thực hiện trong các công trình đơn vị khác nhau. Tập hợp các công trình đơn vị theo trình tự từ đầu đến cuối gọi là dây chuyền công nghệ xử lí nước. Căn cứ vào các chỉ tiêu phân tích của nước nguồn, yêu cầu chất lượng nước sử dụng có thể xây dựng được các sơ đồ công nghệ xử lí khác nhau và được phân loại như sau a.Theo mức độ xử lí: Chia ra : Xử lí triệt để và không triệt để. Xử lí triệt để : Chất lượng nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn ăn uống sinh hoạt hoặc đạt yêu cầu nước cấp cho công nghiệp đòi hỏi tiêu chuẩn cao hơn nước sinh hoạt (ví dụ: nước cấp cho nồi hơi áp lực cao) Xử lí không triệt để : Yêu cầu chất lượng nước sau xử lí thấp hơn nước ăn uống sinh hoạt. Sơ đồ công nghệ này chủ yếu dùng trong một số ngành công nghiệp như : Làm nguội, rửa sản phẩm .... b. Theo biện pháp Chia ra : Sơ đồ công nghệ có keo tụ và không có keo tụ Sơ đồ không dùng chất keo tụ: Áp dụng cho trạm xử lí có công xuất nhỏ, quản lí thủ công hoặc xử lí sơ bộ. Sơ đồ có dùng chất keo tụ: Dùng cho trạm xử lí có công xuất bất kì, hiệu quả xử lí đạt được cao hơn kể cả đối với nguồn nước có độ đục và độ màu cao. c. Theo số quá trình hoặc số bậc quá trình xử lí: Chia ra: Một hoặc nhiều quá trình: Lắng hay lọc độc lập hoặc lắng lọc kết hợp (gồm 2 quá trình) Một hay nhiều bậc quá trình: Lắng, lọc so bộ rồi lọc trong (gồm 2 bậc lọc) d. Theo đặc điểm của dòng nước Chia ra: Tự chảy hay có áp Sơ đồ tự chảy: Nước từ công trình xử lí này tự chảy sang công trình xử lí tiếp theo. Sơ đồ này dùng phổ biến và áp dụng cho các trạm xử lí có công xuất bất kì. Sơ đồ có áp: Nước chuyển động trong các công trình kín (sơ đồ có bể lọc áp lực) thường dùng trong trạm xử lí có công xuất nhỏ hoặc hệ thống tạm thời. Thành phần các công trình đơn vị trong dây chuyền xử lí nước cấp cho ăn uống sinh hoạt thay đổi theo mỗi loại nguồn nước và được đặc trưng bởi các quá trình xử lí nước. Trong dây chuyền xử lí nước mặt, chủ yếu là các công trình làm trong nước và khử trùng nước. Trong dây chuyền xử lí nước ngầm, chủ yếu là công trình khử sắt và khử trùng. Làm trong nước: Tức là khử đục và khử màu của nước, được thực hiện trong các bể lắng và bể lọc. Trong thực tế, để tăng nhanh và nâng cao hiệu quả làm trong nước, người ta thường cho thêm vào nước chất phản ứng (phèn nhôm, phèn sắt). Khi đó dây chuyền công nghệ xử lí nước mặt có thêm các công trình như bể trộn và bể phản ứng. Khử sắt Được thực hiện trong công trình làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) làm thoáng nhân tạo (thùng quạt gió) bể lắng tiếp xúc, bể lọc. Khử trùng Chất khử trùng được sử dụng phổ biến hiện nay là các hợp chất Clor: Clorua vôi, nước javel, Clor lỏng được đưa vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa hoặc đưa trực tiếp vào bể chứa. Để khử trùng có hiệu quả phải đảm bảo thời gian tiếp xúc giữa Clor và nước tối thiểu là 30 phút. Ngoài ra, có thể dùng ôzôn, các tia vật lý (tia tử ngoại), sóng siêu âm để diệt trùng. Đối với dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho công nghiệp, tùy theo yêu cầu của từng ngành sản xuất mà có thể giảm bớt một số công trình đơn vị trong dây chuyền công nghệ xử lí nước ăn uống (nước làm nguội, nước rửa sản phẩm...) hay có thể bổ sung thêm một số công trình để khử thêm một số chất không có lợi cho ngành sản xuất đó (nước cấp cho nồi hơi có áp lực cao). Sau đây là một số sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lí nước ăn uống sinh hoạt được sử dụng phổ biến ở Việt Nam hiện nay. Để xử lí nước ngầm có thể dùng các sơ đồ sau: Từ trạm bơm Bể lắng tiếp xúc Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Chất khử trùng Giàn mưa hay thùng quạt gió Từ trạm bơm Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Chất khử trùng Giàn mưa hay thùng quạt gió Từ trạm bơm Bầu trộn khí Bể lọc áp lực Bể chứa nước sạch Chất khử trùng Ejector thu khí hay máy nén khí Từ trạm bơm Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch Chất khử trùng Phun mưa trên mặt bể lọc Phạm vi sử dụng của mỗi loại sơ đồ dây chuyền công nghệ trình bày trên đây lấy theo tiêu chuẩn TCXD - 33 : 2006 và được ghi trong bảng (1.2) sách Xử lý nước cấp Nguyễn Ngọc Dung còn đề xuất thêm một số loại sơ đồ khác nữa cũng có thể sử dụng để xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Để nâng cao hiệu quả xử lý nước, TCXD - 33: 2006 đưa ra các biện pháp hóa học bổ sung và các hóa chất sử dụng ghi trong bảng (1.3) sách Xử lý nước cấp - Nguyễn Ngọc Dung. Căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng của từng loại nguồn nước, có thể có biện pháp xử lí hóa học khác nhau, kết hợp với biện pháp xử lí cơ học để có thể tạo nên một sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lí nước phù hợp. Thành phần các công trình trong dây chuyền công nghệ xử lí nước có thể lấy theo tiêu chuẩn TCXD- 33: 2006 như trong bảng (1.2) sách Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung. 3.3 Để xuất công nghệ: Lựa chọn công nghệ: Cơ sở để lựa chọn công nghệ xử lí nước dựa vào các yếu tố sau: - Chất lượng của nước nguồn (nước thô) trước khi xử lý - Chất lượng của nước yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tượng sử dụng - Công suất nhà máy nước - Điều kiện kinh tế kỹ thuật - Điều kiện của địa phương 3.3.1Đề xuất công nghệ: Đề xuất 2 thương án: Mạng phân phối nước Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Bể chứa Trạm bơm cấp 2 Phương án 1: Giàn mưa làm thoáng Trạm bơm cấp 1 Clor Trạm bơm cấp 2 Phương án 2: Mạng phân phối nước Bể chứa Trạm bơm cấp 1 Bể lọc áp lực Giàn mưa làm thoáng Bể lắng ngang Clo Qua 2 dây chuyền công nghệ nêu trên, ta thấy điểm khác biệt cần so sánh là bể lọc Phương án 1: Bể lọc nhanh Ưu điểm: Về kết cấu: Không phải sử dụng bơm từ ngăn trung gian qua bể lọc áp lực như ở phương án 2 nên tiết kiệm được về điện năng và kinh phí mua bơm Dễ vận hành và bảo dưỡng định kỳ Giá thành xây dựng thấp hơn lọc áp lực Nhược điểm: Thời gian lưu nước lớn hơn lọc áp lực Mặt bằng xây dựng lớn Hiệu suất thấp Phương án 2: Bể lọc áp lực Ưu điểm: Hiệu suất cao hơn lọc nhanh Ít tốn diện tích xây dựng Nhược điểm: Kết cấu phức tạp Chế độ quản lí chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm Tiêu tốn năng lượng Giá thành xây dựng cao 3.4 Lựa chọn công nghệ xử lý nước ngầm: Trạm bơm cấp 2 Bể chứa Bể lọc áp nhanh Bể lắng ngang Mạng phân phối nước Từ những nhận xét trên ta chọn thiết kế và xây dựng trạm theo phương án 1 vì phương án này là phương pháp xử lý thường được áp dụng xử lý nguồn nước ngầm và phù hợp với điều kiện địa phương. Giàn mưa làm thoáng Trạm bơm cấp 1 Clo Thuyết minh dây chuyền công nghệ: Trạm xử lý nước ngầm khai thác nguồn nước ngầm từ các trạm bơm giếng và tập trung về khu xử lý tại trạm xử lý. Công nghệ xử lý nước của trạm xử lý là công nghệ xử lý nước ngầm theo trình tự như sau: Nước thô từ các trạm bơm giếng tập trung về giàn mưa (làm thoáng tự nhiên) với mục đích khử sắt, mangan và làm oxy trong nước. Tiếp theo nước được đưa qua bể lắng ngang để lắng cặn. Sau đó nước được dẫn qua bể lọc ngang nhằm loại bỏ cặn lơ lửng không thể lắng được ở bể lắng và tiếp tục khử sắt và mangan. Nước sau khi lọc được châm chất khử trùng để khử trùng rồi vào bể chứa nước sạchđể phục vụ nhu cầu sinh hoạt của người dân 3.5 Xác định và đánh giá các chỉ tiêu nước nguồn: Ta có tổng hàm lượng các muối hòa tan trong nước là P = 300mg/l Xác định CO2 tự do trong nước nguồn Lượng CO2 tự do có trong nước nguồn phụ thuộc vào nhiệt độ, độ kiềm Ki và pH và được xác định theo biểu đồ Langlier. Với: P = 300mg/l T = 250C pH = 7,53 Độ kiềm Ki0 = 5 (mgđg lượng/l) Tra biểu đồ Langlier ta xác định được hàm lượng CO2 tự do là 13 (mg/l) Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng: Độ kiềm sau làm thoáng được xác định theo công thức: Ki* = Ki0 – (0,036×[Fe2+]) Ki0 = Độ kiềm của nước nguồn = 5(mgđg lượng/l). => Ki* = 5 – (0,036×15) = 4,46 (mgđg lượng/l). Hàm lượng CO2 sau làm thoáng: CO2* = (1-a)×CO20 + 1,6×[Fe2+] a = hiệu quả khử CO2 bằng công trình làm thoáng, tuỳ thuộc vào loại công trình làm thoáng ( Theo TCN 33-85). Đối với phương pháp lám thoáng bằng giàn mưa thì: a =0,75 – 0,8. à Chọn a = 0,8. CO2*= (1-0,8)×13 + (1,6×15) = 26,6 (mg/l) pH của nước sau làm thoáng: Có các giá trị đã biết Ki* = 4,4,46 (mgđg lượng/l) CO2*= 26,6 (mg/l) T = 250C P = 300 (mg/l). Tra biểu đồ Langlier: pH* = 7,15 Hình 3.1 Biểu đồ quan hệ giữa Ki, CO2 và độ pH trong nước Như vậy sau khi làm thoáng pH = 7,15 > 6,8 nên không cần phải điều chỉnh pH Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH 4.1. Tính toán dàn mưa làm thoáng: Diện tích bề mặt cho giàn mưa: F= Q- Công suất trạm xử lý, Q= 354,2 (m3/h) qm- Cường độ tưới của dàn mưa, qm = 15 (m3/m2.h) => F= 354,215=23,6 (m2) Chọn F = 24 m2. Ta chọn kích thước giàn mưa là: B x L = 4m x 6m Chọn 1 bậc xử lý. Chọn đường ống phân phối nước theo hình xương cá Đường kính ống chính: Фc = Q= 0,098 m3/s V = (1,5 – 2m/s ), ta chọn V = 2m/s Фc = = 0,25 (m) Chọn đường kính ống là: Фc = 250 (mm) Sồ nhánh: n = [] + 1 = [] + 1 = 23,4 => Chọn 24 nhánh. Lưu lượng trong ống nhánh: qn == = 0,004 (m3/h) Đường kính ống nhánh: Фn = = =0,05 (m) = 50(mm) Diện tích ống chính: Sc = = = 0,04 (m2) Tổng diện tích lỗ phun: Sfl = Sl = 30%Sc = 0,3×0,04 = 0,012 (m2) Diện tích 1 lỗ: S = Фl = đường kính lỗ (mm) Ta chọn Фl = 5mm ( do ) => S= = 1,9625.10-5 (m2) Σlỗ = m = = = 624 (lỗ) Số lỗ trên 1 nhánh nhỏ: P = = 13 (lỗ) Như vậy ta bố trí thành 2 hàng và mỗi bên có 13 lỗ. Ta có chiều rộng của giàn mưa là 2.0m. Chọn khoảng cách giữa mép ngoài của sàn tung với đầu của ống nhánh là 0,2 m, do vậy chiều dài của 1 ống nhánh là: ln = = 1,775 m. Chọn ln = 1,8m. Khoảng cách các lỗ: Y = = 0,123 (m) Số sàn tung mưa: Ta chon 4 sàn (tuy nhiên hiệu quả 3 sàn tung đầu tiên là cao còn sàn tung kế tiếp thường là thấp). Khoảng cách các sàn tung càng cao thì thời gian tiếp xúc với không khí càng lớn, đặc biệt khoảng cách giữa các sàn tung có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả khử CO2 so với hiệu quả hoà tan O2, khoảng cách càng lớn thì hiệu quả khử CO2 càng cao. Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,6m. Chiều cao dàn mưa: Khoảng cách từ giàn phân phối nước đến sàn tung mưa trên cùng là 0,8m Khoảng cách giữa các sàm tung là 0,6m. Khoảng cách giữa sàn tung mưa dưới cùng là 0,8m. Chiều cao sàn thu nước 0,8m. H= 0,8 + 0,6x4 + 0,8 + 0,5 = 4,5m 4.2 Tính toán bể lắng ngang thu nước bằng ống đục lỗ: Tính tổng diện tích vùng lắng: F=β. Q = 0,098 m3/s vtt = (5.10-4 ÷ 6.10-4)m/s → chon vtt = 5.10-4(m/s) β = 1,2 => F = 1,2. = 235 m2 Chọn 4 bể: fb = = 58,75 m2 qb = = = 88,55 m3/h = 0,0245 m3/s Chiều cao bể lắng ngang Hl = 1,5 ÷ 3,5m Chọn Hl = 3m Thời gian lưu: t = Wb = L×B×H = 58,75 × 3 = 176,25 m3 => t = 1,99 (h) Chọn kích thước bể: qb = vn × S Ta có: qb = 0,0245 m3/s Chọn vn = 0,3 m/s => S = = = 0,08 m S = B × H => B = SH = 0,083 = 0,02m B chọn B = H = 3m Chiều dài bể: fb = B × L => L = fbB = 58,753 = 19,5 (m) => Chọn L = 20 m Chiều cao xây dựng: Hb = Hl + Hbv + Hc Hl = 3m Hbv = (0,3 ÷ 0,5) m Chọn Hbv = 0,5 m Hc = chiều cao cặn Hc = b: chọn từ 0,2 - 0,3m (chọn b = 0,2m) α = 450 ÷ 600 (chọn α = 450 => φ=450) => Hc = (m) HXD = Hb = 3 + 0,5 + 1,4 = 4,9 m Tính toán ống thu nước đục lỗ: (chiều dài ống thu nước đặt dọc theo máng thu nước) Khoảng cách giữa các ống thu nước: (2 ống) l0 = = = 1,5 m Chọn vống = 0,8 m/s (vống = [0,8 ÷1] m/s ) Sống = qb2× vống = 0,02452×0,8 = 0,015 m2 => Dống = 0,14 m Chọn Φ = 150 mm Số lỗ: åflỗ = 40%S = = 0,06 (m2) Chọn dl = 0,02 (d= 0,15÷0,2 m) => flỗ = 0,022×3,144 = 3,14.10-4 (m2) n = åflỗflỗ = 6 .10-23,14.10-4 = 191 lỗ Máng thu nước cuối bể: (Máng răng cưa) L = Ln + 2Ld Ln = chiều dài máng ngang Ld = chiều dài máng dọc L ≥ Q3×H×vtt = 0,0983×3×5.10-4 =21,78 m => Ld = L-Ln2 = 21,78-32 = 9,39 m Thể tích máng sơ bộ: Fm = L×H×B = 9,39×0,5×0,5 L = chiều dài máng. L = 2m Ln = 9,39m B = chiều rộng máng. Chọn B = 0,5m H = chiều cao máng. Chọn H = 0,5m Lưu lượng nước qua máng: Qm = Cd.tg . Cd = % nước qua máng răng cưa = 60% g = 9,81 q = 900 Hm = chiều cao cột nước trên đỉnh tam giác = 0,03(m) => Qm = ××1× = 2,21.10-4(m3/s) Số răng trên 1 máng m = = = 36,9 x = Ld-2Hmm+1 = 9,39-2×0,0336,9+1 = 0,25 Hệ thống thu cặn: Cmax= Cn + K.P + 0,25.m + v (mg/l) Cmax = hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng (mg/l) Cn = hàm lượng cặn nước nguồn (chọn Cn = 250mg/l) K = hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử sụng ( K=0) m = độ màu của nước nguồn (độ) thang màu platin-côban = 10 v = liều lượng vôi kiềm hóa nước (mg/l) => Cmax = 120 + 0 + 0,25×8 + 0 = 122 mg/l Thể tích vùng chứa nén cặn của bể: Wc = T = thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn (h) (6÷24 h) (khi xả cặn bể vẫn hoạt động bình thường) Q = lưu lượng nước đưa vào bể. Q = 354,2 m3/h N = số bể lắng ngang. N = 4 C = hàm lượng cặn còn lại sau khi lắng 10÷12 mg/l. Chon C = 12mg/l δ = nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt lấy theo bảng 4.1 Hàm lượng cặn trong nước nguồn Nồng độ trung bình của cặn đã nén tính bằng g/m3 sau thời gian 6h 12h 24h Đến 50 Trên 50 đến 100 Trên 100 đến 400 Trên 400 đến 1000 Trên 1000 đến 1500 (Khi xử lý không dùng phèn) Khi làm mềm nước (có độ cứng Magie nhỏ hơn 25% độ cứng toàn phần) bằng voi hoặc vôi với sôđa Như trên, nước có độ cứng Magie lớn hơn 75% độ cứng toàn phần 9000 12000 20000 35000 80000 200000 28000 12000 16000 32000 50000 100000 250000 32000 15000 20000 40000 60000 120000 300000 35000 Bảng 4.1 ( trích bảng 6.8 trang 36 TCXD 33-2006) => Thể tích vùng chứa cặn nén: Wc = 24×354,2×(122-12)4×40000 = 11,69 m3 Ta có: Wc = B+b2×Hc×Lc = 11,69 B = 3m b = 0,2m Hc = 1,4 m => Lc = 11,69×2(3+0,2)×1,4 = 5,22 m Lưu lượng nước mất đi dùng cho việc xả cặn: (%) Kp = hệ số pha loãng, khi xả cặn bằng thủy lực bằng 1,5 = 0,2% Hệ thống xả cặn làm bằng máng đục lỗ ở hai bên và đặt dọc theo trục mỗi ngăn. Thời gian xả cặn quy định t = 8÷10 phút lấy t = 10 phút. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1 m/s, chọn vm = 1 Dung tích chứa cặn Lưu lượng cặn Diện tích máng xả cặn: Fm = qcvm = 0,0191 = 0,019 m2 Kích thước máng . Nếu a = 0,1(m) thì b = 0,2(m). Tốc độ nước qua lỗ bằng 1m/s. Chọn dlỗ = 25 mm (Quy phạm dlỗ ≥ 25mm). => flỗ = 0,0005 (m2) Tổng diện tích lỗ trên 1 máng xả cặn : åflỗ = Số lỗ trên 1 máng xả cặn: 19 lỗ Đường kính ống xả cặn với qc = 0,019 m3/s chọn Dc = 110 mm ứng với vc = 2m/s Tổn thất trong hệ thống xả cặn: Htt = (ξd+fc2fcm+Σξ)vc22g ξd = hệ số tổn thất qua các lỗ đục của máng, lấy bằng 11,4 Σξ = hệ số tổn thất cục bộ trong máng, lấy bằng 0,5 fc = diện tích ống xả cặn, πd24 = 3,14×0,1124 = 0,0095 m2 fm = diện tích máng xả cặn : fm = 0,1×0,2 = 0,02 m2 vc = vận tốc xả cặn, vc = 2m/s g = gia tốc trọng trường bằng 9,81 => H = (11,4+0,009520,022+0,5)×222×9,81 = 2,47 m Khi xả 1 ngăn, mực nước trong bể hạ xuống ∆H ∆H = H – Htt = 3 – 2,47 = 0,53 m 4.3 Tính bể lọc: Tổng diện tích bể lọc nhanh: F = Q = công suất trạm (m3/ngđ). Q = 8500 m3/ngđ T = thời gian làm việc. T = 24 h vbt = tốc độ lọc ở chế độ bình thường. vbt = 8 m3/h a = Số lần rửa bể trong ngày đêm. Ơ chế độ bình thường a = 2 W = cường độ nước rửa lọc. W = 14-16 l/s.m2, chọn W = 14 l/s.m2 t1 = thời gian rửa lọc (8-6 phút) : t1=0,1 h t2 = thời gian ngừng bể lọc để rửa lọc, lấy bằng 0,35h Vận tốc lọc(2 lớp vật liệu): Thấp nhất:7 m/h Vận tốc tăng cường tối đa: 12 m/h F = 850024×8-3,6×2×14×0,1-2×0,35×8 = 48,2 m2 Trong bể lọc, chọn cát lọc có cỡ hạt dtd = 0,7 – 0,8 mm Hệ số không đồng nhất K= 2,0 ; Chiều dày lớp cát lọc 0,8m. Số bể lọc cần thiết: N=0,5F=0,548,2 = 3,47 Số bể lọc chọn là 4 bể. Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa: Vtc = Vbt . = 8x = 10,67 m/h Theo TCVN 33:2006: Vtc= 8,5÷12 (m/h) => đảm bảo yêu cầu Diện tích 1 bể lọc: f=FN=48,214 = 12,05 m2 Chọn kích thước bể là: L×B = 4 ×3 = 12m2 Chiều cao bể lọc nhanh tính theo công thức: H = hđ + hv + hn + hp (m) hđ = chiều cao lớp đỡ (m) lấy theo bảng 4.7, hđ = 0,5