Đồ án Thiết kế trạm xử lý nước ngầm công suất 8400m3/ngđ

TÊN ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC NGẦM CÔNG SUẤT 8400m3/NGĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO TS.Trịnh Xuân Lai – Cấp nước tập 2. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2002 PTS.Nguyễn Ngọc Dung – Xử lý nước cấp. Nhà xuất bản xây dựng 1999 Tiêu chuẩn ngành – cấp nước mạng lưới bên ngoài và công trình. Tiêu chuẩn thiết kế TCXD – 33:2006 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - GIỚI THIỆU Mục tiêu đồ án 3 Nội dung thiết kế 3 Thành phần tính chất nước thô 3 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 4 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 3.1 Tính giàn mưa 8 3.2 Tính bể trộn 9 3.3 Tính bể phản ứng 11 3.4 Bể lắng ngang 13 3.5 Bể lọc 15 3.6 Công trình tôi vôi 22 3.7 Hồ cô đặc bùn và sân phơi bùn 24 3.8 Khử trùng nước 26 3.9 Bể chứa nước sạch 27 3.10 Trạm bơm cấp 2 27 3.11 Giếng khoan 28 CHƯƠNG 4: CAO TRÌNH CÁC CÔNG TRÌNH 4.1 Cao trình bể chứa nước sạch 29 4.2 Cao trình bể lọc 29 4.3 Cao trình bể lắng ngang 29 4.4 Cao trình bể phản ứng 30 4.5 Cao trình bể trộn 30 4.6 Cao trình giàn mưa 30 CHƯƠNG 5: KHÁI QUÁT KINH TẾ 5.1 Tính chi phí xây dựng ban đầu và thiết bị của hệ thống 31 5.2 Tính chi phí vận hành và xử lý 34 5.3 Tính giá thành xử lý 1m3 nước 35 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN Nghiên cứu lựa chọn phương án xây dựng nhà máy nước mang tính khả thi cao, phù hợp với phương án bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Cung cấp đầy đủ nước cho các nhu cầu sinh hoạt, công nghiệp, tưới tiêu, thương mại, dịch vụ và chữa cháy . NỘI DUNG THIẾT KẾ CỦA ĐỒ ÁN Lựa chọn công nghệ thích hợp với thông số chất lượng nước thô đầu vào và thuyết minh công nghệ Thiết kế chi tiết các công trình xử lý đơn vị Vẽ 3 bản vẽ Mặt bằng trạm xử lý Mặt cắt theo nước của hệ thống xử lý Thiết kế chi tiết 1 công trình đơn vị 1.3.THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THÔ Chất lượng nước có 2 thành phần cần xử lý pH: giá trị pH ít thay đổi theo các mùa và nguồn nước giếng hiện đang khai thác có giá trị pH thấp. Fe: hàm lượng Fe của các giếng vào mùa khô thường cao hơn chút ít so với mùa mưa. Hàm lượng Fe thường từ 7mg/l. Đối với nguồn nước ngầm, hàm lượng Fe như vậy là tương đối cao, phải sử dụng thêm hóa chất mới có thể xử lý nước đạt yêu cầu nước cấp. Bảng thông số chất lượng nước thô : Thông số  Giá trị  Đơn vị  Tiêu chuẩn vệ sinh ăn uống   Nhiệt độ pH Độ đục SS Độ màu Độ kiềm Fe CO2  24 5,6 20 50 25 5 7 50  0C NTU mg/l Pt-Co mgđl/l mg/l mg/l  - 6,5 – 8,5 <=5 <=15 <=0,5   CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2.1. Tổng quan về các phương pháp đang áp dụng 2.1.1. Công trình thu nước ngầm Công trình thu nước ngầm có thể chia thành các loại sau Giếng khoan: là công trình thu nước nầm mạch sâu. Độ sâu khoan phụ thuộc vào độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng 20 – 200m, đôi khi có thể lớn hơn. Giếng khoan được sử dụng rộng rãi trong mọi trạm xử lý. Hiện nay có 4 loại giếng khoan đang được sử dụng: + Giếng khoan hoàn chỉnh, không áp + Giếng khoan không hoàn chỉnh, không áp + Giếng khoan hoàn chỉnh, có áp + Giếng khoan không hoàn chỉnh có áp Cấu tạo giếng khoan gồm + Miệng giếng + Ống vách để gia cố và bảo vệ giếng + Ống lọc + Ống lắng Giếng khơi: là công trình thu nước ngầm mạch nông, thường không áp đôi khi áp lực yếu, chỉ áp dụng đối với các điểm dùng nước nhỏ hoặc hộ gia đình lẻ. Đường hầm thu nước: được áp dụng để thu nước ngầm mạch nông, độ sâu tầng chứa nước không quá 8m, cung cấp cho những điểm dùng nước với lưu lượng nhỏ. Công trình thu nước ngầm mạch lộ thiên Công trình thu nước thấm 2.1.2. Công trình làm thoáng Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước. Làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe. Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất để khử Fe có trong nước. Hóa chất sử dụng ở đây là clo – một chất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước, Mn, H2S. Ngoài ra để tạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải cho thêm vôi cùng với clo. Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc độ phản ứng oxy hóa Fe diễn ra nhanh hơn Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo. Các công trình làm thoáng gồm: Làm thoáng đơn giản: phun hoặc tràn trên bề mặt bể lọc có chiều cao từ trên đỉnh tràn đến mực nước cao nhất > 0,6m Hiệu quả: Khử được 30 – 35% CO2 Tốc độ lọc 5 – 7m/h; d = 0,9 – 1,3mm; Hvll = 1,0 – 1,2m Cường độ rử lọc bằng nước 10 – 12l/s.m2; bằng khí 20l/s.m2 Fe 6,8 Dàn mưa: làm thoáng tự nhiên. Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa) Cấu tạo dàn mưa gồm: + Hệ thống phân phối nước + Sàn tung nước (1 – 4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m + Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc + Sàn và ống thu nước Thùng quạt gió: làm thoáng tải trọng cao(làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió và nước đi ngược chiều. Khử được 85 – 90% CO2, tăng DO lên 70 – 85% DO bão hòa. Cấu tạo: Hệ thống phân phối nước Lớp vật liệu tiếp xúc 2.1.3. Bể lắng: Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước đi đư nước vào bể lọc để hoàn than quá trình làm trong nước. Trong thực tế thường dùng các loại bể lắng sau tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m3/ng đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn. Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn (đến 3000 m3/ng). Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn nhưng bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Bể chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến 3000m3/ng. Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên. Bể thường được áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao(>2000mg/l) với công suất >=30000 m3/ng thì có hoặc không dùng chất keo tụ 2.1.4. Bể lọc Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trên lớp màng lọc. Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản. Nhược điểm lớn nhất là tốc độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc. Bể lọc chậm thường sử áp dụng cho các nhà máy có công suất đến 1000m3/ng với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ Bể lọc nhanh: là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vật liệu là cát thạch anh. Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất keo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông nhưng có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể. Bể lọc sơ bộ: được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để trong bể lọc chậm. Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông Bể lọc áp lực: là một loại bảo vệ nhanh kín, thương được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình trụ ngang cho công suất lớn. Loại bể này được áp dụng trong dây chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với công suất trạm xử lý đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất <500m3/ng và dùng máy nén khí cho công suất bất kì. Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, có độ màu đến 150 với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10000m3/ng. 2.1.5. Khử trùng Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lí nước cấp . Trong nước thô có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cần phải khử trùng nước để đảm bảo chất lượng nước phục vụ nhu cầu ăn uống. Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng. Cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm của phương pháp này là vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu suất chấp nhận được. Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch. 2.1.6. Bể chứa nước sạch Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II. Nó còn có nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3 giờ, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và nước dùng cho các nhu cầu khác của nhà máy. Bể có thể làm bằng beetong cốt thép hoặc bằng gạch có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng. Bể có thể xây dựng chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể. 2.2. Lựa chọn phương án xử lý 2.2.1.Đề xuất phương án xử lý Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô. Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý. Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể. Theo chất lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý: Phương án 1:
 Phương án 2:
 2.2.2. So sánh 2 phương án So sánh  Phương án 1  Phương án 2   Ưu điểm  Giàn mưa: + Dễ vận hành + Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn Bể lắng ngang: + hoạt động ổn định, có thể hoạt động tốt ngay khi chất lượng nước đầu thay đổi + Vận hành đơn giản Khi nước qua bể lắng ngang kết hợp với bể phản ứng thì hiệu suất xử lý gần như tương đương so với bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng  Hệ số khử khí CO2 trong thùng quạt gió là 90 – 95% cao hơn so với giàn mưa Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng đạt hiếu suất cao hơn bể lắng ngang Khối lượng công trình nhỏ ít chiếm diện tích   Khuyết điểm  Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạt động, khối lượng công trình chiếm diện tích lớn  Thùng quạt gió vận hành khó hơn giàn mưa, khó cải tạo khi chất lượng nước đầu vào thay đổi, tốn điện khi vận hành. Khi tăng công suất phải xây dựng them thùng quạt gió chứ không thể cải tạo Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng xây dựng và vận hành phức tạp, rất nhạy cảm với sự dao động về lưu lượng và nhiệt độ nguồn nước khó khăn khi tăng giảm lưu lượng nước đầu vào   Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý. Chọn phương án 1 làm phương án tính toán Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm: Giàn mưa Bể trộn đứng Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẢI TẠO 3.1.TÍNH GIÀN MƯA - Lưu lượng nước qua 1 giàn mưa Q = 8.400 m3/ngđ = 350m3/h ( diện tích bề mặt cần cho giàn mưa

qm: 10 ÷ 15 m3/m2h. Chọn qm = 10 m3/m2h Chia giàn mưa thành N=5 ngăn Diện tích mỗi ngăn f =
m2 Mỗi ngăn có kích thước 7 x 1 (m2) Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ có d = 3mm, khoảng cách giữa các lỗ là 100mm - Số sàn tung nước: 3 - Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7 m Chọn chiều cao ngăn thu nước là 0,3m Chiều cao trên sàn tung nước cao nhất là 0,1m Chiều cao giàn mưa: 0,7 x 3 + 0,3 +0,1 = 2,5m ( ống phân phối nước Lưu lượng trên mỗi ngăn của giàn mưa

Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốc nước chảy trong ống là v = 0,8 m/s
Chọn ống chính có đường kính 200mm Theo quy phạm, khoảng cách giữa các trục ống nhánh là 200 – 300mm. Với kích thước giàn mưa 7 x 1 m lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 300mm. Vậy số ống nhánh trên một ngăn là:
ống Chọn đường kính ống nhánh d = 100mm. Trên mỗi ống khoan 2 hàng lỗ so le nhau hướng xuống dưới nghiêng 1 góc 45o so với phương ngang Đường kính lỗ khoan lấy là d = 7 mm (theo TCVN 33:2006: 5- 10 mm). Khoảng cách giữa các lỗ là 100mm. Với Q = 0,097m3/s; v = 1,4m/s (Theo TCVN 33:2006 v = 1 – 1,5m/s) Đường kính ống thu nước của sàn thu dẫn qua bể trộn
=0,297m Chọn đường ống d = 300mm Đường kính ống dẫn nước thô lên trạm xử lý
Chọn d=400mm Xác định chỉ tiêu sau khi làm thoáng Độ kiềm sau khi làm thoáng:
5 – 0,036
7= 4,75 (mg/l) Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng
Độ pH sau khi làm thoáng Với K
= 4,75mg/l; CO
= 36,2mg/l; T = 240C,P = 200mg/l Tra biểu đồ Langlier có pH = 7 3.2.TÍNH BỂ TRỘN Công suất: Q = 8.400m3/ngđ = 350 m3/h = 0,097 m3/s Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn tính với vận tốc nước dâng là 25mm/s = 0,025m/s (theo điều 6.56 TCVN 33:2006) Khi đó ft=

Xây dựng bể trộn có tiết diện hình vuông Chiều dài mỗi cạnh

Chọn bt=2m Chọn vận tốc nước trong ống dẫn nước nguồn ở đáy bể: v = 1,5m/s

Chọn d=300mm Do đó diện tích đáy bể( chỗ nối với ống) fd=
Chọn góc hình chóp ở đáy
, chiều cao phần hình chóp
Chọn hd = 1,5m Thể tích phần hình chóp của bể trộn
Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước trong bể là 2 phút
Thể tích phần hình hộp bể trộn
Chiều cao phần trên của bể
Chọn chiều cao bể ht = 2,2m Chọn chiều cao bảo vệ hbv=0,3m Chiều cao toàn phần của bể
Thiết kế thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau nên lượng nước của máng thu nước là qm =
=
= 175 m3/h Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm=0,6m/s (Theo điều 6.56 TCVN 33:2006) fm =
=
= 0,081 m2 Chọn chiều rộng máng bm=0,3 Chiều cao lớp nước tính toán trong máng Hm =
=
= 0,027 m Chọn Hm =0,3m Q = 0,097 m3/s chọn ống dẫn sang bể phản ứng d = 400 mm với v = 0,9 m/s (Theo TCVN 33:2006,điều 6.59 v (
m/s) 3.3. BỂ PHẢN ỨNG CÓ LỚP CẶN LƠ LỬNG Với công suất Q= 8.400m3/ngđ = 350 m3/h = 0,097 m3/s Kích thước bể Diện tích mặt bằng bể phản ứng
Lấy chiều rộng bể phản ứng bằng chiều rộng bể lắng ngang B = 12m Chiều dài ngăn phản ứng

Chọn chiều cao bể phản ứng bằng chiều cao bể lắng: h = 3,5m Thể tích bể:
Thời gian lưu nước trong bể:
phút>20 phút (Theo sách Cấp nước - Trịnh Xuân Lai) Chia bể làm 4 ngăn. Chiều rộng mỗi ngăn
m Chọn chiều cao phần hình chóp đáy: hđ = 1m Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3 Tổng chiều cao bể:
Máng phân phối nước (đóng vai trò ngăn tách khí) Tổng số máng phân phối nước: 3 Tốc độ nước đi xuống ống phân phối 0,5m/s (Theo sách Cấp nước- Trịnh Xuân Lai, v = 0,3 – 0,6 m/s) Kích thước máng phân phối: Chọn chiều rộng máng bm = 1m, chiều cao máng hm = 1m Thể tích máng phân phối:
Thời gian lưu nước trong máng:
phút
đảm bảo ống dẫn nước từ máng xuống đáy bể: chọn 46 ống đứng trong bể có d = 80mm Lưu lượng nước qua mỗi ống
Vận tốc nước chảy trong ống:
ống nhánh phân phối: Từ ống chính nước sẽ được phân phối theo 2 hướng bởi 2 ống nhánh Lưu lượng nước qua mỗi ống nhánh
Đường kính ống nhánh với vận tốc nước chảy trong ống là v = 0,5 m/s
Để tránh ảnh hưởng của dòng chảy ngang trên bề mặt bể, đặt các vách ngăn hướng dòng vuông góc với dòng chảy ngang, khoảng cách giữa các vách lấy 3m (Theo Cấp nước – Trịnh Xuân Lai, 3 – 4m). Vận tốc dòng chảy ngang bên trên các vách ngăn lấy bằng 0,04m/s (Theo Cấp nước – Trịnh Xuân Lai, v>0,05m/s) Tường tràn: Nước được đưa từ bể phản ứng sang bể lắng bằng tường tràn. Vận tốc nước qua tường tràn nhỏ hơn 0,05m/s (Theo Cấp nước – Trịnh Xuân Lai) nên ta chọn V = 0,04m/s Khoảng cách từ tường tràn đến tường bể phản ứng là 0,8m Chiều cao lớp nước trên tường tràn:
Chiều cao tường tràn:
Chọn mỗi bể có 2 ống xả kiệt d = 100mm 3.4.TÍNH BỂ LẮNG NGANG