Đang tải... (xem toàn văn)
a. Tổng hàm lượng muối Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được tính theo công thức sau: P= Trong đó: - : Tổng hàm lượng các ion dương - : Tổng hàm lượng các ion âm Ta có: =153,1 hay: (mg/l) hay: Như vậy:
TH UYẾT MINH I. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC 1. Xác định các chỉ tiêu còn lại trong nhiệm vụ thiết kế và đánh giá mức độ chính xác các chỉ tiêu nguồn nước a. Tổng hàm lượng muối Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được tính theo công thức sau: P= Trong đó: - : Tổng hàm lượng các ion dương - : Tổng hàm lượng các ion âm Ta có: =153,1 hay: (mg/l) hay: ∑ = − 9,135Ae Như vậy: P = 153,1+ 135,9 + 1,4× 5+ 0,5×317,1 + 0,13 ×2,18 ⇒ P = 454,83 (mg/l) b. Xác định lượng CO 2 tự do có trong nước nguồn Lượng CO2 tự do có trong nước nguồn phụ thuộc vào P, t 0 , Ki, PH và được xác định theo biểu đồ Langlier Với: P =454,83 (mg/l) t 0 =22 0 C PH = 7,6 Ki 0 = 5,2 (mg/l) Tra biểu đồ ta xác định được hàm lượng [CO 2 ] tự do là 12 (mg/l) c. Kiểm tra độ Kiềm toàn phần Do PH = 7,6 nên độ Kiềm toàn phần của nước chủ yếu là do [HCO 3 - ], ta xác định được: Ki tf ≈ 61,02 -][HCO 3 =5,2 (mg/l) 1 [ ] [ ] [ ] −−+−+ ++++ ∑∑ 23 2 SiO0,13.HCO0,5.Fe1,4.AeMe [ ] [ ] [ ] [ ] +++++ +++= ∑ 4 22 NHMgNaCaMe 09,4282,120 +++= [ ] [ ] [ ] [ ] −−−−− +++= ∑ 32 2 4 NONOSOClAe 1,01,0867,49 +++= ∑ + Me ∑ − Ae 1,153 = ∑ + Me Như vậy độ Kiềm toàn phần bằng độ cứng Cacbonat = 4,56 (mg/l) nên số liệu tính toán là chính xác. 2. Đánh giá chất lượng nguồn nước Dựa theo TIÊU CHUẨN VỆ SINH NƯỚC 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 lượng nước nguồn ta thấy nguồn nước sử dụng có các chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu: 1. Độ Oxy hoá Pemaganat = 4 (mgO 2 /l) > 2 (mgO 2 /l) 2. Hàm lượng Fe 2+ = 5(mg/l) > 0,5 (mg/l) 3. Hàm lượng H 2 S = 0,1 (mg/l) > 0,05 (mg/l) 4. Hàm lượng Ca 2+ = 120,2 (mg/l) > 100 (mg/l) 5. Hàm lượng cặn lơ lửng = 8 (mg/l) > 3 (mg/l) 6. Chỉ số Ecôli = 720 (con) >2 0 (con) 3. Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ Do hàm lượng Fe 2+ = 5(mg/l), công suất trạm Q = 12500 (m 3 /ngđ) nên để xử lý sắt ta dùng phương pháp làm thoáng tự nhiên. a. Kiểm tra xem trước khi xử lý có phải Clo hoá sơ bộ hay không Ta phải Clo hoá sơ bộ trong 2 trường hợp sau: - [O 2 ] 0 > 0,15×[Fe 2+ ] + 3 - Nước nguồn có chứa NH 3 , NO 2 Do [O 2 ] = 4 (mg/l) < 0,15×[Fe 2+ ] + 3 = 0,15×5 + 3 = 3,75 (mg/l) nên truớc khi đưa đến công trình làm thoánag ta cho clo hóa sơ bộvới lưu lượng Clo là. Tuy nhiên, trong nước nguồn có chứa NH 3 (ở dạng NH 4 + ) và NO 2 - nên ta phải Clo hoá dơ bộ. Liều lượng Clo dùng để Clo hoá sơ bộ tính theo công thức: L Cl = 6,5×[o 2 ] =0,5.4=2 (mg/l) b. Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng Độ kiềm sau khi làm thoáng: Ki * = Ki 0 − 0,036×[Fe 2+ ] Trong đó: - Ki 0 : Độ kiềm của nước nguồn = 5,2 (mg/l) ⇒ Ki * = 5,2 - 0,036×5 = 5,02 (mgđ g/l) Hàm lượng CO 2 sau khi làm thoáng: CO 2 * = (1-a)×CO 2 0 + 1,6×[Fe 2+ ] Trong đó: 2 - a : Hệ số kể đến hiệu quả khử CO 2 bằng công trình làm thoáng. Chọn phương pháp làm thoáng tự nhiên ⇒ a = 0,5 - CO 2 0 : Hàm lượng khí Cácbonic tự do ở trong nước nguồn = 12(mg/l) ⇒ CO 2 * = (1-0,5)×12 + 1,6×2 = 14 (mg/l) Độ PH của nước sau khi làm thoáng: Từ biểu đồ quan hệ giữa PH, Ki, CO 2 ,t 0 ứng với các giá trị đã biết: Ki * = 5,02 CO 2 * = 14 (mg/l) t 0 = 22 0 C P = 454,83(mg/l) Tra biểu đồ quan hệ giữa lượng PH, Ki, CO 2 ,t 0 ta có PH * = 7,5 Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng: Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng được tính theo công thức: C * max = C 0 max + 1,92×[Fe 2+ ] + 0,25M (mg/l) Trong đó: - C 0 max : Hàm lượng cặn lơ lửng lớn nhất trong nước nguồn trước khi làm thoáng = 12 (mg/l) - M : Độ mầu của nước nguồn - tính theo độ Cobal ⇒ C * max = 12 + 1,92×5 + 0,25×8= 23,6 (mg/l) Vì C * max > 20 (mg/l) và công suất trạm xử lý = 12500 (m 3 /ngđ) nên ta dùng bể lắng tiếp xúc ngang. c. Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi làm thoáng Sau khi làm thoáng, độ PH trong nước giảm nên nước có khả năng mất ổn định, vì vậy ta phải kiểm tra độ ổn định của nước. Độ ổn định của nước được đặc trưng bởi trị số bão hoà I xác định theo công thức sau: I= PH * - PHs Trong đó: - PH * : Độ PH của nước sau khi làm thoáng, theo tính toán ở trên ta đã can - PH * = 7,5 - PHs : Độ PH ở trạng thái cân bằng bão hoà CaCO 3 của nước sau khi khử Fe 2+ , được 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 nước sau khi khử sắt - f2(Ca 2+ ): Hàm số nồng độ ion Ca 2+ trong nước sau khi khử sắt 3 Clo Làm thoáng nhân tạo Lắng tiếp xúc ngang Lọc nhanh Khử trùng Nước nguồn Bể chứa nước sạch - f3(Ki*): Hàm số độ kiềm Ki* của nước sau khi khử sắt - f4(P) : Hàm số tổng hàm lượng muối P của nước sau khi khử sắt Tra biểu đồ Langlier ta được: - t 0 = 22 0 C => f1(t 0 ) = 2,05 - [Ca 2+ ] = 120,2 (mg/l) => f2 (Ca 2+ ) = 2,08 - Ki* = 5,02 (mgđl/l) => f3(Ki*) = 1,71 - P = 454,83 (mg/l) => f4(P) = 8,855 Như vậy, PHs = 2,05 − 2,08 − 1,71 + 8,855= 7,115 ⇒ I = PH* − PHs = 7,5– 7,115 = 0,385 Nhận thấy rằng I > 0 nên nick can tin lắnag cặn. Từ các tính toán như 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 mưa, sau đây ta sẽ đi tính giàn mưa. a. Tính diện tích giàn mưa Diện tích mặt bằng giàn mưa được tính theo công thức: F = m q Q (m 2 ) Trong đó: - Q: Công suất Trạm xử lý (m 3 /h) - q m : Cường độ mưa tính toán. Theo quy phạm ta có = 10 ÷ 15 (m 3 /m 2 -h). Chọn q m = 12,5 (m 3 /m 2 -h) ta có: Theo thiết kế, Q = 12500 (m 3 /ngđ) = 520,8 (m 3 /h) 4 ⇒ F = 12,5 520,8 = 41,664 ≈ 42 (m 2 ) Thiết kế hai giàn mưa, diện tích mỗi thùng là: f = 2 42 = 21 (m 2 ) Thiết kế mỗi ngăn giàn mưa với a = 6 (m) ⇒ b = a f = 3,5 (m). Vậy mỗi ngăn giàn mưa được thiết kế = 6× 3,5 (m) Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định như sau: F tx = tb 2COK G ∆× Trong đó: - G : Lượng CO 2 tự do cần khử (kg/h) được tính như sau: Để tính tóan lượng co 2 cần khử ta tính nước sau khi làm thoáng khử CO 2 tự do đến giới hạn tại PH=7,5 .Trong tường hợp tính tóan của chúng ta nước sau khi làm thoáng đã đạt PH=7,5 như vậy đã đạt tiêu chuẩn =>không cần bố trí lớp vật liệu tiếp xúc , chỉ cần phân bố 1 sàn đập và thu nứơc. Sơ đồ: Cl 2 0,8 1 b. Tính giàn ống phun mưa Q = N Qtr¹m = 2 520,8 = 260,4 (m 3 /h) Chọn cống chính Chọn vận tốc nước chảy trong giàn ống chính là V = 1 (m/s) ta có: Q = ω× V = 4 d 2 π × V 5 ⇒ d = V Q4 × × π = 36003,14 0,424 × × 6 = 0,3035 (m) Ta lấy d chính = 0,31(m) = 310 (mm) 300 540 6000 540 300 3500 7575 1675 153 150 150 153 Chọn ống nhánh Vận tốc đảm bảo trong khoảng 1,2 ÷ 2 (m/s) Thiết kế 22 ống nhánh, đường kính mỗi ống là φ nhánh = 50 (mm), lưu lượng nhánh là: Q nhánh = 36002 260,4 ×2 = 3,288× 10 -3 (m 3 /s) Diện tích ngang ống nhánh là: ω = 4 d 2 π = 4 (0,05)3,14 2 × = 1,9625× 10 -3 (m 2 ) ⇒ V n = ω Q = 1,9625 3,288 = 1,68 (m/s) ⇒ thoả mãn điều kiện. Khoảng cách giữa các ống nhánh là: x = 10 20,3-6 × = 0,54 (m) Trên các ống nhánh đục các lỗ φ10 thành 2 hàng hướng xuống dưới và nghiêng so với phương nằm ngang một góc 45 0 . Diện tích một lỗ là: F 1lỗ = 4 d 2 π = 4 (0,01)3,14 2 × = 7,85× 10 -5 (m 2 ) 6 Mặt khác, theo quy phạm ta có: chÝnh cèng lç F F ∑ = 0,25 ÷ 0,5. Lấy tỷ số = 0,5 ta có: F ống chính = 4 d 2 π = 4 (0,3)3,14 2 × = 0,07065(m 2 ) ⇒ Σ F lỗ = 0,5× 0,07065 = 0,035325 (m 2 ) S lỗ phải khoan là: n = lç lç F18 F × ∑ = 3- 107,852 0,035325 ××2 = 20 (lỗ) Mỗi hàng đục 10 lỗ, khi đó khoảng cách giữa các lỗ là: R = 9 1504-1675 × = 152,78 (mm) Sơ đồ giàn mưa được bố trí như trên. 2. Tính toán bể lắng tiếp xúc ngang a. Diện tích bể lắng Dùng bể lắng ngang thu nước ở cuối bể, diện tích mặt bằng bể là: F = α × × 0 u3,6 Q (m 2 ) Q : Công suất trạm , Q = 520,8 (m 3 /s) α = 30 V -u u tb 0 0 (1) là hệ số kể đến ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng. Trong đó: - u 0 : Tốc độ lắng cặn, lấy bằng 0,35 (mm/s) - V tb : Vận tốc trung bình chuyển động ngang của dòng nước. V tb = K×u 0 Với K: hệ số phụ thuộc vào tỷ số chiều dài và chiều cao của bể lắng. Chọn H L = 15 ⇒ K = 10 ⇒ V tb = 10 × 0,35 = 3,5 (mm/s). thay lại công thức (1) ta có: α = 30 3,5 -0,35 0,35 = 1,5 Như vậy, F = 1,5 0,353,6 520,8 × × =620 (m 2 ) b. Chiều rộng bể lắng Chiều rộng của bể lắng được tính theo công thức: B = HNV3,6 Q tb ××× Trong đó: 7 - H: Chiều cao vùng lắng, H = 2,5 (m) - N: Số bể lắng, lấy N = 2 bể. Khi đó: B = 2,523,53,6 520,8 ××× =8,267 (m) Chia mỗi bể thành 2 ngăn, chiều rộng của một ngăn là b n = 2 B = 2 8,267 = 4,134 (m) 2,4≈ (m) Thỏa mãn c. Chiều dài bể lắng Theo cách chọn như trên, chiều dài bể lắng là: L = NB F . = 2.267,8 620 =37,5 (m)=15H Chọn hai vách ngăn đặt cách tường 1,5 (m). Sử dụng phương pháp cặn trượt về phía đầu bể (hố thu cặn đặt ở phía đầu bể). d. Tính hệ thống phân phối nước vào bể Để phân phối và thu nước 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 ÷ 0,5 (m). Đặt vách ngăn phân phối nước vào bể cách đầu bể một khoảng 1,5 (m). Diện tích của vách ngăn phân phối nước vào bể là: F ngăn = b n × (H 0 − 0,3) = 4,2× (2,5 − 0,3) = 9,24 (m 2 ) Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn của bể là: q n = 2,02,0 520,8 × = 130,2 (m 3 /h) = 0,0362 (m 3 /s) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào là: Σf lỗ 1 = lç1 V n q = 0,3 0,0362 = 0,12 (m 2 ) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nước ở cuối bể là: Σf lỗ 2 = lç2 V n q = 0,5 0,0362 = 0,0724 (m 2 ) Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất d 1 = 0,06 (m), diện tích một lỗ là f 1lỗ = 0,00283 (m 2 ) ⇒ Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ nhất là: n 1 = 1lçf lç1 ∑ F = 0,00283 0,12 = 43 (lỗ) chọn 44(lỗ) 8 Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn thu nước 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 = 1lçf lç2 ∑ F = 0,00196 0,0724 = 37 (lỗ) chọn 38(lỗ) e. Tính diện tích vùng chứa cặn Thể tích vùng chứa cặn được tính toán theo công thức: W 0 = ( ) c m - McQT δ × × N (m 3 ) Trong đó: - T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, do hàm lượng cặn nhỏ nên lấy T = 12 (giờ) - Q: Lưu lượng nước vào bể lắng, Q = 520,8 (m 3 /h) - m: Hàm lượng cặn trong nước sau khi lắng, m = 10 (mg/l) - δ c: Nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T, lấy δ c = 7500 (g/m 3 ) - Mc: Tổng hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Mc = 23,6 (mg/l) ⇒ W 0 = ( ) 75002 10 - 23,6 × × 8,52012 = 5,67 (m 3 ) f. Chiều cao vùng chứa và nén cặn Diện tích mặt bằnag 1 bể F 1b = N F = 2 620 =310(m 2 ) Chiều cao vùng chứa và nén cặn được tính theo công thức: h c = F W 0 = 310 67,5 = 0,018 (m) g. Chiều cao bể lắng Chiều cao bể lắng được xác định theo công thức: H bể = H L + h c + h bảo vệ Trong đó: - H L : Chiều cao vùng lắng nước, 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 + 0,018 + 0,5 = 3,018 (m) Tổng chiều dàI bể lắnag kể cả 2 ngăn phân phối nước L b =37,5+2.1,5=40,5(m) 9 3. Tính bể lọc nhanh trọng lực Bể lọc được tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường. 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 tương đương =0,8 ÷1,0 (mm) Hệ số dãn nở tương đối e = 30%, hệ số không đồng nhất k = 2,0. Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m) Hệ thống phân phối nước 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 ÷ 1,0 m). Phương pháp rửa lọc: Gió nước kết hợp. Chế độ rửa lọc như sau: Bơm không khí với cường độ 18 (l/s.m 2 ) thổi trong 2 phút sau đó kết hợp khí và nước với cường độ nước 2,5 (l/s.m 2 ) sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước rửa trong vòng 5 phút. Cuối cùng ngừng bơm không khí và tiếp tục rửa nước thuần tuý với cường độ 12 (l/s.m 2 ) trong 5 phút. 10 1,5 m 1,5 m i = 0 , 0 3