Tài liệu Đồ án môn học THIẾT KẾ NÂNG CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NGẦM Từ Q = 50.000 m3ngày lên 100.000 m3ngày

Chương 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU 1.1.MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN  Tình hình phân phối và tiêu thụ nước sạch tại thành phố Hồ Chí Minh Hiện tại thành phố Hồ Chí Minh có các hình thức sử dụng nước sau đây: - Sử dụng nước qua đồng hồ nước: chiếm đa số trong nội thành (80% trong nội thành cũ và 56% trong nội thành mới). Tuy nhiên ở khu vực ngoại vi tỉ lệ hộ sử dụng đồng hồ nước của công ty cấp nước chỉ có 21% bởi vì mạng lưới cấp nước rất kém hoặc không có mạng lưới cấp nước. Ngoài ra còn tồn tại tình trạng nhiều hộ sử dụng chung một đồng hồ nước do chưa cấp được đồng hồ riêng. - Sử dụng nước từ giếng tư nhân hoặc đổi nước. Đây là loại hình sử dụng nước khi hệ thống phân phối nước không tới được các khu vực này hoặc có tới nhưng không cấp đủ nước tiêu dùng. Giếng tư nhân là loại hình cấp nước chính ở nội thành mới và vùng ngoại vi (chiếm từ 34 – 45%). Đổi nước (hoặc dùng nước của láng giềng) là giải pháp chủ yếu trong khu vực nội thành cũ nơi mà điều kiện nhà cửa không thuận lợi cho việc khoan giếng. Tỷ lệ này khá cao trong vùng ngoại vi (34%), đặc biệt là ở Bình Chánh và Nhà Bè (nơi mà chất lượng nước ngầm xấu) Nhìn chung, hiện trạng phân phối nước của thành phố Hồ Chí Minh vẫn còn nhiều tồn tại sau: - Không phân phối đủ lượng nước cần cho các đối tượng tiêu thụ. - Ý thức sử dụng nước của người tiêu dùng kém, nhiều vùng cuối mạng nhân dân tự đục ống xây bể ngầm, lắp máy bơm hút trực tiếp từ đường ống gây tụt áp cho toàn mạng. - Phân bố không đầu dẫn đến hệ thống chênh lệch lớn trong tiêu thụ - Khả năng cung cấp nước của các nhà máy không đáp ứng nhu cầu dùng nước cho người dân. - Tỷ lệ thất thoát lớn (1985: lượng thất thoát chiếm 29%,1993 – 1994 là 40%, hiện nay lượng thất thoát giảm còn 31.56%). - Phần lớn hệ thống phân phối quá cũ do tuổi thọ từ 50 năm trở lên, chưa được cải tạo và thay thế. - Ống bị đục, bị vỡ, làm tăng rò rỉ và sụt áp lớn. - Các thiết bị phụ tùng van, đồng hồ, vòi công cộng hư hỏng không được bảo dưỡng gây thất thoát nhiều. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 2 Chương 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU - Hệ thống bể chứa và thuỷ đài chưa được sử dụng để tăng thêm công suất vào giờ cao điểm sử dụng nước. - Mạng cấp I và II chưa phát triển theo yêu cầu qui hoạch và tình hình đô thị hóa tăng nhanh nên nhu cầu nước lớn lên rất nhiều. Tóm lại, tình hình cung cấp nước hiện tại là cung không đủ cầu. Hệ thống cấp nước quá cũ và quá tải, hệ thống mạng phân phối chưa đủ để đưa nước tới các khu vực mới phát triển. Vì vậy cần thiết phải cải tạo và mở rộng hệ thống cấp nước.  Tiêu chuẩn dùng nước và tỷ lệ dân được cấp nước cho các giai đoạn 2005, 2010 S T T I II Năm 2005 Địa bàn (quận % Tiêu chuẩn huyện) được dùng nước cấp (l/người.ngày) nước Khu nội thành cũ: -8 quận trung tâm 1 100 180 3 100 180 4 85 180 5 95 180 6 85 180 10 85 180 11 85 180 Phú Nhuận 85 180 - 4 quận ven cũ 8 80 160 Tân Bình 70 160 Bình Thạnh 80 160 Gò Vấp 80 160 5 quận mới 2 60 140 Thủ Đức 65 140 9 60 140 7 75 140 12 30 140 Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Năm 2010 % Tiêu chuẩn được dùng nước cấp (l/người.ngày) nước 100 100 100 100 95 95 95 95 200 200 200 200 200 200 200 200 85 80 90 90 180 180 180 180 80 75 75 80 50 150 150 150 150 150 Trang 3 Chương 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU III Các huyện ngoại thành Huyện Hóc Môn 20 Huyện Bình Chánh 30 Huyện Nhà Bè 70 Huyện Cần Giờ 20 Huyện Củ Chi 20 (Nguồn: Công ty cấp nước) 100 100 100 100 100 30 35 75 25 30 120 120 120 120 120 Dựa trên tiêu chuẩn cấp nước (nước cấp cho sinh hoạt, sản xuất, công cộng và các mục đích khác), cũng như tỉ lệ dân số được cấp nước, dự kiến nhu cầu nước sạch cho năm 2010 là 2.500.000 m3/ngày. Qua dự báo nhu cầu nước sạch cho tương lai ta nhận thấy nhu cầu nước trong vài năm tới là rất lớn. Vì vậy việc mở rộng công suất cấp nước của các nhà máy nước trong thành phố là rất cần thiết. Do đó đồ án này nghiên cưú cải tạo và nâng công suất cấp nước lên 100.000 m3/ngày. Vấn đề quan tâm là nguồn nước phải thỏa mãn về số lượng lẫn chất lượng. Để có thể mở rộng được công suất cấp nước của nhà máy thì trước hết cần phải đánh giá được trữ lượng nước ngầm có thể dùng cung cấp cho sinh hoạt.  Mục tiêu cụ thể của đồ án là: - Đánh giá hiện trạng của hệ thống xử lý hiện tại. - Đề xuất các phương án cải tạo để nâng công suất nhà máy lên 100000m3/ngày - Thiết kế hệ thống xử lý dụa vào các phương án cải tạo. 1.2. QUI MÔ – CÔNG SUẤT XỬ LÝ - Tên ban đầu là nhà máy nước ngầm Hóc Môn được thành lập và sử dụng năm 1992. - Đến năm 1999 đổi tên là Công ty khai thác và xử lý nước ngầm thành phố. - Công ty gồm 5 phòng và 2 xí nghiệp: là xí nghiệp khai thác và xử lý nước Tân Bình và xí nghiệp cấp nước ngoại thành gồm mười mấy trạm nhỏ cung cấp cho các cụm dân cư quận 8, Bình Chánh, Hóc Môn. - Nhà máy nước Tân Bình được sử dụng năm 1992 với nhiệm vụ là xử lý nước ngầm. Các bãi giếng tập trung chủ yếu ở quận Tân Bình. Hiện tại tổng giếng hoạt động là 38 giếng. Công suất thiết kế ban đầu giai đoạn 1 là 50000 m3/ngày, giai đoạn 2 nâng cấp công suất lên 100000 m 3/ngày. Đồ án này cũng phù hợp với khả năng nâng cấp công suất của công ty. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 4 Chương 1: TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU 1.3.THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THÔ Chất lượng nước thô của các giếng theo báo cáo của phòng thí nghiệm vẫn ổn định trong nhiều năm qua. Độ pH dưới 6, hàm lượng sắt khoảng 13 – 15 mg/l. Hệ thống xử lý hiện hữu của nhà máy có thể xử lý nguồn nước này đạt tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt. Về độ cứng nước của các giếng thuộc loại mềm (hàm lượng CaCO3 từ 38 – 43 mg/l). Độ khoáng hóa của nước giếng cũng khá thấp. Tổng quát, nước giếng lấy từ các giếng cạnh nhà máy nước ngầm Hóc Môn có chất lượng trung bình, đạt tiêu chuẩn dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt và có thể xử lý để sử dụng cho sinh hoạt bằng hệ thống xử lý hiện tại. Chất lượng nước có 3 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. Giá trị pH thường thay đổi từ 5,66  5,83, vào các tháng chuyển tiếp pH thường có giá trị cao hơn.  Fe: hàm lượng Fe của các giếng vào mùa khô thường cao hơn chút ít so với mùa mưa. Hàm lượng Fe thường từ 14,6 15,1 mg/l. Hàm lượng Fe ngày thấp nhất là 10,8 mg/l, còn ngày cao nhất có khi lên đến 19,2 mg/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.  Mn trong nước thô khoảng 0,8 – 0,9 mg/l. Hàm lượng Mn thấp và rất ít biến động. Như vậy, hiện nay lưu lượng nước khai thác tương đối ổn định về chất lượng. 1.4.TIÊU CHUẨN NƯỚC ĐẦU RA Vì mục đích của công ty là khai thác và xử lý nước ngầm để cung cấp nước sinh hoạt cho người dân nên nước đầu ra phải theo tiêu chuẩn nước ăn uống.  Tiêu chuẩn vệ sinh đối với nước cấp sinh hoạt Thông số Đơn vị pH Sắt Mangan mg/l mg/l Phạm Đức Hoàng Trâm Giới hạn tối đa cho phép Đô thị Trạm lè & nông thôn 6,5 – 8,5 6,5 – 8,5 0,3 0,5 0,1 0,1 Mssv: 90102847 Trang 5 Chương 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 2.1.CHẤT LƯỢNG NGUỒN NƯỚC XỬ LÝ VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ Giả sử rằng nguồn nước ngầm của hệ thống xử lý mới có chất lượng tương tự như nguồn nước ngầm hiện tại:  pH : 5,6 – 5,8  Fe : 14,6 – 15,1 mg/l  Mn : 0,8 – 0,9 mg/l  CO2: 175 – 190 mg/l  Độ kiềm: 48 – 50 mgCaCO3/l = 0,95 mgđl/l  Các chỉ tiêu khác đều nằm trong quy phạm cho phép Nhận xét về chất lượng nguồn nước: đối với nước ngầm có chất lượng như trên thì hệ thống xử lý chủ yếu là dùng để khử Fe và Mn. Như vậy hệ thống xử lý được thiết kế dưới đây sẽ dùng xử lý cả Fe và Mn. Ta nhận thấy nguồn nước trên đây có độ kiềm thấp đồng thời lượng CO2 trong nước nguồn rất cao, do đó sơ đồ dây chuyền đề nghị sử dụng ở đây là: làm thoáng – lắng tiếp xúc – lọc Do trong nước nguồn hàm lượng Fe cao, độ kiềm thấp do đó ta sẽ phân tích chất lượng nước trong hệ thống xử lý hiện tại đồng thời sử dụng công thức để kiểm tra xem có nên sử dụng thêm hóa chất trong quá trình xử lý hay không. - Kiểm tra độ kiềm của nước sau khi làm thoáng Ki = Ki0 – 0,036  CFe02+ Trong đó: Ki0 là độ kiềm ban đầu của nước nguồn, Ki0 = 0,98 CFe02+ là hàm lượng Fe của nước nguồn, CFe02+ = 14,8  Ki = 0,98 – 0,036  14,8 = 0,4472 - Kiểm tra hàm lượng CO2 còn lại trong nước sau khi làm thoáng: C(CO2) = C(CO2)0  (1 – a) + 1,6  CFe02+ Trong đó: C(CO2)0: hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thoáng, C(CO2)0 = 180 (mg/l) a : hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng, lảm thoáng bằng giàn mưa a = 0,75  0,8. Lấy a = 0,8  C(CO2) = 180  (1 – 0,7) + 1,6  14,8 = 77,68 (mg/l) - pH của nước sau làm thoáng: pH = log -  Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 6 Chương 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Trong đó: C: hàm lượng CO2 sau làm thoáng = 77,68 mg/l Ki: độ kiềm sau làm thoáng = 0,4472 pH = log 44  0,4472 = 4,31  10 7  77,68 5,62 Theo tài liệu Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung nếu pH của nước sau làm thoáng < 6,8 thì không thể khử Fe bằng làm thoáng độc lập được. Khi đó phải kết hợp dùng hoá chất vôi và clo. Như vậy với chất lượng nước nguồn hiện tại ta sẽ thiết kế hệ thống xử lý khử Fe có hóa chất. Hệ thống xử lý bao gồm: - Thiết bị pha dung dịch và định lượng hóa chất - Công trình làm thoáng và trộn hóa chất - Bể lắng - Bể lọc 2.2.CÔNG NGHỆ XỬ LÝ  Công nghệ xử lý được mô tả như sau: Tiến hành 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. Công trình làm thoáng trong các hệ thống xử lý nước ngầm là giàn mưa và tháp oxy hóa. Sau khi làm thoáng và châm hóa chất thì nước được đưa sang công trình kế tiếp là công trình trộn. Công trình này có mục đích là trộn đều nước và hóa chất để các phản ứng hóa học diễn ra thuận lợi. Các công trình trộn thường được sử dụng là bể trộn cơ khí, máng trộn có vách ngăn, bể trộn đứng. Sau đó nước đuợc tiếp tục đưa sang bể lắng hay lọc tiếp xúc. Thông thường trong các công trình xử lý nước ngầm lớn người ta thường hay sử dụng bể lắng tiếp xúc. Bể lắng tiếp xúc có nhiệm vụ giữ lại các cặn tạo ra trong quá trình oxy hóa cũng như cặn vôisau khi các phản ứng xảy ra. Thời gian lưu nước trong bể lắng thường là 90 phút. Và công trình cuối cùng là bể lọc nhanh. Bể lọc này có nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ mà không thể giữ lại trong bể lắngcũng như là để khử Mn Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 7 Chương 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ  Lựa chọn các công trình trong hệ thống xử lý  Trước hết, đối với quá trình làm thoáng có thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hóa.  Nếu sử dụng giàn mưa thì tốn diện tích cũng như chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi hoạt động thì việc quản lý tương đối dễ dàng và thuận tiện. Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn. Cần tiến hành vệ sinh thường xuyên do các cặn Fe dễ dàng bám trên các sàn tung làm chít các lỗ dẫn đến giảm hiệu quả giàn mưa.  Nếu sử dụng tháp oxy hóa thì sẽ tiết kiệm được mặt bằng xây dựng và chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi vận hành thì tốn chi phí hơn so với sử dụng giàn mưa (do phải cung cấp điện năng để hoạt động máy thổi khí), quản lý cũng gặp khó khăn hơn. Việc duy tu bảo dưỡng cũng khó khăn do lâu ngày cặn Fe dễ bám chít trên lớp vật liệu tiếp xúc (hay sàn tiếp xúc). Lúc này phải ngừng hoạt động của tháp để tiến hành vệ sinh.  Sau quá trình làm thoáng là châm hóa chất (clo và vôi). Hóa chất được châm ngay sau khi làm thoáng. Cũng có khi hóa chất được châm trước khi làm thoáng nhưng điều này không có lợi. Bởi vì trong nước ngầm thường có một số khí do quá trình phân hủy kị khí trong đất sinh ra (H 2S), nếu cho hóa chất vào trước thì sẽ hao tốn thêm hóa chất để khử các chất này trong khi các chất này thường là các chất khí dễ dàng bị khử qua làm thoáng. Clo cho vào nước nhằm mục đích oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, còn vôi cho vào nước với mục đích là nâng pH và độ kiềm trong nước tạo môi trường cho phản ứng oxy hóa và thủy phân Fe diễn ra dễ dàng. Lượng hóa chất cho vào phải đảm bảo khử hết Fe2+ có trong nước và pH đầu bể lắng khoảng 8 – 8,3.  Sau đó ta tiến hành trộn đều nước và hóa chất để phản ứng diễn ra thuận lợi. Các công trình dùng để trộn có thể chia ra làm 2 loại là khuấy trộn bằng thủy lực và khuấy trộn bằng cơ học. Ta nên sử dụng bể trộn đứng vì việc khuấy trộn chủ yếu do lực của dòng nước đi từ dưới lên sẽ tránh được tình trạng cặn vôi bám trên bể mà vẫn đảm bảo trộn đều hóa chất và nước.  Sau khi trộn đều với hóa chất, nước được đưa sang công trình kế tiếp là công trình lắng hay lọc tiếp xúc. Mục đích của công trình này là tạo thời gian để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng này. Đối với hệ thống xử lý nước công suất lớn thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời gian lưu trong bể tốt nhất là 90 phút. Bể lắng thường được sử dụng trong hệ thống xử lý nước ngầm là bể lắng ngang với hệ thống thu nước bề mặt.  Sau khi ra khỏi bể lắng nước tiếp tục sang công trình cuối là bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể lắng đồng thời khử Mn. Đối với hệ thống xử lý nước có công suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc khoảng 5 – 8 m/h. Ở đây ta có thể sử dụng bể lọc áp lực Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 8 Chương 2: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ với vận tốc > 10 m/h nhưng nếu sử dụng loại bể lọc này sẽ tốn chi phí đầu tư cao đồng thời chi phí bảo trì, sửa chữa cũng là 1 vấn đề.  - Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm: Giàn mưa Bể trộn đứng Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 9 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ 3.1.GIÀN MƯA  Nhiệm vụ: - khử CO2 trong nước - làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+  Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên.  Cấu tạo: giàn mưa bao gồm:  Hệ thống phân phối khí: sử dụng ống phân phối có đục lỗ gồm:  ống chính phun mưa làm bằng inox có đường kính 160 mm  trên ống chính có bố trí các ống nhánh đường kính 40 mm  đường kính lỗ phun trên các ống nhánh là 5 mm  Sàn tung nước:  sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 0,8  0,8m được ghép lại với nhau Số tấm inox theo chiều ngang là 4 Số tấm inox theo chiều dọc là 32 Diện tích của giàn mưa là (0,8  0,4)  (0,8  32) = 81,92 m2  đường kính lỗ trên tấm inox là 14 mm, trên mỗi tấm có 14  14 = 196 lỗ. Tỷ số So/S là tỷ số giữa tổng diện tích lỗ và diện tích sàn tung So/S = 196    0,014 2  4,7% 0,8  0,8  4  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,8 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,35m  Hệ thống thu và thoát khí Để có thể thu oxy của khí trời, kết hợp với việc thổi khí CO 2 ra khỏi giàn mưa, đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, người ta xây dựng hệ thống cửa chớp bằng bêtông cốt thép. Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm ngang là 450, khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 200 mm Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 11 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ với chiều rộng mỗi cửa là 200 mm. Cửa chớp được bố trí ở xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí.  Sàn thu nước: sàn thu nước làm bằng bêtông cốt thép được đặt dưới giàn mưa có độ dốc 0,02 về phía ống dẫn nước qua bể trộn  Ống dẫn và thu nước trên giàn mưa: Mỗi giàn mjưa còn bao gồm hai ống inox dẫn nước lên giàn mưa đường kính 400 mm, một ống thu nước từ giàn mưa qua bể trộn đường kính 600 mm, hai ống PVC thu nước xả, rửa giàn mưa đường kính 150 mm, các ống dẫn vôi, clo và các vòi phục vụ cho công tác vệ sinh.  Kích thích giàn mưa  Kích thước mỗi giàn mưa: dài  rộng  cao = 27,2  5  8,6 m  Giàn thiết kế với hình dạng mỏng  Cường độ mưa Qtưới = = 2083 81,92  2 = 12,714 m3/m2.h  (10  15 m3/m2.h)  Hoạt động của giàn mưa: Nước thô được dẫn từ ống góp chung đường kính 1000 mm rồi qua các ống đường kính 400 đưa lên giàn mưa. Trên giàn mưa gồm một hệ thống các ống xương cá trong đó các ống chính đường kính 160 mm và các ống nhánh có đường kính 40 mm. Nước từ giàn phân phối sẽ phun ra ngoài qua các lỗ trên ống nhánh và rơi xuống qua từng sàn tung nước. Nước từ các sàn tung nước di chuyển dẫn xuống dưới do trọng lượng bản thân và tập trung tại sàn thu nước, tại đây nước sẽ chảy vào ống thu nước có đường kính 600 mm để đưa sang bể trộn. Tại đầu ống thu nước clo và vôi đồng thời được cho vào để khử Fe, Mn  Đánh giá hiệu quả xử lý của giàn mưa Hiệu quả loại trừ CO2 của giàn mưa khoảng 68 %. Hiệu quả loại trừ thấp nhất là 60,6%. Hiệu quả loại trừ cao nhất là 72,3%. Ngoài hiệu quả khử CO 2 thì giàn mưa còn nhằm mục đích hòa tan oxy vào nước để oxy hoá Fe Với quá trình xử lý nước ngầm đặc biệt là quá trình khử Fe trong nướn ngầm thì việc khử CO2 đồng thời hòa tan O2 vào nước bằng giàn mưa có tác dụng quan trọng vì nó làm tăng pH trong nước ngầm và oxy làm cho Fe 2+ bị oxy hóa. Nếu pH có tăng cao thì mới tạo môi trường tốt để phản ứng oxy hóa Fe và Mn diễn ra. Nhưng trong nguồn nước hiện đang khai thác có hàm lượng Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 12 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ Fe cao đồng thời độ kiềm nhỏ do đó lượng oxy hòa tan không đủ để oxy hóa Fe nên phải sử dụng thêm clo để oxy hóa hết Fe. Nhiệm vụ chính của giàn mưa sử dụng ở đây là đuổi CO2 và nâng pH. 3.2.BỂ TRỘN  Nhiệm vụ: trộn đều nước, clo và vôi  Cấu tạo: bể có đáy dạng hình chóp, mặt bằng hình vuông  Kích thước bể : 3,5  3,5  5 m  Diện tích: 27,8 m3  Thời gian trộn V T= Q  2  27,8  60  1,60 2083  Nguyên lý hoạt động Nước từ giàn mưa sang đáy bể trộn dâng lên trên bề mặt bể trộn, tràn qua máng thu nước sang bể lắng ngang 2Fe2+ + Cl2 + 6H20 = 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 = FeCO3 + CaCO3 + H2O Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 8CO2 2Mn(HCO3)2 + O2 +H2O = 2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3Phản ứng oxy hóa Mn thường diễn ra với pH cao (8 9). Do đó việc khử Mn diễn ra chủ yếu trong bể lọc thông qua lớp màng bám trên cát lọc.  Xác định lượng clo cho vào Phản ứng oxy hóa Fe xảy ra tại giàn mưa: 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 8 CO2 Độ kiềm của nước giảm: 0,95 – 0,4472 = 0,5028 Hàm lượng Fe còn lại sau khi qua giàn mưa: 14,8 – 0,5028/2 28 = 7,7608 mg/l 2 2Fe + Cl2 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ Lượng clo cho vào: 7,7608  71  4,92 mg / l 2  56 Mục đích chính của bể trộn là để trộn đều nước và hóa chất vào nhau để các phản ứng trên xảy ra. Nước ra khỏi bệ trộn được đưa sang bể lắng để thu hồi các cặn tạo ra từ các phản ứng trên. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 13 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ 3.3.BỂ LẮNG  Nhiệm vụ:  Lắng đọng các bông cặn sinh ra trong các phản ứng trong đó chủ yếu là Fe(OH)3  Tăng thời gian để các phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn.  Cấu tạo: là dạng bể lắng ngang thu nước cuối  Các thông số của bể lắng:  Kích thước bể lắng: dài  rộng  cao = 27  4  4,65 m  Dung tích: 502,2 m3  Chiều dài ngăn thu nước cuối: 2 m  Chiều dài làm việc của bể lắng: 25,5 m  Thời gian lắng (thời gian lưu nước trong bể) V T= Q  502,2  4  60  57,8 phút 2083  Bộ phận phân phối nước vào bể: là vách ngăn bằng bêtông có đục lỗ  Số lỗ trên mỗi vách ngăn của mỗi bể: 11  Kích thước lỗ: 200  300 m  Vận tốc nước qua các lỗ phân phối: V lỗ= Q 2083   0,22m / s  Sl 4  3600  11  0,2  0,3  Kích thước tường phân phối: dài x rộng = 4  4,65 m  Tường phân phối cách đầu bể lắng: 1,5 m  Hệ thống thu nước đã lắng Khi mơí xây dựng thì sử dụng hệ thống thu nước cuối nhưng công ty đã lắp đặt thêm hệ thống thu nước bề mặt. Đối với hệ thống thu nước bề mặt gồm các ống thu nước được đặt ngập dưới mực nước khoảng 12 cm, trên mỗi ống có bố trí 2 hàng lỗ ở hai bên thành ống.  Số ống thu cho mỗi bể :4  Chiều dài ống thu: 17,6 m  Đường kính ống thu: 200 m  Số lỗ trên mỗi ống: 110 lỗ  Đường kính lỗ thu: 25 mm Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 14 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ  Hệ thống thu xả cặn: sử dụng hệ thống thu xả cặn bằng thủy lực, giàn ống thu xả cặn được phân bố kiểu xương cá. Việc xả cặn bằng phương pháp thủ công tận dụng áp lực thủy tĩnh. Xả cặn theo từng đoạn ống phụ được điều khiển bằng 5 van phân bố từ đầu tới cuối bể.  Nguyên lý hoạt động: Nước từ bể trộn được dẫn qua buồng phân phối đầu bể lắng sao đó đi qua các lỗ trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng. Tại đây các phản ứng oxy hóa tiếp tục xảy ra và tạo kết tủa rồi lắng xuống đáy bể cùng với cặn vôi. Nước sau khi đi từ đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua các lỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước cuối dẫn vào mương thu nước phân phối nước đi vào các bể lọc. Cặn lắng sẽ được định kì xả ra ngoài bằng áp lực thủy tĩnh qua giàn ống thu xả cặn.  Đánh giá hiệu quả xử lý của bể lắng: Hiện tại bể lắng hoạt động chưa đạt được hiệu quả cao, hàm lượng Fe tổng cộng ra khỏi bể lắng còn cao. PH đầu bể lắng từ 8 – 8,4, hiệu quả khử Fe 74 – 77% là vẫn còn thấp, hiệu quả khử Mn 60%. Dù cấu tạo của các bộ phận phụ trong bể lắng đều đạt yêu cầu trong quy phạm nhưng bể vẫn chưa hoạt động tốt do thời gian lưu trong bể lắng chưa đủ để lắng bông cặn hay nói cách khác diện tích bề mặt bể lắng nhỏ. 3.4.BỂ LỌC NHANH  Nhiệm vụ:  Loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng  Khử Mn nhờ lớp oxit mangan trên bề mặt cát lọc.  Dạng bể lọc: bể lọc nhanh  Các thông số của bể lọc:  Kích thước bể lọc: dài  rộng = 8  4,5 m  Kết cấu bể bằng bêtông cốt thép  Điều khiển vận tốc lọc bằng siphông đồng tâm  Vật liệu lọc: sử dụng cát thạch anh  Đường kính hạt vật liệu lọc: 0,7  1,5 mm  Chiều cao lớp vật liệu lọc (cát): 1,2 m  Chiều cao lớp sỏi đỡ: 0,4 m  Tốc độ lọc: Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 15 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ 2083 v = = 12  8  4,5 = 4,82 m/h  Chụp lọc:  Làm bằng sứ, là loại chụp lọc hydrocone  Mật độ bố trí chụp lọc: 25 cái/m2  Khoảng cách giữa hai chụp lọc là 125 mm  Chụp lọc được bố trí đều trên các tấm đan, bên dưới đan là các trụ đỡ bằng bêtông cốt thép.  Hệ thống thu nước sạch của các bể lọc Nước sau khi lọc đi qua siphông đồng tâm dưới tác dụng của áp lực thủy tĩnh (siphông có tác dụng điều chỉnh tốc độ lọc) và sau đó chảy vào ống thu nước sạch (gồm hai ống trong đó 1 ống dẫn từ đơn nguyên thứ nhất và 1 ống dẫn từ đơn nguyên thứ hai) có đường kính thay đổi dần từ 300 mm  450 mm  600mm, trong đó:  Đầu ống có đường kính 300 mm thu nước từ hai bể lọc  Đoạn kế tiếp đường kính 450 mm nối tiếp với đoạn đầu  Đoạn cuối đường kính 600 mm nối tiếp vào đoạn thứ hai. Cấu tạo của siphông đồng tâm là hai ống thép lồng vào nhau. Nước lọc từ ống thu nước được đưa vào ống thép phía trong của siphông, tràn ra rìa mép phía trên của ống và ra ống thép ngoài, rồi chảy xuống hố thu nước. Việc điều chỉnh tốc độ lọc được thể hiện tự động nhờ phao đặt trong bể. Khi mực nước trong bể dâng lên, phao nổi lên theo giúp cho van gió đóng bớt khe gió làm giảm lượng khí vào siphông làm độ chân không trong siphông tăng lên, làm tăng lượng nước lọc vào siphông.  Hệ thống phân phối nước: cấp vào đường ống đường kính 500 mm lấy nước từ bể chứa nước sạch. Đường ống này được đưa vào ngăn thu nước lọc ở đáy bể. Nước đưa vào đây đi qua các chụp lọcvà thực hiện quá trình rửa ngược.  Hệ thống thổi khí: các ống thổi khí của mỗi bể lọc được lắp đặt phía trên chụp lọc:  Gồm một ống gió chính đường kính 250 mm cho mổi bể, ống này được nối từ ống gió chung cho 12 bể lọc.  Trên mỗi ống gió chính trong bể lọc có lắp các giàn ống nhánh đường kính 30 mm. Số ống nhánh là 32 ống. Các ống gió được lắp đặt theo kiểu xương cá. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 16 Chương 3: HIỆN TRẠNG TRẠM XỬ LÝ  Hệ thống thu nước rửa lọc:  Mỗi bể lọc có 2 máng thu nước rửa lọc bằng bêtông cốt thép  Hai máng thu nước được đặt song song nhau và song song với thành bể  Đáy máng thu có độ dốc 0,01 về phía mương xả  Chiều cao phần chữ nhật của máng: 0,3 m. Chiều cao phần tam giác ở đáy máng: 0,3 m  Chiều rộng máng: 0,6 m  Khoảng cách giữa hai tâm máng: 2,3 m Khoảng cách từ tâm máng đến thành bể: 1,1 m  Lượng nước rửa lọc trung bình cho 1 bể là 150 – 160 m3/ 1 lần  Nước rửa lọc từ các máng thu chảy vào máng tập trung ở đầu bể rồi thải ra các mương xả  Nguyên lý hoạt động:  Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng ngang qua máng phân phối vào các bể lọc qua siphông phân phối, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước sạch vào bể chứa nước sạch.  Khi rửa: nước rửa được bơm từ bể chứa nước sạch qua hệ thống phân phối nước rửa lọc kết hợp với hệ thống phân phối gió, qua lớp sỏi đỡ và lớp vật liệu lọckéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa về mang tập trung rồi được xả ra ngoài theo mương thoát nước. Trong quá trình rửa, gió được cấp vào trước để xáo trộn vật liệu lọc làm cho hạt cát tách ra (thời gian sục gió khoảng 5 phút) sau đó nước đưa từ dưới lên để cuốn cặn bẩn ra ngoài, quá trình được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng rửa (10 phút). Nước sau khi ra bể lọc sang bể chứa, trên đường ống về bể chứa nước được châm clo để khử trùng lần cuối và đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt.  Hiệu quả xử lý: hiệu quả xử lý Fe 92%, hiệu quả xử lý Mn 98%. Chu kì hoạt động 22 – 24 giờ. Lượng nước hao phí cho rửa lọc cao (150 – 160 m3/lần) vì rửa chưa tự động hóa và các chụp lọc cũ. Các chụp lọc không được gắn cố định trên sàn đỡ do vậy gây khó khăn cho việc rửa lọc do không tiến hành rửa với cường độ lớn được. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 17 Chương 4 : CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO NÂNG CẤP CÔNG SUẤT CHƯƠNG 4 :CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO NÂNG CẤP CÔNG SUẤT 4.1.PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO BỂ TRỘN Ta thấy phương án trộn thủy lực có ưu điểm là cấu tạo công trình đơn giản không cần máy và thiết bị phức tạp, giá thành quản lý thấp. Nhưng khi công suất nhà máy tăng lên 100.000 m3/ngày thì bể trộn thủy lực không đảm bảo trộn đều vôi, clo và nước. Do đó ta phải bố trí thêm cánh khuấy vào bể trộn hiện hu để có thể đảm bảo khả năng khuấy trộn đều nước và hoá chất trong bể. Mặc dù không có sự thay đổi nào về kích thước của bể nhưng đường ống dẫn nước ra vào bể thì phải thay đổi kích thước để phù hợp với lưu lượng nước vào bể. Các tính toán bể trộn cho hệ thống nâng cấp sẽ được trình bày cụ thể ở chương sau. 4.2.PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO BỂ LẮNG Bể lắng được sử dụng ở đây là bể lắng ngang với hệ thống thu nước cuối. Bể chua hoạt động tốt do thời gian lưu nước trong bể lắng chưa đủ để lắng bông cặn. Do đó khi tăng công suất lên gấp đôi thì bể lắng càng hoạt động không hiệu quả. Vì thế có hai phương án cải tạo bể lắng: - phương án một là xây thêm bể lắng. - phương án hai là sử dụng thêm các vách lắng nghiêng Cả hai phương án trên đều có thể thực hiện được. Tuy nhiên do diện tích đất của trạm xử lý là hạn hữu nên viêc xây thêm bể lắng không hiệu quả bẳng sử dụng các vách lắng nghiêng. Nên ta chọn phương án hai là sử dụng thêm các vách lắng nghiêng trong các bể lắng hiện hữu. Đây là phương án khả thi vì ta bố trí các vách nghiêng theo dạng các modul. Điều này thuận lợi cho việc vệ sinh các modul và vệ sinh bể lắng. Việc xây dựng thêm các vách nghiêng không làm tăng thời gian lưu nước trong các bể lắng nhưng lại làm tăng diện tích bề mặt lắng. Sử dụng thêm vach nghiêng cũng không làm tăng nhiều tổn thất áp lực qua bể lắng cho nên khi đưa vào vận hành không làm ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống xử lý. Tuy nhiên, sử dụng các vách nghiêng sẽ làm khó khăn hơn trong công tác quản lý cũng như trong quá trình xây dựng khung đỡ cho các vách nghiêng có thể sẽ lám giảm công suất cấp nước trong thời gian xây dựng. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 18 Chương 4 : CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO NÂNG CẤP CÔNG SUẤT 4.3.PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO BỂ LỌC 4.3.1.Thay vật liệu lọc mới Công nghệ cũ của nhà máy là sử dụng vật liệu lọc là cát thạch anh. Để tăng công suất của nhà máy thì ta sử dụng bể lọc hai lớp vật liệu lọc: lớp trên là than antraxit còn lớp dưới là cát thạch anh. Lớp vật liệu lọc hạt lớn nằm trên nên trong bể hai lớp không tạo ra màng lọc rắn chắc như thường thấy trong các bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc là cát hạt bé. Trong lớp vật liệu lọc hạt lớn các lỗ rỗng có thể tích lớn nên dung tích chứa cặn của bể lọc hai lớp lớn hơn dung tích chứa cặn của bể lọc nhanh thông thường 2 – 2,5 lần. Do đó có thể tăng tốc độ lọc hoặc thời gian của một chu kì lọc. Khi lọc cùng một nguồn nước, thời gian của một chu kì lọc ở bể lọc hai lớp hầu như gấp hai lần so với bể lọc nhanh thường. Các nghiên cứu thực hiện trong đề tài “Nghiên cứu bể lọc khử sắt nhiều lớp vật liệu lọc” của Thạc sĩ Nguyễn Đức Minh cho rằng: - Với cùng một tốc độ rửa ngược, độ nở của tầng lọc sẽ giảm đi khi tăng đường kính hạt lọc và tăng tỉ trọng. - Cát có d10= 0,52 mm, Ktđ = 1,81, than antraxit có d10 = 0,55 mm, Ktđ =1,64. Xét về kích thước cả hai hạt vật liệu trên là tương đương. Nếu thời gian rửa lọc là như nhau, than chỉ cần một lượng nước rửa bằng ½ lượng nước rửa của cát. Mặt khác do bề mặt tương đối trơ của mình mà than dễ dàng tách ra khỏi cặn bẩn trên nó hơn là cát. Chính vì vậy mà thời gian rửa sạch than trong thực tế lại nhỏ hơn của cát. Thời gian rửa cát là 8 – 10 phút, trong khi đó than chỉ cần 6 – 7 phút. - Trong quá trình rửa ngược bể lọc nhiều lớp, chúng ta nhận thấy một điểm là chỉ có một khoảng tốc độ rửa ngược thích hợp tức là trong khoảng tốc độ rửa đó bể lọc được rửa tốt nhất, sự sắp xếp các lớp vật lêịu sau khi rửa là tốt nhất. Khi tốc độ rửa ngược nằm ngoài khoảng đó thì một số lớp lọc không được rửa hoặc là có vật liệu lọc bị đẩy ra ngoài và các lớp lọc bị xáo trộn. Điều này chỉ ra rằng chế độ rửa lọc cần phải tuân thủ một chế độ nghiêm ngặt. - Bể lọc sử dụng nhiều lớp do đặc điểm của lớp vật liệu lọc antraxit có nhiều hình dạng khác nhau nên khoảng trống được tăng lên, điều này cho phép vật liệu lọc antraxit lọc được nhiều tạp chất hơn không chỉ phần trên bề mặt lớp vật liệu lọc mà nó còn lọc được ở cả tầng dưới của lớp lọc. Mặt khác lớp vật liệu lọc cát được sắp xếp ở lớp dưới cùng có tác dụng lớn đến việc hấp phụ Fe2+, Mn2+ chưa kịp phản ứng cho nên hiệu quả về mặt xử lý của mỗi chu kì lọc được kéo dài gấp hai lần so với công nghệ sử dụng một lớp vật liệu lọc cát. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Trang 19 Chương 4 : CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TẠO NÂNG CẤP CÔNG SUẤT 4.3.2.Thay chụp lọc Sử dụng loại chụp lọc đuôi dài có ren thay cho chụp lọc đuôi ngắn hình nấm đang được sử dụng tại công ty. Các chụp lọc ngắn đuôi hiện đang sử dụng tại công ty cần được thay thế do đã cũ, không được gắn cố định lên sàn thu nước nên cường độ rửa lọc lớn dễ làm bung chụp lọc lên, không thể kết hợp rửa nước và khí đồng thời. Ngược lại loại chụp lọc đuôi dài có thể gắn cố định bằng ren lên sàn đỡ cho nên khi rửa có thể cho nước và khí qua với cường độ cao. Nếu sử dụng loại chụp lọc này thì có thể bỏ giàn phân phối khí hiện tại mà đưa đường ống khí xuống sàn thu nước dưới bể lọc cùng với ống thu nước rửa lọc. Khi rửa lọc thì cả khí và nước cùng được đưa vào một lúc như vậy sẽ tiết kiệm cả nước và khí mà vẫn đảm bảo độ giãn nở của lớp vật liệu. Đối với loại chụp lọc này, khi rửa vật liệu lọc bằng biện pháp gió, nước kết hợp rất có hiệu quả, bởi vì loại chụp lọc này có ống thu nước dài và trên ống có lỗ hoặc khe để thu gió vào nên đã tạo khả năng thu gió và nước riêng biệt. Nước có áp theo đầu dưới ống đi lên, khí nén vào lỗ ở phía trên đuôi chụp lọc và sẽ hòa trộn với nước trước khi ra ngoài phía đầu chụp lọc. Cũng chính vì vậy, khi sử dụng loại chụp lọc có ống phân phối dài (dài đuôi), thì có thể không cần thiết kế giàn ống phân phối nước và gió như loại chụp ngắn đuôi. Hình: Chụp lọc có hệ thống ống thu nước và gió dài 1. 2. 3. 4. 5. Phạm Đức Hoàng Trâm Mssv: 90102847 Phần đầu chụp lọc Ống phân phối nước rửa lọc Sàn gắn chụp lọc Khe thu khí Ren lắp chụp lọc Trang 20 4.3.3.Thu hồi nước rửa lọc Trước đây toàn bộ nước rửa lọc của công ty không dược thu gom mà xả thẳng ra kênh Tham Lương. Việc xả này vừa không kiểm soát được chất lượng nước thải vào kênh làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước của kênh vừa lãng phí một lượng nước khá lớn (lượng nước rửa lọc thường chiếm từ 3 – 5% lượng nước lọc). Trong việc tăng công suất của nhà máy thì sử dụng lại nước rửa lọc cũng là một giải pháp. Thu hồi nước rửa lọc là biện pháp nhằm làm giảm thất thoát nước trong quá trình xử lý bằng cách tận dụng lại nguồn nước rửa đồng thời cũng là thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường, kiểm soát nguồn nước thải từ công ty. Nước thải từ các bể lọc trong quá trình rửa lọc chủ yếu là các cặn sắt Fe(OH)3. Hàm lượng sắt cuối lắng thường từ 3,1 – 3,5 mg/l và các cặn này được giữ lại trong các bể lọc. Để tận dụng lại nước này thì vấn đề chủ yếu là loại bỏ các cặn này ra khỏi nước. Nước rửa lọc Bể lắng cặn Nước Nước thu hồi Nước đưa vào hệ hệ thống xử lý Nước Bể nén cặn Máy ép dây đai Cặn Chương 5 : THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẢI TẠO CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẢI TẠO  Các thông số tính toán: Q = 100.000 m3/ngày pH = 5,6 ÷ 5,8 Fe = 14,6 ÷ 15,1 mg/l Mn = 0,8 ÷ 0,9 mg/l CO2 = 175 ÷ 190 mg/l Độ kiềm: 48 – 50 mg CaCO3/l = 0,98 mgdl/l 5.1.TÍNH GIÀN MƯA Hệ thống xử lý có 2 giàn mưa - Lưu lượng nước qua 1 giàn mưa: Q = 50.000 m3/ngđ - Chọn cường độ tưới là 10m3/m2h  diện tích bề mặt cần cho giàn mưa là: S Q 50000   208,3m 2 qn 24  10 - Chọn diện tích mặt bằng cho giàn mưa là dài  rộng = 52  4 m. Chia giàn mưa thành 4 ngăn, mỗi ngăn có kích thước 14  4 m  Diện tích toàn bộ giàn mưa: S = 13  4  4 = 208 m2 - Số sàn tung: 3 - Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7 m  Chiều cao phần làm thoáng: 0,7  3 = 2,1 m - Chọn sàn tung là các tấn inox khoan lỗ có kích thước 1  1 m - Đường kính lỗ khoan 14 mm, bước lỗ là 50mm - Số tấm inox theo chiều ngang là 4 Số tấm inox theo chiều dọc là 52  kiểm tra lại cường độ tưới = 10,016 m3/m2h - Số lỗ khoan theo chiều rộng 1 1000  50  64  16 lỗ Số lỗ khoan theo chiều dài là 16 lỗ