Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi tự rửa (tt)

Lấ THỊ LAN ANH ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN SỬ Lí NƯỚC CẤP SINH HOẠT SỬ DỤNG BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TỰ RỬA Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hμ nội 2011 Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng... Giới thi

Lấ THỊ LAN ANH

ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN SỬ Lí NƯỚC CẤP SINH HOẠT SỬ DỤNG

BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TỰ RỬA

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hμ nội 2011

Bộ giáo dục và đào tạo Bộ xây dựng

-o0o -

LÊ THỊ LAN ANH

ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN SỬ LÝ NƯỚC CẤP SINH HOẠT SỬ

DỤNG BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TỰ RỬA

Chuyªn ngµnh: Cấp thoát nước – m· sè: 60.58.1

luËn v¨n th¹c sÜ: Kỹ thuật hạ tầng đô thị

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc

TS: Trần Thanh Sơn

Hµ néi 2011

LỜI CÁM ƠN

W ” X

Xin tỏ lòng biết ơn rất sâu sắc và chân thành cảm ơn đến TS.Trần Thanh Sơn đã giúp đỡ và hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, chu đáo tôi suốt quá trình thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô trong Khoa Sau Đại Học,Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội đã tận tâm truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua

Xin chân thành cám ơn bố mẹ, chồng đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập cũng như làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn các bạn học cùng lớp và đồng nghiệp công ty cổ phần tư vấn đầu tư và xây dựng ACUD, những người đã ủng hộ và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn

Hà nội, ngày 20 tháng 3 năm 2011

Lê Thị Lan Anh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn dưới đây là kết quả nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, không sao chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng một số tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỞ ĐẦU 5

DANH SÁCH BẢNG - BIỂU 8

DANH SÁCH HÌNH VẼ 9

THUẬT NGỮ 11

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC VÀ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT 12

1.1 Đặc điểm chung nước thiên nhiên 13

1.1.1 Nước ngầm 13

1.1.2 Nước mặt 13

1.1.3 So sánh nước mặt và nước ngầm 14

1.2 Giới thiệu chung về các dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt 15

1.2.1 Dây chuyền công nghệ cho nguồn nước ngầm 15

1.2.2 Dây chuyền công nghệ cho nguồn nước mặt 17

1.3 Tổng quan chung về xử lý nước bằng bể lọc vật liệu lọc nổi ở Việt nam 18

1.3.1 Tình hình sử dụng bể lọc VLL nổi trên thế giới và ở Việt Nam 18

1.3.2 Giới thiệu chung về các dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt sử dụng bể lọc VLL nổi hiện nay 25

1.3.3 Một số đặc điểm của bể lọc tự rửa 29

CHƯƠNG II CƠ SỞ KHOA HỌC BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TỰ RỬA 33

2.1 Lý thuyết tính toán 34

2.1.1 Cơ sở lý thuyết của xử lý nước bằng phương pháp lọc 34

2.1.2 Phương trình vi phân của quá trình lọc nước qua lớp vật liệu lọc dạng hạt 35

2.1.3 Quy luật tăng tổn thất áp lực khi lọc nước qua lớp vật liệu hạt 44

2.1.4 Khái niệm tổng quát 53

2.1.5 Xác định các thông số lọc bằng thực nghiệm 55

2.1.6 Xử lý kết quả thí nghiệm và tính toán thông số lọc 57

2.1.7 Tính toán quá trình lọc theo kết quả mô hình hóa 60

2.1.8 Đặc tính của VLL nổi 63 2.2 Quá trình rửa lọc bằng phương pháp tự rửa 66

2.3 Tính toán công nghệ bể lọc vật liệu lọc nổi tự rửa 68

2.3.1.Tính toán diện tích cần thiết của bể lọc 68

2.3.2 Chọn thời gian của chu kỳ lọc 70

2.3.3 Cơ sở lý thuyết tính toán xi phông 73

2.3.4 Lưu lượng nước rửa lọc 74

CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÁC DÂY TRUYỀN CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI TỰ RỬA TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC SINH HOẠT 75

3.1 Đề xuất sơ đồ dây chuyền công nghệ có sử dụng bể lọc VLL nổi để xử lý nước mặt 76

3.1.1 Xử lý không dùng phèn 76

3.1.2 Xử lý dùng phèn 79

3.2 Đề xuất dây chuyền công nghệ có sử dụng bể lọc VLL nổi để xử lý nước ngầm 81

3.2.1 Công nghệ khử sắt 82

3.2.2 Công nghệ khử sắt và mangan 86

3.3 Một số thông số làm việc cơ bản của bể lọc VLL nổi tự rửa 87

3.4 Đề xuất dây chuyền công nghệ cung cấp nước sạch phù hợp với khu công nghiệp Yên Mỹ 88

3.4.1 Lựa chọn nguồn nước 88

3.4.2 Lựa chọn dây chuyền công nghệ 89

3.4.3 Thiết kế hệ thống cấp nước sạch cho khu Công nghiệp Yên Mỹ 90

3.4.4 Tổng mức đầu tư xây dựng hệ thống cấp nước và giá thành 1m3 nước 97

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Nước đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người và thực vật, như tham gia vào quá trình tái sinh hữu cơ, quang hợp, trao đổi chất cũng như điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất Nước là một trong những tiêu chí cơ bản không chỉ xác định sự tồn tại của một xã hội mà còn xác định sự phát triển của xã hội đó, việc thiếu nước sinh hoạt trầm trọng là nguyên nhân dẫn đến nền kinh tế nghèo nàn, ví dụ điển hình là các quốc gia tại Châu Phi

Trong nước luôn có khả năng tự làm sạch, quá trình này loại bỏ hoặc phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thông qua quá trình sinh học Tuy nhiên, quá trình này không đủ nước dùng cho sinh hoạt, điều này do các chất gây ô nhiễm từ sự hoạt động của con người trong ngành nông nghiệp, công nghiệp và các nguồn thải ra từ các khu dân cư sinh hoạt

Nhằm giảm thiểu sự ô nhiễm, một mặt con người kiểm soát nước thải trước khi thải ra ngoài môi trường theo đúng luật pháp, tiêu chuẩn, mặt khác phát triển quá trình tẩy trùng nước chính là quá trình xử lý nước để có được nước sinh hoạt với tiêu chuẩn được luật pháp cho phép với hàm lượng hóa chất, vi khuẩn, tính chất vật lý phù hợp với sức khỏe con người Nước được sử dụng phải không chứa mùi,

vị, màu sắc phải trong, sạch, và lượng hóa chất tồn lại phải nằm ở giới hạn cho phép Trong điều kiện hiện nay không còn tồn tại nhiều nguồn nước có thể sử dụng cho ăn uống mà không phải xử lý Xử lý như là một quá trình tất yếu và bắt buộc

Hiện nay, công trình cấp nước tập trung đang ngày càng phát triển và áp dụng rộng rãi trong cấp nước Tuy nhiên công tác vận hành quản lý và bảo dưỡng các công trình cấp nước tập trung đặc biệt là bể lọc trong trạm xử lý rất phức tạp đòi hỏi phải có cán bộ chuyên môn và kinh nghiệm Trong thực tế các công trình xử lý nước nói chung và bể lọc nói riêng trong hệ thống cấp nước tập trung được tính toán, thiết kế vẫn gặp nhiều sự cố, hỏng hóc trong quá trình quản lý, vận hành và

bảo dưỡng khiến các công trình xử lý bị xuống cấp hoặc không hoạt động, nhất là trong các công trình lọc nước

Đối với tình hình cấp nước ở Việt Nam hiện nay, bể lọc vật liệu lọc nổi tự rửa mới chỉ phù hợp với quy mô vừa và nhỏ cho các khu vực nông thôn, vùng trung

du, vùng sâu vùng xa Việc đưa ra phạm vi ứng dụng rộng hơn cho bể lọc vật liệu nổi là cần thiết, để ứng dụng cho các công trình cấp nước sinh hoạt lớn hơn đáp ứng

được nhu cầu tất yếu hiện nay.[19]

Mục tiêu nghiên cứu, nhiệm vụ nghiên cứu

Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp sinh hoạt sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi tự rửa

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Nguồn nước thiên nhiên và nguồn nước ngầm

- Nước dùng cho sinh hoạt

Phạm vi nghiên cứu

Xử lý nước cấp có nhiều loại và nhiều công đoạn khác nhau, gồm có các công trình sử dụng hóa chất, lắng, khử trùng, tiếp xúc tuy nhiên trong đề tài chỉ nghiên cứu:

- Bể lọc tự rửa vật liệu lọc nổi

- Xử lý cho nước mặt và nước ngầm

- Công suất lên đến 100.000m3/ngd

- Thời gian đến 2050

Nội dung nghiên cứu

- Thu thập, xử lý số liệu nhằm đưa ra tổng quan (có phân tích ưu nhược điểm) về quá trình hoạt động và các thông số công nghệ của các bể lọc vật liệu lọc nổi tại Việt Nam và thế giới

- Nghiên cứu lý thuyết về bể lọc vật liệu lọc nổi

- Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu lọc nổi

- Nghiên cứu về chế độ tự rửa của bể lọc

- Thu thập xử lý số liệu nhằm đưa ra tổng quan về các thông số công nghệ bể lọc vật liệu nổi dựa trên một số mô hình

- Tổng quan về các dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho các loại nguồn nước

- Đề xuất dây chuyền xử lý nước cấp có ứng dụng bể lọc tự rửa vật liệu lọc nổi

- Đánh giá kinh tế kỹ thuật dây chuyền công nghệ xử lý nước ứng dụng bể lọc vật liệu lọc nổi cho khu công nghiệp Yên Mỹ

DANH SÁCH BẢNG - BIỂU

Bảng 1.1 Sự khác nhau chủ yếu giữa nước mặt và nước ngầm

Bảng 1.2 Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng [6] Bảng 2.1 Bảng tra F(A)

Bảng 2.2 Bảng tra thông qua mối quan hệ Ct/Cисх

Bảng 2.3 Tính chất lý-hóa của một số loại chất lọc

Bảng 3.1: Kết quả phân tích chất lượng nước mặt khu vực dự án Bảng 3.2 Thống kê vật tư cho dây chuyền 1

Bảng 3.3 Bảng tính toán ống trong bể bọc

Bảng 3.4 Bảng dự toán kinh phí trạm cấp nước

Bảng 3.5 Quy định giá thành 1m3 nước

Bảng 3.6 Chi phí sản xuất chung

Bảng 3.7 Chi phí bán hàng

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Khử sắt bằng làm thoáng đơn giản và lọc nhanh

Hình 1.2 Khử sắt bằng làm thoáng, lắng tiếp xúc và lọc

Hình 1.3 Khử sắt bằng thùng quạt gió, lắng tiếp xúc và lọc

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ không dùng hóa chất để keo tụ

Hình 1.5 Sơ đồ sử dụng hóa chất cơ bản

Hình 1.6 Sử dụng bể trộn đứng và bể lọc tiếp xúc

Hình 1.7 Loại bể FPZ-1 và FPZ-3

Hình 1.8 Loại bể FPZ-2 và FPZ-5

Hình 1.9 (A) Loại bể COMPACT-2 (B) Loại bể FPZ-10

Hình 1.10 Hệ thống lọc nước sạch theo nguyên lý lọc áp lực và rửa lọc tự động Hình 1.11 Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng bể lọc VLL nổi với tiếp xúc

Hình 1.12 Sơ đồ công nghệ khử sắt bằng bể lọc VLL nổi với lắng tiếp xúc

Hình 1.13 Khử sắt bằng thùng quạt gió, lắng tiếp xúc và lọc VLL nổi

Hình 1.14 Dây chuyền công nghệ nhà máy nước Bạch Mai xây dựng năm 2000 Hình 1.15 Sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt bằng lọc phá (VLL nổi) và lọc chậm Hình 1.16 Sơ đồ công nghệ xử lý nước mặt bằng lọc phá (VLL nổi) và lọc nhanh Hình 1.17 Sơ đồ công nghệ lọc 2 đợt bằng bể lọc VLL nổi

Hình 2.1 Nguyên lý làm việc và cấu tạo

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán

Hình 2.3 Đường cong C/C0 = ϕ(x) và C/C0 =f (x’) với các vận tốc lọc khác nhau Hình 2.4 Đường cong C/C0 = ϕ2(t) và C/C0 =f2(T’) với các vận tốc lọc khác nhau Hình 2.5 Quan hệ giữa X’ và T’

Hình 2.6 Đặc trưng không gian lỗ rỗng bị lấp đầy

Hình 2.7 Ảnh hưởng của chiều cao lớp lọc và tốc độ lọc đến sự mất áp suất

Hình 2.8.Kích cỡ hạt trong thành phần chất lọc

Hình 2.9 Đồ thị C = Ct/Cисх = f ̣(t )

Hình 2.10 đồ thị với hệ tọa độ x = f ( t3)

Hình 2.11 Đồ thị với hệ trục tọa độ H = f (t)

Hình 2.12 Đồ thị

Hình 2.13 đồ thị về mối liên quan giữa các đại lượng

Hình 2.14 Sơ đồ thí nghiệm lọc nước qua lớp VLL

Hình 2.15 A- Diễn biến quá trình làm trong nước tại các thời điểm khác nhau B- Sơ đồ lọc

Hình 2.16 – Thời gian làm việc bảo vệ của bể lọc

Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo bể lọc VLL nổi tự rửa

Hình 2.18 Sơ đồ làm việc của bể lọc tự rửa

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ đơn giản xử lý không dùng phèn

Hình 3.2 – Dây chuyền công nghệ sử dụng bể lọc sơ bộ VLL nổi và bể lọc chậm Hình 3.3 - Dây chuyền công nghệ lọc hai đợt sử dụng bể lọc sơ bộ VLL nổi

Hình 3.4 Sơ đồ dây chuyền công nghệ có sử dụng bể phản ứng + bể lắng + bể lọc VLL nổi tự rửa

Hình 3.5 Dây chuyền công nghệ sử dụng bể lọc sơ bộ VLL nổi tự rửa và bể lọc tinh VLL nổi tự rửa

Hình 3.6 Sơ đồ dây chuyền công nghệ làm thoáng đơn giản + bể lọc VLL nổi tự rửa

Hình 3.7 Sơ đồ dây chuyền công nghệ: Làm thoáng + bể lọc tiếp xúc VLL nổi tự rửa + bể lọc tinh VLL nổi tự rửa

Hình 3.8 Sơ đồ dây chuyền công nghệ: kiềm hóa + Làm thoáng + bể lọc tiếp xúc VLL nổi tự rửa + bể lọc tinh VLL nổi tự rửa

Hình 3.9 Sơ đồ dây chuyền công nghệ: oxy hóa bằng hóa chất + lắng và lọc VLL nổi tự rửa

Hình 3.10 Sơ đồ dây chuyền công nghệ khử Sắt và Mangan

Hình 3.11 Sơ đồ dây chuyền 1 cho khu công nghiệp Yên Mỹ

Hình 3.12 Sơ đồ dây chuyền 2 cho khu công nghiệp Yên Mỹ

THUẬT NGỮ

VLL: vật liệu lọc

UBND: Uỷ Ban Nhân dân

Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui

lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội

Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Qua quá trình điều tra thu thập tài liệu tổng hợp và đánh giá về nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc nổi trong dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp, nghiên cứu đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước, tác giả có một số kết luận và kiến nghị như sau:

Kết luận

Đề tài đã đưa ra được cơ sở tính toán bể lọc tự rửa vật liệu lọc nổi mới, dựa trên các

lý thuyết cũng như các kết quả xử lý trên thế giới đã có sẵn Cũng như dựa vào các nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước

Đưa ra được các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý cho nước mặt và nước ngầm trong các điều kiện nguồn nước khác nhau Đặc biệt các dây chuyền này đều tự động hóa hoàn toàn, dựa trên các nguyên tắc thủy lực (không van, không khóa, không thiết

bị điện tử) Do vậy đơn giản trong công tác quản lý vận hành và giảm giá thành đầu tư xây dựng ban đầu

Các đề xuất trong đề tài mới chỉ dựa trên các cơ sở lý thuyết, trong quá trình tổng hợp kế thừa các kết quả nghiên cứu một số các tài liệu đã được công bố nên chỉ đưa ra được một số mô hình xử lý nước có ứng dụng bể lọc VLL nổi tự rửa Các dây chuyền công nghệ sử dụng loại bể này sẽ giảm nhẹ được công tác vận hành quản lý, tiết kiệm được điện năng, các công trình sau lọc nổi làm việc ổn định an toàn kinh phí đầu tư giảm

Tính toán và đưa ra được dây chuyền xử lý nước mặt có công suất 7130 m3/ngd cho khu công nghiệp Yên Mỹ - Hưng Yên và dựa trên các lý thuyết tính toán về bể lọc vật liệu lọc nổi tự rửa đã được trình bày ở trên

Do phạm vi của đề tài nên việc thực hiện trên mô hình chưa có kết quả cuối cùng nhưng qua các thông tin có được ở các trang web khoa học công nghệ, một số kết quả

thực nghiệm ban đầu trên mô hình bán thực nghiệm thì đã có những kết quả và ứng dụng khả quan của loại bể lọc VLL nổi tự rửa

Kiến Nghị

Trong luận văn đã đưa ra một số sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước sử dụng bể lọc VLL nổi tự rửa tuy nhiên mỗi một loại bể đều có ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng nhất định do vậy khi lựa chọn sơ đồ công nghệ cần phải cân nhắc xem xét một cách toàn diện để có những lựa chọn phù hợp nhất

Có thể kết hợp dễ dàng cả khả năng rửa lọc kiểu dập và kiểu tự rửa trong một công trình bể lọc VLL nổi để có thể tận dụng ưu điểm của cả hai phương pháp bằng cách trích trên đường ống nối đáy bể lọc với xiphong tự rửa ra một đường ống và lắp thêm một van đồng mở nhanh

Đề có được số liệu thiết kế công nghệ, cần có được những nghiên cứu tiếp trên mô hình bán thực nghiệm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

1 T.S Trịnh Xuân Lai (2004), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, NXB Xây

Dựng

2 Bộ Xây Dựng (1996), Quy Chuẩn Xây dựng Việt Nam tập I (Ban hành kèm theo

quyết định số 682/BXD-CSXD ngày 14//12/1996 của Bộ Trưởng Bộ Xây Dựng),

Nhà Xuất Bản Xây Dựng

3 TS.Nguyễn Văn Tín, TS Nguyễn Thị Hồng, KS.Đỗ Hải (2005), Cấp nước- Tập 1:

Mạng lưới cấp nước, NXB Khoa học kỹ thuật

4 Trần Thanh Sơn (2009) Ứng dụng bể lọc tự rửa cho cấp nước nông thôn và các khu

dân cư nhỏ ở Việt nam Tuyển tập báo cáo khoa học khoa Đô thị ĐHKT Hà nội

Hà Nội -11/9/2009 (Tran Thanh Son.Hydro–automatic gravitational

backwashing filters application in water supply for rural areas and small communities in Vietnam)

5 TCXDVN 33-06 (2006), Cấp nước- Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn

thiết kế Bộ Xây Dựng

6 Phạm Ngọc Thái, Dương Hán (1996), Nâng cao hiệu quả xử lý các nguồn nước mặt

có độ đục cao bằng giải pháp lọc phụ trợ, Đề tài nghiên cứu cấp bộ, Công ty tư

vấn thoát nước và môi trường Việt Nam

7.Phạm Ngọc Thái (1986), Sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trong cấp nước cho các đối

tượng nhỏ và quân đội, Luận án PTS KHKT Trường Đại học Bách Khoa

BRNO Tiệp Khắc

8 Phạm Ngọc Thái, Hoàng Thọ An, Ưng Quốc Dũng, Nguyễn Văn Tín (1991), Các

giải pháp đơn giản cấp nước nông thôn UNICEF, Báo cáo nghiên cứu khoa

học, Bộ Lao Động Thương binh và xã hội 1991