Đồ án Công nghệ xử lý nước cấp cho sông Đồng Nai

mangan, … - Các chỉ tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut,... Bảng 1.1. Số liệu chất lượng nước sông Đồng Nai quý 4 năm 2010 1 pH 6.9 6-8.5 2 DO mg/l 5.6 ≥ 5 3 TSS mg/l 93 30 4 COD mg/l 15 15 5 BOD5 mg/l 9 6 6 Độ đục NTU 57 5 7 Độ màu Pt – Co 37 15 8 N-NH+4 mg/l 0.06 0.2 9 N-NO-2 mg/l 0.009 0.02 10 P-PO43- mg/l 0.048 0.2 11 As mg/l 0.001 0.02 12 Pb mg/l 0.001 0.02 13 Cr6+ mg/l <0.01 0.02 14 Zn mg/l <0.05 1 15 Fe mg/l 6.34 1 16 Hg mg/l <0.0005 0.001 17 E.Coli MPN/100ml 1500 50 18 Tổng Coliform MPN/100ml 46000 5000 ( Nguồn: bảng tổng hợp kết quả quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn 3 quý 4 năm 2010- Trung tâm Quan trắc và kỹ thuật Môi trường tỉnh Đồng Nai) - Nhận xét về nguồn nước sông Đồng Nai So sánh kết quả trên với bảng tiêu chuẩn chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt thì có các chỉ tiêu chưa đạt tiêu chuẩn như sau: độ đục, TSS, sắt, chất hữu cơ, coliform. Việc thải bỏ các chất thải sinh hoạt và công nghiệp với số lượng lớn, tải lượng ô nhiễm cao vào nguồn nước, môi trường nước của hệ thống sông Đồng Nai còn bị tác động mạnh bởi việc khai thác sử dụng đất trên lưu vực; bởi việc phát triển thủy điện – thủy lợi với sự hình thành hệ thống các hồ chứa, đập dâng và việc vận hành hệ thống này; bởi các hoạt động nông nghiệp trên lưu vực với việc sử dụng ngày càng nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật; bởi việc khai thác tài nguyên khoáng sản; bởi việc quản lý yếu kém các bãi rác…, và vấn đề phát triển giao thông vận tải thủy vốn tiềm ẩn nhiều rủi ro và sự cố môi trường. Dựa vào số liệu chất lượng nước sông đã tìm được, áp dụng kiến thức đã học và các tài liệu tham khảo ta có thể lựa chọn công nghệ để xử lý. Chương 2 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2.1. Mục đích của quá trình xử lý nước Mục đích của quá trình xử lý nước là: - Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hóa học, vi trùng học để thỏa mãn nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt cộng đồng của các đối tượng dùng nước. - Cung cấp nước có chất lượng tốt, ngon, không chứa các chất gây vẫn đục, gây ra màu, mùi, vị của nước. - Cung cấp nước có đầy đủ các thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng. - Nước sau xử lý phải có các chỉ tiêu chất lượng thỏa mãn “Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt”. 2.2. Một số dây chuyền công nghệ xử lý Nước nguồn Clo khử trùng Bơm hoặc tự chảy cấp cho người tiêu thụ Cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng Bể chứa tiếp xúc để khử trùng Hình 2.1. Sơ đồ cấp nước trực tiếp sau khi khử trùng Công nghệ này áp dụng khi nước đạt tiêu chuẩn nước cấp cho ăn uống sinh hoạt ghi trong bảng 1.14 ( TS. Trịnh Xuân Lai- Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, trang 38- 42, NXB xây dựng ).Chỉ cần khử trùng rồi cấp cho người tiêu dùng. Xử lý nước bằng lọc chậm Áp dụng cho nước nguồn có chất lượng loại A ghi trong tiêu chuẩn nguồn nước TCXD 233 – 1999 Nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 30mg/l tương đương với 15 NTU, hàm lượng rong, rêu, tảo và độ màu thấp. Bể lọc chậm Bể tiếp xúc khử trùng Nước Cấp cho người tiêu thụ Clo Hình 2.2. Sơ đồ xử lí nước bằng lọc chậm Nước Bể Bể lọc tiếp xúc Bể tiếp xúc khử trùng Phèn Clo Lắng nước rửa lọc Đưa vào bể trộn hoặc xả ra cuối nguồn Lọc trực tiếp Áp dụng khi nước nguồn có chất lượng loại A theo tiêu chuẩn nguồn nước cấp, nước nguồn có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 10 NTU tương đương khoảng 20mg/l. Hình 2.3. Sơ đồ lọc trực tiếp Dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống Dùng để xử lý nguồn nước có chỉ tiêu chất lượng nước loại B và tốt hơn Hình 2.4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống 2.3. Lựa chọn công nghệ xử lý cho sông Đồng Nai 2.3.1. Cơ sở lựa chọn công nghệ Khi thiết kế quy trình công nghệ xử lý nước cấp cần xem xét đầy đủ các yếu tố sau: - Chất lượng nguồn nước đầu vào. - Cần xem xét vấn đề bảo vệ và sử dụng tổng hợp các nguồn nước, đảm bảo cung cấp đầy đủ lưu lượng cho nhu cầu hiện tại và khả năng phát triển trong tương lai. - Các yếu tố thủy văn và điều kiện địa hình trong khu vực. - Yêu cầu về lưu lượng, chất lượng nước sạch cho đối tượng sử dụng nước. - Khả năng xây dựng và quản lý hệ thống ( về tài chính, mức độ trang thiết bị, tổ chức quản lý hệ thống ). - Sơ đồ quy hoạch chung và thiết kế khu dân cư và công nghiệp của địa phương. - Giá thành đầu tư xây dựng. - Chi phí quản lý hàng năm. - Chi phí điện năng cho 1m3 nước. - Chi phí xử lý và giá thành sản phẩm của 1m3 nước. Phương án thiết kế tối ưu là phương án đáp ứng đầy đủ cả ba yếu tố kỹ thuật, kinh tế và môi trường. 2.3.2. Sơ đồ công nghệ Clo Phèn Nước Sông Đồng Nai Bể tạo bông Bể trộn Bể lắng ngang Bể lọc Bể chứa Xả cặn ra hồ nén cặn Lắng nước rửa lọc Clo Bể chứa Phân phối Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ Ghi chú: Nước xử lý Nước hoàn lưu 2.3.3. Thuyết minh quy trình công nghệ Nguồn nước sông Đồng Nai được bơm qua song chắn rác và lưới chắn rác để loại bỏ các vật thể có kích thước lớn trước khi được đưa vào hồ chứa và lưu trữ một thời gian nhằm ổn định chất lượng nước trước khi đưa vào dây chuyền xử lý. Sau đó, nước sẽ theo kênh dẫn vào bể trộn cơ khí có bổ sung phèn nhôm. Mục đích của quá trình này nhằm xáo trộn đều giữa nước và phèn. Tiếp tục nước được dẫn đến bể tạo bông Mục đích của quá trình phản ứng tạo bông cặn là tạo điều kiện thuận lợi nhất để các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình pha và trộn với phèn sẽ mất ổn định và có khả năng kết dính với nhau, va chạm với nhau để tạo thành các hạt cặn có kích thước đủ lớn, có thể lắng trong bể lắng hoặc giữ lại được ở bể lọc. Đồng thời tại đây, các vi sinh vật sẽ bám dính vào các hạt keo làm giảm đáng kể lượng vi sinh vật trong nước. Sau đó, nước theo hệ thống phân phối đến bể lắng ngang. Bể lắng ngang được thiết kế nhằm mục đích loại trừ các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống đáy bể bằng trọng lực. Nước sau khi qua bể lắng sẽ tiếp tục được dẫn qua bể lọc nhanh. Bể lọc nhanh có lớp vật liệu lọc để tách các hạt cặn lơ lửng, các thể keo tụ và ngay cả vi sinh vật trong nước còn xót lại. Trong quá trình lọc các chất bẩn trong nước được tách ra khỏi nước, tích tụ dần trong bề mặt vật liệu lọc và trong các lỗ mao quản dần dần gây cản trở quá trình lọc, trở lực qua lớp vật liệu lọc tăng lên và năng suất lọc giảm xuống khi đó phải tiến hành rửa lớp vật liệu lọc, loại bỏ hết cặn bẩn để phục hồi lại năng lực của lớp vật liệu lọc. Nước để rửa lọc mang nhiều bông cặn và màng vi sinh vật sẽ được tuần hoàn lại bể keo tụ tạo bông làm chất trợ keo tụ trong chu kỳ sau. Nước sau khi xử lý tiếp tục được dẫn đến bể khử trùng. Tại đây nước được khử trùng bằng Clo sau đó dẫn vào bể chứa và cấp cho người tiêu dùng. 2.4. Lý thuyết tính toán bể Keo tụ - Tạo bông Chọn bể trộn là bể trộn cơ khí và bể phản ứng tạo bông là phản ứng tạo bông cặn cơ khí. 2.4.1. Bể trộn cơ khí So với lượng nước cần xử lý, lượng hóa chất thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, khoảng vài chục phần triệu. mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi tiếp xúc với nước. Vì vậy cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hóa chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Hiệu suất của quá trình phụ thuộc vào cường độ và thời gian khuấy trộn. khi pha phèn vào nước, nếu cường độ khuấy trộn quá nhỏ thì không đạt yêu cầu phân phối hóa chất, nếu quá lớn sẽ làm các phần tử trượt khỏi nhau khi tiếp xúc. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng tiêu hao tạo ra dòng chảy rối. trong kỹ thuật xử lý nước dùng Gradien vận tốc để biểu thị cường độ khuấy trộn. G = Trong đó G – gradien vận tốc (s-1) - độ nhớt động học của nước ( N.s/m2), ở 20oC = 0,001 N.s/m2 P – năng lượng tiêu hao tổng cộng ( J/s), (1W=1000J/s) V – dung tích bể trộn (m3) Thời gian khuấy trộn hiệu quả được tính cho đến khi hóa chất đã phân tán đều vào trong nước, đủ để hình thành các nhân keo tụ. trong thực tế G = 200 – 1000s-1, thời gian hòa trộn 1 đến 2 phút. Chuẩn số khuấy trộn Camp: Gt = 300-1600, thường lấy Gt = 1000. Trộn cơ khí dùng năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối, cánh khuấy có nhiều dạng khác nhau, năng lượng cần thiết để chuyển động được tính theo công thức. P = Kn3D5 Trong đó: P – năng lượng cần thiết(W) - khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) D – đường kính cánh khuấy (m) n – số vòng quay trong 1s (v/s) K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton. Cánh khuấy chân vịt 3 cánh – K =0,32 Cánh khuấy chan vịt 2 cánh – K=1,00 Tua bin 4 cánh nghiêng 45o – K=1,08 Tua bin kiểu quạt 6 cánh – K=1,65 Tua bin 6 cánh đầu tròn cong – K=4,8 Cánh khuấy gắn 2-6 cánh dọc trục – K=1,70 Ta thấy năng lượng cánh khuấy phu thuộc vào đường kính bản cánh và tốc độ chuyển động của cánh khuấy. vì vậy điều chỉnh tốc độ cánh khuấy sẽ điều chỉnh được cường độ khuấy trộn. đối với khuấy trộn cơ khí G=800÷1000 s-1. nên thời gian khuấy trộn ngắn, chỉ từ 1 đến 3s. Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể hình vuông hoặc hình tròn với tỷ lệ cao chia rộng là 2:1. Nước và hóa chất đi vào phần đáy bể, sau khi hòa trộn được thu lại trên mặt bể và chuyển sang bể phản ứng. cánh khuấy có thể là tuabin hay cánh phẳng gắn trên trục quay. Tùy theo chiều sâu mà có thể gắn nhiều cánh khuấy theo nhiều tầng dọc theo chiều cao bể. tốc độ quay tùy thuộc vào kiểu cánh khuấy thường lấy theo vận tốc giới hạn của điểm xa nhất trên cánh khuấy so vói trục quay không lớn hơn 4,5m/s. như vậy kiểu cánh tua bin có tốc độ quay trên trục 500-1500 vòng/phút, cánh phẳng 50-500 vòng/phút. Cánh khuấy có thể làm bằng hợp kim, thép không rỉ, hoặc bằng gỗ. bộ phận truyền động đặt trên mặt bể và trục quay đặt theo phương thẳng đứng. 2.4.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng chuyển động của cánh khuấy trong nước để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và được đặt theo phương ngang hoặc thẳng đứng. Kích thước được chọn phụ thuộc vào bể. Theo camp, bể phản ứng cơ khí nên chia thành với mặt cắt ngang dòng chảy dạng hình vuông, kích thước cơ bản là 3,6 x 3,6 m ; 3,9 x 3,9m hoặc 4,2 x 4,2 m. Thời gian lưu nước là 10 đến 30 phút. Theo chiếu dài, mỗi ngăn được chia làm nhiều buồng bằng các vách thẳng đứng. Mỗi buồng đặt một cánh khuấy được thiết kế sao cho cường độ cánh khuấy giảm dần từ bể đầu tiên đến bể cuối cùng, tương ứng với sự lớn dần của bông cặn. Thực tế, gradien tốc độ ở buồng đầu tiên thường là 60 – 70 s-1, ở buống cuối cùng là 30 – 20 s-1. Đề đạt được vậy cần phải chia thành nhiều buồng. Tuy nhiên nếu quá nhiều buồng sẻ tăng giá thành và vận hành phức tạp. Vì thế số buồng thường là 3 đến 4 và sự chênh lệch gradien tốc độ giữa 2 buồng thường la 15 – 20s-1 Guồng cánh khuấy gồm có trục quay và các bản cánh khuấy đặt hai bên hoặc bốn phía quanh trục. Đường kính cánh khuấy tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng nhỏ hơn chiều rộng hoặc chiều sâu của bể 0,3 đến 0,4m. Kích thước bản cánh khuấy được tính tỉ lệ với tổng diện tích bản cánh với diện tích mặt cắt ngang bể là 15 – 20 %. Tốc độ quay của guồng khuấy là từ 5 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của cánh khuấy tính theo công thức: V1 = , (m/s) Trong đó : R- bán kính chuyển động của cánh khuấy n- số vòng quay trong 1 phút, (vg/ph) khi cánh khuấy chuyển động trong nước, nước bị cuốn theo với tốc độ bằng ¼ tốc độ của cánh khuấy. Như vậy tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so voi nước là: vn = v1 – va = v1 - v1 = 0,75v1 hoặc vn = 0,75., (m/s) Trong đó: vn – tốc độ của chuyển động của nước để đảm bảo hiệu quả, tốc độ chuyển động của nước không nên vượt quá 0,75m/s và không nhỏ hơn 0,25 m/s Năng lượng tiêu thụ ở đây tính bằng năng lượng để cánh khuấy chuyển động trong nước theo công thức: P = 51.C.Fv3 , (W) Trong đó: C- hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào tỷ lệ giữa chiều dài l và chiều rộng b của bàn cánh khuấy Khi l/b =5, C = 1,2 Khi l/b = 20, C = 1,5 Khi l/b > 21, C = 1,9 F- tổng diện tích của các bản cánh (m2) v- tốc độ chuyển động tương đối của cánh khuấy so với nước, (m/s) Năng lượng tiêu hao phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ chuyển động của cánh khuấy. Tiết diện bản có phụ thuộc nhưng không đáng kể. Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay hoặc bán kính quay của cánh khuấy. Trong thực tế, việc giảm cường đô khuấy trộn trong các buồng phản ứng thường được thực hiện bằng cách giảm dần số vòng quay của cánh khuấy. Khi bể có nhiều buồng phản ứng kế tiếp, sự chênh lệch của gradien tốc độ giữa các buồng nhỏ nên có thể dùng biện pháp thay đổi kích thước và bán kính quay của cánh khuấy. Đồng thời khi chất lượng nước thay đổi mỗi guồng khuấy có thể có tốc độ quay khác nhau, tương ứng với cường độ khuấy đã chọn. Bộ phận truyền động gồm động cơ điện, bánh răng trục vít hoặc dây xích. Có thể dùng một hay nhiều động cơ cho một guồng. Cấu tạo bể phải đảm bảo điều kiện phân phối đều nước vào các ngăn và có thể cách ly từng bể để sửa chữa. Nước từ bể phản ứng được dẫn bằng mương hoặc ống sang bể lắng, vận tốc từ 0,15 – 0,3 m/s Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 3.1. Bể trộn cơ khí 3.1.1. Nhiệm vụ So với lượng nước cần xử lý, lượng hóa chất thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, khoảng vài chục phần triệu. Mặt khác phản ứng của chúng lại xảy ra rất nhanh ngay sau khi tiếp xúc với nước. Vì vậy cần phải khuấy trộn để phân phối nhanh và đều hóa chất ngay sau khi cho chúng vào nước, nhằm đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán đều trong môi trường nước khi phản ửng xảy ra, đồng thời tạo điều kiện tiếp xúc tốt nhất giữa chúng với các phần tử tham gia phản ứng, việc này thực hiện bằng cách khuấy trộn để tạo ra dòng chảy rối trong nước để đạt hiệu quả xử lý cao nhất. vƯu điểm - Có thể điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn - Thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể trọn nhỏ, nên tiết kiệm về kinh tế xây dựng. v Nhược điểm Cần có máy khuấy và các thiết bị cơ khí khác, đòi hỏi trình độ quản lý, vận hành cao. 3.1.2. Tính toán thiết bị Bảng 3.1. Các thông số tham khảo thiết kế bể trộn cơ khí. Thông số Đơn vị Giá trị Hình dạng Hình vuông Hình tròn Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B 2 : 1 Thời gian lưu nước giây 45 – 90 Cường độ khuấy trộn theo gradient tốc độ s-1 500 – 1500 (Nguồn: Tiêu chuẩn XDVN 33:2006, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội, 2006) Chọn thời gian lưu nước là 90 giây. Gradient tốc độ là 700 s-1 Nhiệt độ nước là 20oC Lưu lượng nước 2000 m3/ngày đêm Thể tích bể trộn: V = = = 2,08 m3 Chọn bể trộn hình vuông. Tỉ lệ chiều cao và chiều rộng H : B = 2 : 1 Þ H = 2B v Chiều rộng bể: Ta có : V = H ´ B ´ B = 2B ´ B ´ B = 2B3 Þ B = = = 1,01 m Chọn B = 1 m v Chiều cao bể: H = 2B Þ H = 2 ´ 1 = 2 m Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 m (TCXD 33:2006: 0,3 – 0,5m) Þ Hthực = H + Hbảo vệ = 2 + 0,3 = 2,3 m Vậy kích thước thật của bể trộn: Cạnh ´ cạnh ´ chiều cao = B ´ B ´ H = 1 ´ 1 ´ 2,3 (m) Ống dẫn nước vào ở đáy bể, dung dịch phèn cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể, nước đi từ dưới lên trên theo ống dẫn sang bể tạo bông. Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiên góc 45o hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. Đường kính cánh khuấy D ≤ chiều rộng bể Þ D ≤ ´ B = ´1 = 0,5 m Chọn đường kính cánh khuấy D = 0,5 m. v Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm chắn 2,3 m; chiều rộng bằng 1/10 đường kính bể, bằng 0,1m. v Máy khuấy đặt cách đáy h = D đường kính cánh khuấy = 0,5 m. - Chiếu rộng bản cánh khuấy bằng 1/5 đường kính cánh khuấy=1/5 ´0,5=0,1 m. - Chiều dài bản cánh khuấy bằng 1/4 đường kính cánh khuấy = 1/4´0,5 =0,125 m. v Năng lượng cần truyền vào máy là : P = G2Vm Trong đó: P: năng lượng tiêu hao tổng cộng (J/s) G: gradient vận tốc (s-1) chọn G = 700 s-1 V: dung tích bể trộn (m3) m: độ nhớt động lực của nước (Ns/m2) Đối với nước ở 20oC, m = 0,001 Ns/m2 Þ P = G2Vm = 7002 ´ 2,08´ 0,001 = 1019,2 (J/s) = 1,02 kW Chọn hiệu suất động cơ h = 0,8 Þ Công suất động cơ Ptt = = = 1,275 kW v Số vòng quay của cánh khuấy P = K r n3 D5 Þ n = Trong đó: n: số vòng quay trong 1 giây (vòng/giây) P: năng lượng cần thiết (W) K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton. Chọn tuabin 4 cánh nghiêng 45o, K = 1,08 r: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) Þ n = = = 3,1 vòng/giây = 187 vòng/phút (Nguồn: Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004). - Tính toán ống dẫn nước vào Theo TCXD 33-2006 vận tốc nước vào và ra bể trộn là 0,8 – 1m/s Chọn vận tốc nước vào Diện tích mặt cắt ngang đường ống Đường kính ống = 170mm Vận tốc nước ra chọn Diện tích mặt cắt ngang đường ống Đường kính ống = 180mm 3.2. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí 3.2.1. Nhiệm vụ Nước và hóa chất phản ứng sau khi đã được hòa trộn đều trong bể trộn được chảy qua bể tạo bông. Bể tạo bông có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuật lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo thành những bông cặn đủ lớn, để được giữ lại trong bể lắng. Bể phản ứng cơ khí dùng năng lượng của cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự xáo trộn dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng qua trục quay và toàn bộ được đặt theo phương ngang hay thẳng đứng. Hình 3.1. Bể phản ứng cơ khí v Ưu điểm: Có khả năng điều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn. v Nhược điểm: Cần có máy móc, thiết bị cơ khí chính xác và điều kiện quản lý, vận hành phức tạp. Chính vì thế nên nó thường được cáp dụng cho các nhà máy nước có công suất lớn, có mức độ cơ giới hóa cao trong sản xuất. 3.2.2. Tính toán thiết bị Chọn thời gian lưu nước là 30 phút. Lưu lượng nước 2000 m3/ngày đêm Thể tích bể: V = Q ´ t = = 41,7 m3 Xây dựng bể phản ứng với các kích thước: rộng 2,5m, sâu 2,5m, tiết diện ngang 6,25m2. Chiều dài bể L = = = 6,672 m. Chọn L = 7,5 m. Chọn chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 m Hthực = H + Hbảo vệ = 2,5 + 0,3 = 2,8 m Kích thước thật của bể: chiều rộng ´ chiều dài ´ chiều cao = B ´ L ´ H =2,5 ´ 7,5 ´ 2,8 Theo chiều dài bể chia bể làm ba buồng bằng các vách ngăn hướng dòng nước theo phương thẳng đứng, khoảng cách giữa các vách ngăn là 2,5m. Dung tích các buồng là 2,5 ´ 2,5 ´ 2,5 = 36 m2. Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục. Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3 – 0,4 m. Ở tâm các buồng, đặt guồng khuấy theo phương nằm ngang. Cường độ khuấy trộn trong các buồng ở koảng 70 s-1 – 20 s-1,mỗi buồng cách nhau 15 s-1 – 20 s-1. Chọn cường độ khuấy trộn trong các buồng là 60 s-1, 40 s-1, 20 s-1 Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục. Đường kính guồng tính đến mép cánh khuấy ngoài cùng lấy nhỏ hơn bề rộng hoặc chiều sâu bể 0,3 – 0,4 m. Þ Đường kính guồng khuấy D < B – 0,3 = 2,5– 0,3 = 2,2m. Chọn đường kính guồng D = 2,2 m. Kích thước bản cánh khuấy chọn: rộng 0,1 m, dài 2,2 m. Tiết diện bản cánh f = 0,1 ´ 2,2 = 0,22 m2. Bản cánh khuấy đặt ở các khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay R1 = 1,1 m, R2 = 0,8 m. Tổng tiết diện bản cánh khuấy Fc = 4f = 4 × 0,22 = 0,88 m2. Tiết diện ngang bể phản ứng Fu = 2,5 ´ 2,5 = 6,25 m2 Tỷ lệ diện tích cánh khuấy: = ´ 100 = 14,08 % đạt tỷ lệ theo quy định (nhỏ hơn 15%). Chọn tốc độ quay của guồng khuấy, sử dụng bộ truyền động trục vít với ba động cơ điện gắn tại đầu trục quay của 3 guồng khuấy. Tốc độ quay cơ bản lấy 8 vòng/phút ở buồng thứ nhất, 6 vòng/phút ở buồng thứ hai và 4 vòng/phút ở buồng thứ ba. - Tính đường ống nước vào Theo TCXD 33-2006, vận tốc nước từ bể trộn sang bể tạo bông và từ bể tạo bông sang bể lắng ngang là 0,8-1m/s Chọn vận tốc nước vào bể v = 0,9 m/s Diện tích ngang đường ống Đường kính ống = 180mm Vận tốc nước ra chọn . Diện tích ngang đường ống Đường kính ống = 200mm 3.2.3. Tính kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản. 3.2.3.1. Buồng thứ nhất Dung tích 15,6 m3. Tốc độ quay của guồng khuấy n1 = 8 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước: v1 = 0,75 × = 0,75× = 0,84 m/s. v2 = 0,75 ×= 0,75 ×= 0,67 m/s. (Nguồn: tr.131, GT Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004). Năng lượng cần để quay cánh khuấy: N = 51.C.F.(v13 +v23) Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22 l/b > 21 Þ C = 1,9 F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng. (Nguồn: tr.131, GT Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công Nghiệp – TS. Trịnh Xuân Lai, NXB Xây Dựng, 2004). ÞN = 51 ´ 1,9 ´ 0,44 ´ (0,843 + 0,673) = 38,1 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: w1 = = = 2,4 W/m3 Giá trị gradient tốc độ G1 = 49,4 s-1. 3.2.3.2. Buồng thứ hai Dung tích 15,6 m3. Tốc độ quay của guồng khuấy n2 = 6 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước: v1 = 0,75 = 0,75 = 0,628 m/s. v2 = 0,75 = 0,75 = 0,503 m/s. Năng lượng cần để quay cánh khuấy: N = 51.C.F.(v13 +v23) Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22 l/b > 21 Þ C = 1,9 F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng. ÞN = 51 ´ 1,9 ´ 0,44 ´ (0,6283 + 0,5033) = 15,9 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: w2 = = = 1,02 W/m3 Giá trị gradient tốc độ G2 = 32 s-1. 3.2.3.3. Buồng thứ ba Dung tích 15,6 m3. Tốc độ quay của guồng khuấy n3 = 4 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của các bản cánh khuấy so với nước: v1 = 0,75× = 0,75× = 0,419 m/s. v2 = 0,75 ×= 0,75 ×= 0,335 m/s. Năng lượng cần để quay cánh khuấy: N = 51.C.F.(v13 +v23) Trong đó: C : tỷ lệ kích thước cánh khuấy l/b = 2,2/0,1 = 22 l/b > 21 Þ C = 1,9 F = 0,44 m2 – tiết diện bản cánh khuấy đối xứng. ÞN= 51 ´ 1,9´ 0,44 ´ (0,4193 + 0,3353) = 4,74 W Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: w3 = = = 0,3 W/m3 Giá trị gradient tốc độ G3 = 17,4 s-1. Giá trị gradient tốc độ trung bình G= (G1+G2+G3)/3= (49,4+ 32 + 17,4)/3 = 32,9 s-1. Giá trị GT GT= 32,9×30×60 = 59280 (nằm trong khoảng 50000 – 100000). 3.2.4. Liều lượng phèn nhôm cần thiết - Công suất tính toán: 2000 m3/ngày.đêm = 83,33 m3/h. - pH của nguồn nước xử lý là: 6,9 Þ Sử dụng phèn nhôm là thích hợp nhất. Liều lượng phèn để xử lý nước có màu : Pp = Trong đó : Pp : Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước M : Độ màu của nguồn nước tính bằng độ theo thang màu Platin – Côban Pp = = 24,33 (mg/l) Liều lượng phèn dùng để xử lý nước đục : Tra bảng 6.3, TCXDVN 33:2006 với hàm lượng cặn 93 (mg/l), liều lượng phèn không chứa nước dùng để xử lý nước đục là 25 – 35 (mg/l) Chọn liều lượng phèn xử lý nước đục là 35 (mg/l) Trong trường hợp nguồn nước vừa đục vừa có màu thì lượng phèn được xác định theo cả hai trường hợp rồi chọn giá trị lớn nhất. ð Chọn liều lượng phèn để xử lý là A= 35 (mg/l) = 35 (g/m3) Lượng phèn sử dụng trong ngày : 35 (g/m3) 2000 (m3/ngày.đêm) = 70000 (g/ngày.đêm) = 70 (kg/ngày.đêm) ð Mc = 93 + 1 35 + 0,25 37 = 137,25 g/m3 Chọn việc xả cặn bằng phương pháp cơ khí Chọn thời gian thu cặn giữa hai lần xả T = 24 giờ Þ dc = 10000 (g/m3) Þ Thể tích vùng chứa cặn: W = = 25,4 m3 Chiều cao vùng chứa cặn: h == 0,67 m. Chọn Hbảo vệ = 0,4 m (quy phạm 0,3 – 0,5 m) Þ Chiều cao bể: H = 3 + 0,67 + 0,4 = 4,07 m. Tổng chiều dài bể lắng kể cả ngăn phân phối và thu nước L = 15 + 2 1,5 = 18 m. 3.3. Bể lắng ngang 3.3.1.Vùng lắng Công suất Q = 2000 m3/ngày đêm = 0,023 m3/s Chọn chiều cao H = 3m (quy phạm 2,5 – 3,5m) Diện tích bề mặt lắng: F = Trong đó: F: diện tích bề mặt vùng lắng (m2) Q: lưu lượng dòng nước qua vùng lắng (m3/s) Uo: tải trọng bề mặt hay tốc độ lắng của hạt cặn (mm/s). Chọn Uo = 0,6 mm/s (quy phạm 0,83÷ 2,5 m/h) (Nguồn: TS. Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, nhà xuất bản xây dựng) Þ F = = 38,3 (m2) Chọn chiều dài L = 6B Þ F = L ´ B = 6B ´ B = 6B2 Chiều rộng bể: B = = = 2,5 (m) Chiều dài bể : L = 6B = 6 ´ 2,5 = 15 (m). Vận tốc nước chảy trong bể: v = = = 3,07×10-3 (m/s) = 3,07 (mm/s) < 16,3 (mm/s)(vận tốc xói cặn) Bán kính thủy lực : R = = 0,9 (m) Ở nhiệt độ 20oC v =1,01 10-6 (m2/s) Re = = 2735 > 2000 Trong bể có chế độ chảy rối Thời gian lưu nước là T = = = 5000 s = 1,4h. 3.3.2. Ngăn phân phối nước vào bể Đặt tấm phân phối khoan lỗ cách cửa đưa nước vào ở đầu bể 1,5m (quy định: 1,5 – 2,5 m). Tấm phân phối có kích thước bằng mặt cắt ngang của bể. Chọn độ cao làm việc thấp nhất của vách ngăn so với mặt trên của vùng lắng cặn là 0,3 m. Khi đó, diện tích công tác của vách ngăn phân phối nước vào bể là: Các lỗ trên tấm phân phối có đường kính như nhau 0,075 (m). (quy phạm: 0,075 - 0,2m) Vận tốc nước qua lỗ từ 0,2 – 0,3 m/s. Chọn vlỗ = 0,25 m/s. Tổng diện tích lỗ cần thiết trên tường chắn: åflỗ = = = 0,092 m2 Tổng số lỗ cần thiết: n =åflỗ/ flỗ 1 = = 21 lỗ. Chọn 24 lỗ Tổng số lỗ lấy là 24 lỗ, cách bố trí lỗ: + Chiều ngang: 6 lỗ, khoảng cách giữa tâm các lỗ 0,42