Đồ án Thiết kế trạm xử lí nước cấp thành phố Thái Nguyên

sông Dây chuyền nước sinh hoạt: Trạm bơm 1ị Làm nguội máyị Lắng đứngị Lọc nhanhị Bể chứaị Trạm bơm 2 PHẦN 2: Thiết kế và tính toán trạm xử lí I.Lưu lượng thiết kế cải tạo mở rộng: Căn cứ vào nhu cầu dùng nước của thành phố thì cần phải xây dựng thêm nhà máy xử lý nước công suất 30000 m3/ngđ. II. Đánh giá chất lượng nước nguồn: Mẫu xét nghiệm nước nguồn : Từ các số liệu về thành phần tính chất nước nguồn, qua các phiếu khoan thăm dò của liên đoàn địa chất thuỷ văn ta có bảng phân tích mẫu nước theo giá trị trung bình các thành phần nguyên tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước. Qua phần đánh giá chất lượng nguồn nước cho thấy thành phố sẽ sử dụng nguồn nước ngầm để khai thác. Ta có các chỉ tiêu về chất lượng nước ngầm như sau : a) Công suất trạm xử lý: Q = 30.000 (m3/ngđ) b) Độ PH ban đầu của nước: PH = 8,2 c) Độ kiềm ban đầu của nước: Ki = 3,2 mgđl/l d) Hàm lượng sắt có trong nước ban đầu: Fe = 22( mg/l.) e) Hàm lượng muối có trong nước: P= 600 (mg/l) f) Nhiệt độ của nước: t = 250 C g)Độ cứng toàn phần: 600mg/l. h)Độ ôxi hoá: 5,3 mg/l. j)Hàm lượng H2S ằ 0 . k) NH4 < 1 mg/l. m) Nitrat NO3: 9 mg /l. n)Nitrit NO2: 0 mg/l. l)Hàm lượng Ca2+: 7mg/l. iii. Phân tích lựa chọn dây chuyền công nghệ Công suất của nhà máy nước mới là 30.000 (m3/ng.đ). 1. Tính toán các thông số cần thiết: 1.1. Tính toán độ ổn định của nước: I = pH – pHs. Trong đó: pH: độ pH ban đầu của nước. pHS: pH bão hòa cân bằng cacbonat canxi. pHS = f1(t0) – f2(Ca2+) – f3(Kt) + f4(P). Trong đó: f1(t0): hàm số nhiệt độ của nước. Tra biểu đồ ứng với nhiệt độ của nước là 250C thì f1(t0) = 2. f2(Ca2+): hàm số hàm lượng của ion Ca2+ trong nước. ứng với hàm lượng ion Ca2+ là 7mg/l thì f2(Ca2+) = 0,85. f3(Kt): hàm số độ kiềm của nước. Độ kiềm ban đầu của nước Kt = 3,2 suy ra f3(Kt) = 1,5. f4(P): hàm số tổng hàm lượng muối của nước. Hàm lượng muối trong nước P = 600 mg/l suy ra f4(P) = 8,885. pHS = 2 – 0,85 – 1,5 + 8,885 = 8,535. I = 8,2 – 8,535 = - 0,335. Trị số I <0 do đó nước có tính chất xâm thực tuy nhiên <0,5 nên ta có thể coi như nước là có tính chất ổn định. 1.2. Xác định độ kiềm của nước: Độ kiềm của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử sắt và có liên hệ mật thiết với độ pH của nước. Người ta đã xác định được rằng để ôxy hóa và thủy phân 1 mg Fe2+ thì tiêu thụ 0,143 mg O2đồng thời làm tăng 1,6 mg khí CO2 và độ kiềm giảm 0,036 mgđl/l. Độ kiềm của nước sau khi khử sắt có thể xác định theo công thức sau Trong đó : : Độ kiềm ban đầu của nước (mgđl/l ). = 3,2 mgđl/l. : Hàm lượng sắt có trong nước nguồn (mg/l ). = 22mg/l 1.3. Xác định hàm lượng CO2 tự do có trong nước ban đầu: Để tính lượng còn lại trong nước sau quá trình làm thoáng ta áp dụng công thức: Trong đó: C0CO2: Hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thoáng (mg/l) a: là hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng, tuỳ thuộc vào từng công trình làm thoáng .Theo TCXDVN 33-2006. - Phun mưa trực tiếp trên mặt bể lọc: a = 0,3 – 0,35(ứng với chiều cao phun mưa >1.0m, cường độ tưới <10 m3/m2.h). - Làm thoáng bằng giàn mưa: a = 0,75 – 0,8. - Làm thoáng cưỡng bức: a = 0,85 - 0,9  Trong quá trình khử sắt sẽ tạo thành tự do , trong quá trình làm thoáng phần lớn CO2 tự do sẽ được giải phóng ra khỏi nước bay vào không khí. Để xác định hàm lượng còn lại trong nước thì ta phải xác định lượng căn cứ vào trị số độ kiềm và độ pH của nước nguồn bằng cách tra biểu đồ 5.1 Sách Xử lý nước cấp-ĐHKTHN để tìm hàm lượng trong nước nguồn trước khi làm thoáng, sau đó cộng thêm vào lượng tự do này là 1 lượng bổ sung do thuỷ phân sắt tạo ra. Từ pH = 8,2; ,,, ta tra biểu đồ. . 2. Lựa chọn phương pháp khử sắt : Trình tự tiến hành như sau: - Căn cứ vào chỉ số độ pH và độ kiềm của nước chúng ta tra biểu đồ trong qui phạm để tìm hàm lượng khí CO2 ban đầu ta được = 1,8 mg/l. Cộng thêm vào lượng khí CO2 vừa mới xác định được ấy một lượng bổ sung do thủy phân sắt tạo, ta tính được hàm lượng khí CO2 mới là: 37 mg/l. Từ độ kiềm và hàm lượng khí CO2 mới, tra lại biểu đồ tìm trị số pH của nước sau khi khử sắt ta được pH = 6,75 < 6,8 do đó không thể áp dụng phương pháp làm thoáng đơn giản để xử lý nước. - Chúng ta tiến hành bước tiếp theo là lấy 25% lượng khí CO2 vừa tính toán được và độ kiềm của nước, tra biểu đồ tìm độ pH, được độ pH = 6,8. Ta có pH = 6,8 và độ kiềm > 1 mgđl/l do đó để khử sắt có thể áp dụng phương pháp làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa hoặc làm thoáng cướng bức. Em đưa ra 2 sơ đồ dây chuyền công nghệ như sau: Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương án 1 Clo Thùng quạt gió + Lắng ngang tiếp xúc Bể chứa Bể lọc nhanh phổ thông Trạm bơm giếng Nước đi TB 2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ phương án 2 Clo Dàn mưa+ Lắng ngang tiếp xúc Bể chứa Bể lọc nhanh phổ thông Trạm bơm giếng Nước đi TB 2 *Thùng quạt gió : +Ưu: - Cường độ mưa lớn nên diện tích xây dựng nhỏ, công trình gọn nhẹ. - Không khí được cấp bằng quạt gió nên rất chủ động, diện tích tiếp xúc lớn nên tốc độ oxy hoá Fe2+ và các chất hữu cơ diễn ra nhanh chóng. Các khí cản trở quá trình oxy hoá Fe2+ như CO2, H2S, NH3. . . . thoát ra dễ dàng với tỷ lệ rất cao. Theo TCXD 33-2006 sẽ giải phóng được 85á90% lượng CO2 hoà tan trong nước, lượng oxy hoà tan lấy bằng70% lượng bão hoà. - Có khả năng công nghệ hoá trong xây dựng ,thi công nhanh gọn. - Hiệu quả khử sắt và Mangan cao hơn tháp làm thoáng. -Thường dùng với TXL có công suất vừa và lớn,hàm lượng sắt cao. +Nhược: -Phải sử dụng động cơ quạt và điện. -Khó khăn trong việc quản lí hoạt động vì buồng quạt gió kín,đồng thời dễ gây đóng cặn sắt trong buồng và khó cọ rửa. * Làm thoáng tự nhiên bằng dàn mưa: +Ưu: -Giàn mưa có khả năng thu được lượng oxi hoà tan bằng 55%lượng oxi bão hoà và có khả năng khử được 75-80% lượng CO2 có trong nước. -Thường áp dụng cho TXL có công suất bất kì, hàm lượng sắt nước nguồn <= 25 mg/l -Dễ dàng vận hành và quản lí - Hệ thống đơn giản +Nhược: -Diện tích mặt bằng lớn hơn sử dụng thùng quạt gió - Gây mất mỹ quan,mùi sắt ảnh hưởng đến xung quanh Từ những phân tích trên em thấy sơ đồ dây chuyền công nghệ thứ nhất là hợp lí hơn cả. IV. Tính toán thiếtTài liệu sử d kế các công trình trong trạm xử lý. 1. Tính toán công trình làm thoáng - thùng quạt gió: 1.1. Cấu tạo: Thùng quạt gió làm bằng bê tông cốt thép, có tiết diện tròn hoặc vuông. Cấu tạo thùng quạt gió gồm: a. Hệ thống phân phối nước : Có dạng hình xương cá,các ống nhánh cách nhau 250300 (mm) có khoan lỗ nghiêng 450 ở phía dưới có d = 10 20 (mm) cách nhau 200 300 (mm), cường độ mưa lấy từ 40 50 (m3/m2-h). b. Lớp vật liệu tiếp xúc: Là các ván gỗ rộng 200 (mm) dày 10 (mm) đặt cách nhau 50 (mm) thành một lớp. Lớp nọ đặt vuông góc với lớp kia cách nhau bằng các sườn đỡ là các thanh gỗ tiết diện 5050 (mm). Lớp vật liệu tiếp xúc được đặt trên sàn bê tông có khe hở để thu nước phía dưới. c. Ngăn thu nước: Nước qua lớp vật liệu tiếp xúc xuống sàn thu nước qua xi phông rồi theo ống dẫn xuống bể lắng. Mục đích của xi phông là không cho không khí của quạt gió đi xuống bể lắng mà chỉ đi từ dưới lên trên. Chiều cao ngăn thu nước lấy không nhỏ hơn 0,5 (m). d. Máy quạt gió: Có nhiệm vụ đưa không khí từ dưới lên ngược chiều với chiều rơi của nước. Lượng không khí cấp vào lấy bằng 10 m3/1 m3 nước. áp lực cần thiết của quạt gió phải lớn hơn tổng tổn thất áp lực của dòng khí đi qua thùng quạt gió. Tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc lấy bằng 30 mm/1 m chiều cao vật liệu, tổn thất qua sàn phân phối lấy bằng 10 (mm), tổn thất cục bộ lấy bằng 1020 (mm), tổn thất qua ống phân phối lấy bằng 1520 (mm). 1.2. Tính toán: - Diện tích thùng quạt gió được tính theo công thức: Trong đó: Q: công suất trạm xử lý là: Q = 30000 m3/ngđ = 1250 m3/h=0,3472 m3/s. qm cường độ mưa tính toán (m3/m2.h). Chọn vật liệu tiếp xúc là sàn gỗ ) Chia làm 4 thùng , diện tích mỗi thùng là : ) Thiết kế thùng quạt gió hình vuông. Kích thước mỗi thùng quạt gió a = = ằ 2.82 m. - Tính chiều cao thùng quạt gió: Chiều cao thùng quạt gió được xác định theo công thức sau: H = Hnt + Hvltx + Hfm (m). Trong đó : Hnt: chiều cao ngăn thu nước ở đáy, lấy bằng 0,5 m theo TCXDVN 33-2006 thì Hnt ³ 0,5m. Hvltx: chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc (m). Căn cứ vào độ kiềm toàn phần của nước nguồn là 3,2 (mgđl/l), vật liệu tiếp xúc chọn là sàn gỗ xếp, tra bảng (5-4), xác định được Hvltx = 2 m. Hfm: chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc lấy bằng 1.0 m. H = 0,5 + 2 + 1 = 3,5 m. - Chọn bơm quạt gió: + Lưu lượng gió cần thiết đưa vào ứng với tiêu chuẩn là 10m3 không khí cho 1m3 nước là : Qgió = 10 x 1250 = 12500 m3/h = 3,47 (m3/s). + áp lực gió: Hgió =Hvltx +Hcb+Hsàn+Hopp (m). Trong đó: Hvltx: tổn thất qua vật liệu tiếp xúc 30 x 2 = 60mm. Tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc lấy bằng 30 mm/1 m chiều cao vật liệu, tổn thất qua sàn phân phối lấy bằng 10 (mm), tổn thất cục bộ lấy bằng 1020 (mm), tổn thất qua ống phân phối lấy bằng 1520 (mm). Hcb: tổn thất cục bộ, lấy bằng 15 mm theo TCXDVN 33 -2006 Hcb = 15 -20 mm. Hopp: tổn thất qua ống phân phối gió, lấy bằng 15 mm theo TCXDVN 33 -2006 thì Hopp = 15 -20 mm. Hsàn: tổn thất qua sàn phân phối, lấy bằng 10 mm. Hgió = 60 + 15 + 15 + 10 = 100 mm. + Chọn máy quạt gió theo các thông số sau: Qgió = 3,47 m3/s. Hgió = 100 mm. - Tính hệ thống lượng phân phối nước lên mỗi thùng quạt gió : + áp dụng công thức : Trong đó : Qxl: lưu lượng của trạm xử lý. Qxl = 1250 m3/h. N: là số thùng quạt gió. N = 4. Chọn đường kính ống dẫn nước lên thùng quạt gió : D = 300 mm. + Vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước lên thùng quạt gió: Vận tốc nước chảy cho phép theo TCXDVN 33 - 06 là 1 – 1,2 m/s. + Đường kính ống nhánh phân phối thoả mãn vận tốc 1,82 (m/s). + Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 300 (mm). Thì số ống nhánh của thùng là: . Vậy có 22 ống nhánh, lưu lượng trong mỗi ống là: Qn = = 0,004 (m³/s). + Chọn đường kính ống nhánh là d = 40 (mm). Vận tốc nước trong ống nhánh là 1.78(m/s). Thoả mãn điều kiện. - Tính toán ống thu nước: nước ra khỏi thùng quạt gió với vận tốc 0,8 (m/s). Chọn ống thu nước D = 350 (mm), khi đó v = 0.9 (m/s), thoả mãn điều kiện. - ống xả kiệt: chọn d = 100 (mm). - ống dẫn gió: vận tốc không khí trong ống từ 1520 (m/s), chọn d = 150 (mm). II. Tính toán bể lắng ngang tiếp xúc: 1.Xac định bể lắng ngang tiếp xỳc: Dung tích của bể được xác định theo công thức sau: Trong đó: Q: Công suất của trạm xử lý (m3/h). Q = 1250 (m3/h). t : Là thời gian nước lưu lại trong bể, từ 30 – 45 phút .Chọn t = 40 (phút) Lấy chiều cao vùng lắng của bể là Hl = 3.0 (m). Theo TCXDVN 33-2006 lấy bằng 1,5 - 3,5 m. 2. Tính toán diện tích toàn phần của bể lắng, kích thước bể: . Để thuận tiện cho quá trình quản lý vận hành, xây dựng đa hợp khối công trình thùng quạt gió và bể lắng tiếp xúc. Do đó ta cũng lấy số bể tiếp xúc là 4. Vậy diện tích mỗi bể là: . Lưu lượng nước qua mỗi bể là: Vậy ta chọn bể lắng tiếp xúc có hình chữ nhật với kích thước là: L x B = 14 x 5 m. Chia làm 4 bể , kích thước mỗi bể là:LxB = 14x5 = 70(m2). Tổng diện tích bể: 70x4=280 m2. Theo chiều dài bể L= 14m ,chia làm 4 ô với kích thước mỗi ô : 5x3,5 m (Quy phạm từ 24 m) Chiều cao nhỏ nhất bể, chưa kể độ dốc đáy là: H = Hl + Hc + H1 + H2 (m). Trong đó : Hl: chiều cao vùng lắng. H1 = 3 m. Hc: chiều cao lớp cặn trong bể lắng 1 m. Theo TCXDVN 33 – 06 Hc 0,5 m. H1, H2: Chiều cao bảo vệ trên mức nước và dưới lớp cặn trong bể lắng. Lấy H1 = H2 = 0,5 m. Vậy: H = 3 + 1 + 0,5 + 0,5 = 5 m. Diện tích cửa sổ hướng dòng lấy bằng 40% diện tích vách ngăn(Quy phạm 3050%). Fc. sổ= 0.4x (5x3,5)=7m2. Tốc độ dòng nước qua cửa sổ: vc.sổ==0,0123m/s=12,3mm/s Thiết kế mỗi bể có 1 máng thu nước nằm ở cuối bể, vận tốc nước chảy trong máng Vm = 0,7 (m/s) Lưu lượng nước vào một máng: qm = = = 625 (m3/h) Diện tích mặt cắt ướt của máng: Fm = = ằ 0,248(m2) Thiết kế máng có kích thước (h´b) = 0,45x0,55=0.2475 (m2) Trên mép máng gắn tấm điều chỉnh chiều cao mép máng bằng inox xẻ rãnh chữ V, mỗi mét dài 5 chữ V, có chiều cao 10 (cm) đỉnh cách nhau 20 (cm). III. Tính toán bể lọc nhanh : 1. Sơ đồ cấu tạo bao gồm: - ống dẫn nước vào bể. - Mương phân phối nước vào bể và tập trung nước rửa lọc. - Máng thu nước rửa - Vật liệu lọc - Vật liệu đỡ - Các tấm đan bê tông có gắn chụp lọc - Hầm thu nước - ống xả nước rửa - ống dẫn gió - ống dẫn nước trong - ống dẫn nước rửa - ống xả nước lọc dầu - Mương thoát nước rửa - ống xả kiệt bể lọc. 2. Tính toán thiết kế cấu tạo bể: Các thông số công nghệ : - Vật liệu lọc : Dùng cát thạch anh có : + dmin = 0,7 mm; dmax = 1,5 mm; dtd = 0,9 á 1 mm. + Chiều dày lớp vật liệu lọc : L = 1200 mm. + Chiều dày lớp vật liệu đỡ : L = 150 mm. - Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường : vbt = 8 m/h - Tốc độ lọc ở chế độ làm việc tăng cường : vtc = 10 m/h. (Các thông số trên lấy trong bảng 7-4 trang 268 tài liệu Cấp Nước tập 2 –TS Trịnh Xuân Lai). - Cường độ rửa bể lọc : w = 20 l/s.m2. - Độ nở tương đối của vật liệu lọc : e = 20% - Thời gian rửa bể lọc : t1 = 5' =0,083 h - Thời gian dừng bể để rửa : t2 = 0,35 h. -Quy trình rửa bể là rửa bằng gió nước kết hợp. 3.Tính toán bể lọc nhanh: a. Tổng diện tích bể lọc trong trạm xử lý được tính theo công thức: Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý = 30000 (m3/ngđ) T: Thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày đêm = 24 h Vbt: Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường. Vbt = 8 m/h. W: Cường độ nước rửa lọc = 20 l/s.m2 t1: Thời gian rửa lọc = 5 phút = 0,083 giờ t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa = 0,35 giờ (TCXDVN 33-2006 điều 6.102) a: Số lần rửa mỗi bể lọc trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường = 2 lần. Trong bể lọc sử dụng lớp sỏi đỡ có d = 2 – 5 mm, dày 0,15m Vật liệu lọc: sử dụng lớp cát thạch anh có dtd = 0,9 á 1mm. Hệ số dãn nở tương đối e = 20%. Hệ số không đồng nhất K = 1,8 á 2( Bảng 4-6 trang 139 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN” ) b. Số bể lọc cần thiết được xác định theo công thức: N = 0,5 = 6,7 bể Chọn N = 6 bể. - Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để sửa chữa: Trong đó: N: tổng số bể lọc của trạm xử lý, N = 6. N1: số bể lọc ngừng lại để sửa chữa N1 = 1. < 10 Vtc: đạt điều kiện (Theo bảng 4-6 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN” thì Vtc = 8 á 10 m/h). - Xác định kích thước bể lọc: Tổng diện tích của bể lọc F = 180,424 m2. Số bể lọc n = 6 bể. Diện tích 1 bể lọc được xác định như sau: Chọn kích thước 1 bể lọc là: L x B = 6 x 5 = 30 m2. - Chiều cao toàn phần của bể lọc xác định theo công thức H = htg+ hs+ hv+ hbv+hn Trong đó: htg:Chiều cao phần trung gian tính từ sàn chụp lọc xuống đáy bể lấy theo cấu tạo từ 0,6 1 m. Lấy bằng 0,8 m. hs : Chiều cao lớp sỏi đỡ. Lấy theo quy phạm 33-2006, cỡ hạt lớp đỡ : 2 á 5 mm thì hs= 0,15m. hv : Chiều cao lớp vật liệu lọc (m). hv= 1,2 m. hn: Chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc. Chọn hn=2m. hbv : Chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng bể để rửa. hp ³ 0,3m. Lấy hp = 0,4m. Vậy: H = 0,8 + 0,15 + 1,2 + 2 + 0,4 = 4,55m. c) Hệ thống phân phối nước bằng chụp lọc đuôi dài: Bể lọc thiết kế sử dụng loại chụp lọc đuôi dài, với phần đầu chụp lọc là các lỗ phân phối nước có dl = 4mm hệ thống nàyđược tính để thu nước lọc và phân phối nước rửa lọc. Số lượng chụp lọc lấy bằng 45 cái/1m2 sàn (theo TCXDVN 33-2006điều 6.122 khi có lớp sỏi đỡ ,số lượng chụp lọc/1m2 sàn lấy khoảng 36 á 49 cái). Chụp lọc được gắn trên sàn bê tông. - Số lượng chụp lọc trong một bể lọc là : (cái). - Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng chụp dài đuôi được xác định theo công thức (TCXDVN 33-2006 điều 6.112) Trong đó : : Hệ số lưu lượng nước, đối với chụp lọc có lỗ = 0,62 ( Trang 134 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN”) v : tốc độ chuyển động của động của hỗn hợp không khí và nước qua lỗ lấy không nhỏ hơn 1,5 m/s. (TCXDVN 33-2006 điều 6.112). Chọn V: Trong đó : Whh: cường độ của hỗn hợp gió nước khi rửa m3/s.m2. Whh = Wg + Wn Wg : cường độ gió theo bảng 4-5 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN” thì Wg=15 20 l/s.m2. Chọn Wg= 18 l/s.m2 Wn : cường độ nước khi rửa , theo bảng 4-5 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN” thì Wn=912 l/s.m2. chọn Wn= 10 l/s.m2. Vậy Whh= 18 + 10 = 28 l/s.m2 = 0,028 m3/s.m2 F1b: Diện tích 1 bể lọc. F1b = 30 m2. ồfl : Tổng diện tích các lỗ trong 1 bể lọc. ồfl = 0,21 m2. >1,5m/s Thoả mãn TCXDVN 33-2006. - Tổn thất áp lực qua lớp sõi đỡ: Hs = 0,22.h.W (Công thức 4-46 trang 135 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN”) Trong đó: hs: chiều dày lớp sỏi đỡ h = 0,15 m. w: cường độ nước rửa lọc, w= 10 (l/s.m2). đ DHS = 0,22 x 0,15 x 10 = 0,33 m. - Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc bằng cát thạch anh: DHVLL= (a + b.w).hVL.l (m) (Công thức 4-47 trang 135 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN”) Trong đó: a,b: là các thông số phụ thuộc kích thước hạt với cỡ hạt có d = 0,5 á 1mm thì a = 0,76; b = 0,017 ( Trang 135 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN”) w: cường độ nước rửa lọc w = 10 l/s.m2 hVL: chiều cao lớp vật liệu lọc. h = 1,2m. l: độ giản nở của lớp vật liệu lọc khi rửa, chọn l = 20% DHVLL=(0,76 + 0,017.10).1,2.= 0,2232m. - Tổn thất áp lực dự trữ để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lọc khi rửa lấy bằng 2 m (Trang 135 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN”) - Tổn thất áp lực trong bể lọc khi rửa lọc là: DH = DHpp + DHs + DHVLL + DHPVKC = 2,12+0,33 + 0,2232+ 2 = 4,67 m. d) Hệ thống đưa nước rửa lọc vào từng bể: - Lưu lượng nước rửa lọc cho 1 bể là: Trong đó: wn: cường độ nước rửa lọc l/cm2. wn = 10 l/s.m2. F1b: diện tích công tác của bể lọc. F1b = 30 m2. Khi rửa bể lọc thì rửa luân phiên từng bể, mỗi lần rửa một bể lọc - ống dẫn nước rửa lọc: + Diện tích ống phân phối: Trong đó: v r : vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước rửa lọc. Chọn vr = 1,5 m/s (Theo TCXDVN 33 -2006 điều 6.111 thì vr=1,5 2m/s). + Đường kính ống phân phối: Chọn D0= 500 mm. Chọn đường ống dẫn nước rửa lọc chung vào bể lọc D = 600 mm. - Máng thu nước rửa lọc: + Bể có chiều dài là 6 m. Chọn mỗi bể 3 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác, khoảng cách giữa các tâm máng sẽ là d=6/3=2 m(Quy phạm không lớn hơn 2,2m) + Chiều dài máng bằng chiều rộng của bể lm = 5 m. + Chiều rộng của máng được xác định theo công thức sau (Theo TCXDVN điều 6.117) Trong đó: qm: Lưu lượng nước rửa tháo qua máng m3/s tính theo công thức sau (Trang 146 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN”) qm= W.d.lm (l/s)= 10 x 2 x 5 = 100 l/s = 0,1 m3/s. w: cường độ rửa lọc (l/s.m2). w = 10 l/s.m2. d: Khoảng cách giữa các tâm máng d=2m. a: tỉ số giữa chiều cao của phần hình chữ nhật với nửa chiều rộng máng. a = 1 á 1,5. Chọn a = 1,2 m. k: hệ số lấy bằng 2,1 đối với máng có tiết diện đáy hình tam giác + Ta có tỉ số a: ị hCN= Lấy chiều cao phần tam giác là hđ = 0,18 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0,01.(Theo TCXDVN 33-2006 điều 6.117) Chiều dày thành máng lấy m= 0,08 m. + Chiều cao toàn phần của máng: Hm= hCN + hđ + dm = 0,27 + 0,18 + 0,08 = 0,53 (m) + Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên của máng thu nước xác định theo công thức: Trong đó: L: Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m) e: Độ giản nở tương đối của lớp VLL theo quy phạm = 20%. Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp VLL tối thiểu 0,07m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa Hm = 0,53 (m), vì máng dốc về phía máng tập trung i = 1%, máng dài 5 m nên chiều cao máng phía máng tập trung sẽ là: 0,53+ 0,05 = 0,58 (m) Vậy DHm phải lấy là: DHm = 0,58+ 0,07 = 0,65 (m). Mép trên của máng thu nước phải tuyệt đối phẳng. - Nước rửa lọc qua các máng thu về mương tập trung nằm ở đầu bể. Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy mương tập trung xác định theo công thức: (Theo TCXDVN điều 6.118) Trong đó: q: Lưu lượng chảy vào mương tập trung = lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc =0,3 (m3/s). g: Gia tốc trọng trường = 9,81 (m/s2). A: Chiều rộng mương tập trung lấy theo cấu tạo = 0,7m( Quy phạm không nhỏ hơn 0,6m). - ống dẫn gió rửa lọc: Với cường độ gió thổi qua bể lọc wg =18 l/s.m2, lưu lượng gió tính toán là: Q gió = Lấy tốc độ trong ống dẫn gió chính là 18 m/s (TCXDVN 33-2006, Vgió=15á20 m/s). Đường kính ống dẫn chính được xác định bằng công thức sau: Dgió= Chọn Dgió = 200 mm. e) Tính toán và chọn đường kính các loại ống trong bể lọc: -ống dẫn nước vào bể lọc : các bể lọc chia làm hai dãy song song như bản vẽ.Lưu lượng nước cấp vào mỗi dãy là: Lấy vận tốc trong ống là 1 m/s (TCXDVN 33-2006 V=0,8 á1,2 m/s). Đường kính ống dẫn nước vào bể lọc là: D= Chọn D=500mm - ống xả nước lọc đầu: Lưu lượng của 1 bể lọc là: Q1b = Vận tốc xả nước lọc đầu: Vxả = 1,5 m/s (TCXDVN 33-2006 Vxả=1,5 á2 m/s). Chọn D = 200 mm. - ống thoát nước rửa : vận tốc nước chảy trong ống chọn 1,5 m/s (TCXDVN 33-2006 V=1,5á2 m/s). Chọn D200mm. - ống xả kiệt: lấy theo cấu tạo, với bể kích thước nhỏ chọn D = 100mm (TCXDVN 33-2006 điều 6.121 D= 100á200mm) - ống dẫn nước sạch từ bể lọc sang bể chứa : Bố trí 1 ống dẫn nước sạch từ bể lọc sang bể chứa, lưu lượng của ống là Qống = 0,3472m3/s Vận tốc nước chảy trong ống bằng 1,2 m/s. (TCXDVN 33-2006 đ 6.120, vận tốc từ 1á1,5 m/s) Vậy đường kính: Dống= Chọn Dống = 600 mm - Cửa thăm bể lọc: bố trí ống thép D800, bắt bích đặc. Kết luận: Chọn đường kính: - ống dẫn nước từ bể lắng sang D500mm. - ống xả nước lọc đầu D200mm. - ống xả nước rửa lọc D200mm. -ống dẫn gió D200mm -ống xả kiệt D100mm - ống phân phối nước rửa lọc vào từng bể D500mm. - ống phân phối nước rửa lọc chung D600mm. - ống thu nước đã lọc D 600mm. f) Chọn máy bơm rửa lọc và bơm gió rửa lọc: áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức: Hr = hhh + hô + (hpp + hs + hVL + hpvkc )+ hcb Trong đó: hpp :Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng chụp dài đuôi hs :Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ hvl :Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc hpvkc :áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc Như đã tính ở trên :DH = hpp + hs + hVL + hpvkc = 4,67 m hhh: độ cao hình học tính từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m) hhh = 4 + 3,5 –2 + 0,65 = 6,15 m Trong đó : 4: chiều sâu mực nước trong bể 3,5: độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa(TCXDVN 33-2006 điều 6.352 là 3á3,5m) 2: chiều cao lớp nước trong bể lọc 0,65 : khoảng cách từ lớp VL lọc đến mép máng hống: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc Giả sử chiều dài đường ống dẫn nước rửa lọc là l = 80 m. Đường ống dẫn nước rửa lọc D = 600, qr = 0,3 ( m3/s). Tra bảng phụ lục VII – SGK - MLCN - NXB KH & KT – HN 2001 có hệ số sức kháng đơn vị So = 0,05784. Hô = So.l.q2r =0,05784 80 0,32 = 0,4164 m. hcb: tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống với van khoá xác định theo công thức : hcb = Trong đó: : hệ số tổn thất cục bộ trên các phụ tùng . Cụ thể như sau : 2 cút 900 ,1 van khoá ,2 ống ngắn. = 2.0,98 + 0,26 +2.1 = 4,22. v : vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước rửa (m/s) v ==1,06m/s. hcb = = 4,22.= 0,24 m. Thay các giá trị vừa tính được vào công thức xác định Hr: Hr = 4,67 + 6,15 + 0,4164 + 0,24 = 11,4764 (m) Chọn Hr = 11,5 (m) Với Qr = 300(l/s), Hr=11,5 m. Ta sẽ chọn được máy bơm rửa lọc thích hợp. Ngoài một máy bơm rửa lọc công tác ta chọn thêm 1 máy bơm dự phòng. + Lưu lượng gió rửa lọc cho 1 bể là: + Hgio = 3á4 m. (Trang 143 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN” ) Ta cũng chọn được máy bơm quạt gió rửa lọc phù hợp g) Tỷ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc: Tính toán tỷ lệ nước rửa so với công suất trạm xử lý : Tỉ lệ nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc được xác định theo công thức : (Công thức 4-60 trang 143 giáo trình “Xử Lí Nước Cấp-PTS Nguyễn Ngọc Dung-ĐHKTHN” ) Trong đó : W: cường độ nước rửa lọc .. F: diện tích một bể lọc .. N: số bể lọc N = 6 T0: thời gian công tác của bể giữa hai lần rửa và được xác định theo công thức : T: thời gian công tác của bể lọc trong 1 ngày. T = 24 giờ. N: số lần rửa lọc n = 2. t1, t2, t3: là thời gian rửa ,xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể t1 = 5’=0,083 giờ, t2 =10’= 0,17 giờ, t3 = 0,35 giờ. (giờ). h) Quy trình rửa lọc bằng gió nước kết hợp: - Quy trình rửa lọc bằng gió nước kết hợp thì tiến hành theo 3 pha : pha gió, pha gió + nước và pha nước. - Kích thước xây dựng bể lọc Chiều rộng bể lọc : 5 (m) Chiều dài bể lọc 6 (m ) Chiều cao bể lọc, ta áp dụng công thức : Trong đó : h1: chiều cao tầng hầm, lấy h1 = 0,8 m. h2: chiều cao sàn gắn chụp lọc h2 = 0,1 m. h3: chiều cao lớp sỏi đỡ lấy theo bảng (4-7), h3 = 0,15 m. h4: chiều cao lớp cát lọc, h4 = 1,2 m. h5: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, h5 = 2 m. h5 theo TCXDVN 33 -2006 h5 2m. h6: chiều cao bảo vệ lấy h6 = 0,5 m. Vậy chiều cao xây dựng bể là : Hb = 4,9 m. g) Điều chỉnh tốc độ lọc Để điều chỉnh tốc độ lọc dùng phao và van bướm. ở thiết bị này, van bướm được lắp đặt trên đường ống dẫn nướ