Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước mặt sông Sài Gòn – Đồng Nai cấp cho sinh hoạt công suất 5000m3/ngày đêm

K1- hệ số thu hẹp diện tích do các dây làm lưới choán chỗ và rác bám, K=1,5 - 1,6, chọn K=1,5 m2 Vậy kích thước lưới chắn là 0,42m x 0,42m. *Trạm bơm: Công suất của trạm bơm Trong đó: Q- Công suất Q= 0,122m3/s H- áp lực của bơm, chọn H = 20 m g- Khối lượng thể tích của nước, g =1000 kg/m3 h-hiệu suất của bơm, lấy h= 80% Trong ngăn thu bố trí hai bơm cùng công suất 14,2 kW, một bơm hoạt động còn một bơm kia để dự phòng, hai bơm này được mắc song song với nhau. 3.2. CÁC CÔNG TRÌNH CHUẨN BỊ DUNG DỊCH PHÈN. 3.2.1.Bể trộn phèn Có thể cho phèn vào nước dưới dạng bột, hạt khô hoặc dưới dạng dung dịch. Để định lượng được phèn vào nước dưới dạng bột hoặc hạt khô thì phải có phèn sản xuất ra dưới dạng bột, nhưng việc định lượng phèn dưới dạng bột khô thì thường không chính xác và thường không đảm bảo vệ sinh vì nhiều bụi, nên có thể loại trừ việc dùng phèn bột. Thường định lượng phèn vào nước dưới dạng dung dịch có nồng độ từ 1 ÷ 5%. Việc tăng nồng độ của dung dịch phèn sẽ làm giảm độ chính xác khi định lượng, vì vậy đầu tiên dùng các thùng hoà trộn để hoà trộn phèn có nồng độ cao, đồng thời để lắng bớt các cặn, tạp chất không tan trong nước ở bể hoà tan, sau đó mới chuyển qua bể tiêu thụ để pha loảng nồng độ 1 ÷ 5% rồi định lượng vào nước Tốc độ hoà tan phèn cục ở trong nước tăng nhanh khi kích thước các cục phèn càng nhỏ, tăng cường độ tuần hoàn của nước trong bể hoà tan và tăng nhiệt độ của nước. Vì vậy để đảm bảo thời gian hoà trộn phèn phù hợp với yêu cầu của các nhà quản lý đề ra cho nhàmáy của mình, thì cần phải đập nhỏ phèn trước khi cho vào bể hoà trộn Nhiệm vụ của bể hoà trộn là hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn thường cao nhưng không vượt quá nồng độ bảo hòa. Theo TCXD – 33:1985 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hoà trộn trong khoảng 10 ÷ 17%. Để hòa tan phèn trong bể có thể dùng không khí nén, máy khuấy hoạc bơm tuần hoàn. Nhưng đối với trương hợp này thì ta hòa trộn phèn bằng máy khuấy, bể xây bằng bê tông cốt thép, bộ phận khuấy trộn gồm: động cơ điện, bộ phận truyền động và cánh khuấy. Để đơn giản ta chọn cánh khuấy kiểu phẳng. Ta chọn bể hoà trộn phèn dùng cánh khuấy kiểu phẳng có 02 cánh quạt, số vòng quay là 60 vòng/phút. Liều lượng phèn để xử lý nước đục theo bảng sau: Liều lượng phèn để xử lý độ đục Hàm lượng cặn của nước nguồn (mg/l) Liều lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước (mg/l) Đến 100 101-200 201-400 401-600 601-800 801 -1000 1001 -1400 25-35 30-45 40-60 45-70 55-80 60-90 65-105 Ứng với hàm lượng cặn nước mặt sông SG – ĐN vào khoảng 270mg/l, chọn lượng phèn P=50 mg/l Căn cứ vào độ màu của nước mặt sông SG – ĐN vào khoảng 150 Pt.Co, ta xác định được lượng phèn nhôm Al2(SO4)3 cần thiết để khử màu theo công thức : mg/l Vậy chọn lượng phèn là P=50mg/l Dung tích bể hoà trộn phèn tính theo công thức: Trong đó : :Lưu lượng nước xử lý (m3/h). Q= 208 m3/h : Thời gian giữa hai lần hoà tan phèn, lấy = 24 giờ : Liều lượng lượng phèn dự tính cho vào nước (g/m3). Pp = 50mg/l = 50g/m3 :Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hoà trộn (%).Chọn = 10% (Theo TCXD-33:1985 có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hoà trộn trong khoảng 10 ÷ 17%.) : Khối lượng riêng của dung dịch tấn/m3. Trong bài toán này loại phèn sử dụng để làm chất keo tụ là phèn nhôm Al2(SO4)3 không chứa nước. Vậy dung tích bể hoà trộn phèn là: Việc khuấy trộn được tiến hành trong bể trộn hình vuông với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2 :1. Vậy ta chọn kích thước bể 1,08 × 1,08 × 2,2m = 2,5 m3 Chọn chiều cao an toàn cho bể hoà trộn phèn là : 0,4 m. (Theo tiêu chuẩn chọn chiều cao an toàn nằm trong khoảng 0,3 ÷ 0,5 m). 3.2.2 Tính toán thiết bị khấy trộn phèn Bể được khấy trộn bằng máy trộn cánh quạt, dung tích bể khấy trộn được tính ở trên là Wh = 2,5 m3. Bể được thiết kế hình vuông với tỉ lệ kích thước như sau: a x b x h = 1,08 x 1,08 x 2,2m Chọn số vòng quay cánh quạt là 60 vòng/phút (Quy phạm ≥ 40 vòng/phút). Chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 bề ngang bể (Quy phạm = 0,4 ÷ 0,45b). lcq = 0,45.b = 0,451,08 = 0,486 m Vậy chiều dài toàn phần của cánh quạt là : 0,486 2 = 0,972 m Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế trung bình là 0,15 m2/cánh quạt/1 m3 phèn trong bể. fcq = 0,15.Wh = 0,152,5 = 0,375 m2 Chiều rộng mỗi cánh quạt là: 0,375 ÷ 0,486 = 0,77 m Năng lượng khuấy trộn cần thiết: (W) Trong đó: k: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy kiểu phẳng hai cánh ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, lấy ρ = 1000 kg/m3 n: số vòng quay trong 1 giây, n = 60vòng /phút = 1 vòng/ s. Dkh: Đường kính cánh khuấy, Dkh = 0,972 m W Công suất động cơ: W trọng lượng riêng của dung dịch được khuấy trộn. = 0,8 hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động (hiệu suất) 3.3. THIẾT BỊ PHA CHẾ VÔI: Vôi được dùng để kiềm hoá nươc, làm mềm nước hoăc để ổn định nước. Vôi cho vào nước có thể ở dạng vôi sữa hay vôi bão hoà. Trước tiên vôi sống phải được đem tôi. Bể tôi vôi thường có dung tích đủ cho 30 ÷ 40 ngày tiêu thụ của nhà máy và được chia làm nhiều ngăn để tiện việc lau rửa Công thức xác định liều lượng chất kiềm hoá mg/l Trong đó: Pk : Hàm lượng chất kiềm hoá (mg/l) Pp : Hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l) , đã tính Pp= 30mg/l e1, e2 : Đương lượng của chất kiếm hoá và của phèn (mg/mgđl). (Trong trường hợp này sử dụng chất kiềm hoá là CaO nên e1 = 28; và đối vơi chất keo tụ là Al2(SO4)3 nên e2 = 57 Kt : Độ kiềm nhỏ nhất của nước nguồn (mgđl/l) 1 : Độ kiềm dự phòng của nước (mgđl/l) c : Tỉ lệ chất kiềm hoá nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng (%). (Trường hợp này c = 80%) Vậy ta có : Dung tích bể pha vôi sữa được xác định theo công thức (m3) Trong đó: Q : Lưu lượng nước tính toán (m3/h), Q = 208 m3/h n : Số giờ giữa hai lần pha vôi (Theo quy phạm là 6 ÷ 12 giờ), lấy n=12 Pk : Liều lượng vôi cho vào nước (mg/l) =11,42 mg/l bv : Nồng độ vôi sữa (5%) : Khối lượng riêng của vôi sữa 1 tấn/m3 m3 Tại trạm bố trí hai bể, một làm việc, một dự phòng. Dung dịch vôi 5% ở bể tiêu thụ được định lượng đều với lưu lượng không đổi bằng bơm định lượng để đưa vào bể trộn đứng, tương tự thì ta cũng bố trí hai bơm định lượng ở hai bể. Tính toán thiết bị khấy trộn vôi sữa Bể được khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt; dung tích bể pha vôi sữa được tính toán ở trên là Wv = 0,57 m3. Bể được thiết kế hình tròn, đường kính của bể phải lấy bằng chiều cao công tác của bể d = h, chiều cao xây dựngcủa bể là h + 0,4m ( theo Quy phạm chiều cao an toàn của bể lấy 0,3 ÷ 0,5 m). Vậy đường kính bể : m Chọn số vòng quay của cánh quạt là 60 vòng/phút (Quy phạm≥ 40 vòng/phú), chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính bể (Quy phạm = 0,4 ÷ 0,45d). lcq = 0,45.d = 0,45.0,9 = 0,405 m. Vậy chiều dài toàn phần của cánh quạt là 0,405 x 2 = 0,81m. Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3 vôi sữa trong bể (Quy phạm = 0,1 ÷ 0,2m2). fcq = 0,15.Wv = 0,15. 0,57 = 0,09 m2 Chiều rộng mỗi cánh quạt là: bcq = fcq÷lcq = 0,09 ÷ 0.405 = 0,22m Năng lượng khuấy trộn cần thiết: (W) Trong đó: k: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu cánh khuấy, k = 1,08 với cánh khuấy phẳng 2 cánh ρ: Khối lượng riêng của dung dịch, ρ = 1000 kg/m3 n: số vòng quay trong 1 giây, n = 60/60 vòng /s Dkh: Đường kính cánh khuấy, Dkh = 0,81 m Vậy: P = 377 W Công suất động cơ: W 3.4. BỂ TRỘN CƠ KHÍ. Mục đích: So với lượng nước cần xử lý, lượng hoá chất sử dụng thường chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. 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 hoá chất ngay sau khi chúng vào nước nhằm đạt được hiệu quả xử lý cao nhất. Chọn bể trộn tròn, với Q= 5000 m3/ngày đêm = 0,058m3/s, nhiệt độ t=300C Chọn gradient vận tốc G= 800 s-1 Thời gian khuấy HRT= 40s Chiều sâu lớp nước H= D Thể tích bể trộn: V = HRT x Q =40s x 0,058 m3/s = 2,32 m3 Mà V= H x pD2/4 =D. pD2/4 = 2,32 m3 Nên H= D = 1,44 m Chọn chiều cao bảo vệ hbv=0,3m Vậy chiều cao bể Hbể = 1,44 + 0,3 = 1,74 m Năng lượng khuấy: P= m.V.G2 =0,8.10-3 × 2,32 × 8002= 1187,84 W Với: m-Độ nhớt động lực của nuớc, ở 300 C nên m=0,8.10-3N.s/m2 -Công suất của động cơ N = P/h = 1187,84/0,8 = 1484,8 W Dùng máy khuấy tuabin bốn cánh nghiêng góc 450, hướng lên trên. Đường kính cánh khuấy Dkh =0,4m (Dkh =1/2 D). Trong bể đặt bốn tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước, chiều cao tấm chắn: hch =1m, rộng 0,1m (1/10D) Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng, h =Dkh = 0,4m Chiều rộng cánh khuấy bằng 1/5 Dkh =0,08m Chiều dài cánh khuấy bằng ¼ Dkh =0,1m 3.5. BỂ TẠO BÔNG Trong quá trình xử lý nước bằng các chất keo tụ, sau khi phèn đã được trộn đều với nước và kết thúc giai đoạn thủy phân sẽ bắt đầu giai đoạn hình thành bông cặn. Cần xây dựng các bể phản ứng với mục đích đáp ứng các yêu cầu kết dính để tạo ra bông cặn. Nguyên lý làm việc của bể là quá trình tạo bông kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dòng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí. Bộ phận chính của bể là các cánh khuấy, cánh khuấy thường có dạng bản phẳng, đặt đối xứng qua trục quay. Kích thước bản cánh được tính với tỉ lệ tổng diện tích bản cánh với mặt cắt ngang bể là 15-20%. Các cánh khuấy được lắp vào trục quay tạo thành guồng khuấy. Mỗi ngăn đặt một guồng khuấy. Tốc độ quay của guồng lấy từ 3-5 vòng/phút. Lấy tốc độ lớn cho ngăn đầu và giảm dần ở những ngăn sau. Nhờ sự điều chỉnh tốc độ khuấy trộn này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bông cặn tạo thành ngày càng lớn. Chọn bể tạo bông khuấy trộn bằng cánh guồng, trục ngang, dòng chảy ngang. Dung tích của bể được tính theo công thức sau: m3 Trong đó: Q-Lưu lượng cần xử lý. Q = 5000 m3/ ngày đêm = 208 m3/giờ t- thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30 phút ( qui phạm 10-30 phút) Chia bể làm 2 ngăn, mỗi ngăn chia 3 buồng, chọn kích thước chiều rộng và chiều cao của mỗi buồng là: h = b = 3,6 m. Tiết diên ngang của một ngăn: f = h.b = 3,6 3,6 = 12,96 m2 Chiều dài bể: m Trong đó: n là số ngăn phản ứng f tiết diện mỗi ngăn. Chiều dài mỗi ngăn: l = 4/2 = 2 m Các ngăn được ngăn cách với nhau bằng các vách hướng dòng theo phương thẳng đứng. Dung tích mỗi buồng: 3,63,63 = 38,88 m3 Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh khuấy đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương ngang. -Tổng diện tích bản cánh lấy bằng 17% diện tích mặt cắt ngang bể (qui phạm: 15-20%) fc = f 0,17 = 12,96 0,17 = 2,2 m2 Diện tích một bản cánh là: fc/4 = 2,2/4 =0,55 m2 Chọn chiều dài cánh là: lc = 3 m Nên chiều rộng cánh là: bc = 0,18m Các bản cánh đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay là: R1 = 0,9 m và R2 = 0,6 m. Chọn tốc độ quay của guồng khuấy ở ngăn đầu là 5 vòng/phút, ngăn giữa là 4 vòng/phút, ngăn cuối là 3 vòng/phút. Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với mặt nước bằng 75% vận tốc của bản thân đầu bản cánh. (m/s) -Nhu cầu năng lượng cho xáo trộn: ( W ) Trong đó: CD: Hệ số trở lực của nước, phụ thuộc vào tỉ lệ giữa chiều dài và chiều rộng bản cánh: với → CD = 1,5 A: Diện tích cánh khuấy, A = fc = 0,9 m2 đ: khối lượng riêng của dung dịch, đ ≈ 1000 kg/m3 Với 2 bản cánh, R1 = 0,9 m và R2 = 0,6 m Vậy: P = 0,3086. n3 Ở ngăn thứ nhất, n = 5 vòng/phút P1 = 0,3086 53 = 38,58 W Ngăn thứ hai, n = 4 vòng/phút P2 = 0,3086 43 = 19,75 W Ơ ngăn cuối, n = 3 vòng/phút P3 = 0,3086 33 = 8,33 W -Giá trị gradient vận tốc: (s-1) Trong đó: P - Nhu cầu năng lượng (W) Vng- thể tích của một ngăn tạo bông, V = 10,6 m3 m - Độ nhớt động học của nước, ở 300C, m = 0,798.10-3 N.s/m2 Vậy, ở ngăn đầu, P1 = 38,58 W, ta có s-1 Ngăn giữa, P2 = 19,75 W, s-1 Ngăn cuối, P3 =8,33 W, s-1 3.6. BỂ LẮNG LI TÂM: -Nguyên tắc làm việc: Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài và từ dưới lên trên. Ơ đây, cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm có một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng , do đó chiều cao công tác của bể nhỏ, thích hợp xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao. Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường. Tính toán: -Diện tích bề mặt bể xác định theo công thức: (m2) Trong đó: Q- lưu lượng xử lý, Q = 208 m3/giờ U0- tốc độ lắng cặn tính toán, uo = 0,5 ( uo = 0,4 – 1,5mm) f- Diện tích vùng xoáy của bể lắng, đây là phần diện tích nằm giữa bể do chuyển động xoáy của dòng nước, cặn không lắng xuống được: f = p.rx2 (m2) rx: bán kính vùng xoáy, rx = rp + 1 rp: Bán kính ngăn phân phối nước hình trụ, chọn rp = 2 m ( qui phạm 2¸4 m) rx = rp + 1 = 2 + 1 = 3 m f = p.rx2 = 3,14. 32 = 28,25 m2 Vậy m2 Bán kính của bể là: m Chọn chiều sâu tại thành bể là h = 2,4 m Chọn độ dốc đáy bể là: i= 0,06 ( qui phạm 5¸ 8 %) Chiều cao của bể lắng sẽ là: H = h + i.R = 2,4 + 7,170,06 = 2,83 m Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m Kiểm tra lại tải trọng máng tràn: m3/m.ngày, đạt yêu cầu Tính ngăn phân phối nước: Ngăn phân phối nước được thiết kế hình trụ có khoan lỗ trên vách ngăn, mép dưới vách ngăn ngập dưới mực nước trong bể ở độ sâu bằng chiều sâu bể lắng tại thành bể (h = 1,5 m) -Diện tích xung quanh của ngăn phân phối là: fp = p.d.h = 3,14.4.1,5 = 18,84 m2 Tổng diên tích các lỗ trên vách ngăn: m2 ( lấy vlỗ = 0,3 m/s) Chọn đường kính lỗ dlỗ = 36 mm (qui phạm 36 ¸ 40mm), flỗ = 0,00102 m2 Số lỗ: lỗ Xếp thành 6 hàng ngang Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều đứng: eđ = h/6 = 1500/6 = 250 mm chu vi ngăn phân phối: l = 2rp = 23,142 = 12,56 m Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều ngang: en =mm Tỉ số diện tích các lỗ với diện tích bề mặt xung quanh ngăn phân phối nước: -Lượng cặn lắng thu được sau một ngày đêm: (m3) Trong đó : Q : Lưu lượng nước đưa vào bể (m3/ngày đêm). Q = 5000 m3/ngày đêm C : Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng (C = 10 ÷ 12mg/l).Trong trường hợp này C = 12 mg/l δ nồng độ trung bình của cặn đã lắng lấy theo bảng nồng độ cặn sau lắng, chọn =30.000 g/m3 (theo bảng) Cmax- hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, xác định theo công thức Cmax = Cn + kP + 0,25M + v (mg/l) Cn: hàm lượng cặn trong nước nguồn, Cn =270 mg/l K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, chọn k = 1 ứng với phèn nhôm không sạch M: độ màu nước nguồn, M = 150 Pt –Co v: liều lượng vôi kiềm hoá nước, v = 23,7 mg/l P: Liều lượng phèn, P= 50 mg/l Cmax = 270 + 150 + 0,25 150 + 23,7 = 381,2 mg/l Vậy m3/ngày đêm Bảng 2: Nồng độ cặn sau lắng Hàm lượng cặn có trong nước nguồn (mg/l) Nồng độ trung bình của cặn đã nén tính bằng (g/m3) sau khoảng thời gian 6h 8h 12h 24h Khi xử lý có dùng phèn Đến 50 Trên 50 đến 100 Trên 100 đến 400 Trên 400 đến 1000 Trên 1000 đến 2500 2) Khi xử lý không dùng phèn 6000 8000 24.000 27.000 34.000 - 6500 8500 25.000 29.000 36.000 - 7500 9300 27.000 31.000 38.000 - 8.000 10.000 30.000 35.000 41.000 150.000 3.7 BỂ LỌC NHANH: Chọn bể lọc nhanh 2 lớp, rửa nước thuần tuý Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Lớp phía trên là than ăngtraxit nghiền nhỏ, có đường kính tương đương dtd=1,1 mm, hệ số không đồng nhất, k=2, chiều dày lớp cát lọc lấy L1 = 400mm. Lớp phía dưới là cát thạch anh, cỡ hạt dtd=0,7mm, k=2, L2=400mm -Khi lọc: Nước được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể chứa nước sạch. -Khi rửa: Nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước. Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa. Thời gian xả lọc đầu qui định là 10 phút. hầm thu nước lớp vật liệu nổi lớp vật liệu lọc lớp nước trên vật liệu lọc Tính toán: Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý xác định theo công thức: Trong đó : Q : Công suất trạm xử lý (m3/ngày đêm), Q=5000m3/ ngày đêm T : Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giờ). T=24giờ vbt : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h), ở đây bể lọc nhanh có 2 lớp vật liệu lọc, chọn vbt =8m/h a : Số lần rữa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường. Chọn a=2, điều kiện rửa lọc hoàn toàn tự động W : Cường độ nước rửa lọc (l/sm2) với bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc rửa nước thuần tuý thì 15 ÷ 16 l/sm2. Chọn bằng W = 15 l/sm2. t1 : Thời gian rửa lọc (giờ), Chọn bằng 6 phút =0.1 giờ t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 giờ Vậy ta tính được tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là : m2 Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: Chọn N = 3 bể ( N không được nhỏ hơn 3 để khi một bể ngưng làm việc thì vận tốc trọng các bể còn lại không vượt quá 1,5 lần bình thường). Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rửa : Trong đó : vtc : Tốc độ lọc tăng cường (m/h) N1: Số bể lọc ngừng làm việc để sửa chữa . Nằm trong khoảng (8-12m), → đảm bảo. Diện tích mỗi bể lọc là: Fbể = 27,6/3 = 9,2 m2 Chọn kích thứơc bể là L x B = 3 x 3,1 m Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hđ + hv + hn + hp Trong đó : hp : Chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc (0,3 ÷ 0,5m), lấy hp = 0,5m hd: Chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hd = 0,7m hn : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, lấy hn = 2m hv : Chiều dày lớp vật liệu lọc gồm than Antraxít và cát thạch anh, hv= L1+L2 = 0,8m Vậy chiều cao bể là : H = hd + hv + hn + hp = 0,7 + 0,8 + 2 + 0,5 = 4 m RỬA LỌC: Xác định hệ thống phân phối nước rửa Chọn biện pháp rửa bể bằng gió và nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc W = 15 l/s.m2 (Theo quy phạm là 15 ÷16 l/s.m2, ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%) Lưu lượng nước rửa của một bể lọc là : Chọn đường kính ống chính là dc = 200 mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống là vc = 1,5 m/s (nằm trong giới hạn cho phép ≤ 2 m/s). Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,28m, (theo quy phạm 0,25 ÷ 0,3m). Số ống nhánh của một bể lọc sẽ là: ống nhánh Bố trí các ống : ống nhánh được đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữa các ống nhánh la 0,28 m; bố trí dàn ống theo kiểu xương cá. Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là : Chọn đường kính ống nhánh dn = 50 mm bằng thép, thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh sẽ là vn = 1,91 m/s (nằm trong giới hạn cho phép 1,8 ÷ 2,0 m/s). Với đường kính ống chính là 200mm, nên tiết diện ngang của ống chính sẽ là: Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống chính, (quy phạm cho phép 30 ÷ 35%) Vậy tổng diện tích lỗ được tính là : Chọn lỗ có đường kính là 12 mm (theo quy phạm 10 ÷ 12mm), vậy diện tích một lỗ sẽ là : Tổng số lỗ sẽ là : lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh là : lỗ Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành hai hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng một góc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên một hàng của ống nhánh là: 4,4/2 = 3 lỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ sẽ là : Tính toán máng thu nước rửa lọc: Vì kích thước của bể là 3x3,1m nên ta chỉ bố trí một máng thu ở giữa bể, mép trên của máng thu thẳng và nằm ngang, đáy máng có độ dốc 0,01 về phía cuối máng, đáy có hình tam giác Chiều rộng máng tính theo công thức : Trong đó : a : Tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hCnưa3 chiều rộng máng, lấy a = 1,3 (Quy phạm a = 1 ÷ 1,5) qm: Lưu lượng nước rửa qua máng, cũng chính là lượng nước rửa cho mỗi bể lọc, qm = W.d.l = 15.1,5.3,1=69,75 l/s = 0,07m3/s K: Hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1 Vậy chiều rộng máng được tính là: Suy ra : Chiều cao máng chữ nhật là Lấy chiều cao phần đáy tam giác hđ = 0,2 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 1%, Chiều dày thành máng lấy là : Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là : Hm = hCN + hđ + = 0,25 + 0,2 + 0,05 = 0,5 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước được xác định theo công thức : Trong đó : Lvl: Chiều dày lớp vật liệu lọc, Lvl = 0,4 + 0,4 = 0,8 m e : Độ giản nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50% Vậy ta tính được : Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẩn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa Hm = 0,5 m, vì máng dốc i = 1%, dài 3,1 m nên chiều cao máng ở phía cửa ra là: Hm + i.B = 0,5 + 3,1.0,01 = 0.531 m Vậy phải lấy bằng: =0,531 + 0,07 = 0,601 m Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: -Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: (m) Trong đó: vc: Vận tốc nước chảy ở đầu ống chính, vc =1,5 m/s vn: Vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh, vn = 1,91 m/s g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 : Hệ số sức cản =2,2/K2w + 1 =2,2/0,352 +1 =18,96 với K2w là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính, Kw = 0,35 vậy -Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đơ: hđ =0,22.Ls.W = 0,22.0,7.15 = 2,31 m Trong đó: Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls =0,7 m W: Cường độ rửa lọc, W=15 l/s.m2 -Tổn thất áp lực qua các lớp vật liệu lọc: hvl = (a+bW).L.e Trong đó: L: Chiều dày lớp mỗi vật liệu lọc, L= L1= L2= 0,4m e: độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 0,5 a, b: các hằng số phụ thuộc vào vật liêu lọc Với cát thạch anh, dtđ = 0,7 mm, a= 0,76 ; b=0,017 Than ăngtraxit, dtđ = 1,1 mm, a=0,85; b=0,004 hvl = (0,76 + 0,017.15).0,4.0,5 + (0,85 + 0,004.15).0,4.0,5 = 0,39m - Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lấy bằng hbm = 2 m *Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là: ht = hp + hđ + hvl + hbm =2,36 + 2,31 + 0,39 +2 = 7,06 m Tính toán bơm rửa lọc: Áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc Hb =hhh + ho + ht + hcb Trong đó: hhh: độ cao hình học đưa nước tính từ mức nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa lọc (m) hhh = 4 + 3,5 – 2 + 0,65 = 6,15 4: Chiều sâu mực nước trong bể chứa (m) 3,5: Độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2: Chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,65: Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) ho : Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) ho =i.l Với đường kính ống dẫn là 200mm, Q= 138l/s (vc =1,5 m/s), tra bảng hệ số tổn thất ta được 1000i =14. Giả sử ống dài 100m, ta có ho = 0,014.100 = 1,4 m ht : tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc, đã tính ở trên ht = hp + hđ + hvl + hbm = 7,06 m hcb: Tổn thất cục bộ của bộ phận nối ống và van khoá Giả sử trên đường ống có các thiết bị phụ như 2 cút 900, 2 van khoá, 2 ống ngắn Vậy Hbơm = 6,15 + 1,4 + 7,06 + 0,5 = 15,1 ≈ 15 m -Lưu lượng nước rửa lọc: Qrửa = W.f.N = 15.9,2.3 = 414 l/s = 0,414 m3/s Với: W: Cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), W=15 l/s.m2 f: Diện tích một bể lọc (m2), f =9,2 m2 N: Số bể lọc, N=3 -Công suất bơm: Trong đó: Q- Lưu lượng bơm, Q=0,414m3/s H- áp lực của bơm, Hbơm=15m g- Khối lượng riêng của nước, g=1000 kg/m3 h-hiệu suất của bơm, lấy h=80% - Chọn hai bơm, một làm việc, một dự phòng. - Tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc tính theo công thức: Trong đó: W: Cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), W=15 l/s.m2 f: Diện tích một bể lọc (m2), f =9,2 m2 N: Số bể lọc, N=3 Q: Công suất trạm xử lý (m3/h), Q= 208 m3/h To: Thời gian công tác của bể giữa hai lần rửa (giờ) giờ Với: T: Thời gian công tác của bể lọc trong một ngày (giờ), T=24h a: Số lần rửa bể lọc trong một ngày, a =2 t1, t2, t3:Thời gian rửa,thời gian chết của bể và thời gian xả nước lọc đầu (giờ) Thời gian công tác của bể giữa hai lần rửa lọc là: giờ Vậy tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc là: 3.8. KHỬ TRÙNG NƯỚC. Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, sau quá trình xử lý cơ học, nhất là khi cho nước qua bể lọc, phần lớn các vi trung bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, thì cần phải khử trùng nước. Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng, cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hoá mạnh, để oxi hoá men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm của phương pháp này la vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu suất cao chấp nhận được, Clo là một chất oxi hoá mạnh, ở bất cứ dạng nào, đơn chất hay hợp chất, khi tác dụng với nước đều tạo thành phân tử HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình khử trùng xảy ra qua hai giai đoạn, đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt