Đồ án Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp khu dân cư phường 6, thị xã Tân An, tỉnh Long An

0.28 m3/s Hgiĩ = 100 mm Tính hệ thống phân phối nước vào thùng quạt giĩ: Đường kính ống dẫn nước lên thùng quạt giĩ: Chọn vận tốc nước chảy trong ống là: vống = 1.0 m/s( giới hạn cho phép là 0.8 – 1.2 m/s) => dống = (m) Trong đĩ: dống: đường kính ống dẫn nước lên thùng quạt giĩ (m) vống: vận tốc nước chảy trong ống (m/s) QXL: lưu lượng nước xử lý, QXL = 100 (m3/h) = 0.028(m3/s) =>dống = = 0.19 (m) Vậy lấy 1 ống dẫn nước lên thùng quạt giĩ cĩ đường kính là 200mm. Hệ thống phân phối nước cho thùng quạt giĩ Hệ thống phân phối nước bao gồm giàn ống chính và ống nhánh được bố trí theo hình xương cá. ống chính lấy vận tốc nước chảy trong ống phân phối chính vc = 1.5 m/s (giới hạn 1- 2 m/s) tiết diện ống chính: Fc = (m2) Trong đĩ: Fc: Tiết diện ống chính (m2) QXL: Lưu lượng nước xử lý, QXL = 100 m3/h = 0.028 m3/s vc: vận tốc mước chảy trong ống phân phối chính (m/s) Fc = = = 0.0186667 (m2) 0.019 (m2) Đường kính ống chính là: Dc = = = 0.156 (m) Vậy ta chọn lấy đường kính ống phân phối nước chính là 160 mm. Thử lại; ta cĩ vc = 1.4 m/s (thoả giới hạn cho phép) ống nhánh Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh trên ống chính là 0.27m (quy phạm là 0.25 – 0.3m) Số ống nhánh là: n = = = 6 (ống) Trong đĩ: n: số ống nhánh (ống) Dthùng: đường kính thùng quạt giĩ (m); D = 1.6 m Vậy tổng số ống nhánh là 6 ống. - Lấy tốc độ nước chảy trong ống nhánh là vn = 1.5 m/s (giới hạn ≤ 2 m/s) tiết diện ống nhánh là: Fn = (m2) Trong đĩ: Fn: Tiết diện ống nhánh (m2) QXL: Lưu lượng nước xử lý, QXL= 0.028 (m3/s) n: Số ống nhánh; n = 6 ống vn: vận tốc nước chảy trong ống nhánh (m/s) vậy: Fn = = = 3.11 (m2) Đường kính ống nhánh: Dn = = = 0.063 (m) -> Lấy đường kính ống nhánh là 65 mm. Thử lại: với Dn = 65mm ta cĩ vn = 1.41 (m/s) < 2 (m/s) (thỏa giới hạn cho phép).. Lỗ phun Đường kính các lỗ phun trong ống nhánh theo quy định d = 6 ÷ 15 mm. Ta lấy dl = 10mm Tiết diện lỗ phun: Fl = = = 7.85 (m2) Tổng diện tích các lỗ: = (m2) Trong đĩ: : hệ số lưu lượng trung bình khi chảy qua các lỗ, phụ thuộc vào tỷ số điều kiện lỗ và dl với chiều dài thành ống σo, chọn dl/ σo = 1, tra bảng 7-8/trang 241 sách Trịnh Xuân Lai ta cĩ = 0.7 g: gia tốc trọng trường, g = 9.81 (m/s2) H: tổn thất áp lực qua lỗ (m), để đảm bảo phân phối đều cho 6 ống nhánh như mong muốn. H = (m) Trong đĩ: A: hệ số phụ thuộc vào chỉ tiêu phân bố đều cho 6 ống nhánh, chọn m = 90%. Tra bảng 7-4,trang 241 sách Trịnh Xuân lai, ta cĩ A = 10. vc: vận tốc nước chảy trong ống chính (m/s), vc = 1.4 (m/s) vn: vận tốc nước chảy trong ống nhánh (m/s), vn = 1.41 (m/s) H = = = 2.266 Vậy = = = 0.006 Số lỗ trên 6 ống nhánh là: Nl = = = 76 (lỗ) Sàn thu nước Sàn thu nước được làm bằng bê-tơng cốt thép, cĩ độ nghiêng (i = 2%) và được đặt dưới lớp vật liệu lọc, nước được thu lại và tập trung vào ống đường kính 200 mm ở giữa sàn thu nước Đường kính ống dẫn nước từ sàn thu nước sang bể lắng đứng tiếp xúc Lấy vận tốc nước chảy trong ống xả là vx = 1.0 m/s (giới hạn là 1.0 – 1.5 m/s) Ta cĩ: dx = (m) Trong đĩ: dx: đường kính ống dẫn nước từ sàn nước sang bể lắng (m) vx: vận tốc nước chảy trong ống xả (m/s) QXL: lưu lượng nước xử lý; QXL = 100 (m3/h) = 0.028 (m3/s) dx = = = 0.1888 (m) Chọn dx = 0.2m = 200mm Vậy lấy 1 ống dẫn nước từ sàn thu nước sang bể lắng tiếp xúc cĩ đường kính là 200mm Tính tốn hệ thống phân phối nước rửa thùng quạt giĩ - Chu kỳ rửa thùng quạt giĩ để tẩy sạch các cặn sắt đọng lại trong lớp vật liệu tiếp xúc. Chọn biện pháp rửa thùng quạt giĩ bằng giĩ nước phối hợp. - Cường độ nước rửa lọc W = 12 l/s.m2 (quy phạm là 10 – 13 l/s.m2). Lấy ống phân phối nước rửa thùng quạt giĩ và ống dẫn nước lên thùng quạt giĩ chung 1 đường ống, dống = 200 mm. Lưu lượng nước rửa thùng quạt giĩ là: Qr = Trong đĩ: f: diện tích thùng quạt giĩ, f = = = 2.01 (m2) W: cường độ nước rửa lọc, W = 12 (l/s.m2) Qr = = = 0.02412 (m3/s) - Cường độ giĩ rửa lọc Wg = 15 l/s.m2 (quy phạm 15 – 20 l/s.m2). Lấy hệ thống phân phối giĩ cho thùng quạt giĩ để cấp giĩ rửa thùng quạt giĩ. Lưu lượng giĩ rửa thùng là: Qg = = = 0.03 (m3/s). Như vậy thùng quạt giĩ được thiết kế với các thơng số cơ bản sau: Đường kính thùng quạt giĩ là D = 1.6 m. Chiều cao thùng quạt giĩ: Chiều cao ngăn thu nước: Hnt = 0.5 m. Chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc: Hvltx = 2.0 m Chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc: Hfm = 1.0 m. Chọn chiều cao nắp thùng quạt giĩ là: Hn = 0.36m Quạt giĩ cĩ cơng suất là: Q = 0.28 m3/s H = 0.1 m Hệ thống phân phối nước vào thùng quạt giĩ: Đường kính ống dẫn nước lên D = 200 mm Đường kính ống phân phối chính Dc = 160 mm Đường kính ống nhánh Dn =65 mm Số ống nhánh là 6 ống Trên các ống nhánh đục các lỗ phun với d = 10 mm. Tổng số lỗ phun là 76 lỗ. Sàn thu nước được làm bằng bê tơng cốt thép, cĩ độ nghiêng là I = 2% Nước được thu lại vào ống đường kính D = 200 mm đặt ở giữa sàn thu nước. 5.2 Tính tốn bể lắng đứng tiếp xúc Bể lắng tiếp xúc cĩ chức năng lưu nước lại trong bể từ 30 ÷ 45 phút tạo điều kiện cho quá trình oxy hố và thuỷ phân sắt diễn ra hồn tồn, đồng thời giữ một phần bơng cặn nặng trước khi đưa sang bể lọc. Chức năng chính của bể lắng tiếp xúc là để cho Fe2+ tiếp xúc với oxy của khí trời, nên cịn gọi là bể lắng tiếp xúc. Vì cơng suất của trạm xử lý là 2400 m3/ngày đêm nên ta chọn bể lắng đứng tiếp xúc. Bể lắng đứng tiếp xúc cĩ cấu tạo như bể lắng đứng dung để xử lý nước mặt khi cơng suất trạm xử lý nhỏ hơn 30000 m3/ng.đ. Tuy nhiên ống trung tâm của bể lắng tiếp xúc nhỏ hơn, vì chỉ làm nhiệm vụ dẫn nước từ thùng quạt giĩ sang bể lắng với vận tốc tính tốn là 0.8 – 1.2 m/s. Chu kỳ xả cặn của bể cĩ thể dao động từ 7 – 30 ngày. Vật liệu: Gạch hoặc bê tơng cốt thép. Cấu tạo: cĩ mặt hình vuơng hoặc hình trịn. Chia làm 2 vùng theo chức năng làm việc: Vùng lắng hình trụ hoặc hình hộp nằm ở phía trên Vùng chứa cặn hình nĩn hoặc hình chĩp nằm ở phía dưới Xác định dung tích bể: W = (m3) Trong đĩ: Q: Cơng suất trạm xử lý (m3/h); Q = 2400(m3/ngày.đêm) = 100 (m3/h) t: thời gian lưu nước lại trong bể 30 ÷ 45 phút, chọn t = 40 phút Vậy dung tích của bể là: W = (m3) = = 66.667 m3 67 m3 Theo quy phạm, chiều cao vùng lắng lấy từ 1.5 ÷ 3.5 m Ta chọn chiều cao vùng lắng của bể là: Hl = 2.4 m Tốc độ nước dâng trong bể là: v = = = 1(mm/s) (trong giới hạn cho phép) Diện tích tồn phần của bể lắng tiếp xúc: F = = = 28 m2 Chia làm 2 bể, diện tích mỗi bể là: f = = =14 (m2) Lưu lượng nước qua mỗi bể là: q = = = 50 (m3/h) = 13.889 (l/s) = 0.014 m3/s Chọn tốc độ nước chảy qua ống trung tâm là v = 0.8 m/s (quy phạm là từ 0.8 ÷1.2 m/s) => diện tích mặt cắt ngang của ống trung tâm là: ftt = = = 0.0175 (m2) đường kính ống trung tâm là: dtt = = = 0.1493 (m) 0.15 (m) vậy ta chọn đường kính ống trung tâm là 0.15 m = 150 mm tổng diện tích mỗi bể kể cả ống trung tâm là: F1 = f + ftt = 14 + = 14 + = 14.01767 (m2) chọn bể lắng hình trụ trịn: D = = = 4.22467 (m) => đường kính của bể lắng là 4.5 (m) chiều cao vùng lắng lấy bằng 0.8 chiều cao hình trụ: => Htrụ = = =3 (m) chiều cao phần hình nĩn là: Hnĩn = Trong đĩ: D: đường kính của bể lắng d: đường kính phần đáy hình nĩn hoặc chĩp lắng = đường kính ống xả cặn, lấy bằng 0.4 (m) α: gĩc nghiêng của phần nĩn so với mặt phẳng nằm ngang (α = 50 ÷ 55o), chọn α = 50o Do vậy, chiều cao phần hình nĩn là: Hnĩn = = 2.443 (m) lấy chiều cao phần hình nĩn là:2.5 (m) lấy chiều cao bảo vệ là: 0.5 m vậy tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc là: H = Htrụ + Hnĩn + Hbảo vệ = 3 + 2.5 + 0.5 = 6(m) Tính hệ thống máng thu nước và ống xả cặn Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn là: T = (h) (cơng thức 3-31, trang85) Trong đĩ: + Wc: Dung tích phần chứa nén cặn của bể (m3) cĩ thể tính theo cơng thức sau: Wc = ( (m3) (cơng thức 3-32) Với hn: chiều cao phần hình nĩn chứa nén cặn (m), hn = 2.5(m) D: đường kính của bể lắng(m); D = 4.5 (m) d: Đường kính phần đáy hình nĩn hoặc chĩp (m), lấy bằng đường kính ống xả cặn, chọn d = 400mm = 0.4m Vậy: Wc = (= ( = 13.87 (m3) + N: Số bể lắng đứng, N = 2 + :Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt lấy theo bảng 3-3 trang 78; chọn =10.000 (g/m3) + c: Hàm lượng cặn cịn lại trong nước sau khi lắng bằng 10 ÷ 12 mg/l; chọn c = 10mg/l + Cmax: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng. Cmax tính theo cơng thức 3-27 trang 78 là: Cmax = Cn + KP + 0.25M + v (mg/l) trong đĩ: Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn; Cn = 50 mg/l P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm khơng ngậm nước(g/m3); P=0.5(g/m3) K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng; K = 0.55 M: Độ màu của nước nguồn; M = 30o v: liều lượng vơi kiềm hố nước (nếu cĩ) (mg/l); =>Cmax = Cn + KP + 0.25M + v (mg/l) = 50 + 0.55*0.5 + 0.25*30 + 0 = 57.775 (mg/l) Như vậy: T = = = 58.06 (giờ) (khoảng 2.5 ngày) Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý, xác định như sau: P = 100(%) (cơng thức 3-28 trang 78) Trong đĩ: Kp: Hệ số pha lỗng cặn bằng 1.2 – 1.5. Lấy Kp = 1.5 P = 100% = 0.72% Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vịng chảy tràn xung quanh thành bể và 4 máng hình nan quạt chảy tập trung vào máng chính (do diện tích 1 bể lắng đứng là 21 m2). Nước chảy theo 2 chiều, nên diện tích mặt cắt ngang của máng vịng tính như sau: fv = (m2) Trong đĩ: Q = 100 m3/h = 0.028 m3/s v: vận tốc nước chảy trong máng, v = 0.1 m/s fv = = = 0.035 m2 Thiết kế máng cĩ tiết diện: (0.2 x 0.175 )m. Vậy ta thiết kế bể lắng đứng tiếp xúc với các thơng số cơ bản sau: trạm xử lý cĩ 2 bể lắng đứng, mỗi bể cĩ diện tích là 14 m2. Đường kính của bể là D = 4.5 m Đường kính của ống trung tâm là d = 150 mm Chiều cao bể bao gồm: Chiều cao vùng lắng: Hl = 2.4 m Chiều cao phần hình trụ là Htrụ = 3 m Chiều cao phần hình nĩn chứa cặcn là: Hnĩn = 2.5 m Chiều cao bảo vệ là: Hbv = 0.5 m Hệ thống máng thu nước cĩ tiết diện là (0.2 m x 0.175 m) Đường kính ống xả cặn là 0.4 m. 5.3 Bể lắng đứng Bể lắng đứng thường cĩ mặt hình vuơng hoặc hình trịn và được sử dụng cho những trạm xử lý cĩ cơng suất nhỏ. Bể lắng đứng thường kết hợp với bể phản ứng xốy hình trụ (hay cịn gọi là ống trung tâm). Bể cĩ thể xây bằng gạch hoặc làm bằng bê tơng cốt thép. Ống trung tâm cĩ thể là thép cuốn hàn điện hay bê tơng cốt thép Theo chức năng bể chia làm 2 phần: Vùng lắng cĩ dạng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên Vùng chứa nén cặn cĩ dạng hình nĩn hoặc hình chĩp ở phía dưới. Nguyên tắc làm việc của bể lắng đứng như sau: Đầu tiên, nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi đi xuống qua bộ phận hãm làm triệt tiêu chuyển động xốy rồi vào bể lắng. Trong bể lắng đứng, nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể. Nước đã lắng trong được thu vào máng vịng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc. Cặn tích luỹ ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngồi theo chu kỳ bằng ống và van xả cặn. Diện tích ngang của vùng lắng tính theo cơng thức (3-29), trang 84 sách của NNDung F = β (m2) Trong đĩ: Q: lưu lượng nước tính tốn Q = 2400 m3/ ngày đêm = 100 m3/h vtt: tốc độ tính tốn của dịng nước đi lên. Dựa vào bảng xác định tốc độ rơi của cặn (3-2),trang77, ứng với hàm lượng cặn của nước nguồn là 50mg/l, chọn vtt = 0.50 (mm/s) N: Số bể lắng đứng. Chọn số bể lắng đứng N = 2 β: Hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể. Chọn β = 1.5 ứng với tỷ số D/H = 1.5 Ta cĩ: F = 1.5 = 41.667 (m2) Diện tích ngăn phản ứng xốy hình trụ tính theo cơng thức diện tích một ngăn phản ứng xốy là: fb = (m2) Trong đĩ: t: thời gian nước lưu lại trong bể, t = 18 phút (quy phạm t = 15 ÷ 20 phút) Hf: chiều cao bể phản ứng lấy bằng 0.9 chiều cao vùng lắng của bể lắng. Theo quy phạm chiều cao vùng lắng 2.6 ÷ 5m, chọn chiều cao vùng lắng là 5m Hf = 0.9 x 5 = 4.5m Q: cơng suất nhà máy, Q = 100m3/h N: số bể phản ứng tính tốn (lấy bằng số bể lắng), n = 2 Do đĩ: fb = (m2) = (m2) = 3.40 (m2) Đường kính của bể phản ứng: Db = = = = 2.1 (m) Lưu lượng nước đi vào mỗi bể là: Qb = = 0.0139 (m3/s) Chọn đường kính ống dẫn nước vào bể D = 150 mm Tốc độ chảy trong ống là: v = = = 0.8 (m/s) (quy phạm v = 0.8 ÷ 1.0 m/s) Miệng phun đặt cách thành buồng phản ứng là: 0.2 x Db = 0.2 x 2.1 = 0.42 m Đường kính miệng phun: df = Trong đĩ: : hệ số lưu lượng đối với miệng phun hình nĩn cĩ gĩc nĩn β = 25oC thì = 0.908 Lấy vf = 2.5 m/s (Quy phạm vf = 2 ÷ 3 m/s) Vậy df = = = 0.088(m) Chọn df = 100mm. Chiều dài miệng phun: lf = = = 226 mm Tổn thất áp lực ở miệng phun: h = 0.06 Trong đĩ vfkt là vận tốc phun kinh tế lấy như sau: vfkt = = = 12.0 (m/s). Vậy h = 0.06 x 22 = 0.24 (m) Đường kính bể lắng xác định theo cơng thức 3-30 trang 84 là: D = = = 7.577 (m) Vậy lấy đường kính bể lắng là D = 7.5 (m) Vậy tỷ số : = = 1.5 ≤ 1.5 (đạt yêu cầu) =>diện tích của bể lắng là: F1 = = 44.2 (m2) Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn cĩ thể xác định theo cơng thức sau: T = (h) (cơng thức 3-31, trang85) Trong đĩ: + Wc: Dung tích phần chứa nén cặn của bể (m3) cĩ thể tính theo cơng thức sau: Wc = ( (m3) (cơng thức 3-32) Với hn: chiều cao phần hình nĩn chứa nén cặn (m), xác định theo cơng thức: hn = (m) Trong đĩ: α: gĩc nghiêng của phần nĩn so với mặt phẳng nằm ngang (α =50 – 50o), chọn α = 50o. D: đường kính của bể lắng(m); D = 7.5 (m) d: Đường kính phần đáy hình nĩn hoặc chĩp (m), lấy bằng đường kính ống xả cặn, chọn d = 400mm = 0.4m. Vậy hn = = = 4.2 (m) 4.0 (m) Vậy: Wc = (= ( = 62.18 (m3) + N: Số bể lắng đứng, N = 2 + :Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt lấy theo bảng 3-3 trang 78; chọn =10.000 (g/m3) + c: Hàm lượng cặn cịn lại trong nước sau khi lắng bằng 10 ÷ 12 mg/l; chọn C = 10mg/l + Cmax: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng. Cmax tính theo cơng thức 3-27 trang 78 là: Cmax = Cn + KP + 0.25M + v (mg/l) trong đĩ: Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn; Cn = 50 mg/l P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm khơng ngậm nước(g/m3); P=0.5(g/m3) K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng; K = 0.55 M: Độ màu của nước nguồn; M = 30o v: liều lượng vơi kiềm hố nước (nếu cĩ) (mg/l); =>Cmax = Cn + KP + 0.25M + v (mg/l) = 50 + 0.55*0.5 + 0.25*30 + 0 = 57.775 (mg/l) Như vậy: T = = = 260.31 (giờ) (khoảng 11 ngày) Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý, xác định như sau: P = 100(%) (cơng thức 3-28 trang 78) Trong đĩ: Kp: Hệ số pha lỗng cặn bằng 1.2 – 1.5. Lấy Kp = 1.5 P = 100% = 0.72% Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vịng chảy tràn xung quanh thành bể và 4 máng hình nan quạt chảy tập trung vào máng chính (do diện tích 1 bể lắng đứng là 21 m2). Nước chảy theo 2 chiều, nên diện tích mặt cắt ngang của máng vịng tính như sau: fv = (m2) Trong đĩ: Q = 100 m3/h = 0.028 m3/s, cĩ 2 bể => Qb =0.014 (m3/s) v: vận tốc nước chảy trong máng, v = 0.1 m/s fv = = = 0.035 m2 Thiết kế máng cĩ tiết diện: (0.2 x 0.175 )m Tiết diện ngang của máng nan quạt: Fq = = = 0.0175 m2 Chọn tiết diện máng: (0.1 x 0.175) m. Như vậy, ta cĩ thể thiết kế bể lắng đứng với các thơng số sau: số bể lắng đứng là n = 2 bể đường kính bể lắng là D = 7.5 m đường kính của bể phản ứng (ống trung tâm) là: d = 2.1 m đường kính ống dẫn nước vào bể là d =0.150 m miệng phun cĩ chiều dài là 0.24 m, đường kính miệng phun là 0.10 m, được đặt cách thành buồng phản ứng là 0.42 m chiều cao bể lắng: chiều cao phần hình nĩn hn = 4 m chiều cao vùng lắng hl = 5 m chiều cao bảo vệ là hbv = 0.5 m đường kính phần đáy hình nĩn bằng đường kính ống xả cặn d = 0.4 m tiết diện máng thu nước là ( 0.2 m x 0.175 m) 5.4 Bể lọc nhanh Bể lọc nhanh phổ thơng hay cịn gọi là bể lọc nhanh, dịng nước đi từ trên xuống dưới, cĩ một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và là lọc trọng lực Cấu tạo: hình chữ nhật hay hình vuơng, làm bằng bê tơng cốt thép Nguyên lý hoạt động: Nước được dẫn từ bể lắng đứng qua máng phân phối vào bể lọc. Nước qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa vào bể chứa nước sạch. Khi rửa lọc, nước sạch được bơm qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, qua lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn ra máng thu nước rửa lọc, thu về máng tập trung rồi được xả ra ngồi vào bể chứa bùn. Diện tích bể lọc của trạm xử lý xác định theo cơng thức: F = (m2) (cơng thức 4-50, trang 140) Trong đĩ: Q: Cơng suất trạm xử lý (m3/ngày.đêm); Q = 2400 (m3/ngày.đêm) T: Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giờ); chọn T = 24 (giờ) vbt: Tốc độ lọc tính tốn ở chế độ làm việc bình thường (m/h),lấy theo bảng 4-6 trang 139 -> vbt = 7 (m/h) a: Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, lấy a = 2 W: Cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), lấy theo bảng 4-5 trang 128; lấy W = 10 (l/s.m2) t1: thời gian rửa lọc (giờ), lấy theo bảng 4-5 trang128; chọn t1 = 6 phút = 0.1(giờ) t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ); chọn t2 = 0.35 (giờ) Vậy tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là: F = (m2) = 15.047 (m2) 15(m2) Tra bảng 4-6 trang 139, chọn đường kính cỡ hạt là d = 0.8 ÷ 1.0 mm Hệ số khơng đồng nhất K = 1.8 ÷ 2.0 Chiều dày của lớp vật liệu lọc (cát thạch anh) = 1200mm số bể lọc cần thiết xác định theo cơng thức thực nghiệm sau: N = 0.5 (cơng thức 4-51, trang 140) => N = 0.5 = 0.5 =1.936 2 (bể) => diện tích một bể lọc sẽ là: f = = = 7.5 (m2) kiểm tra tốc độ lọc tăng cường khi đĩng 1 bể xác định theo cơng thức: vtc = vbt. (m/h) (cơng thức 4-53, trang 140) vtc = vbt. = 7. =14 (m/h) -> ( khơng thoả quy phạm); ( theo bảng 4-6m, trang 139 thì vtc = 8÷1.0) vậy lấy N = 4 bể. khi đĩ: vtc = vbt. = 7. = 9.333 (m/h) (thoả quy phạm vtc = 8÷1.0 ) diện tích một bể lọc sẽ là: f = = = 3.75 (m2) kích thước của bể lọc chọn: B x L = 2.0m x 2.0m lấy kích thước mỗi bể lọc là . Kiểm tra tốc độ lọc của mỗi bể khi lấy số bể lọc nhanh bằng 4 bể: ta cĩ: F = (m2), với F là diện tích 4 bể lọc; F = 16 (m2) vbt = = = 6.592 (m/h) 7(m/h) (đảm bảo được vận tốc lọc vbt =7.0 ÷ 8.0 m/h) vậy lấy 4 bể lọc nhanh, mỗi bể cĩ kích thước là: B x L = 2.0m x 2.0m chiều cao tồn phần của bể lọc nhanh xác định theo cơng thức: H = hđ + hv + hn + hp (m) (cơng thức 4-54, trang 141) Trong đĩ: hđ: chiều cao lớp đỡ(m), lấy theo bảng (4-7); hđ = 150mm = 0.15m (quy phạm 100-150 mm) hv: chiều dày lớp vật liệu lọc(m), lấy theo bảng (4-6); hv = 1200mm =1.2m hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc (m) hn ≥ 2m; chọn hn = 2.0m hp: chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đĩng bể để rửa, hp ≥ 0.3m; chọn hp = 0.5m do vậy, chiều cao tồn phần của bể lọc là: H = 0.15 + 1.2 + 2.0 + 0.5 = 3.85 (m) tính tốn hệ thống phân phối nước rửa lọc: Chọn biện pháp rửa bể bằng giĩ nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc W = 12 l/s.m2 (quy phạm là 12 - 14 l/s.m2 cho ở bảng 4 -5 ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45%. Cường độ giĩ rửa lọc Wgiĩ = 15 l/s.m2 (quy phạm cho phép là Wgiĩ = 15 – 20,l/s.m2) Lưu lượng nước cần thiết để rửa 1 bể lọc xác định theo cơng thức: Qr = (m3/s) (cơng thức 4-55, trang 141) Trong đĩ: f1: diện tích một bể lọc (m2); f1 = 4.0 (m2) W: cường độ nước rửa lọc (l/s.m2); W = 10 (l/s.m2) Qr = = 0.04 (m3/s) Xác định đường kính ống rửa sao cho nước chảy trong ống chính sẽ là vc ≤ 2 m/s Ta cĩ: ≤ 2 ĩ ≤ ĩ ≤ ĩ 0.0255 ≤ d2 Do đĩ d ≥ 0.1596 Vậy chọn ống rửa cĩ đường kính dr = 200 mm Vận tốc nước rửa lọc (giới hạn cho phép ≤ 2 m/s) vc = = = 1.273 (m/s) 1.3 m/s lấy ống dẫn nước rửa lọc cĩ đường kính dr = 200 mm và vận tốc vc = 1.2 m/s. Khoảng cách giữa các ống nhánh, quy định 0.25 ÷ 0.3 m -> chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.25 m. Số ống nhánh trong bể là: m = = = 16 (ống) Lưu lượng nước chảy qua một ống nhánh là: qn = = = 0.0025 (m3/s) Xác định đường kính ống nhánh; sao cho vận tốc nước trong ống nhánh trong khoảng 1.8 ÷ 2.0 m/s Ta cĩ: 1.8 ≤ ≤ 2 ĩ ≤ ≤ ĩ ≤ d2 ≤ ĩ 0.00159 ≤ d2 ≤ 0.00177 ĩ 0.04 ≤ d ≤ 0.042 Vậy ta chọn d = 0.04 m = 40 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống nhánh: vn = = = 1.99 (m/s) (thoả giới hạn cho phép) Như vậy lấy dr = 200 mm và dn = 40 mm Tiết diện ống chính: Ω = = = 0.0314 (m2) Tổng diện tích lỗ bằng 30 ÷ 40 % tiết diện ống chính, chọn Ωl = 40% Ω Ωl = 40% Ω = Ωl = 40% 0.0314 = 0.01256 (m2) Vì đường kính lỗ theo quy phạm là bằng 10 – 12 mm, chọn dl = 10mm Diện tích mỗi lỗ là: fl = = = 7.854 (m2) Tổng số lỗ là: nl = = = 160 (lỗ) Số lỗ trên mỗi ống nhánh là sẽ là: = 10 (lỗ) Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới va nghiêng 1 gĩc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: 10/2 = 5 lỗ khoảng cách giữa các lỗ sẽ là: a = = = 0.178 (m) trong đĩ: L: chiều dài 1 bể lọc, L = 2.0m d: Đường kính ngồi ống chính, d = 0.22m n: số lỗ trên 1 ống, n = 10 Chọn 1 ống thốt khí cĩ Φ 30mm đặt ở cuối ống chính, cĩ nhiệm vụ thốt hơi khí dư ra khỏi hệ thống bể sau quá trình rửa lọc. Tính tốn máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc Bể cĩ chiều dài 2.0 m, chọn mỗi bể bố trí 1 máng thu cĩ đáy tam giác. -> Lượng nước rửa thu vào máng q = W x d x l (l/s) Trong đĩ: W: cường độ rửa, chọn W = 12 (/s.m2) d khoảng cách giữa các máng, vì cĩ 1 máng nên d = 1.0m l chiều dài máng, l = 2.0 m -> qm = W x d x l (l/s) = 12 x 1.0 x 2.0 = 24 (l/s) = 0.024 (m3/s) Chiều rộng máng thu nước rửa lọc Bm = (m) Trong đĩ: a: tỷ số giữa chiều cao phần chữ nhật với nửa chiều rộng của máng, lấy a = 1.2 (quy phạm a = 1 – 1.5) K: hệ số, với tiết diện máng tam giác hệ số K = 2.1 Ta cĩ: Bm = (m) => Bm = (m) = 0.256 (m) Chiều cao máng thu: a = -> h = = = 0.1536 (m) 0.154 (m) Chiều cao đáy máng thu: Hd = = = 0.1283 (m) 0.130 (m) = 130mm Như vậy: chiều cao máng thu là: h = 0.154 m = 154mm chiều cao đáy máng thu là: hd = 0.130 m = 130mm Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0.01 Chiều dày thành máng lấy là σm = 0.08m Chiều cao tồn phần máng thu: Hm = h + hd + σm = 0.154 + 0.130 + 0.08 = 0.364 (m) Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo cơng thức: ∆ Hm = + 0.25 (m) trong đĩ: ∆ Hm : Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu (m) hv : Chiều dày lớp vật liệu lọc, hv = 1.2 (m) e: Độ giãn nở tương đối, tra bảng 4.5/trang128 -> e = 45% Vậy ∆ Hm = + 0.25 (m) = + 0.25 = 0.79 (m) = 0.8(m) Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là hkc = 0.07 m. Chiều cao tồn phần của máng thu nước rửa là Hm = 0.364 m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0.01, máng dài 2.0 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: hm = Hm + (i x L) = 0.364 + (0.01 x 2.0) = 0.384 (m) vậy ∆ Hm sẽ phải lấy bằng: ∆ Hm = hm + hkc = 0.384 + 0.07 = 0.454 (m) Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước. Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung xác định theo cơng thức: Htt = (m) Trong đĩ: qm: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s), qm = Qr = 0.04 (m3/s) g: gia tốc trọng trường bằng 9.81 (m/s2) A: chiều rộng của máng tập trung, quy định A ≥ 0.6m. Lấy A = 0.7 m Htt: khoảng cách từ máng thu đến máng tập trung (m) Htt = (m) = (m) = 0.32 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: Hp = (m) Trong đĩ: Hp: Tổn thất áp lực qua dàn ống khoan (m) vo: vận tốc nước chảy ở đầu ống chính, vo = vc = 1.2 (m/s) vn: vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh, vn = 1.8 (m/s) g: gia tốc trong trường, g = 9.81 (m/s2) : hệ số sức cản, = = =18.96, với kw là tỷ số giữa diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính, chọn kw = 0.35 hp = (m) = (m) = 1.48 (m) tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ hđỡ = 0.22 x Ls x W (m) trong đĩ: hđỡ: tổn thất áp lực qua lớp sõi đỡ (m) Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = hd = 0.15 m W cường độ rửa lọc, W = 12 l/s.m2 -> hđỡ = 0.22 x 0.15 x 12 = 0.396 (m) tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc: Hvl = (a + b x W) x Ls x e Trong đĩ: Với kích thước hạt d = 0.5 ÷ 1.25 mm; a = 0.76, b = 0.017 W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/s.m2 Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = hd = 0.15 m E: độ giãn nở tương đối, tra bảng 4-5/trang 128 -> e = 45% = 0.45 -> Hvl = (a + b x W) x Ls x e = (0.76 + 0.017 x 12) x 0.15 x 0.45 = 0.06507(m) 0.065 m = 65mm Áp lực để phá vỡ lớp kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lọc hbm = 2m Do đĩ, tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là: Ht = hp + hđỡ + Hvl + hbm = 1.48 + 0.396 + 0.065 + 2 = 3.941 (m) Chọn bơm và quạt giĩ rửa lọc: Độ cao hình học từ cột nước mực thấp nhất trong bể chứa đến máng thu nước rửa lọc: hhh = hmm + hcl + ∆Hm - hn Trong đĩ: hmm: chiều sâu của mực nước trong bể chứa, hmm = 4.0 m hcl: Độ cao chênh lệch giữa bể lọc và bể chứa, chọn hcl = 3.0 m ∆Hm: khoảng cách vật liệu đến mép máng, ∆Hm = 0.9 m hn: chiều cao lớp nước trong bể lọc, hn = 2.5 m hhh = 4.0 + 3.0 + 0.9 – 2.5 = 5.4 (m) áp lực cơng tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo cơng thức (4-58), trang 142 Hr = hhh + ho + hp + hđ + hvl + hbm + hcb (m) Trong đĩ: + ht = hp + hđ + hvl + hbm (m) Như đã tính được ở