Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn cấp cho khu du lịch Vàm Sát - Cần giờ công suất 60m3/ngày.đêm

n_Salinity ‰ 18-20 Mg2+ mg/l 615 Ca2+ mg/l 125 COD mg/l 7,32 BOD5 mg/l 2,93 Tổng chất rắn hòa tan_TDS (1) mg/l 8.417,5 Nồng độ Cl- (2) mg/l 9.963-11.070 Độ cứng tổng (3) eq/m3 57,5 Ta có công thức chuyển đổi từ độ dẫn điện EC (Electrical Conductivity) sang TDS (Total dissolved Solid) như sau: TDS (mg/L) = 0,5 × EC (µS/cm) = 0,5 × 16.835 µS/cm = 8.417,5 (mg/L). (Nguồn: Công thức chuyển đổi từ độ mặn (Salinity_‰) sang nồng độ Cl- (mg/L) như sau: Salinity (g/L) = 1,8066 [Cl-] (g/L) →[Cl-] = 9,963 – 11,07 (g/L) = 9.963 – 11.070 (mg/L). (Ta có: 1‰ = 1.000 mg/L = 1g/L) (Nguồn: ) (3) Tính toán độ cứng: Ca2+ : 125 × 5020 = 312,5 mg/l CaCO3 Mg2+ : 615 × 5012 = 2562,5 mg/l CaCO3 → Độ cứng tổng: 2875 mg/l CaCO3 = 57,5 eq/m3. Yêu cầu thiết kế Yêu cầu theo tiêu chuẩn chất lượng nước đầu ra Nhiệm vụ cần hoàn thành của hệ thống xử lý nước nhiễm mặn này là cần phải đảm bảo chất lượng nước cấp ăn uống và sinh hoạt theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam. Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2002/BYT/QĐ Bảng 4.2 Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa Phương pháp thử 1 pH NTU 6,5-8,5 AOAC hoặc SMEWW 2 Độ cứng mg/l 300 TCVN 6224-1996 3 Độ đục mg/l 2 (ISO 7027-1990) TCVN 6184-1996 4 Mg2+ mg/l 30 5 Ca2+ mg/l 75 6 Độ oxy hóa mg/l 2 Chuẩn bằng KMnO4 7 Ammoniac mg/l 1,5 TCVN 5988-1995 (ISO 5664-1984) 8 Nitrat mg/l 50 TCVN 6180-1996 (ISO 7890-1988) 9 Nitrit mg/l 3 TCVN 6178-1996 (ISO 6777-1984) 10 Clorua mg/l 250 TCVN 6194-1996 (ISO 9297-1989) 11 Sulfat mg/l 250 TCVN 6200-1996 (ISO 9280-1990) 12 Natri mg/l 200 TCVN 6196-1996 (ISO 9964-1993) 13 Kali mg/l 12 14 TDS mg/l 1000 TCVN 6053-1995 (ISO 9696-1992) Yêu cầu về chi phí xử lý và giá thành 1 m3 nước Theo số liệu tham khảo từ hệ thống xử lý nước nhiễm mặn tại Cần Giờ của tập đoàn Đặng Đoàn Nguyễn đã chính thức đi vào hoạt động từ ngày 8/8/2008, với tổng chi phí đầu tư là 95 tỉ đồng, công suất xử lý là 5.300m3/ngày.đêm. Nước sạch được bán cho Công ty dịch vụ công ích với giá 12.000VNĐ/m3. Tuy nhiên lượng nước này vẫn còn thiếu so với nhu cầu 10.000m3/ngày.đêm, do đó ngân sách thành phố hàng năm phải trợ giá gần 50 tỉ đồng để bù giá nước và chi phí vận chuyển nước bằng xà lan từ nội thành ra cung cấp cho người dân. Theo tình hình vận chuyển nước từ Thành phố đến địa bàn huyện cũng phải tiêu tốn một khoản chi phí từ 20.000 VNĐ-50.000 VNĐ/m3 nước ngọt. Do đó yêu cầu của hệ thống đang thiết kế phải đảm bảo giá nước nhỏ hơn 15.000VNĐ/m3. Yêu cầu về diện tích đất sử dụng Vì giá đất hiện nay khá cao và phải hạn chế khai thác sang phần đất ngập mặn dùng cho mục đích bảo tồn và du lịch nên khi thiết kế hệ thống cần chú ý đến diện tích đất sử dụng. Nếu cần thiết nên sử dụng đất không còn có thể khai thác kinh tế để xây dựng hệ thống. Do đó diện tích đất được yêu cầu ở đây là phải nhỏ hơn 650m2 (chọn kích thước bãi đất như sau dài×rộng là 32m×20m). Yêu cầu về quản lý và vận hành hệ thống Tất cả hệ thống trong dây chuyển xử lý đều hoạt động tự động, do đó cần một nhân viên chuyên môn kỹ thuật có khả năng giải quyết sự cố trong quá trình vận hành. Đề xuất lựa chọn công nghệ xử lý Một số công nghệ xử lý nước nhiễm mặn Mô hình RO theo tiêu chuẩn ngành Hình 4.1 Sơ đồ kiểu mẫu cho hệ thống RO Trên đây là sơ đồ tiêu biểu cho các hệ thống RO dùng xử lý nước biển, nước nhiễm mặn cũng như nước thủy cục. RO luôn cần bước tiền xử lý để tránh cho màng RO bị nghẹt làm chất lượng nước kém và cũng làm giảm tuổi thọ màng. Bước 1: Tiền xử lý bằng các phương pháp truyền thống như lắng, lọc thô hoặc lọc màng và lọc tinh. Bước 2: Sử dụng màng lọc RO với bơm áp suất cao để khử muối Bước 3: Ổn định hóa nước sau lọc bằng các phương pháp như điều chỉnh hóa chất, khử trùng …vv. Dự án xử lý nước nhiễm mặn tại Cần Giuộc-Long An Công nghệ xử lý nước nhiễm mặn Cần Giuộc cấp cho khu dân cư với công suất 100m3/ngày.đêm. (Viện MT và TN-Trung tâm công nghệ Môi trường CEFINEA) Nước mặt Bể lắng vách nghiêng Bồn lọc tinh 5µm Hệ thu và cấp nước Bể keo tụ Bể tạo bông Bồn lọc áp lực Bơm áp lực Bể trung chuyển Bồn chứa trung gian Hệ thống lọc RO Bể chứa nước sạch NaOH Xả bùn định kỳ Phèn Polymer Thuyết minh công nghệ: Nước mặt từ sông qua công trình thu nước, sau đó được bơm trực tiếp vào bể keo tụ. Bể keo tụ có tác dụng làm kết dính các chất rắn lơ lửng trong nước. Từ bể keo tụ nước được chảy thủy lực vào bể tạo bông. Bể tạo bông có tác dụng kết hợp các chất keo tụ ở dạng kích thước nhỏ thành các hạt bông kích thước lớn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng. Tiếp đó nước tự chảy qua bể lắng. Các chất bẩn hữu cơ tồn tại ở trạng thái lơ lửng sẽ kết tủa và lắng xuống đáy bể dưới tác dụng của trọng lực. Lượng chất bẩn này sẽ được định kỳ xả bỏ. Nước sau lắng tự chảy vào bể chứa trung gian. Từ bể chứa này, nước được bơm qua bồn lọc áp lực. Bể lọc này có tác dụng giữ lại những cặn bẩn, các chất rắn lơ lửng khó lắng ở bể lắng. Sau đó nước tự chảy tiếp vào bồn lọc tinh 5µm và chảy tiếp vào bồn chứa nước. Tiếp đó nước được bơm vào hệ thống lọc RO, hệ thống này sẽ loại bỏ ion Cl- là tác nhân gây ra độ mặn trong nước.Nước sau quá trình lọc thẩm thấu ngược sẽ tự chảy vào bề chứa thành phẩm. Nhà máy khử mặn Tajura, Libya Nhà máy khử mặn Tajura được xây dựng năm 1983 với công suất 10.000m3/ngày.đêm. Nhà máy Tajura khử mặn bằng công nghệ RO ( SWRO – Seawater Reverse Osmosis ) với mục đích cung cấp nước chất lượng cao cho ăn uống và một số ngành công nghiệp. Hệ thống xử lí được chia thành 3 phần : Công trình thu nước biền, các công trình tiền xử lí ( pretreament ), 2 giàn lọc màng RO chia thành 2 cụm riêng biệt. B Hình 4.2 Sơ đồ công nghệ nhà máy khử mặn Tajura Bảng 4.3 Chất lượng nước vào và ra hệ thống Thành phần Nước biển ( mg/l ) Nước sau xử lí ( mg/l ) Calcium Ca2+ Magnesium Mg2+ Sodium Na+ Potassium K+ Silica Si+ Chloride Cl- Biocarbonate HCO3- Sulphate SO42- Nitrate NO3- TDS pH 455 1.427 11.600 419 2 20.987 163 2.915 0 38.000 8,3 0 0 67 3 0 97 16,8 - 0 232 8 Công trình thu : Nước biển từ Địa trung hải được bơm qua hai ống chìm đến bể chứa 1 920 m3. Sau đó, nước được bơm đến khu tiền xử lí bằng 3 bơm chìm ( 2 bơm hoạt động, 1 bơm dữ trữ ). Tiền xử lí: Vai trò của tiền xử lí là khử nước biển đến chất lượng có thể chấp nhận được cho hệ thống RO xử lí tiếp. Tiền xử lí bao gồm các công trình chính sau: - Lọc Media (lọc thô) - Bơm rửa ngược - Ống thổi khí ( dùng để rửa lọc ) - Lọc Cartridge (lọc tinh) - Hệ thống trộn hoá chất Hệ thống lọc RO: Nhà máy SWRO bố trí 2 giai đoạn lọc RO riêng biệt để tạo 10000 m3/ngày nước sạch với chất lượng cao ( TDS < 200mg/l). Giai đoạn 1 gồm 4 cột RO hoạt động song song. Mỗi cột có 99 ống lọc. Mỗi ống lọc chứa chứa 6 màng RO kiểu xoắn. Tỷ lệ nước sạch tại nhà máy là 30%. Công nghệ đề xuất cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ Sơ đồ công nghệ: cấp nước ăn uống sinh hoạt 1329/2002. Thuyết minh công nghệ: Nước từ sông Vàm Sát được bơm vào bể chứa trung gian nhằm điều hòa hàm lượng SS, độ mặn, lượng ion hòa tan, hàm lượng vi sinh, độ màu, chất hữu cơ…vv của nước sông. Từ bể chứa nước được bơm vào bể phản ứng kết hợp lắng vách ngăn để làm giảm hàm lượng cặn lơ lửng trong nước. Trên đường bơm đến ngăn phản ứng tạo bông ta châm dung dịch phèn trực tiếp vào nước qua ống trộn để hòa trộn nước và hóa chất. Để gia tăng sự kết dính của các hạt cặn trong nước ta dùng thêm Polymer trợ keo được châm vào ngăn phản ứng của bể. Sau đó nước ở ngăn lắng tự chảy qua bồn chứa trung gian, từ đây ta dùng bơm áp lực để bơm nước vào bồn lọc áp lực, bồn này có nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ khó lắng trong ngăn lắng. Bồn lọc cần được kiểm tra và rửa lọc định kỳ. Nước từ đây chảy tiếp qua bồn lọc than hoạt tính để khử màu, mùi, tiếp theo là bồn lọc tinh 10µm và 5 µm nhằm bảo vệ màng lọc RO phía sau. Kế đến là bồn chứa trung gian để tạo lưu lượng ổn định trước khi lọc qua RO. Sau khi lọc RO, nước cần được khử trùng bằng Clo nhằm tạo dư lượng Clo như chất lượng nước thủy cục và tạo cảm giác an toàn cho người sử dụng. Nước rửa lọc Bùn cặn Khử trùng bằng Clo Nước mặt Bồn trung gian Bồn lọc áp lực Bể chứa Hệ thống RO Bồn trung gian Bể phản ứng kết hợp lắng Trạm bơm Bồn lọc than hoạt tính Mương thải bỏ Bồn lọc tinh 5µm Hồ chứa Dung dịch phèn Polymer Bồn lọc tinh 10µm CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Công trình thu Lưu lượng cần lấy mỗi ngày Trạm xử lý có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ lượng nước cung cấp cho khu du lịch Vàm Sát-Cần Giờ với công suất 60 m3/ngày.đêm. Như ta đã biết, hệ thống RO được thiết kế với phần trăm lưu lượng nước lợ cấp vào thành nước ngọt Rc = 50-60 %. Chọn tỷ lệ nước sạch qua RO là 50%. Vậy lưu lượng cần lấy vào hệ thống mỗi ngày là: 600,5 = 120 m3/ngày.đêm Ngoài ra còn cần thêm lượng nước phục vụ cho việc rửa bồn lọc và bế lắng khoảng 5% lượng nước cấp vào. (Được phép lấy thêm 5- 10% tổng lưu lượng cấp ăn uống và sinh hoạt TCXD 33-2006). Vậy lưu lượng cần lấy vào mỗi ngày là: 120 + 120 × 0,05 = 126 m3/ngày.đêm. Chọn Q = 130m3/ngày.đêm Tiến hành thu nước Việc thu được tiến hành khá đơn giản, chỉ cần đặt đầu hút của máy bơm tại điểm cần lấy nước và tiến hành bơm nước. Mép dưới cửa thu nước phải đặt cao hơn đáy sông hồ tối thiểu 0,5m. Mép trên của cửa thu hay của các công trình đặt ngập thì phải đặt thấp hơn lòng trũng của sóng 0,3m.(Nguồn: TCXD 33-2006). Xung quanh đầu thu nước có bố trí lưới chắn rác làm bằng các thanh thép có kích thước ô lưới 4mm × 4mm, đường kính thép 1mm để giữ lại cặn, rong rêu có kích thước nhỏ với mục đích là bảo vệ bơm và đường ống. Lưới chắn này phải được kiểm tra thường xuyên để ngăn chặn sự cố bít đầu ống hút và gây nghẹt đường ống dẫn vào công trình tiếp nhận phía sau. Tính toán đường ống bơm Lưu lượng cần bơm mỗi ngày là 130m3/ngày.đêm hay 11m3/h (một ngày làm việc 2 lần, mỗi lần 6 tiếng vào lúc thủy triều kém, tránh hàm lượng cặn cao và độ mặn cao lúc triều cường). Chọn bơm có lưu lượng 12 m3/h, và sử dụng 2 bơm. Bảng 5.1 Đường kính ống hút và ống đẩy Đường kính ống (mm) Vận tốc nước (m/s) Ông hút Ông đẩy <250 300 – 800 >800 0,7 – 1,0 1,0 – 1,3 1,3 – 2,0 1,0 – 1,5 1,2 – 1,8 1,9 – 3,0 (Nguồn: Cấp nước đô thị_Nguyễn Ngọc Dung_Đại học Kiến Trúc Hà Nội). Chọn vận tốc ống hút là vh = 0,7 m/s. Vậy đường kính ống hút là: Dh = 4×Qv×п=4×0,003m3/s0,9m/s×п = 74 mm. Chọn đường kính ống hút là 75mm. Tính lại vận tốc trong ống hút: vh = 4×QDh2×п = 4×0,003m3/s0,0752×п = 0,69 ~ 0,7m/s. Chọn vận tốc ống đẩy vđ = 1,0 m/s Dđ = 4×Qv×п=4×0,003m3/s1,0m/s×п = 65mm. Chọn đường kính ống đẩy là 63mm. Tính lại vận tốc trong ống đẩy: vđ = 4×QDđ2×п = 4×0,003m3/s0,0632×п = 0,96m/s ~1,0m/s. Cột áp toàn phần của máy bơm: H = Hhh + Hđ + Hh Hhh: Chiều cao bơm nước hình học ( Bể chứa đặt sau trạm bơm và có độ chênh cao trình tối đa là 10 m ) Hhh = 10 m Hd + Hh: Tổng tổn thất thuỷ lực trên ống đẩy và ống hút của bơm. Các tổn thất này bao gồm tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ. Tổn thất trên đường ống đẩy: Hđ = Hdđ + Hcb Tổn thất trên đường ống hút: Hh = Hdđ + Hcb Với Hcb = ξ V22g ≈ 0 Hdđ = i × l, với i là độ dốc thủy lực của đường ống l là chiều dài ống (m) Trên ống hút ( dài 30 m ), tra i = 0,0218 Trên ống đẩy ( dài 10 m ), tra i = 0,0501 (Nguồn: Các bảng tính toán thủy lực_Bảng độ dốc thủy lực của ống nhựa dẻo_Th.S Nguyễn Thị Hồng_NXB Xây dựng). ΣHdđ = 0,0218 × 30 + 0,0501 × 10 = 1,155m Vậy cột áp toàn phần của máy bơm là: H = 10m + 1,155m = 11,155m ~11,2m Công suất tiêu thụ của máy bơm N= Q.H.ρ75.η (Hp) Trong đó: Q là lưu lượng bơm (Q = 12m3/h) H là cột áp toàn phần của máy bơm (m) ρ là khối lượng riêng của nước (ρ = 1000kg/m3) η là công suất máy bơm, η = 0,72 ÷ 0,93. Chọn η = 0,75. → N = 12×11,2×10003600×75×0,75 = 0,6 Hp. Công suất động cơ bằng công suất tiêu thụ nhân với hệ số K = 1,5 ÷ 2,0. Công suất tiêu thụ = 0,6 Hp × 1,6 = 0,96 Hp. Chọn bơm Goulds có công suất 1Hp. Hồ chứa nước thô Hồ chứa có nhiệm vụ ổn định nồng độ muối, chất rắn hòa tan và chất rắn lơ lửng trước khi được bơm vào bể keo tụ phía sau. Chọn thời gian lưu là 3 ngày, mỗi ngày bơm vào bể chứa 12 tiếng. Thể tích bể chứa: V = Q × t = 11 m3/h × 36h = 396m3. Chọn kích thước hồ H × B × L = 2m ×12m × 15m. Tính đường ống dẫn qua ngăn phản ứng Với ống có dùng bơm, vận tốc nước chảy trong ống dao động trong khoảng 0,8 – 1,2 m/s. Chọn v = 1,0 m/s, lưu lượng nước từ bể chứa nước thô là 6,5m3/h ứng với thời gian làm việc 20h/ngày thì tiết diện ống dẫn là: F = Qv = 6,5m3/h1,0m/s = 0,0018m2. → d = 4.Fп = 4.0,00183,14 = 47,9 mm. Chọn d = 49mm. Tính lại vận tốc nước chảy: v = 0,954m/s (thõa). Chọn 2 bơm Goulds làm việc luân phiên có công suất 1Hp để bơm nước qua ngăn phản ứng của bể phản ứng tạo bông kết hợp lắng. Trên đường ống dẫn tới ngăn phản ứng tạo bông ta dùng bơm định lượng bơm dung dịch phèn nhôm vào hòa trộn ngay trên đường ống (sử dụng ống trộn). Và trước ngăn phản ứng ta châm thêm Polymer làm chất trợ keo tụ. Hình 5.1 Bơm định lượng Tính tóan lượng phèn nhôm cần thiết cho quá trình keo tụ tạo bông Thời gian làm việc của các công trình phía sau bể chứa được chọn là 20h/ngày. Vậy công suất tính toán là 6,5m3/h. Ta thấy pH của nước chúng ta đang tiến hành xử lý là 6,8 nên ta sử dụng phèn nhôm là thích hợp nhất, hơn nữa phèn nhôm không gây ra nguy cơ ăn mòn như phèn sắt. Bảng 5.2 Lượng phèn để xử lý nước đục Hàm lượng cặn của nước nguồn(mg/l) Liều lượng phèn nhôm(Al2(SO4)3) không chứa nước (mg/l) đến 100 25÷35 101-200 30÷45 201-400 40÷60 401÷600 45÷70 601÷800 55÷80 801÷1000 60÷90 1001÷1400 65÷105 1401÷1800 75÷115 1801÷2200 80÷125 2201÷2500 90÷130 (Nguồn: Xử lý nước cấp_ Trần Ngọc Dung ) Nước mà chúng ta xử lý có hàm lượng cặn là SS = 216,3mg/l nên chọn hàm lượng phèn là 40mg/l (hay 40g/m3). Vậy lượng phèn Nhôm cần sử dụng trong 1 ngày là: 40g/m3 × 130m3 = 5200g = 5,2 kg/ngày. Để hòa trộn phèn, ta sử dụng một bồn nhựa PE có dung tích 200 lít dùng trong một ngày. Bể phản ứng tạo bông kết hợp lắng vách nghiêng Ngăn phản ứng Dùng cánh khuấy turbin với Gradient vận tốc từ 20-30s-1 nhằm tạo điều kiện cho cặn lơ lửng kết dính với phèn Al có thêm chất trợ keo là Polymer. Ngăn phản ứng nằm ngay trước ngăn lắng vách nghiêng và được ngăn cách bởi một tấm đục lỗ nhằm phân phối nước đều vào ngăn lắng mà không làm xáo trộn bùn cặn ở phễu thu. Chọn thời gian lưu nước 20 phút.(Qui chuẩn từ 10-30 phút). Thể tích bể: V = Q.t = 0,0018m3/s×1200s = 2,16 m3. Trong đó chiều cao ngăn phản ứng phải bằng chiều cao ngăn lắng trừ đi chiều cao vùng chứa cặn, và chiều rộng cũng bằng chiều rộng ngăn lắng. Vậy kích thước ngăn phản ứng H ×B × L = 2,3m× 0,8m× 1,2m. Chọn cánh khuấy chân vịt 3 cánh (có hệ số sức cản nhỏ và phù hợp với công suất nhỏ). Công suất của máy khuấy: P = G2.µ.V Trong đó: G là gradient vận tốc, chọn G = 30-1 µ là độ nhớt động lực của nước, ở 25oC µ = 0,001kg.m2/s V là thể tích khuấy trộn của máy, m3 → P = 302 × 0,001 × 2,16 = 1,944 W. Tốc độ chuyển động của cánh khuấy: v = 2.п.R.n60 (m/s) Trong đó: R (m) là bán kính chuyển động của cánh khuấy, tính từ mép ngoài của cánh đến tâm trục quay. Chọn đường kính cánh khuấy là 0,5m. n là số vòng quay trong một phút, chọn n = 3 vòng/phút. Vậy : v = 2×3,14×0,25×360 = 0,078 m/s. Tính toán lượng Polymer cần sử dụng Theo quy phạm, lượng Polymer được sử dụng như chất trợ keo tụ là 1 - 2 mg/l. Chọn lượng Polymer cần là 1mg/l (hay 1g/m3). Vậy lượng Polymer trong 1 ngày làm việc là: 1g/m3 × 130m3 = 130g = 0,13kg/ngày. Ngăn lắng Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng F, chế độ thủy lực của dòng chảy. Bể cho hiệu quả cao nhất khi chế độ chảy tầng Re 10-5. Bằng cách đưa vào vùng lắng của bể lắng ngang các ô lắng hình trụ đặt nghiêng một góc 60o so với phương ngang làm tăng diện tích bề mặt đáy bể lắng (cặn lắng chạm đáy hình trụ và trượt theo góc nghiêng xuống vùng thu cặn của bể). Nước trong đi lên vùng thu nước chảy vào máng thu ra ngoài, chế độ chảy trong các ống hình trụ luôn là chế độ chảy tầng Re < 2000 và dòng luôn ở trạng thái ổn định. Nước ra Nước vào 4 3 1 2 5 Xả cặn Hình 5.2 Sơ đồ cấu tạo bể lắng lớp mỏng kết hợp ngăn phản ứng Bể phản ứng tạo bông cặn; 2. Vùng phân phối nước; 3. Vùng đặt các ô lắng; 4. Máng răng cưa thu nước; 5. Vùng thu cặn và xả cặn. Diện tích cần thiết của bể lắng Công suất nước đi vào bể lắng: QL = α × Q = 1,05 ×6,5 m3/h = 0,0018 m3/s. Trong đó α là hệ số dự phòng kể đến ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng. Tính diện tích mặt bằng cần sử dụng công thức: uo = QLF×WH.cosα+W.cos2α Trong đó uo là tốc độ lắng của hạt bông cặn đã keo tụ. Chọn hiệu quả lắng các hạt bông cặn keo tụ R = 90% ứng với vận tốc lắng uo = 0,25mm/s. (Nguồn: Đường cong lắng của các hạt cặn keo tụ theo cách chiều cao lắng khác nhau_Trịnh Xuân Lai_Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp). Trong bể lắng đặt các tấm thép hình chữ nhật được đặt cách nhau 50cm, chiều dài lắng l = 1m đặt nghiêng 60o. Chiều cao khối trụ lắng H = l×sinα = 1×sin 60o = 0,867m Khoảng cách giữa các ống trụ W = 0,05m. → F = QLuo×WH.cosα+W.cos2α F = 1,8.10-32,5.10-4×0,050,867×cos60o+0,05×cos260o = 0,85 m2. Chọn diện tích mặt bằng ngăn lắng F = 0,9 m2 với kích thước B × L= 0,8m × 2,1m. Kiểm tra lại vận tốc nước và hệ số Re: uo = 1,8.10-30,9×0,050,867×cos60o+0,05×cos260o = 2,3.10-4 m/s. Vận tốc nước chảy trong ống lắng: vo = QLF.sinα = 1,8.10-30,9.sin600 = 2,38.10-3 m/s. Ở nhiệt độ nước sông 25oC, υ = 0,91.10-6 m2/s, Re = vo.Rυ Bảng 5.3 Độ nhớt động học của nước to C 10 12 15 20 30 40 υ.10-6m2/s 1,31 1,24 1,14 1,01 0,81 0,66 (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch_Trịnh Xuân Lai). Với R là bán kính thủy lực: R = B.HB+2H = 1×0,8671+2.0,867 = 0,317 m Re = 2,38.10-3.0,3170,91.10-6 = 829 < 2000. Nước trong bể chuyển động theo chế độ chảy tầng. Chuẩn số Froude: Fr = vo2g.R = (2,38.10-3)9,81×0,317 = 7,6.10-4 > 10-5. Dòng chảy trong bể là dòng chảy ổn định. Chiều cao bể lắng Chiều cao bể lắng gồm: Chiều cao phần nước trong bên trên các ống lắng h1 = 0,8m. Chiều cao đặt ống lắng nghiêng h2 = 0,867m. Chiều cao phần không gian phân phối nước dưới các tấm lắng đặt nghiêng h3= 0,6m. Chiều cao phần chứa cặn: cặn thu vào đáy hình chóp có cạnh xiên một góc 60o so với phương ngang. Kích thước dáy là 1m×1,5m. Vậy chiều cao phần chứa cặn là: h4 = 1,5/4tg30o = 0,65 m Vậy tổng chiều cao xây dựng là: H= h1 + h2 + h3 + h4 = 2,9 m. Chọn chiều cao xây dựng là 3m. Vậy kích thước ngăn lắng B× H× L = 0,8m×3m×2,1m. Tính toán máng thu nước ra Máng thu nước được bố trí ở hai bên hông của bể. Chọn chiều dài cần thiết của máng bằng 2 lần chiều rộng của bể: Lm = 0,8m × 2 = 1,6m. Tải trọng máng thu: q = QLm = 0,0018m3/s1,6m ×1000 l m3 = 1,125 l/s.m. (Quy phạm từ 1-3 l/s.m) Chọn tấm xẻ khe chữ V góc đáy 90o, chiều cao chữ V là 5cm, đáy 10 cm. Vậy với chiều dài máng là 0,8m thì số khe chữ V là 8 khe. Máng răng cưa được bắt dính với máng thu nước bê tông bằng các bu lông qua các khe dịch chuyển. Nước sau khi lắng được thu bằng máng theo cơ chế chảy tràn ra rãnh thu nước. Tính toán đường ống dẫn nước sang bể chứa trung gian Vận tốc nước trong ống tự chảy v = 0,3 – 0,7 m/s. Chọn v = 0,6 m/s. Tiết diện ống dẫn: F = Qv = 6,5m3/h0,7m/s = 0,0026m2. → d = 4.Fп = 4.0,00263,14 = 57,3 mm. Chọn d = 63mm. Tính lại vận tốc nước chảy: v = 0,58m/s (thõa). Bể chứa trung gian Nước tự chảy từ ngăn lắng của bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng sang bể chứa trung gian.Ta xây dựng bể trung gian với mục đích dùng bơm áp lực bơm nước vào bồn lọc áp lực. Chọn thời gian lưu là 30 phút. Thể tích bể chứa: V = Q × t = 6,5 m3/h × 0,5h = 3,25m3. Chọn kích thước bể H × B × L = 1,5m ×1,5m × 2m. Bồn lọc áp lực Tổng quan về thiết bị Nhiệm vụ Loại các hạt cặn bẩn lơ lửng có trong nước. Nước nguồn trước khi vào bể phải có hàm lượng cặn lơ lửng (TSS) nhỏ hơn 30 mg/L. (Nguồn: Bảng 6.2 TCXDVN 33-2006). Ưu điểm Gọn, có thể chế tạo tại công xưởng, lắp ráp nhanh, tiết kiệm diện tích xây dựng, thích hợp cho những nơi chật hẹp. Nước có áp lực nên không xảy ra hiện tượng chân không trong lớp lọc. Áp lực dư có thể chạy thẳng đến công trình kế tiếp. Lớp nước trên mặt cát lọc chỉ cần 0,4-0,6m đủ để thu nước rửa mà không kéo cát lọc ra ngoài. Do tổn thất qua lớp lọc có thể lấy từ 3÷10m nên có thể tăng chiều dày lớp lọc để tăng vận tốc lọc. Khuyết điểm Do bể lọc kín, khi rửa không quan sát được bên trong nên không khống chế được lượng cát mất đi, bể lọc làm việc kém hiệu quả dần. Không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc. Khi mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng hay rò nước hoặc xảy ra tình trạng rửa ngược thì cát lọc sẽ bị đưa về bơm. Cấu tạo và vận hành Vật liệu: thép hoặc composite Đường kính lớn nhất từ 4÷5 m Rửa lọc có thể dùng nước thuần túy hoặc khí trước nước sau. Hình 5.3 Bồn lọc áp lực Tính toán kích thước bồn lọc Chọn vật liệu cấu tạo bể lọc là thép không gỉ. Vật liệu lọc: chọn bể lọc có 2 lớp vật liệu lọc để tăng dung tích chứa cặn bẩn. Chọn lớp vật liệu lọc nằm trên là than Anthacide còn lớp dưới là cát thạch anh.(Lớp trên của vật liệu lọc phải có đường kính hạt lớn hơn như trọng lượng riêng nhỏ hơn lớp vật liệu nằm ở dưới). Bảng 5.4 Các chỉ tiêu về vật liệu lọc và tốc độ lọc của bể lọc áp lực hai lớp lọc Đặc điểm lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc(m/h) dmin (mm) dmax (mm) dtđ (mm) Hệ số K Ch.dày L (mm) Bình thường Tăng cường Cát 0,5 1,2 0,7÷0,75 2 400÷500 15 20 Than anthacide 0,8 1,8 1,1÷1,2 2 400÷500 (Nguồn: Xử lý nước cấp_TS Nguyễn Ngọc Dung_ĐH Kiến trúc Hà Nội). Diện tích cần thiết của bồn lọc: F = Qv = 6,510 = 0,65 m2 Trong đó: Q là lưu lượng tính toán, Q = 6,5m3/h v là vận tốc lọc, lọc với tốc độ bình thường v = 10-15m/h. Chọn v = 10m/h Đường kính bồn lọc: D = 4.Fп = 4.0,653,14 = 0,91 m Chọn đường kính thiết bị là 0,9 m. Thử lại: Diện tích bề mặt bể lọc áp lực: F = п.D24 = 3,14.0,924 = 0,636 m2. Vận tốc lọc của bể: v = QF = 6,50,636 = 10,2 m/h. (thỏa) Chiều cao thiết bị lọc : H = hđ + hth + hc + hn + hbv Trong đó: H là chiều cao tổng cộng, m hth là chiều cao lớp than anthacide, hth = 0,5m hc là chiều cao lớp cát thạch anh, hc = 0,5m hbv là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,25m hn là khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến phễu thu nước rửa lọc, m. Theo điều 6.119-TCXDVN 33-2006 ta có: hn = hvl × ee + 0,3 = (hc + hth ) × ee + 0,3 Với ee là độ nở tương đối vật liệu lọc khi rửa ngược (Bảng 5.5) Bảng 5.5 Độ giãn nở tương đối của vật liệu lọc Loại vật liệu lọc và bể lọc Độ giãn nở tương đối của vật liệu lọc (%) Cường độ rửa bể lọc (l/s-m2) Thời gian rửa bể lọc (phút) Bể lọc 1 lớp VLL d = 0,5 – 1,25 (dhiêu quả = 0,6-0,65) 45 12-14 6-5 d = 0,7-1,6 (dhiêu quả = 0,75-0,8) 30 14-16 - d = 0,8-2,06 (dhiêu quả = 0,9-1,1) 25 16-18 - Bể lọc 2 lớp VLL 50 14-16 7-6 (Nguồn: Bảng 6.13 TCXDVN 33-2006). Vậy hn = 1,0 × 0,5 + 0,3 = 0,8m. Khi rửa bằng nước và không khí phối hợp thì cần lấy chiều dày lớp sỏi đỡ cỡ hạt 10-5 mm và 5-2 mm bằng 150-200 mm.(Nguồn: Điều 610 TCXDVN 33-2006). Chọn hđ là chiều cao lớp sỏi đỡ, hđ = 150 mm hay 0,15m. Vậy chiều cao của thiết bị lọc là: H= 0,5 + 0,5 + 0,25 + 0,8 + 0,15 = 2,2 m. Vậy kích thước bồn lọc áp lực D × H = 0,9m×2,2m. Trở lực ban đầu của dòng chảy qua lớp vật liệu lọc Khi dòng lưu chất chuyển động qua lớp vật liệu hạt thì áp suất của nó bị giảm. Bảng 5.6 Đặc tính của vật liệu lọc Material Shape Sphericity (ψ) Relative density Porosity ε (%) Effective size (mm) Silica sand Silica sand Ottawa sand Silica gravel Garnet Crushed anthracite Plastic Rounded Angular Spherical Rounded Angular 0,82 0,73 0,95 0,72 2,65 2,65 2,65 2,65 3,1-4,3 1,5-1,75 42 53 40 40 55 0,4-1,0 0,4-1,0 0,4-1,0 1,0-50 0,2-0,4 0,4-1,4 (TABLE 14.3 Filter Media Characteristics_SECTIONIV/Physical-Chemical Treatment Processes). Trở lực qua lớp cát thạch anh Ta có vận tốc thực của dòng lưu chất đi qua lớp cát: vs = Ue = 10m/h3600.0,4 = 0,007 m/s. Với: U là vận tốc trung bình của dòng lưu chất theo tiết diện thiết bị (m/s) e là độ rỗng của cát thạch anh (%). Tổn thất áp lực: hc = ( 1-ee3). vs2ψ.g.L.Σfsixidi (Công thức14.16 SECTIONIV/Physical-Chemical Treatment Processes) Trong đó: ψ là tính hình cầu của cát thạch anh, ψ = 0,95 (Bảng 5.6) g là gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s L là chiều cao lớp cát trong bể lọc, L = 0,5m Σfsixidi là tổng tổn thất do ma sát (Xem bảng 5.7) Vậy hc = ( 1-0,40,43). 0,00720,95.9,81 . 0,5.131,9.103 = 1,38 m. Trở lực qua lớp than Anthracite Vận tốc thực của dòng lưu chất đi qua lớp than: Vo = Ueo = 10m/h3600.0,55 = 0,005 m/s. Với: U: là vận tốc trung bình của dòng lưu chất theo tiết diện thiết bị (m/s) e: là độ rỗng của cát thạch anh (%) Tổn thất áp lực: hth = ( 1-ee3). vs2ψ.g.L.Σfsixidi (Công thức14.16 SECTIONIV/Physical-Chemical Treatment Processes) Trong đó: Ψ: là tính hình cầu của than Anthracite, ψ = 0,72 (Bảng 5.6)