Đề tài Công nghệ, cấu tạo và các công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý nước

™™™ thuyết minh ˜˜˜ I. Lựa chọn công nghệ xử lý nước 1. Xác định các chỉ tiêu còn lại trong nhiệm vụ thiết kế và đánh giá mức độ chính xác các chỉ tiêu nguồn nước a. Tổng hàm lượng muối Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được tính theo công thức sau: P= Trong đó: - : Tổng hàm lượng các ion dương - : Tổng hàm lượng các ion âm Ta có: =153,1 hay: (mg/l) hay: Như vậy: P = 153,1+ 135,9 + 1,4´ 5+ 0,5´317,1 + 0,13 ´2,18 ị P = 454,83 (mg/l) b. Xác định lượng CO2 tự do có trong nước nguồn Lượng CO2 tự do có trong nước nguồn phụ thuộc vào P, t0, Ki, PH và được xác định theo biểu đồ Langlier Với: P =454,83 (mg/l) t0 =220C PH = 7,6 Ki0 = 5,2 (mg/l) Tra biểu đồ ta xác định được hàm lượng [CO2] tự do là 12 (mg/l) c. Kiểm tra độ Kiềm toàn phần Do PH = 7,6 nên độ Kiềm toàn phần của nước chủ yếu là do [HCO3-], ta xác định được: Kitf ằ=5,2 (mg/l) Như vậy độ Kiềm toàn phần bằng độ cứng Cacbonat = 4,56 (mg/l) nên số liệu tính toán là chính xác. 2. Đánh giá chất lượng nguồn nước Dựa theo tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của Bộ Y tế) và các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn ta thấy nguồn nước sử dụng có các chỉ tiêu sau đây chưa đảm bảo yêu cầu: Độ Oxy hoá Pemaganat = 4 (mgO2/l) > 2 (mgO2/l) Hàm lượng Fe2+ = 5(mg/l) > 0,5 (mg/l) Hàm lượng H2S = 0,1 (mg/l) > 0,05 (mg/l) Hàm lượng Ca2+ = 120,2 (mg/l) > 100 (mg/l) Hàm lượng cặn lơ lửng = 8 (mg/l) > 3 (mg/l) Chỉ số Ecôli = 720 (con) >2 0 (con) 3. Sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ Do hàm lượng Fe2+ = 5(mg/l), công suất trạm Q = 12500 (m3/ngđ) nên để xử lý sắt ta dùng phương pháp làm thoáng tự nhiên. Kiểm tra xem trước khi xử lý có phải Clo hoá sơ bộ hay không Ta phải Clo hoá sơ bộ trong 2 trường hợp sau: [O2]0 > 0,15´[Fe2+] + 3 Nước nguồn có chứa NH3, NO2 Do [O2] = 4 (mg/l) < 0,15´[Fe2+] + 3 = 0,15´5 + 3 = 3,75 (mg/l) nên truớc khi đưa đến công trình làm thoánag ta cho clo hóa sơ bộvới lưu lượng Clo là. Tuy nhiên, trong nước nguồn có chứa NH3 (ở dạng NH4+) và NO2- nên ta phải Clo hoá dơ bộ. Liều lượng Clo dùng để Clo hoá sơ bộ tính theo công thức: LCl = 6,5´[o2] =0,5.4=2 (mg/l) Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng Độ kiềm sau khi làm thoáng: Ki* = Ki0 - 0,036´[Fe2+] Trong đó: Ki0 : Độ kiềm của nước nguồn = 5,2 (mg/l) ị Ki* = 5,2 - 0,036´5 = 5,02 (mgđ g/l) Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng: CO2* = (1-a)´CO20 + 1,6´[Fe2+] Trong đó: a : Hệ số kể đến hiệu quả khử CO2 bằng công trình làm thoáng. Chọn phương pháp làm thoáng tự nhiên ị a = 0,5 CO20 : Hàm lượng khí Cácbonic tự do ở trong nước nguồn = 12(mg/l) ị CO2* = (1-0,5)´12 + 1,6´2 = 14 (mg/l) Độ PH của nước sau khi làm thoáng: Từ biểu đồ quan hệ giữa PH, Ki, CO2,t0 ứng với các giá trị đã biết: Ki* = 5,02 CO2* = 14 (mg/l) t0 = 22 0C P = 454,83(mg/l) Tra biểu đồ quan hệ giữa lượng PH, Ki, CO2 ,t0 ta có PH* = 7,5 Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng: Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng được tính theo công thức: C*max = C0max + 1,92´[Fe2+] + 0,25M (mg/l) Trong đó: C0max : Hàm lượng cặn lơ lửng lớn nhất trong nước nguồn trước khi làm thoáng = 12 (mg/l) M : Độ mầu của nước nguồn - tính theo độ Cobal ị C*max = 12 + 1,92´5 + 0,25´8= 23,6 (mg/l) Vì C*max > 20 (mg/l) và công suất trạm xử lý = 12500 (m3/ngđ) nên ta dùng bể lắng tiếp xúc ngang. Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi làm thoáng Sau khi làm thoáng, độ PH trong nước giảm nên nước có khả năng mất ổn định, vì vậy ta phải kiểm tra độ ổn định của nước. Độ ổn định của nước được đặc trưng bởi trị số bão hoà I xác định theo công thức sau: I= PH* - PHs Trong đó: PH* : Độ PH của nước sau khi làm thoáng, theo tính toán ở trên ta đã can PH* = 7,5 PHs : Độ PH ở trạng thái cân bằng bão hoà CaCO3 của nước sau khi khử Fe2+, được xác định theo công thức sau: PHs =f1(t0)- f2(Ca2+)- f3(Ki*)+ f4(P) Trong đó: f1(t0): Hàm số nhiệt độ của nước sau khi khử sắt f2(Ca2+): Hàm số nồng độ ion Ca2+ trong nước sau khi khử sắt f3(Ki*): Hàm số độ kiềm Ki* của nước sau khi khử sắt f4(P) : Hàm số tổng hàm lượng muối P của nước sau khi khử sắt Tra biểu đồ Langlier ta được: t0 = 22 0C => f1(t0) = 2,05 [Ca2+] = 120,2 (mg/l) => f2 (Ca2+) = 2,08 Ki* = 5,02 (mgđl/l) => f3(Ki*) = 1,71 P = 454,83 (mg/l) => f4(P) = 8,855 Như vậy, PHs = 2,05 - 2,08 - 1,71 + 8,855= 7,115 ị I = PH* - PHs = 7,5– 7,115 = 0,385 Nhận thấy rằng I > 0 nên nick can tin lắnag cặn. Clo Làm thoáng nhân tạo Lắng tiếp xúc ngang Lọc nhanh Khử trùng Nước nguồn Bể chứa nước sạch Từ các tính toán như trên ta chọn lựa các công trình chính trong dây chuyền: II. Tính toán công nghệ, cấu tạo và các công trình trong dây chuyền công nghệ Công trình làm thoáng tự nhiên Để làm thoáng tự nhiên ta sử dụng giàn mưa, sau đây ta sẽ đi tính giàn mưa. Tính diện tích giàn mưa Diện tích mặt bằng giàn mưa được tính theo công thức: F = (m2) Trong đó: Q: Công suất Trạm xử lý (m3/h) qm: Cường độ mưa tính toán. Theo quy phạm ta có = 10 á 15 (m3/m2-h). Chọn qm = 12,5 (m3/m2-h) ta có: Theo thiết kế, Q = 12500 (m3/ngđ) = 520,8 (m3/h) ị F = = 41,664 ằ 42 (m2) Thiết kế hai giàn mưa, diện tích mỗi thùng là: f = = 21 (m2) Thiết kế mỗi ngăn giàn mưa với a = 6 (m) ị b = = 3,5 (m). Vậy mỗi ngăn giàn mưa được thiết kế = 6´ 3,5 (m) Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc cần thiết xác định như sau: Ftx = Trong đó: G : Lượng CO2 tự do cần khử (kg/h) được tính như sau: Để tính tóan lượng co2 cần khử ta tính nước sau khi làm thoáng khử CO2 tự do đến giới hạn tại PH=7,5 .Trong tường hợp tính tóan của chúng ta nước sau khi làm thoáng đã đạt PH=7,5 như vậy đã đạt tiêu chuẩn =>không cần bố trí lớp vật liệu tiếp xúc , chỉ cần phân bố 1 sàn đập và thu nứơc. Sơ đồ: b. Tính giàn ống phun mưa Q = = = 260,4 (m3/h) Chọn cống chính Chọn vận tốc nước chảy trong giàn ống chính là V = 1 (m/s) ta có: Q = w´ V = ´ V ị d = = = 0,3035 (m) Ta lấy dchính = 0,31(m) = 310 (mm) Chọn ống nhánh Vận tốc đảm bảo trong khoảng 1,2 á 2 (m/s) Thiết kế 22 ống nhánh, đường kính mỗi ống là fnhánh = 50 (mm), lưu lượng nhánh là: Qnhánh = = 3,288´ 10-3 (m3/s) Diện tích ngang ống nhánh là: w = = = 1,9625´ 10-3 (m2) ị Vn = = = 1,68 (m/s) ị thoả mãn điều kiện. Khoảng cách giữa các ống nhánh là: x = = 0,54 (m) Trên các ống nhánh đục các lỗ f10 thành 2 hàng hướng xuống dưới và nghiêng so với phương nằm ngang một góc 450. Diện tích một lỗ là: F1lỗ = = = 7,85´ 10-5 (m2) Mặt khác, theo quy phạm ta có: = 0,25 á 0,5. Lấy tỷ số = 0,5 ta có:  Fống chính = = = 0,07065(m2) ị S Flỗ = 0,5´ 0,07065 = 0,035325 (m2) S lỗ phải khoan là: n = = = 20 (lỗ) Mỗi hàng đục 10 lỗ, khi đó khoảng cách giữa các lỗ là: R = = 152,78 (mm) Sơ đồ giàn mưa được bố trí như trên. Tính toán bể lắng tiếp xúc ngang a. Diện tích bể lắng Dùng bể lắng ngang thu nước ở cuối bể, diện tích mặt bằng bể là: F = (m2) Q : Công suất trạm , Q = 520,8 (m3/s) a = (1) là hệ số kể đến ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng. Trong đó: u0 : Tốc độ lắng cặn, lấy bằng 0,35 (mm/s) Vtb : Vận tốc trung bình chuyển động ngang của dòng nước. Vtb = K´u0 Với K: hệ số phụ thuộc vào tỷ số chiều dài và chiều cao của bể lắng. Chọn = 15ị K = 10ịVtb = 10´ 0,35 = 3,5 (mm/s). thay lại công thức (1) ta có: a = = 1,5 Như vậy, F = =620 (m2) b. Chiều rộng bể lắng Chiều rộng của bể lắng được tính theo công thức: B = Trong đó: H: Chiều cao vùng lắng, H = 2,5 (m) N: Số bể lắng, lấy N = 2 bể. Khi đó: B = =8,267 (m) Chia mỗi bể thành 2 ngăn, chiều rộng của một ngăn là bn = = = 4,134 (m) (m) Thỏa mãn c. Chiều dài bể lắng Theo cách chọn như trên, chiều dài bể lắng là: L = = =37,5 (m)=15H Chọn hai vách ngăn đặt cách tường 1,5 (m). Sử dụng phương pháp cặn trượt về phía đầu bể (hố thu cặn đặt ở phía đầu bể). Tính hệ thống phân phối nước vào bể Để phân phối và thu nước đều trên toàn bộ diện tích bề mặt bể lắng ta đặt các vách ngăn có đục lỗ ở đầu và cuối bể. Thiết kế hàng lôc cuối cùng nằm cao hơn mức cặn tính toán là 0,3 (m)  – theo quy phạm là 0,3á0,5 (m). Đặt vách ngăn phân phối nước vào bể cách đầu bể một khoảng 1,5 (m). Diện tích của vách ngăn phân phối nước vào bể là: Fngăn = bn´ (H0 - 0,3) = 4,2´ (2,5 - 0,3) = 9,24 (m2) Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn của bể là: qn == 130,2 (m3/h) = 0,0362 (m3/s) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào là: Sflỗ 1 = = = 0,12 (m2) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nước ở cuối bể là: Sflỗ 2 = = = 0,0724 (m2) Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất d1 = 0,06 (m), diện tích một lỗ là  f1lỗ = 0,00283 (m2) ị Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ nhất là: n1 = = = 43 (lỗ) chọn 44(lỗ) Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn thu nước d2 = 0,05 (m), diện tích một lỗ là  f1lỗ = 0,00196 (m2) ị Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ nhất là: n1 = = = 37 (lỗ) chọn 38(lỗ) Tính diện tích vùng chứa cặn Thể tích vùng chứa cặn được tính toán theo công thức: W0 = (m3) Trong đó: T: Thời gian giữa hai lần xả cặn, do hàm lượng cặn nhỏ nên lấy T = 12 (giờ) Q: Lưu lượng nước vào bể lắng, Q = 520,8 (m3/h) m: Hàm lượng cặn trong nước sau khi lắng, m = 10 (mg/l) dc: Nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T, lấy dc = 7500 (g/m3) Mc: Tổng hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Mc = 23,6 (mg/l) ị W0 = = 5,67 (m3) f. Chiều cao vùng chứa và nén cặn Diện tích mặt bằnag 1 bể F1b===310(m2) Chiều cao vùng chứa và nén cặn được tính theo công thức: hc = = = 0,018 (m) g. Chiều cao bể lắng Chiều cao bể lắng được xác định theo công thức: Hbể = HL + hc + hbảo vệ Trong đó: HL : Chiều cao vùng lắng nước, HL =2,5 (m) hbảo vệ : Chiều cao bảo vệ, lấy = 0,5 (m) hc : Chiều cao tầng cặn Hbể = 2,5 + 0,018 + 0,5 = 3,018 (m) Tổng chiều dàI bể lắnag kể cả 2 ngăn phân phối nước Lb=37,5+2.1,5=40,5(m) 1,5 m 1,5 m i = 0,03 3. Tính bể lọc nhanh trọng lực Bể lọc được tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường. Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán: dmax = 1,6 (mm) dmin = 0,7 (mm) dtương đương =0,8 á1,0 (mm) Hệ số dãn nở tương đối e = 30%, hệ số không đồng nhất k = 2,0. Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m) Hệ thống phân phối nước lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc đầu có khe hở. Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích công tác của bể lọc (theo quy phạm là 0,8 á 1,0 m). Phương pháp rửa lọc: Gió nước kết hợp. Chế độ rửa lọc như sau: Bơm không khí với cường độ 18 (l/s.m2) thổi trong 2 phút sau đó kết hợp khí và nước với cường độ nước 2,5 (l/s.m2) sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước rửa trong vòng 5 phút. Cuối cùng ngừng bơm không khí và tiếp tục rửa nước thuần tuý với cường độ 12 (l/s.m2) trong 5 phút. Đường ống dẫn nước thô tới bể lọc Dẫn nước lọc về bể chứa nước sạch ống xả nước rửa lọc Đường ống dẫn nước sạch rửa lọc Sơ bộ tính toán chu kỳ lọc Thực tế độ rỗng của lớp cát lọc thường bằng 0,41 á 0,42, lấy 0,41. Chiều dày lớp cát lọc lấy bằng 1,2 (m) Vận tốc lọc nước tra theo bảng lấy V= 7 (m/h) Khí đó thể tích chứa cặn của 1 (m3) cát lọc là: V=´ 0,41´ 1= 0,1025 (m3) Trọng lượng cặn trong 1 (m3) vật liệu lọclà: Trọng lượng cặn chiếm 4% thể tích chứa cặn, tức là G = 40 kg/m3 ´ 0,1025 m3 = 4,1 (kg) Tốc độ lọc 7 (m/h), lớp cát dày 1,2 (m), mỗi khối cát 1 giờ phải giữ lại được: 7´10= 70 (g) hay bằng 0,07 (kG) Để đảm bảo chất lượng nước, chu kỳ lọc là: Tchất lượng = = 58,57 (giờ) , Lấy chu kỳ lọc nhỏ hơn Tchất lượng bằng 48 (giờ), tức là 2 (ngày). Tổng diện tích mặt bằng của bể Tổng diện tích mặt bằng của bể được xác định theo công thức: F = (m2) Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý, Q = 12500 (m3/ngđ) Vbt : Vận tốc ở chế độ làm việc bình thường, tra theo bảng lấy Vbt = 7 (m/h) n : Số lần rửa bể lọc trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, theo tính toán ở trên có n= 0,5(lần/ngđ) và rửa lọc hoàn toàn bằng điều khiển tự động. T: Tổng thời gian làm việc của bể lọc trong một ngày đêm, lấy T = 24 giờ W: Cường độ nước rửa lọc lấy theo kết quả thí nghiệm tương ứng với từng loại vật liệu lọc, lấy = 14 (l/s.m2) - TCVN 33.85 t1 : Thời gian rửa lọc, t1 = 6’ = 0,1 (giờ) t2 : Thời gian ngừng làm việc để rửa lọc, t2 = 0,35 (giờ) ị F = ằ 77,3 (m2) Số bể lọc được xác định theo công thức: N = 0,5´ = 0,5´ = 4,4 (bể) ị Lấy 4 bể, khi đó diện tích của một bể là: f = = ằ 19,33 (m3) Và diện tích xây dựng bể là 4,4´ 4,4 (m2). Kích thước xây dựng bể là:F1b=4,42=19,36(m2). 4,4 m 1,2 m 2,0 m 1,2 m 4,4 m Tính toán kiểm tra tốc độ lọc tăng cường Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc tăng cường được xác định theo công thức: Vtc = Vtb´ = 7´ = 9,33 (m/h) Thấy rằng 8 < Vtc<10 (m/h) nên đảm bảo yêu cầu. Tính toán máng thu nước rửa lọcgió nước kết hợp Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nước chảy i = 0,001. Khoảng cách giữa các tâm máng là 2,0 (m) < 2,2 (m) Khoảng cách từ tâm máng đến tường là 1,2 (m) < 1,5 (m) Lưu lượng nước rửa một bể lọc là: qr = F1b´ W (l/s) Trong đó: W: Cường độ nước rửa lọc, W = 14 (l/s.m2) F1b: Diện tích của một bể: F1b = 19,36 (m2) ị qr = 14´ 19,36= 271,04 (l/s) = 0,271 (m3/s) Do một bể bố trí hai máng thu nên lưu lượng nước đi vào mỗi máng là: q1m = =0,1355 (m3/s) Chọn máng hình tam giác, ta đi tính toán máng dạng này. Chiều rộng của máng Được tính theo công thức: Bm = K ´ Trong đó: qm : Đã tính toán ở trên = 0,1355 (m3/s) a: Tỷ số giữa chiều cao hình chữ nhật và một nửa chiều rộng máng, a = 1,5 (quy phạm là 1á1,5) K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng, với máng có tiết diện đáy hình tam giác ta lấy K = 2,1 ị Bm= 2,1´ ằ 0,48 (m) Chiều cao của phần máng chữ nhật H1 = = = 0,36 (m) Chiều cao của máng H2 = H1 + 0,5´ Bm = 0,36+ ´ 0,48 = 0,6 (m) Chiều cao toàn bộ máng Hm = H2 + dm (m) Trong đó: dm là chiều dày đáy máng, lấy dm = 0,1 (m) Do đó Hm = 0,1 + 0,6 = 0,7(m) Kiểm tra khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc tới mép trên của máng thu nước được xác định theo công thức: h = + 0,25 (m) Trong đó: e : Độ trương nở của vật liệu lọc khi rửa, e = 30% H: Chiều cao lớp vật liệu lọc (m) => h = + 0,25 (m) = 0,61 (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 0,07 (m). Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = 0,7 (m) . Vì máng dốc về phía máng tập trung 0,01, máng dài 4,4 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0,7 + 0,044 = 0,744 (m) Do đó khoảng cách giữa mép trên lớp vật liệu lọc đến mép dưới cùng của máng thu DHm phải lấy bằng: DHm = 0,744 + 0,07 = 0,814 (m) 0,5B 0,75B B Khoảng cách từ đáy máng thu tới đáy mương tập trung nước được xác định theo công thức sau: hm = 1,75´ + 0,2 (m) Trong đó: qm : Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước; qm =qr = 0,271 ( m3/s) Bttm: Chiều rộng của máng tập trung , Theo quy phạm, chọn Bttm = 0,7 (m) g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/ s2 Vậy: hm = 1,75´ + 0,2 (m) ị hm = 0,63 (m) Chọn vận tốc nước chảy trong mương khi rửa lọc là 0,8 (m /s) Tiết diện ướt của mương khi rửa là: Fmương = ( m2) Fmương == 0,338 ( m2) Chiều cao nước trong mương tập trung khi rửa là: h = = = 0,483 (m) Theo TTVN 33.85 đáy ống thu nước sạch ít nhất phải cách mực nước trong mương khi rửa là 0,3m, vậy ta phải bố trí ống thu nước sạch có cốt đáy ống cách đáy mương một khoảng 0,783 (m) . Tính toán hệ thống rửa lọc Bể được sử dụng hệ thống phân phối nước trở lực lớn là sàn chụp lọc. Rửa lọc bằng gió và nước kết hợp. Quy trình rửa bể: Đầu tiên, ngưng cấp nước vào bể. Khởi động máy sục khí nén, với cường độ 18 (l/s.m2), cho khí nén sục trong vòng 2 phút. Cung cấp nước rửa lọc với cường độ 2,5 (l/s.m2), kết hợp với sục khí trong vòng 5 phút. Kết thúc sục khí, rửa nước với cường độ 8 (l/s.m2) trong vòng 5 phút. Cung cấp nước vào bể tiếp tục quá trình lọc và xả nước lọc đầu. Tính toán số chụp lọc Sử dụng loại chụp lọc đuôi dài, loại chụp lọc này có khe rộng 1 (mm). Sơ bộ chọn 50 chụp lọc trên 1 (m2) sàn công tác, tổng số chụp lọc trong một bể là: N = 50´ F1b = 50´ 19,36= 968 (cái) Sau pha rửa gió nước đồng thời, cường độ rửa nước thuần tuý là W = 12 (l/s.m2) Lưu lượng nước đi qua một chụp lọc là: q = = = 0,24 (l/s) = 2,4´ 10-4 (m3/s) Lấy diện tích khe chụp lọc bằng 0,8% tổng diện tích sàn công tác, tổng diện tích khe chụp lọc trong một bể = = 0,1588(m2) Diện tích khe hở của một chụp lọc là: f1 khe = = 1,5´ 10-4 (m2) Vận tốc nước qua khe của một chụp lọc khi đó là: V = = = 1,6 (m/s) đảm bảo theo quy phạm. Vậy chọn 50 chụp lọc trong 1m2 bể, khoảng cách giữa tâm các chụp lọc theo chiều ngang và chiều dọc bể đều là 14,12 (cm). Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc là: hPP = (m) (Theo 6.114 TCVN 33.85) Trong đó : VK : Vận tốc nước qua chụp lọc; VK = 1,6 (m/s) m : Hệ số lưu lượng của chụp lọc, vì dùng chụp lọc có khe hở nên m =0,5 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) hPP = = 0,26 (m) Tính toán các đường ống kỹ thuật Đường ống dẫn nước rửa lọc Công thức: dr = (m) Trong đó: qr : Lưu lượng nước rửa một bể lọc, qr = 0,271 (m3 /s) Vr: Vận tốc nước trong đường ống, Vr = 1,6 (m/s) => dr = = 0,46 (m) Ta chọn đường kính ống là 0,46 (m) Hệ thống cấp khí Cường độ rửa gió thuần tuý là: W = 18 (l/s.m2) Vận tốc của gió trong ống là: V = 20 (m/s) (quy phạm là 15 á 20 m/s) ị Lưu lượng gió cung cấp cho một bể là: qgió = W´ F1b = 18 ´ 19,36= 348,48 (l/s) = 0,348 (m3/s) Đường kính ống dẫn gió chính: dd = = = 0,15(m) Chọn ống dẫn gió có đường kính là: 0,15 (m) Đường ống thu nước sạch tới bể chứa Sử dụng một đường ống chung thu nước từ 4 bể lọc về bể chứa. Đường ống được đặt ở trên cao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc. Đường kính ống từ một bể ra ống thu nước sạch chung là 0,15 (m). Vận tốc nước của ống thu nước sạch chung là 1,2 (m/s) Đường kính ống chung: Dchung = (m) Trong đó: Q : Lưu lượng nước toàn trạm, Q = 12500 (m3/ngđ) = 520,8(m3/h) = 0,1446 (m3/s) Vc : Vận tốc nước chảy trong ống, Vc = 1,2 (m/s) Dchung = = = 0,39(m) Chọn đường kính ống là 0,4 (m). Kiểm tra lại tốc độ nước chảy: Vc = = = 1,21 (m/s) > 1,2 (m/s) Như vậy, đường kính ống là 0,4m là hợp lý. Đường ống xả kiệt Lấy đường kính ống là D100 (mm). Đường ống xả rửa lọc Lấy đường kính ống là D500 (mm). Ttính toán tổng tổn thấ táp lực khi rửa bể lọc Tổng tổn thất qua sàn chụp lọc Theo tính toán ở trên là: 0,26 (m) Tổng tổn thất qua lớp vật liệu đỡ hđỡ = 0,22´ Lđỡ´ W (m) Trong đó: Lđỡ :Chiều dày lớp sỏi đỡ dày = 0,2 (m) W : Cường độ nước rửa lọc = 14 (l/s.m2) Vậy hđỡ = 0,22´ 0,2´ 14 = 0,616 (m) Tổn thất áp lực bên trong lớp vật liệu lọc hVLL = ( a+ b ´ W) ´ hL Trong đó: a,b là các thông số phụ thuộc đường kính tương đương của lớp vật liệu lọc, với dtđ = 0,9 (mm) => a = 0,16; b = 0,017 hL : Chiều cao lớp vật liệu lọc = 1,2 (m) Vậy hVLL = ( 0,16+ 0,017 ´ 14) ´ 1,2 = 0,4272 (m) Tổng tổn thất trên đường ống dẫn nước rửa lọc ồh = hdd + ồhCB Trong đó: hdd: Tổn thất trên chiều dài ống từ trạm bơm nước rửa đến bể chứa. Sơ bộ chọn bằng 100 (m). Theo tính toán ở trên ta có lưu lượng nước chảy trong ống Q = 0,1446 ( m3/s), đường kính ống Dchung = 400 (mm). Tra bảng ta có 1000 i = 4,64 hdd = i ´ L = 4,64 ´ = 0,464 (m) ồhCB : Tổn thất áp lực cục bộ trên van khoá, sơ bộ chọn ồhCB = 0,3 (m) Vậy ồh = 0,464+ 0,3 = 0,764 (m) Tính toán chọn bơm rửa lọc áp lực cần thiết của bơm rửa lọc được tính theo công thức: hB = Dh +ồhr+ồhdt + hdl (m) Trong đó: Dh : Độ chênh lệch hình học giữa mực nước thấp nhất trong bể chứa nước sạch tới cao độ máng thu nước, được tính theo công thức: Dh = ẹMĐ- + hK + hS + hđ + hl + DHm + Hm Với ẹMĐ : Cốt mặt đất tại trạm xử lý; ẹMĐ= 0 (m) : Cao độ mực nước thấp nhất trong bể chứa, = 0,5 (m) hK : Chiều cao hầm phân phối nước: hK = 1 (m) hS : Chiều dày sàn chụp lọc, hS = 0,1 (m) hđ : Chiều cao lớp vật liệu đỡ; hđ =0,2 (m) hl : Chiều cao lớp vật liệu lọc; hl = 1,2 (m) DHm : Khoảng cách từ mép dưới của máng phân phối đến lớp vật liệu lọc, DHm = 0,814 (m) Hm : Chiều cao máng thu nước rửa lọc; Hm = 0,6 (m) => Dh = 0 - 0,5 + 1 + 0,1 + 0,2 + 1,2 + 0,814+ 0,7 = 3,514 (m) ồhr : Tổng tổn thất áp lực khi rửa lọc: ồhr = hPP + hVLL+ hđ (m) Theo tính toán ở trên ta có: ồhr = 0,26 + 0,4272+0,616 = 1,3032 (m) ồh: Tổng tổn thất trên đường ống dẫn nước rửa lọc: ồh = 0,764 (m) hdt : áp lực dự trữ để phá vỡ kết cấu ban đầu của hạt vật liệu lọc, lấy hdt = 2 (m) Tóm lại: hB= 3,514 + 1,3032 +0,764 + 2 = 7,5812 (m) Để tiện cho tính toán, lấy hB = 7,6 (m). Vậy chọn bơm nước rửa lọc có Qr = 0,271 ( m3/s) và áp lực Hr = 7,6 (m) Chiều cao xây dựng bể lọc Chiều cao xây dựng bể lọc được xác định theo công thức: Hxd = hk + hS + hd + hl +hn + hBV Trong đó: hk , hS , hd , hl : là các hệ số đã được trình bày ở trên hBV = 1 (m) hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc 2 (m) Hxd = 1+ 0,1+ 0,2 + 1,2 + 2 + 1 ị Hxd = 5,5 (m) 5500 1000 100 200 1200 2000 1000 Lớp nước trên vật liệu lọc Lớp vật liệu lọc Lớp vật liệu đỡ 4400 Sàn chụp lọc 760 Hầm thu nước 4. Tính toán sân phơi vật liệu lọc Số lượng bùn tích lại ở bể lắng sau một ngày được tính theo công thức: G1 = (kg) Trong đó: G1: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lắng sau một ngày, (kg) Q: Lượng nước xử lý, Q = 12500 (m3/ngđ) C2 : Hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lắng, lấy bằng 10 (g/m3) C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng, sau làm thoáng hàm lượng cặn trong nước là: C1 = 23,6 (mg/l) Vậy nên G1 = = 170 (kg) Số lượng bùn tích lại ở bể lọc sau một ngày được tính theo công thức: G2 = (kg) Trong đó: G2: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lọc sau một ngày, (kg) Q: Lượng nước xử lý, Q = 12500 (m3/ngđ) C2 : Hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lọc, lấy bằng 3 (g/m3) (tiêu chuẩn là không nhỏ hơn 3 g/m3) C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lọc, lấy bằng lượng cặn đi ra khỏi bể lắng, C1 = 10 (g/m3) Vậy nên G2 = = 87,5 (kg) Vậy tổng lượng cặn khô trung bình xả ra trong một ngày là G = G1 + G2= 257,5(kg) Tính sân phơi bùn có khả năng giữ bùn lại trong vòng 3 tháng. Lượng bùn khô tạo thành sau 3 tháng là: Gnén = 257,5´ 30´ 3 = 23175 (kg) Thiết kế sânphơi hình chữ nhật có tổng diện tích là 150 (m2). Sau khi phơi, bùn đạt đến độ ẩm 60% nên khối lượng bùn khô sau khi phơi là: gkhô = ´ 100 = 57937,5 (kg) Lấy tỷ trọng bùn ở độ ẩm 60% là 1,2 (t/m3), thể tích bùn khô là: Vkhô = = = 48,28 (m3) Chiều cao bùn khô trong sân là: hkhô = = = 0,32 (m) Trong thực tế cặn tạo thành đưa ra sân phơi nằm trong hỗn hợp với nước có độ ẩm 95% nên tổng lượng bùn loãng xả ra từ khối bể lắng và lọc trong một ngày là: gloãng = ´ 100 = 5510 (kg/ngđ) Lấy tỷ trọng bùn ở độ ẩm 95% là 1,02 (t/m3), thể tích bùn loãng xả ra trong một ngày là: Vloãng = = = 5,4 (m3) Chiều cao bùn loãng trong sân là: hloãng = = = 0,036 (m) Vậy chiều dày của lớp bùn trong sân phơi là: Hsân = hkhô + hloãng = 0,356ằ 0,36 (m) Lấy chiều cao dự trữ = 0,22 (m), chiều dày lớp sỏi ở đáy hđáy = 0,3 (m) khi đó chiều cao thành máng của sân phơi là 0,36 + 0,22 + 0,3 = 0,88 (m). Thiết kế 2 sân phơi bùn có chiều dày 0,9 (m), chiều dài bằng 3 lần chiều rộng, diện tích mỗi sân 75 (m2), kích thước:15´ 5 (m2). 5.Tính toán bể điều hoà và bơm tuần hoàn nước rửa lọc Lưu lượng tuần hoàn Để đảm bảo khi bơm tuần hoàn làm việc gián đoạn, không ảnh hưỏng đén chế độ thuỷ lực của các công trình xử lý, qth phải nằm trong khoảng < qth < 5%Qtrạm. Có 5%Qtrạm = ´ 502,8 = 25,14 (m3/h) Lượng nước rửa lọc trong một ngày Do rửa gió nước đồng thời, pha rửa gió nước với cường độ 2,5 (l/s.m2) trong 5 phút, pha sau rửa nước với cường độ 12 (l/s.m2) trong vòng 5 phút nên thể tích nước rửa một bể là: Vr1 bể = = 4,35F (m3) Theo trên ta có chu kỳ rửa lọc là một ngày rửa 2 bể nên lưu lượng nước rửa trong một ngày: W = 4,35´ 19,36´ 2 = 168,432 (m3) ị = = 7,018 (m3/h) Vậy chọn lưu lượng nước tuần hoàn qth = 10 (m3/h) Thể tích bể điều hoà lưu lượng nước rửa Thể tích bể điều hoà nước rửa được tính theo công thức: V = n´ Vr1 bể - n´ qth´ t = 2´ 4,35´ 19,36 - 2´ 10´ 1 = 148,43 (m3) (chọn thời gian giữa hai lần rửa các bể kế tiếp nhau là t = 1 giờ) Thiết kế bể tròn cao 3,5 (m), đường kính bể 7,35 (m), diện tích mặt bằng 42,4 (m2). 6.Tính toán bể chứa nước sạch cho trạm xử lý Thiết kế bể chứa nước sạch có dung tích = 20% Qtrạm do đó dung tích bể: Qbể = ´ 12500 = 2500 (m3/ngđ) Thiết kế 2 bể, mỗi bể có dung tích 1250 (m3/ngđ) với chiều cao mỗi bể là 4,5 (m) Trong đó chiềub cao bảo vệ 0,5m Diện tích một bể là: F1bể = = 312,5 (m2) Vậy kích thước 1 bể là 17,7´ 17,7 = 313,29 (m2) 7.Tính toán khử trùng nước Tính lượng Clo cần dùng Phương pháp khử trùng nước bằng Clo lỏng, sử phụng thiết bị phan phối Clo bằng Clorator. Lượng Clo dùng để khử trùng lấy bằng 1,3 (mg/l) Vậy tổng lượng Clo bao gồm cat lượng Clo đã dùng để Clo hoá sơ bộ là: LCl = LKT + Lsơ bộ = 1,3 + 2 = 3,3 (mg/l) = 3,3´ 10-3 (kg/m3) Lượng Clo cần dùng trong một giờ là: qCL2 = Q ´ LCl Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý, Qtrạm = 520,8 (m3/h) LCl : Được xác định ở trên = 3,3´ 10-3 (kg/m3) Vậy qCL2 = 520,8´ 3,3´ 10-3 = 1,72 (kg/h) Năng suất bốc hơi của một bình ở nhiệt độ không khí 200C là Cs = 0,7 (kg/h) Do đó số bình Clo dùng đồng thời là: N = = = 2,4. Vậy dùng 2 bình Clo sử dụng đồng thời. Lượng nước tính toán cho Clorator làm việc lấy bằng 0,6 (m3/ kg.Clo) Lưu lượng nước cấp cho trạm clo là: Qcấp = 0,6 ´ qCL2 = 0,6 ´ 1,72 = 1,032 (m3/h) = 0,287 l/ s) Đường kính ống: D = = 0,025 (m) Với 0,6 (m/s) là tốc độ nước chảy trong ống. Lượng Clo dùng trong một ngày: QCl2 = 24´ qCL2 = 41,28 (kg/ngđ) Lưu lượng nước tiêu thụ trong một ngày là: Qcấp =1,032´ 24 = 24,768 (m3) Do đặc thù về vị trí địa lý của trạm xử lý gần khu vực sản xuất Clo nên chọn số bình Clo dự trữ trong trạm đủ dùng trong 30 ngày. Lượng clo dùng cho 30 ngày là : QCl2 = 30´ 41,28 = 1238,4 (kg) Clo lỏng có tỷ trọng riêng là 1,43 (kg/l) nên tổng lượng dung dịch Clo là: QlỏngCl2 = = 866 (l) Chọn 3 bình clo loại 400 (l), 2 bình hoạt động và một bình để dự trữ. Chọn thiết bị định lượng clo loại PC5, 2 Clorator có công suất 1,28 á20,5 (kg/l). Trong đó có một Clorator dự trữ . Cấu tạo nhà trạm Trạm clo được xây cuối hướng gió Trạm được xây dựng 2 gian riêng biệt: 1 gian đựng Clorato, 1 gian đặt bình clo lỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng. Trạm được xây cách ly với xung quanh bằng các cửa kín, có hệ thống thông gió thường xuyên bằng quạt với tần suất bằng 12 lần tuần hoàn gió. Không khí được hút ở điểm thấp. Trong trạm có giàn phun nước áp lực cao, có bể chứa dung dịch trung hoà Clo, khi có sự cố dung tích bình đủ để trung hòa. Đường kính ống cao su dẫn Clo: dCl =1,2´ Trong đó: Q: Lưu lượng giây lớn nhất của khí Clo lỏng Q = = 1,91´ 10-6 (m3/s) V: Vận tốc trong đường ống, lấy V= 0,8 (m/s) dCl = 1,2´= 1,85(mm) ống cao su được đặt trong ống lồng có độ dốc 0,01 đến thùng đựng Clo lỏng, ống không có mối nối.