Đồ án Nghiên cứu nước mặt sông Tiền xung quanh khu vực công ty TNHH Hùng Vương tại khu công nghiệp Mỹ Tho-Tỉnh Tiền Giang

ao. Lựa chọn một trong hai phương án đưa ra phải tính toán xem phương án nào có tính khả thi về mặt kinh tế khi đó sẽ đưa ra phương án phù hợp nhất cho hệ thống xử lý của công ty. Ước lượng hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp cho công ty TNHH Hùng Vương Bể trộn Bể lắng Bể lọc Độ đục: 100 % Độ màu:75 % SS: 90% Độ đục: 99,5% Độ màu:98,6% SS: 96,3 % Độ đục: 5 % Độ màu:7% SS: 10 % Độ đục: 2 % Độmàu:3 % SS: 2 % Độ đục: 1 Độ màu: 8 SS: 11,85 mg/l Độ đục: 195,5 Độ màu: 577,344 SS: 320,17 mg/l Độ đục: 205,8 Độ màu 620,8 SS: 355,74 mg/l Độ đục: 210 Độ màu 640 SS: 363 mg/l Bể phản ứng Bể chứa Độ đục: 0 Độ màu: 2 SS: 2 mg/l Độ đục: 0% Độ màu:2 % SS: 2 % Đầu vào Dây chuyền công nghệ Hiệu quả xử lý Sơ đồ 5.3: Sơ đồ ước lượng hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ Lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý của nhà máy: Tính toán phương án 1: Phương án 1: Nguồn Bể chứa nước sạch Phèn nhôm Vôi Bể trộn cơ khí Bể lắng nghiêng Bể phản ứng Bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc Clo Thuyết minh sơ đồ công nghệ: nước sông được khai thác bằng công trình thu với trạm bơm cấp 1 bơm nước thô cung cấp vào bể trộn. Tại đây đồng thời dung dịch phèn và dung dịch trợ keo tụ polime sẽ được đưa vào nước thô và hoà trộn với nhau trong bể trộn nhờ năng lượng của cánh khuấy trước khi vào bể phản ứng, tại bể phản ứng xẩy ra quá trình thuỷ phân và keo tụ phèn tạo bông cặn. Nước chứa bông cặn sẽ lắng xuống đáy khi qua bể lắng, phần nước lắng trong trên bề mặt bể được thu dẫn sang bể lọc. Phần cặn bẩn còn lại trong nước sẽ được giữ lại trong bể lọc sau khi đi qua lớp vật liệu lọc, nước lọc được khử trùng và dẫn vào bể chứa trước khi đưa vào mạng lưới phân phối. Tính toán các công trình chính: Bể trộn thuỷ lực: Nhiệm vụ: Bể trộn có nhiệm vụ trộn đều nước và hoá chất. Cấu tạo và hoạt động: Bể trộn cơ khí là dùng năng lượng cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối. Cánh khuấy thường có nhiều dạng khác nhau: cánh khuấy chân vịt, tuabin 6 cánh phẳng đầu vuông, tuabin 4 cánh nghiêng 450, tuabin kiểu quạt 6 cánh, Khuấy trộn thường được tiến hành trong bể trộn hình vuông hoặc hình tròn, với tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2: 1. Ống dẫn nước được đưa vào đỉnh hoặc đáy bể, hoá chất cho vào ngay cổng dẫn nước vào. Cánh khuấy có thể là cánh tuabin hoặc phẳng gắn trên trục quay. Tuỳ theo chiều sâu của bể mà có thể gắn một tầng hay nhiều tầng quay trên một trục. Tốc độ quay của trục phụ thuộc vào kiểu cấu tạo và kích thước của cánh khuấy. Cánh khuấy có thể làm bằng hợp kim hoặc thép không gỉ hoặc có thể làm bằng gỗ. Tính toán: Để quá trình keo tụ có hiệu quả, phèn phải được trộn đều vào nước xử lý với liều lượng chính xác trong thời gian ngắn nhất. Do việc định lượng phèn khô trực tiếp vào nước khá phức tạp nên phải pha thành dung dịch trước khi cho vào nước. Công suất trạm xử lý là : Q = 500 m3/ngàyđêm = 62,5 m3 /h = 0,0174 m3/s. Thể tích của bể trộn: V = t* Q Trong đó: Qt: lưu lượng nước qua một bể, Qt = 62,5 m3/h = 0,0174 m3/s t: thời gian khuấy trộn, t= 60s. Ta có: V= 0,0174 * 60 = 1 m3 Bể trộn có dạng hình vuông, kích thước của bể: L x B x H = 0,8 x 0,8 x 1,6 m Ống dẫn nước vào ở đỉnh bể, dung dịch phèn cho vào ngay ở cửa ống dẫn nước vào. Dùng máy khuấy tuabin 2 cánh phẳng Đường kính cánh khuấy: D £ 1/2 B £ 1/2* 0,8 £ 0,4m. Chọn D= 0,4 m = 400 mm. Cánh khuấy đặt cách đáy một khoảng: h = D = 0,4 m. Chiều rộng bản cánh khuấy: r = 1/5D = 1/5 * 0,4 = 0,08 m = 80 mm. Chiều dài bản cánh khuấy : l = 1/4D = ¼ * 0,4 = 0,1 m = 100 mm Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2*V*m Trong đó: G: Cường độ khuấy, G = 1000s-1 V: thể tích của bể, V = 1 m3 m: độ nhớt động lực của nước, m = 0,001 N.s/m2 Ta có: P = 10002 * 0,001* 1 = 1000 J/s = 1 kW Hiệu suất động cơ: h= 0,8, công suất của động cơ: 1/ 0,8 = 1,5 kW. Xác định số vòng quay của máy khuấy: N= vg/s = 300 vg/ phút Đường kính ống dẫn nước nguồn vào bể: D = m = 150 mm Ứng với Q =0,0174 m3/s thì v = 1 m/s ( tức là nằm trong giới hạn cho phép từ 1¸1,5m/s) Þ Đường kính ngoài của ống dẫn nước vào bể là 150 mm. Chiều cao xây dựng của bể tính cả chiều cao bảo vệ, chọn chiều cao bảo vệ là 0,4m [ Quy phạm 0,3 - 0,5 m] Hxd=h + 0,4= 1,6 + 0,4 = 2 m Đường kính ống dẫn nước tứ bể trộn sang bể phản ứng: Dr = m = 190 mm Với v là tốc độ chuyển động của nước, v = 0,8 - 1 m/s Chọn đường kính ống dẫn nước sang bể trộn là Dr = 190 mm Bảng 5.1: Các thông số tính toán của bể trộn thuỷ lực Các thông số Kí hiệu Số lượng Đơn vị Vật liệu Số bể N 1 bể Bê tông cốt thép Lưu lượng nước của 1 bể Qt 0,0174 m3/s Diện tích mặt bằng bể Ft 0,64 m2 Đường kính ống dẫn nước vào Dv 150 mm Thép Chiều cao xây dựng của bể Hxd 2 m Chiều rộng bể B 0,8 m Thời gian lưu nước T 1 Phút Đường kính cánh khuấy D 400 mm Thép không gỉ Số vòng quay cánh khuấy n 300 Vg/phút Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí: Nhiệm vụ: Bể phản ứng có chức năng hoàn thành tốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc, kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn đủ lớn và được giữ lại trong bể lắng. Cấu tạo và hoạt động Bể phản ứng cơ khí là dùng năng lượng cánh khuấy chuyển động trong nước để tạo ra sự xáo trộn trong dòng chảy. Cánh khuấy thường có dạng hình phẳng đối xứng qua trục quay và toàn bộ được đặt theo phương nằm ngang hay phương thẳng đứng. Kích thước của cánh khuấy được chọn phụ thuộc vào kích thước và cấu tạo của bể. Tính toán Thể tích bể phản ứng. Wb = Q *t Trong đó: Q: công suất trạm xử lý Q = 500 m3/ng.đ = 62,5 m3/h = 0,0174 m3/s T: thời gian nước lưu lại trong bể chọn t = 20 phút. Wb = = = 21m3 Diện tích mặt bằng bể phản ứng Căn cứ theo sơ đồ cao trình xử lý. Chọn Hb = 3,5(lấy bằng chiều cao bể lắng ngang). Fb = = = 6 m2 Trong đó: Wb : thể tích của bể Wb = 21 m3 Hb : chiều cao của bể Hb = 3,5 m Kích thước của bể: L x B = 3m x 2 m Trong bể đặt một cánh khuấy với đường kính cánh khuấy : D = 1/2L = 1/2 *3= 1,5 m. Chiều rộng cánh khuấy = 1/5D = 1/5* 1,5 = 0,3 m Chiều dài bản cánh khuấy = 1/4 D= 1/4* 1,5 = 0,4 m Cánh khuấy đặt cách đáy một khoảng h: h= D = 1,5 m Bể gồm một ngăn. Thể tích nước khuấy trộn của máy: V = 3 x 2 x 3,5 = 21 m3 Công suất tiêu thụ của máy khuấy: P = G2*V*m Trong đó: G:Cường độ khuấy, G = 600s-1 V: thể tích của bể, V = 21 m3 m: độ nhớt động lực của nước, m = 0,001 N.s/m2 Ta có: P = 6002 * 0,001 * 21= 7560 J/s = 7,6 kW. Vòng quay của động cơ: N = v/s = 20 v/phút. Hiệu suất động cơ: 0,8 Công suất động cơ: 7,6/0.8= 5,9 kW Ở tâm các buồng khuấy đặt theo phương thẳng đứng, cấu tạo guồng khuấy gồm một trục quay và 2 bản cánh đặt đối xứng nhau qua trục. Bảng 5.2:Các thông số tính toán bể phản ứng cơ khí Các thông số Kí hiệu số lượng Đơn vị Vật liệu Số bể phản ứng N 1 bể Bê tông cốt thép Diện tích ngăn phản ứng Fb 6 m2 Chiều rộng bể B 2 m Chiều dài bể L 3 m Chiều cao xây dựng bể Hxd 3,5 m Đường kính cánh khuấy D 1,5 m Lưu lượng nước vào bể Qb 0,0174 m3/s Thép không gỉ Tốc độ khuấy n 20 Vòng/phút Bể lắng vách nghiêng Nhiệm vụ: Lắng nước là giai đoạn làm sạch nước sơ bộ trước khi đưa vào bể lọc. Quá trình lắng xẩy ra phức tạp. Lắng là quá trình tách khỏi những cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giai đoạn keo tụ tạo bông. Cấu tạo và hoạt động: Bể lắng có dạng hình chữ nhật có thể làm bằng gạch hoặc bê tông cốt thép. Cấu tạo bể lắng ngang gồm 4 bộ phận chính: Bộ phận phân phối nước vào bể Vùng lắng cặn Hệ thống thu nước đã lắng Hệ thống thu xả cặn Bể lắng nghiêng là đưa vào vùng lắng của bể lắng ngang các ống hình trụ vuông, trục lăng đặt nghiêng so với phương ngang 600 làm tăng diện tích bề mặt đáy bể lắng. Nước đi từ dưới lên, cặn trượt theo đáy ống từ trên xuống vùng thu cặn ở bể. Nước trong đi lên vùng thu nước chảy vào máng thu đưa ra ngoài. Tính toán: Tính toán các thông số cho thiết kế Trong bể lắng đặt các ống hình trụ vuông cạnh 0,05 x 0,05 m, chiều dài ống lắng l= 1m, đặt nghiêng 600 , chiều cao khối trụ lắng: h= l*sina = 1* 0,897 = 0,897 m. Vận tốc lắng u0 = 0,15 mm/s. Công suất nước đi vào bể lắng: QL = a *Q = 1,33 * 62,5 = 83 m3/h = 0,023 m3/s Diện tích mặt bằng cần thiết của bể lắng: u0 = Trong đó: u0 : tốc độ lắng của hạt, u0 = 1,5.10-4 m/s W = 0,05 m, a = 600, cosa = 0,5 H : chiều cao khối trụ lắng, H = 0,867m Ta có: F = m2 Kích thước của bể: Chiều dài bể: L = 10 m Chiều rộng bể B = 2 m Nhà máy xây dựng một bể lắng với diện tích là 20 m2 Tốc độ u0 của các hạt: u0 = m/s Vận tốc nước chảy trong ống: v0 = m/s Khoảng cách giữa các tấm chắn: tấm chắn dặt nghiêng 600 so với phương ngang. Chiều rộng giữa các tấm chắn: l = H* cosa = 1* cos600 = 0,5 m Số tấm chắn : n = 10 :0,5 = 20 tấm. Hệ thống thu nước và phân phối nước đầu bể Đầu bể lắng có thiết kế một một tường chắn để phân phối dòng nước vào bể, tường phân phối cách tường đầu bể 1 m.[ Quy phạm 1 -2 m] Sử dụng máng thu nước đặt suốt chiều dài bể lắng, máng thu cả 2 phía. Chiều dài máng thu L = 2x 10 = 20 m Tải trọng thu nước trên một mét dài mép máng: q = l/s.m Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, chiều cao mực nước trong khe chữ V = 0,25 m, khoảng cách giữa các đỉnh là 60 mm, Số khe trên mỗi máng 100 khe, mỗi bên 50 khe. Tính toán vùng chứa cặn: Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kỳ với thời gian giữa 2 lần xả cặn T=16 giờ. Thể tích vùng chứa nén cặn của bể lắng là: Wc = Trong đó: T: thời gian giữa 2 lần xả cặn. Chọn T = 24giờ. C: hàm lượng cặn còn lại sau khi lắng. Chọn C = 10mg/l Q: lưu lượng nước đưa vào bể (m3/h). d: nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt. Dựa vào thời gian lắng 24 giờ, tra bảng 3-3 Þ d = 30000g/m3. Cmax: hàm lượng cặn trong nước dựa vào bể lắng Cmax = Cn + KP + 0,25M + v (mg/l). Trong đó: Cn: hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l), Cn = 363 mg/l P: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước, P = 175 mg/l K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, chọn K=1. M: độ màu của nước nguồn (độ) thang màu platin– coban, M= 640 Pt.Co v: liều lượng vôi kiềm hoá nước (nếu có), v = 48 mg/l Þ Cmax = 363 + (1 * 175) + (0,25 * 640) + 48 = 746 (mg/l). Ta có: Wc = m3. Chiều cao trung bình của vùng chứa cặn: Hc = m. Chiều cao phần nước trong trên ống lắng h1 = 1,1 m Chiều cao phần không gian phân phối nước dưới các ống lắng nghiêng h2= 0,6 m chiều cao đạt ống lắng nghiêng h3 = 1 m Tổng chiều cao bể lắng: Hb = h1 +h2 +h3 + Hc = 1,1 + 0,6 + 1 + 0,5 = 3,2 (m). Chiều cao xây dựng bể có kể chiều cao bảo vệ (0,3 ¸ 0,5m) là: HXD =3,2 + 0,3 = 3,5 (m). Thể tích của bể lắng là: Wb = Lb * Hb * B = 10 * 3,2 * 2 = 64 m3. Lượng nước tính bằng phần trăm mất đi khi xả cặn: P = Trong đó: KP: hệ số pha loãng, khi xả cặn bằng thuỷ lực bằng 1,2 Wc: thể tích vùng chứa cặn Q: lưu lượng nước đưa vào bể (m3/h) T: thời gian giữa hai lần xả cặn T= 24giờ. Ta có: P= Lưu lượng cặn: qc-n = (m3/s) Với t là thời gian một lần xả cặn, chọn t = 10 phút [ Quy phạm 8 - 10 phút] Hệ thống thu xả cặn: Sử dụng hệ thống thu xả cặn bằng thuỷ lực, sử dụng ống thu xả cặn ở trung tâm bể lắng, dọc theo chiều dài bể. Tính toán ống xả cặn sao cho lượng cặn cần xả( khi cặn đầy thể tích chứa cặn) là 60% trong thời gian là 30 phút. Vậy lượng cặn cần xả là: 0,6 x 24,5 = 14,5 m3 trong 30 phút hay = 0,0082 m3/s. Chọn vận tốc xả cặn là 1 m/s. Đường kính ống xả cặn: DC = Trong đó: Q: lưu lượng cặn cần xả, Q = 0,0082 m3/s. v: vận tốc xả cặn, v= 1 m/s. Ta có: DC = m = 100 mm Chọn DC = 100 mm, ống xả cặn làm bằng PVC, có chiều dài làm việc bằng chiều dài bể lắng, chiều dài của ống là 10 m Theo quy phạm khoảng cách các lỗ xả cặn là 300 - 500 mm, ta chọn khoảng cách giữa các lỗ là 500 mm. Vậy trên ống xả cặn có tổng cộng: ( lỗ) Các lỗ xả cặn bố trí thành 2 hàng sole với nhau ở 2 bên thành ống xả cặn, với 38 lỗ thì mỗi bên thành ống có 19 lỗ, chọn đường kính ống xả cặn là 25mm. Đáy bể lắng ngang có độ dốc theo chiều dọc là 0,02 theo chiều ngược với chiều nước chảy và tốc độ ngang từ thành bể về phía ống thu cặn là 450 Khi xả cặn thì mực nước trong bể hạ xuống: DH = Trong đó: qn-c: lưu lượng cặn trong bể lắng, qn-c = 0,04 m3 qn: lưu lượng nước trong bể lắng, qn = 0,0174 m3/s Ln: chiều dài bể lắng, Ln = 10 m Ta có: DH = m Tổn thất áp lực trong hệ thống xả cặn: H = Trong đó: xd: hệ số tổn thất qua lỗ đục trên ống, x = 11,4 fc: diện tích ống xả cặn, fc= 0,008 m2 fm: diện tích máng xả cặn, fm = 0,04 m2 vc: vận tốc xả cặn ,vc = 1 m/s Sx: hệ số tổn thất cục bộ trong ống, lấy = 0,5 G: gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 Ta có: H= m Bảng 5.3: Các thông số kích thước của bể lắng ngang Các thông số Kí hiệu Số lượng Đơn vị Vật liệu Số bể lắng N 1 bể Bê tông cốt thépp Lưu lượng nước qua bể Q 62,5 m3/h Diện tích mặt bằng bể F 20 m2 Chiều rông bể B 2 m Chiều dài bể L 10 m Chiều cao xây dựng của bể Hxd 3,5 m Thời gian lưu nước T 120 Phút Lưu lượng nước của ngăn lắng Qn 0,0174 m3/s Thể tích cặn trong ngăn lắng Wc 24,5 m3 Số tấm chắn nghiêng trong bể n 20 tấm Thể tích bể lắng Wb 64 m3 Đường kính ống xả cặn Dc 100 mm PVC Tổn thất trong hệ thống xả cặn H 0,6 m Bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc: Nhiệm vụ: Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa cá khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và các vi trùng có trong nước. Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống và sinh hoạt lọc là giai đoạn cuối cùng làm trong nước triệt để. Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép. Cấu tạo và hoạt động: Nước được dẫn từ bể lắng sang qua màng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa vào bể chứa nước sạch.Bể lọc nhanh thường được sử dụng là bể lọc nhanh một chiều vởi dòng nước lọc đi từ trên xuống dưới, có một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh. Bể lọc nhanh thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dung chất keo tụ hay trong dây chuyền khử sắt của nước ngầm. Bể được cấu tạo bởi các bộ phận như: vỏ bể, lớp vật liệu lọc, hệ thống thu nước lọc và phân phối nước rửa lọc, hệ thống dẫn nước vào bể lọc và thu nước rửa lọc. Tính toán Chọn bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh ( Các thông số được tra theo bảng 4.5 trang 128 và 4,6 trang 129 tài liệu [1] Đường kính hạt, d = 0,5 ¸ 125 mm Đường kính tương đương, dtd = 0,7 ¸ 0,8 mm Hệ số không đồng nhất , K= 2 Chiều dày lớp vật liệu lọc, 700 ¸ 800 mm Vận tốc làm việc bình thường, vbt = 5,5 - 6 m/h Vận tốc làm việc tăng cường, vtc = 6- 7,5 m/h. Tổng diện tích bể lọc: F= Trong đó: Q: Công suất 500 m3/ng.đ T: thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm T = 8 giờ Vbt: Tốc độ lọc tính chế độ làm việc bình thường, chọn vtb =6 m/h a: Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm theo chế độ bình thường. Chọn a= 1 lần W:Cường độ rửa lọc, Chọn W= 12 l/m2 t1: Thời gian rửa lọc, thời gian rửa khí là 6 phút và thời gian rửa nước là 6 phút. Toàn bộ thời gian rửa lọc là 12 phút= 0,2 h t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa t2 = 0.35 giờ Ta có: F= m3 Số bể lọc cần thiết: N = 0,5= 0,5= 2 bể Diện tích mỗi bể: f = m2 [ Quy phạm < 100 m2] Diện tích mặt bằng của bể lọc là 7 m2 Kích thước của bể: L x B = 3 x 2,4 m Kiểm tra lại vận tốc lọc trong hệ thống xử lý: Vtb= m/s nằm trong quy phạm cho phép. Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh: H = hđ + hv + hn + hp Trong đó: hđ: Chiều cao lớp cát lọc. Lấy hđ = 0,4 m hv: Chiều cao lớp vật liệu lọc , hv = 0,8 m hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc. hn = 2m (Quy phạm hn ³ 2m) hp: chiều cao phụ. hp = 0.5m (Quy phạm hp ³ 0.3m) Ta có: H = 0,4 + 0,8 + 2 + 0,5 = 3,7 m Hệ thống phân phối nước rửa và thu bắng sàn chụp lọc Hệ thống chụp lọc gắn trên sàn đỡ phân phối nước và gió khi rửa bể, chụp lọc thường làm bằng nhựa cứng hoặc inox, đầu chụp lọc xẻ các khe song song với chiều rộng 0,7 - 1mm để phân phối gió nước. Đường kính ống dẫn nước rửa lọc: Lưu lượng nước rửa bể lọc Qr = Trong đó: Qr: lưu lượng nước rửa bể lọc ( m3/s) W: cường độ nước rửa lọc, W = 12 l/sm2 f: diện tích mặt bằng bể Ta có: Qr = ( m3/s) = 90 l/s Tiết diện ống dẫn nước đến bể lọc: Sống = Trong đó: v: vận tốc nước chảy trong ống, v= 2 m/s Ta có: Sống= m2 Đường kính ống dẫn nước rửa lọc: Dống = m= 170 mm Þ Chọn đường kính ống dẫn nước rửa là Dống= 200 mm. Xác định đường kính ống phân phối khí rửa lọc: Lưu lượng gió tính toán: Qgió = Trong đó: Wgió:cường độ gió thổi khí rửa lọc, Wgió = 15 l/s.m2 F: diện tích bể lọc Ta có: Qgió = m3/s = 110 l/s Đường kính ống dẫn khí chính: Dgió = m = 97 mm Þ Chọn đường kính ống dẫn khí chính là Dgió = 100 mm Với v là vận tốc gió thổi trong ống chính, chọn v= 15 m/s [ Quy phạm 15 - 20 m/s] Xác định số chụp lọc cần thiết: Rửa lọc bằng nước và khí kết hợp: qnc = 90 l/s, qkhí = 110 l/s Chọn chụp lọc có đặc tính: Lưu lượng nước qua 1 chụp lọc, q = 0,752 l/s, h= 1,01 m Số chụp lọc trên một bể lọc: N = ( cái) Số chụp lọc trên 1 m2: n = ( cái) Với f là diện tích bể lọc, f = 7,2 m2 Máng thu nước rửa lọc: Lượng nước rửa thu vào mỗi máng: qm = W * d * L ( l/s) Trong đó: W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/s.m2 d: khoảng cách giữa các tâm máng, d = 2,2m [ Quy phạm 2 - 2,2 m] L: chiều dài máng, L = 3m Ta có: qm = 12 * 2,2 * 3 = 79,2 ( l/s) = 0,0792 (m3/s) Chiều rộng máng: Bm = K Trong đó: a: tỉ số giữa chiều cao hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng, chọn a =1 [ Quy phạm 1 - 1,5] K: hệ số đối với tiết diện máng, chọn K= 2,1 Ta có: Bm = 2,1 m Chiều cao mánh hình chữ nhật: hcn = m Chiều cao phần đáy tam giác: hd = 0,1 m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa lọc: Hm = hcn + hd + dm = 0,22 + 0,1 + 0,08 = 0,4 m Với dm là chiều dày thanh máng, chọn dm= 0,08 Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu đến mép trên máng thu nước rửa: DHm = Trong đó: L: chiều dày lớp vật liệu lọc , L= 0,8 m e: độ giãn tương đối của lớp vật liệu lọc, chọn e = 45% Ta có DHm = 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 lọc là Hm = 0,4 m, vì đáy dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 3 m nên chiều cao máng về phía máng tập trung là:0,4 + 0,03 = 0,43 m Vậy DHm = 0,43 + 0,07 = 0,5 m Khoảng cách từ đáy máng thu đến máng tập trung xác định theo công thức: H = Trong đó: qm :lưu lượng nước chảy vào máng tập trung, qm = 0,0792 m3/s A: chiều rộng máng tập trung, chọn A= 0,7 [Quy phạm ³ 0,6] g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Ta có: H =1,75 m Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: - Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng chụp lọc: hp = Trong đó: v: vận tốc chuyển động của hỗn hợp khí và nước qua khe chụp lọc, chọn v = 2 m/s [ Quy phạm > 1,5 m/s] g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 m: hệ số lưu lượng của chụp lọc, m = 0,5 Ta có: hp = m Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hd = 0,22 * Ls *W Trong đó: Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = 0,4 m W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/sm2 Ta có: hd = 0,22 * 0,4 * 12 = 1,056 m Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc: hvl = ( a +b*W)*L*e Trong đó: a,b: thông số phụ thuộc kích thước hạt, vì d =0,5 - 1,25 mm nên ta có: a = 0,76, b = 0,017 Ta có: hvl = (0,76 + 0,017 * 12)*0,8 *0,45 = 0,35 m Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2 m.. Þ Tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là: ht = 0,8 + 1,056 + 0,35 + 2 = 4,2 m Tính bơm rửa lọc: - Các thông số của bơm rửa lọc: Cường độ rửa, W = 12 l/ sm2 Diện tích bể lọc, f = 7,2 m2 Lượng nước dung để rửa lọc, Qr = 0,09 m3/s. Vận tốc nước chảy trong ống lấy bằng vận tốc nước chảy trong ống rửa, v = 2 m/s Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là l = 20 m Đường kính ống dẫn nước, Dống = 200 mm Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc r = 998 kg/m3 Cột áp cần thiết của bơm: Hbơm = Trong đó: Sh: tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc, Sh = 4,2 m hhh: độ cao hình học từ cột nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa ( m) hhh = 4 +3,5 + 2 + 0,71 = 6,21 m Trong đó: 4: chiều sâu nước trong bể chứa 3,5: độ chênh lệch mực nước giữa bể lọc và bể chứa 2: chiều cao lớp nước trong bể lọc 0,71: khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng. hcb: cột áp để khắc phục trở lực trên đường ống hcb = Trong đó: l: hệ số ma sát Chế độ chảy của nước rửa trong ống dẫn được đặc trưng bởi chuẩn số Re Re= Regh = 6 Ren = 220 Ta có: Regh< Re < Ren nên ta có thể xác định hệ số ma sát theo công thức: l: chiều dài đoạn ống, l = 20 m D: đường kính ống, D= 0,2 m x: trở lực cục bộ Trở lực của 1 van: x= 4,7 trở lực của 2 cút: 2 x 1,1 = 2,2 Trở lực khi vào ống:x = 0,5 Trở lực của 1 tê: x = 1,4 Sx= 4,7 + 2,2 + 0,5 + 1,4 = 8,8 m Ta có: hcb = m Þ Ta có: Hbơm = 4,2 + 6,21 + 2,2 = 12,61 m Chọn bơm có cột áp 14 m Tỉ lệ nước rửa so với nước vào bể lọc: P = Trong đó: W: cường độ rửa lọc, W = 12 l/sm2 f: diện tích bể lọc N: số bể lọc, N= 2 Q: công suất trạm xử lý, Q = 62,5 m3/h T0: thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa T0= Trong đó: T: thời gian công tác của bể lọc trong 1 ngày, T =8 h n: số lần rửa bể lọc trong 1 ngày, n= 1 t1,t2, t3: thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể lọc. T0 = h Ta có: P= % Công suất của bơm: N = kw Với h là hiệu suất của bơm, chọn h = 0,7 Þ Chọn bơm có công suất 18 Kw, cột áp là 14 m. Tính máy thổi khí dung rửa lọc: Cường độ thổi khí, v = 15 l/sm2 Diện tích bể lọc, f= 7,2 m2 Lưu lượng khí dung rửa lọc, Qr =0,11 m3/s Vận tốc không khí chuyển động trong khí, v= 15 m/s Chiều dài đoạn ống từ vị trí đặt bơm đến bể lọc, l= 20 m Đường kính ống dẫn khí chính, Dc= 100 mm Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ làm việc, r = 1,13 kg/m3 - Tính cột áp cấn thiết của bơm: H = h1+ h2 + h3 Trong đó: h1: cột áp để khắc phục tổn thất áp lực chung trong ống dẫn khí chính tính từ máng thổi đến bể lọc, chọn h1= 2m h2: áp lực thắng cột nước và lớp cát lọc h2= g * H1 + H2 Trong đó: g: trọng lực riêng của cát, chọn g = 2,6 H1: chiều cao lớp cát, H1 = 0,8 m H2: chiều cao lớp nước từ mặt cát đến mép máng, H2= 0,7 m h2 = 2,6 * 9,8 + 0,7 = 2,78 m h3: áp lực dự trũ, h3 = 0,5 m Þ Cột áp cần thiết của bơm gió rửa nước: H = 2+ 2,78 + 0,5 = 5,28 m Áp lực khí nén : P = at Công suất bơm khí: N= Trong đó: h: hiệu suất chung của máy thổi khí, chọn h = 0,8 Q: lưu lượng khí, Qgió = 0,11 m3/s L= 34 Ta có: N= Kw Þ Chọn bơm khí rửa lọc có công suất 3 Kw, áp lực 1,5 at Bảng 5.4: Các thông số kích thước của bể lọc Các thông số Kí hiệu Sốlượng Đơn vị Vật liệu Số bể lọc N 2 bể Bê tông cốt thép Diện tích mặt bằng 1 bể F 7 m2 Chiều rộng bể B 2,4 m Chiều dài bể L 3 m Chiều cao xây dựng Hxd 3,7 m Lưu lượng nước rửa bể Qr 0,09 m3/s Đường kính ống dẫn nước rửa Dống 200 mm PVC Số chụp lọc trên 1 m2 N 37 Cái sành Cướng độ nước rửa lọc Wnước 12 l/sm2 Lưu lượng gió Qgió 0,11 m3/s Cường độ gió Wgió 15 l/sm2 Đường kính ống dẫn khí chính Dgió 100 mm PVC Chiều rộng máng thu nước rửa Bmáng 430 M Chiều cao máng thu Hm 400 M Bể chứa nước sạch: Nhiệm vụ: Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ sau: Chứa nước cung cấp cho mạng lưới Chứa nước dung để rửa bể lắng, bể lọc, pha hoá chất, cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt của công nhân trong nhà máy, cung cấp nước sạch cho sản xuất, rửa các thiết bị của phòng thí nghiệm, rửa đường, tưới cây trong khuôn viên nhà máy. Chứa nước dự trữ cứu hoả nếu cần Điều hoà lưu lượng giữa trạm bơm nước nguồn và trậm bơm nước sạch vào mạng lưới. Tạo thời gian tiếp xúc cần thiết cho quá trình khử trùng nước. Cấu tạo: Bể chứa xây dựng bằng bê tông cốt thép, bể có hình dạng là hình hộp chữ nhật có nắp đậy phía trên. Tính toán Thể tích bể chứa: V= Q* t * 60 Trong đó: Q: lưu lượng tính toán, Q = 62,5 m3/h t: thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 45 phút [ Quy phạm 30 - 45 phút] 60:chỉ số chuyển đổi phút thành giây. Ta có: V = 0,0174 * 45 *60 = 47 m3 Chiều cao bể: H = 3 m Chiều dài bể: L = 5 m Chiều rộng bể : B = m Bể được xây dựng nửa chìm nửa nổi, phần chìm sâu so với mặt đất là 2 m. Tính toán các công trình phụ: Công trình chuẩn bị dung dịch phèn: Nhiệm vụ: Hoà trộn phèn để có một nồng độ phèn thích hợp cho vào nước nguồn, quá trình chuẩn bị dung dịch phèn phải trải qua các công đoạn sau: Bể hoà trộn phèn khuấy trộn bằng cách sục khí: Nhiệm vụ: .Hoà tan phèn cục và lắng cặn bẩn Cấu tạo: Bể hoà trộn khuấy trộn bằng sục khí có thể xây dựng bằng gạch hay bê tông cốt thép. Sàn đỡ phèn gồm các hanh gỗ xếp cách nhau từ 10 - 15 mm. Lớp sàn đỡ đặt cách đáy bể 0,5 -0,6 mm, bên dưới sàn đỡ đặt một dàn ống thổi khí nén. Đáy bể nghiêng một góc 45 - 500 so với mặt phẳng nằm ngang. Để xả cặn bể phải bố trí ống xả cặn có đường kính ống không nhỏ hơn 150 mm. Mặt trong bể phải được bảo vệ bằng lớp vật liệu chịu axít để chống tác dụng ăn mòn của dung dịch phèn như ốp gạch men hay phủ một lớp xi măng chịu axit Bể tiêu thụ Nhiệm vụ: Pha loãng dung dịch phèn đưa từ bể hoà trộn sang đnế nồng độ cho phép. Cấu tạo: Bể hoà trộn dung dịch phèn trong bể tiêu thụ cũng dùng khí nén. Cường độ sục khí trong bể tiêu thụ từ 3- 5 l/sm2, đáy bể phải có độ dốc không lớn hơn 0,005 về phía ống xả. Ống xả phải có đường kính không nhỏ hơn 100 mm. Ống dẫn dung dịch đã điều chế phải đặt cách đáy 100 - 200 mm khi dùng phèn không sạch. Mặt trong bể tiêu thụ cũng phải được bảo vệ bằng lớp vật liệu chịu axít. Tính toán: Dung tích bể hoà trộn phèn Wh = Trong đó: Q: Lưu lượng nước 500m3/ng.đ n: Thời gian giữa hai lần hoà trộn phèn. Đối với trạm xử lý công suất £1200 m3/ngđ Þ n = 24 giờ Pp: liều lượng phèn dùng Pp= 650 mg/l hp: Nồng độ dung dịch phèn hoà trộn, Chọn bh = 17% (TCXD – 33 :1985 khoảng 10% ¸ 17%) g: Khối lượng riêng, g= 1tấn/m3 Ta có: Wh = m3 Chọn 1 bể hoà trộn phèn: Kích thước mỗi bể: L ´ B´ H = ,25´ 1,6´ 1,5 Diện tích bể hoà trộn: FB= m2 Dung tích bể tiêu thụ Wt = Trong đó: bt: Nồng độ dung dịch phèn trong thùng tiêu thụ (TCVN 33 – 85 nồng độ lấy 4 – 10%), chọn 5% Ta có: Wt= m3 Chọn hai bể tiêu thụ Kích thước mỗi bể: L ´B´H = 2,7 ´ 2,5 ´ 1,5 Diện tích bể tiêu thụ: Ft = m2 Lượng gió thổi thường xuyên vào thùng hoà trộn Qh = 0,06 * Fh * Wh Trong đó: Wh: cường độ sục khí trong bể hoà trộn, chọn Wh = 10 l/sm2 [ Quy phạm 8 - 10 l/sm2] Qh = 0,06 * 4* 10 = 2,4 (l/s) = 0,04 (m3) Lượng gió cần thiết cho bể tiêu thụ: Qt = 0,06 * Ft * Wt Trong đó: Wt: cường độ sục khí trong bể tiêu thụ, Wt = 5 l/sm2 [ quy phạm 3 - 5 l/sm2] Qt = 0,06 * 13,6 * 5 = 4,1 (m3/ phút) = 0,068 (m3/s). Tổng lượng gió đưa vào bể hoà trộn và bể tiêu thụ: Qgió = Qh + Qt = 2,4 + 4,1 = 6,5 ( m3/phút) = 0,11 (m3/s) Þ Chọn 2 quạt gió( 1 làm việc, 1 dự phòng) với Qgió = 8 ( m3/phút) Đường kính ống dẫn gió chính: Dc = Trong đó: v: vận tốc thổi khí trong ống chính, v =15 m3/s [ Quy phạm 10 -15 m3/s] Dc = m = 100 mm ÞChọn đường kính ống dẫn gió chính Dc = 100 mm Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống chính: v = nằm trong quy phạm cho phép Đường kính ống dẫn gió chính đến thùng hoà trộn: Dh = m = 60 mm Þ Chọn đường kính ống dẫn khí chính đến thùng hoà trộn: Dh = 60 mm Đường kính ống dẫn gió đến đáy thùng hoà trộn: Dnh = m = 40 mm Þ Chọn đường kính ống dẫn gió đến đáy thùng hoà trộn Dnh = 40 mm Lưu lượng gió vào ống nhánh: Qnh= m3/s Với m là số nhánh, chọn m = 3. Đướng kính ống nhánh vào thùng hoà trộn: Dnh = m = 33 mm Þ Chọn đường kính ống nhánh vào thùng hoà trộn, Dnh = 35 mm. Diện tích lỗ: fL = m2 Với dL là đường kính lỗ, chọn dL = 4mm [ Quy phạm 3 - 4 mm] Tổng diện tích lỗ trên một nhánh: FL= m2 Với vL là vận tốc khí qua lỗ, chọn vL= 20 m/s [ Quy phạm 20 - 30 m/s] Số lỗ trên một nhánh: n = lỗ Khoảng cách giữa các lỗ: L = 0,02 m = 20 mm Chọn bơm dung dịch phèn và bơm định lượng: Lượng phèn cần thiết tính cho 1 bơm: G1= Q* Pp* n= 62,5* 650* 24 = 975 kg Thể tích dung dịch phèn cần bơm trong 24 giờ: V1 = lít Với P là nồng độ bão hoà của phèn tính theo Al2SO4, P= 33% Lưu lượng của máy bơm: qb = ( l/phút) Với t là thời gian bơm, chọn t = 2 giờ ÞChọn 2 máy bơm( 1 dự phòng, 1 làm việc) chịu axit với qb = 45 ( l/phut) Bơm định lượng: Lưu lượng phèn 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ: q = ( l/h) = 0,8152 ( m3/h) Chọn máy bơm định lượng kiểu màng có lưu lượng thay đổi từ 0,5 - 1 m3/h. Áp lực đẩy 60 m cột nước. Lượng phèn dự trữ trong 1 tháng: G = ( tấn) Diện tích kho chứa phèn: FP = Trong đó: h: chiều cao lớp phèn cục, h= 2 m g: tỉ trọng phèn cục đỗ thành đống, g = 1,1 tấn/m3 Ta có: FP = m2 Công trình chuẩn bị dung dịch vôi: Nhiệm vụ: Vôi được dùng để kiềm hoá nước, làm mềm nước và ổn định nước, vôi cho vào nước có thể là dạng vôi sữa hay vôi bão hoà. Vôi bột có thể không cần tôi mà định lượng sẵn vào nước bằng các thiết bị định lượng vôi khô. Do vôi bột đắt hơn vôi cục, việc vận chuyển đòi hỏi bao bì phức tạp và dự trữ khô trong kho, ở điều kiện khí hậu nhiệt ẩm như nước ta rất dễ bị cacbonat hoá làm tăng lượng cặn không hoà tan trong nước, hơn nữa khi định lượng ở dạng vôi bột bụi bay lên nhiều gây độc hại cho công nhân. Vì thế không nên dùng vôi bột để kiềm hoá nước. Tính toán: Xác định kho chứa vôi: Lượng vôi thị trường có độ tinh khiết 80% cần dùng cho một ngày: G = kg Lượng vôi dự trữ 1 tháng: G = 30 x 20 = 600 kg Dung tích bể pha vôi sữa Wc= Trong đó: Q: lưu lượng tính toán, Q = 62,5 m3/h N: số giờ giữa 2 lần pha vôi, chọn 12h [Quy phạm 6 - 12 m3/h] bv:nồng độ vôi sữa, bv = 3% PV: liều lượng vôi cho vào nước, PV = 48 mg/l : khối lượng riêng của vôi sữa, chọn = 1 tấn Ta có: Wc = m3 Kích thước của bể: L x B x H = 1,5 x 0,8 x 1 m Diện tích bể pha vôi: Fp = m2 Dung tích bể tiêu thụ vôi sữa: Wt = m3 Chọn bể tiêu thụ có kích thước: L x B x H = 2,3 x 2 x 1,5 m Diện tích bể tiêu thụ: Ft = m2 Vì dung tích của bể pha vôi nhỏ nên ta thực hiện bằng phương pháp thủ công. Máy bơm định lượng vôi cho vào nước: Lưu lượng vôi sữa 3% cần đưa vào nước trong 1 h: p = lít/phút = 0,1 m3/phút Chọn 2 bơm định lượng kiểu màng, 1 làm việc, 1 dự phòng. Khử trùng nước: Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng của quá trình xử lý nước cấp cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt. Mục đích của việc khử trùng là tiêu diệt hoàn toàn vi trùng gây bệnh trong nguồn nước. Có nhiều biện pháp khử trùng khác nhau như: khử trùng bằng chất oxi hoá mạnh, khử trùng bằng tia vật lý, khử bằng siêu âm, khử bằng phương pháp nhiệt, khử bằng các ion kim loại, Ở đây sử dụng phương pháp khử trùng bằng chất oxi hoá mạnh( Clo). Clo là chất khử trùng phổ biến nhất đối với yêu cầu khử trùng nước cấp ở Việt Nam hiện nay. Clo là chất oxi hoá mạnh ở bất kì dạng nào, Clo tác dụng với nước tạo thành Hipocloric( HClO) có tác dụng diệt trùng mạnh. Chất diệt trùng khuyếch tán qua thành tế bào vi sinh vật, tác động lên men tế bào vi sinh vật làm thay đổi- phá hoại quá trình trao đổi chất nên vi sinh vật bị tiêu diệt. Cl2 + H2O à HOCl + HCl Cl2 + H2O à H+ + OCL- + CL- Khả năng diệt trùng của Clo phụ thuộc vào hàm lượng HClO có trong nước mà nồng độ HClO lại phụ thuộc vào nồng độ H+ trong nước, nói cách khác là khả năng diệt trùng của HClO phụ thuộc vào pH của nước, pH của nước càng cao, hiệu quả khử trùng Clo càng giảm. Để đảm bảo khả năng phản ứng diệt trùng xẩy ra triệt để, còn có tác dụng đến điểm dừng nước ở cuối mạng lưới., ta cần đem thêm vào nước lượng Clo dư cần thiết ngoài lượng Clo tính toán. Theo TCXD - 33:1985 liều lượng Clo dư tối thiểu ở đầu mạng lưới là 0,5 mg/l và cuối mạng lưới là 0,05 mg/l và không được dư tới tạo thành mùi khó chịu. Đối với nước mặt hàm lượng Clo là 2 - 3 mg/l. Ở đây dùng Clo lỏng để khử trùng với liều lượng 3 mg/l. Clo lỏng là một dạng Clo nguyên chất màu vàng xanh, trọng lượng riêng là 1,47 kg/l. Khi dùng Clo lỏng để khử trùng nước, tại nhà máy nước phải đặt các thiết bị chuyên dùng để đưa Clo vào nước gọi là Cloratơ. Cloratơ có chức năng pha chế và định lượng Clo hơi vào nước. Để tránh áp lực khi đưa Clo hơi vào nước với áp suất cao và tránh sự rò rỉ hơi Clo ra ngoài nên Cloratơ được sử dụng phổ biến. Clratơ chân không được chia làm 2 loại: Cloratơ tỉ lệ và Cloratơ cố định. Cloratơ cố định: cho một lượng Clo không đổi vào nước xử lý. Cloratơ tỉ lệ: cho lượng khí Clo vào nước thay đổi tương ứng với sự thay đổi lưu lượng nước xử lý. Với công suất 500 m3/ngđ thì lượng Clo sử dụng: Lượng Clo dùng cho 1 ngày QCl = Q *mCl Trong đó: Q: lưu lượng cần xử lý, Q = 500 m3/ngày đêm mCl: lượng Clo cần thiết để khử trùng nước, chọn mCl = 3mg/l QCl = 500 m3/ngđ *3 mg/l = 500.000 l/ngđ * 3 mg/l = 150.000 mg/ngđ = 1,5 kg/ngđ Vậy Clo dùng cho 1 ngày là 1,5 kg Lượng Clo dùng cho 1 tháng: m = 1,5 *30 = 45 kg. Dung tích bình chứa Clo: V = lít Trang thiết bị trong phòng Clo: 2 máy châm Clo loại 0 - 5 kg/h 1 bình chứa Clo loại 50 kg 1 cân bàn loại 0 - 100 kg Trong phòng Clo trang bị thêm 2 quạt hút gió loại 1 Kw và hệ thống phun nước xử lý khi có sự cố rò rỉ Clo Nhà hoá chất: Hoá chất dùng để xử lý nước: phèn nhôm, polime, Clo Diện tích cần thiết cho xây dựng nhà hoá chất: B ´ L = 5 ´ 40 Chia làm 5 gian: Gian làm kho chứa phèn. Gian pha chế và tiêu thụ dung dịch phèn Gian làm kho chứa polime Gian pha chế và tiêu thụ polime Gian chứa và châm Clo Bể thu hồi nước rửa lọc Thu hồi nước rửa lọc là biện pháp nhằm làm giảm thất thoát nước trong quá trình xử lý bằng cách tận dụng lại nguồn nước rửa đồng thời cũng là biện pháp bảo vệ mội trường, khiểm soát được nguồn nước thải tại nhà máy. Lưu lượng trung bình cho một lần rửa bể: Vmộtbể = q* Sbể *T Trong đó: Q: cường độ rửa, lấy cường độ rửa là 12 l/sm2 Sbể:diện tích mặt bằng bể lọc Sbể = 7 T: thời gian rửa bằng bước, 6 phút Vmộtbể = 12 * 7 * 6 * 60 =30240 l/1lần = 30,24 m3/1lần Lưu lượng nước lọc được sau một chu kỳ: Vnướcsạch = vloc *Sbể * Tlọc Trong đó: vlọc: vận tốc lọc trung bình trong bể lọc, vlọc = 6 m/h. Sbể: diện tích của bể, Sbể = 7 m2 Tlọc: chu kì trung bình của bể lọc. Tlọc = 8 h Ta có: Vnướclọc = 6* 7* 8 = 336 m3/1bể Hàm lượng cặn trong nước rửa lọc: C = Trong đó: Cl: hàm lượng cặn từ bể lắng đi vào bể lọc, Cl = 12 mg/l. V: Lượng nước dung cho một lần rửa lọc V= 30,24 l/1lần Ta có: C = mg/l Lượng nước rửa lọc trong hệ thống xử lý trong 1 ngày: Vrửalọc = 30,24 x 1 x 2 = 60,48 m3/1ngày Thể tích vùng lắng cặn: Wc = m3 Vì lượng nước rửa lọc không liên tục( tuỳ theo thời gian rửa lọc) nên ta sẽ không sử dụng bể lắng mà sẽ thiết kế hồ lắng tĩnh để thu nước rửa lọc này. Nước rửa lọc sẽ được đưa vào hồ lắng và để lắng trong vòng 1 giờ sau đó sẽ được bơm trở lại hệ thống xử lý. Thể tích của hồ lắng tĩnh: W = Vl +Wc = 30,24 + 0,004 = 30,244 m3. Kích thước của hồ: L x B x H = 5 x 4 x 1,5 m. Ở đây đặt 2 bơm( 1 làm việc, 1dự phòng) với qb = 60 m3/h Hồ cô đặc, nén và phơi khô bùn: Hồ cô đặc, nén và làm khô bùn phải có dung tích đủ chứa lượng bùn của nhà máy xả nước và cặn ra ở bể lắng và lượng cặn ở bể lọc trong 3 -4 tháng mùa mưa. Lượng cặn từ bể lắng khi xả ra hằng ngày: G1 = Trong đó: C2: hàm lượng cặn đi vào bể lắng, C2 = 746 mg/l C1: hàm lượng cặn đi ra khỏi bể lắng, C1 = 12 mg/l G1 = kg Lượng cặn xả ra từ bể lọc: G2 =V1*C*N Trong đó: V1: hàm lượng nước dung cho một lần rửa bể lọc, V1= 30,24 m3 C: hàm lượng cặn trong nước rửa bể lọc, C= 132 mg/l N: số bể lọc, N= 2 G2 = 30,24* 132 *2 = 8 kg Vậy tổng lượng cặn: G= G1+G2 = 367 + 8 = 375 kg Lượng bùn nén trong 4 tháng mùa lũ: G`= 375 *4 *30 = 45000 kg = 45 tấn Diện tích mặt hồ cần thiết: F= Trong đó: a: diện tích mặt hồ theo tải trọng nén bùn trong thời gian 3- 4 tháng, chọn a= 100 kg/m2 [Quy phạm a= 100 -120 kg/ m2] F =m2 Chiều rộng của hồ: B = 9 m Chiều dài của hồ: L = 30 m Bùn chứa trong hồ 4 tháng, đến mùa khô rút nước ra khỏi hồ, để phơi bùn trong 3 tháng, nồng độ bùn khô đạt 25%, tỉ trọng bùn 1,2 tấn/m3. Thể tích bùn khô trong hồ: V2 = m3 Chiều cao bùn khô trong bể: h2 = m Lượng cặn xả ra hằng ngày với nồng độ 0,4%, có tỉ trọng 0,011 tấn/m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả ra hằng ngày: G3 = kg = 93,75 tấn Thể tích bùn loãng xả ra trong 1 ngày: V3 = m3 Chiều cao bùn loãng trong hồ: h3 = m Chiều sâu phần chứa cặn: hc = h2 + h3 = 0,14 + 0,34 = 0.48 m Nếu chiều sâu trong hồ là 1,5 m H= hđáy + hc + hdựtrữ = 1,5 m Trong đó: Hđáy: gồm chiều cao 3 lớp sỏi đỡ, hđáy = 0,4 m hdựtrữ: chiều cao dự trữ, hdựtrữ = 0,3 m Ta có: hc = H - hđáy - hdựtrữ = 1,5 - 0,4 - 0,3 = 0,8 m Vậy hồ có thể chứa cặn trong 2 mùa lũ liên tiếp. Với hàm lượng bùn này sau khi chứa trong hồ ta có thể làm khô chúng bằng cách như xúc lên phơi trên sân phơi bùn. Với biện pháp này đòi hỏi phải có diện tích rộng để phơi bùn và một đội ngũ công nhân thủ công để xúc bùn lên phơi, ngoài ra sân phơi bàn còn phải có mái che, nếu không có mái che thì mùa mưa sân không làm việc được. Ngoài phương pháp này phương pháp dùng máy ép bùn có thể coi là một trong những phương pháp hữu hiệu nhất. Máy làm khô cặn bằng lọc ép trên băng tải được dùng phổ biến hiện nay, vì quản lý đơn giản, ít tốn điện, hiệu suất làm khô cặn chấp nhận được.. nồng độ cặn sau khi làm khô trên máy ép lọc băng tải đạt từ 15 - 25 %. Máy ép bùn băng tải có trên thị trường có chiều rộng băng tải từ 0,5 - 3,5 m, phổ biến là loại máy băng tải có chiều rộng băng 1,0 m; 1,2 m; 1,5 m; 2 m. Tải trọng trên 1m rộng của băng tải giao động từ 90 - 680 kg/m chiều rộng băng.giờ, tuỳ thuộc vào cặn và loại máy. Lượng nước lọc qua băng tải từ 1,6 - 6,3 l/m rộng.giây. Để làm khô hết lượng cặn chứa trong hồ 4 tháng Chọn máy có băng tải: 1m Năng suất của băng tải: 100 kg/m. Vậy lượng cặn đưa vào máy trong 1h: 100 x 1 = 100 kg. Thời gian để làm khô hết cặn trong hồ chứa: T = 70680 : 100 = 706,8 h Một ngày làm việc 8 h Số ngày máy làm khô hết lượng bùn trong hồ: Tngày = T : 8 = 706,8 : 8 = 89 ngày = 3 tháng. Trạm bơm cấp I: Công suất xử lý: Q= 500 m3/ngđ= 62,5 m3/h Áp lực cần thiết của bơm: Hb = Hhh+ Hod + Hcb + Hd Trong đó: Hhh: độ chênh lệch hình học giữa mực nước sông thấp nhất so với mực nước trên bể trộn Mực nước sông thấp nhất: ( -1,35 m) Mực nước trên mặt bể trộn ở độ cao 3m Hhh = 3 - (-1,35) = 4,35 m Hod: tổn thất áp lực trong tuyến ống nước thô D= 500 trên chiều dài L= 150 m, Hod= 150 ´ 0,01 =1,5 m Hcb: tổn thất cục bộ, Hcb = 3m Hd: áp lực dự phòng, chọn Hd = 5m Ta có: Hb = 4,35 + 1,5 +3 + 5 = 13,85 m Chọn 2 bơm( 1 hoạt động, 1 dự phòng) có đặc tính kĩ thuật: Q= 65 m3/h, H= 14 m Trạm bơm xây dựng cạnh bờ sông bên trong khuôn viên nhà máy. Phòng thí nghiệm: Kích thước:L ´ B= 9 ´ 6 Gian 1: phòng thí nghiệm nước có kích thước: L´ B = 6´ 5m Gian 2: kho chứa dụng cụ thí nghiệm : L ´ B = 5 ´ 3 m Gian 3: phòng nuôi cấy vi trùng : L´ B = 5 ´ 3 m. Nhà điều hànhvà nhà bảo vệ: Diện tích xây dựng nhà điều hành:B x L = 5 x 20 = 100 m2 Nhà bảo vệ: L x B = 4 x 3 =12 m2 Tính toán phương án 2: Nguồn Bể chứa nước sạch Phèn nhôm Vôi Bể trộn cơ khí Bể lắng đứng Bể phản ứng Bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc Clo Rửa ngược Thuyết minh sơ đồ công nghệ: nước sông được khai thác bằng công trình thu với trạm bơm cấp 1 bơm nước thô cung cấp vào bể trộn. Tại bể trộn đồng thời dung dịch phèn và dung dịch trợ keo tụ polime sẽ được đưa vào nước thô và hoà trộn với nhau trong bể trộn nhờ vào năng lượng của cánh khuấy. Nước từ bể trộn sẽ được dẫn qua bể phản ứng xoáy kết hợp với bể lắng đứng bằng ống dẫn rồi qua vòi phun cố định đi vào phần trên của bể tại bể phản ứng xẩy ra quá trình thuỷ phân và keo tụ phèn tạo bông cặn. Nước chứa bông cặn từ bể phản ứng sẽ chảy sang ngăn lắng của bể lắng đứng và lắng xuống đáy, phần nước lắng trong trên bề mặt bể được thu dẫn sang bể lọc. Phần cặn bẩn còn lại trong nước sẽ được giữ lại trong bể lọc sau khi đi qua lớp vật liệu lọc, nước lọc được khử trùng và dẫn vào bể chứa trước khi đưa vào mạng lưới phân phối. Ở phương án 2 ta chỉ thay đổi bể phản ứng cơ khí bằng bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp với bể lắng đứng. Do đó ta chỉ tính bể phản ứng xoáy và bể lắng ngang, các công trình bể trộn, bể lọc, bể chứa và các công trình phụ các thông số tính toán như phương án 1. Tính toán bể phản ứng xoáy: Cấu tạo và hoạt động Bể gồm một ống trụ đặt ở trung tâm bể lắng. Nước trộn đều với chất phản ứng từ bể trộn chuyển sang bể phản ứng theo đường ống có gắn vòi phun ở phía cuối ống. Hai vòi phun được đặt đối xứng nhau qua tâm bể, có hướng phun ngược nhau và chiều phun nằm theo phương tiếp tuyến với đường chu vi của bể. Nước ra khỏi miệng phun với tốc độ lớn( vf = 2 - 3 m/s), chảy quanh bể tạo thành chuyển động xoáy từ trên xuống. Các lớp nước ở bán kính quay khác nhau sẽ có tốc độ chuyển động khác nhau, tạo điều kiện tốt cho các hạt cặn, keo va chạm kết dính với nhau thành bông cặn. Tính toán: Diện tích ngăn phản ứng xoáy: fb = Trong đó: Q: công suất của trạm xử lý, Q = 62,5 m3/h t: thời gian lưu nước lại trong bể, chọn t= 18 phút [ Quy phạm 1] + H: chiều cao bể phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng của bể lắng ngang. Theo quy phạm chiều cao vùng lắng 2,6 - 5 m. Chọn chiều cao vùng lắng là 5m. H = 0,9 x 5 = 4,5 m + n: số bể phản ứng, chọn bằng bể lắng, n = 1 Ta có: fb = m2 Đường kính của bể phản ứng: Db = m = 2100 mm Þ Chọn đường kính của bể phản ứng Db = 2100 mm. Lưu lượng nước đi vào bể: qb = m3/s. Đường kính ống dẫn nước vào bể: Dống = Trong đó: + v: vận tốc nước chảy trong ống, chọn v= 1 m/s [ Quy phạm 0,8 - 1 m/s] Ta có: Dống = m = 150 mm. Þ chọn Dống = 150 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: v= m/s mằn trong quy phạm cho phép. Miệng phun đặt cách thành buồng phản ứng: 0,2 * Db = 0,2 *2,5 = 0,5 m Đường kính miệng phun: df = Trong đó: m: hệ số lưu lượng đối với miệng phun hình vuông, b = 250 thì m = 0.908. vf:tốc độ nước ra khỏi miệng phun, chọn vf = 2,5 m/s [Quy phạm 2 - 3 m/s] Ta có: df= 1,13m = 100 mm Þ Chọn đường kính miệng phun df = 100 mm Chiều dài miệng phun: lf= mm Tổn thất áp lực trong miệng phun: h= 0,06 * vfktế Trong đó: vfktế: vận tốc phun kinh tế vfktế = m/s Ta có: h = 0,06 *2,452 = 0,36 m Tính toán bể lắng đứng: Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng: F = b Trong đó: Q: lưu lượng tính toán, Q = 500 m3/ngđ = 62,5 m3/h vtt:tốc độ tính toán của dòng nước đi lên, chọn vtt = 0,6 m/s [ Quy phạm 0,5- 0,6 m/s] N: số bể lắng, N = 1 b: hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể, chọn b = 1,5 ứng với tỉ số D/H = 1,5 Ta có: F = 1,5 m2 Diện tích ngăn phản ứng xoáy hình trụ: f = Trong đó: Q: lưu lượng tính toán, Q = 62,5 m3/s H:chiều cao bể phản ứng lấy bắng 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. H = 0,9*5 = 4,5m T: thời gian lưu nước lại trong bể, chọn t = 15 phút [ Quy phạm 15- 20 phút] N: số bể, chọn N= 1 f = m Đường kính của bể: D = m Vậy tỉ số : đúng bằng tỉ số đã chọn. Đường kính ống dẫn nước vào bể: Dv = = m = 150 mm Trong đó: Q: lưu lượng nước vào bể V : vận tốc nước chảy trong ống, v = 1 m/s [ Quy phạm 0,8 - 1 m/s] Hàm lượng cặn của nước đưa vào bể: Cmax = Cn + KP + 0,25M + v (mg/l). Trong đó: Cn: hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l), Cn = 363 mm/l P: liều lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước, P = 175 mg/l K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, chọn K=1. M: độ màu của nước nguồn(độ) thang màu platin – coban, M= 640 Pt.Co v: liều lượng vôi kiềm hoá nước (nếu có), chọn v = 48 mg/l Þ Cmax = 363 + (1 * 175) + (0,25 * 640) + 48 = 746 (mg/l). Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn T= Trong đó: WC:dung tích phần chứa nén cặn của bể Ta có: WC = Trong đó: hn: chiều cao phần nón chứa nén cặn hn = m với D: đường kính của bể lắng, D= 7,7 m d: đường kính phần đáy hình nón, chọn d = 200 mm Q: lưu lượng tính toán , Q= 62,5 m3/h C : hàm lượng cặn còn lại trong nước, C = 12 mg/l d: nồng độ trung bình của cặn nén chặt, d = 30000 kg/m3 Ta có: WC = m3 Ta có: T = giờ Đường kính ống xả cặn: Tính toán ống xả cặn sao cho lượng cặn cần phải xả( khi chiếm đầy thể tích chứa cặn) là 60% trong thời gian là 30 phút: Vậy lượng cặn cần xả là: 0,6 * 72 = 43,2 m3/30phút = 0,024 m3/s. Đường kính ống xả cặn sẽ là: Dc= Trong đó: Qc: lưu lượng cặn cần xả, Qc = 0,024 m3/s v: vận tốc xả cặn, v = 1 m/s Dc= m = 175 mm Chọn đường kính ống xả cặn Dc = 200 mm. Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý P = % Với KP là hệ số pha loãng cặn, chọn KP = 1,15 [Quy phạm 1,2 - 1,15] Chiều cao trung bình của bể lắng: H= Hf + hn= 5 + 4,5 = 9,5 m Chiều cao xây dựng của bể có tính đến chiều cao bảo vệ( 0,3 - 0,5 m), chọn = 0,5 m Hxd = H + 0,5 = 9,5 + 0,5 = 10 m Thể tích bể lắng: Vb = ( F + f) * H + Wc Trong đó: F: diện tích vùng lắng f: Diện tích ngăn phản ứng xoáy H: Chiều cao vùng lắng Wc: thể tích vùng chứa cặn Vb = ( 43,4+ 3,5) * 5 + 72 = 306,5 m3 Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và 4 máng hình nan quạt chảy tập trung vào máng chính. Nước chảy theo 2 chiều. Diện tích mặt cắt ngang của máng vòng: fv= m2 Thiết kế máng có tiết diện: ( 0,1 x 0,073) m. Tiết diện ngang của máng nan quạt: fn= m2 Chọn tiết diện máng: ( 0,1 x 0,04 ) m. Bảng 5.5:Thông số kích thước của bể lắng đứng Các thông số Kí hiệu Số lượng Đơn vị Vật liệu Số bể lắng đứng N 1 bể Bê tông cốt thép Diện tích tiết diện ngang vùng lắng F 43,4 m2 Đường kính bể D 7,7 mm Thời gian giữa 2 lần xả cặn T 29 Giờ Đường kính ống xả cặn Dc 160 mm PVC Thể tích cặn trong bể lắng Wc 59 m3 Thể tích bể lắng W 289 m3 Chiều cao xây dựng của bể Hxd 10 m Khai toán chi phí của hệ thống xử lý theo từng phương án: Chi phí xây dựng ban đầu cho phương án 1: Công trình: Bảng 5.6 : Liệt kê chi phí đầu tư ban đầu phương án 1 Công trình Đơn vị Số lượng Đơn giá ( triệu đồng) Thành tiền ( triệu đồng) Bể trộn cơ khí m3 1,3 1,5 1,95 Bể phản ứng m3 21 1,5 31,5 Bể lắng m3 70 1,5 105 Bể lọc m3 52 1,5 78 Bể chứa m3 46 1,5 69 Bể pha và bể tiêu thụ phèn m3 24 1,5 36 Bể pha và bể tiêu thụ vôi m3 8 1,5 12 Nhà hoá chất m2 200 1 200 Phòng thí ngiệm m2 50 1 50 Nhà điều hành M2 100 1 100 Bể thu hồi nước rửa lọc m3 30 1 30 Hồ chứa cặn m2 270 1 270 Tổng 983,5 Chi phí thiết bị: Các thiết bị bao gồm: bơm , chụp lọc, cát lọc, đường ống, thép, dự kiến khoảng 200 triệu. Chi phí bảo trì, bảo dưỡng: Lấy chi phí bảo trì cho phần xây dựng là 1% chi phí xây dựng và chi phí bảo trì cho thiết bị là 5% chi phí thiết bị. Tbt = 0,01x 983,5 + 0,5 x 200 = 20 ( triệu). Tổng chi phí đầu tư cho nhà máy: A = 983,5 + 200 + 20 = 1203,5 (triệu). Toàn bộ tiền này vay của ngân hàng với lãi suất 0,5% tháng. Chi phí xây dựng ban đầu cho phương án 2: Công trình: Bảng 5.7: Liệt kê chi phí đầu tư ban đầu phương án 2 Công trình Đơn vị Số lượng Đơn giá ( triệu đồng) Thành tiền ( triệu đồng) Bể trộn cơ khí m3 1,3 1,5 1,95 Bể phản ứng m3 21 1,5 31,5 Bể lắng đứng m3 289 1,5 433,5 Bể lọc m3 52 1,5 78 Bể chứa m3 46 1,5 69 Bể pha và bể tiêu thụ phèn m3 24 1,5 36 Bể pha và bể tiêu thụ vôi m3 8 1,5 12 Nhà hoá chất m2 200 1 200 Phòng thí nghiệm m2 50 1 50 Nhà điều hành M2 100 1 100 Bể thu hồi nước rửa lọc m3 30 1 30 Hồ chứa cặn m2 270 1 270 Tổng 1311,95 Chi phí thiết bị: Các thiết bị bao gồm: bơm , chụp lọc, cát lọc, đường ống, thép, dự kiến khoảng 200 triệu. Chi phí bảo trì, bảo dưỡng: Lấy chi phí bảo trì cho phần xây dựng là 1% chi phí xây dựng và chi phí bảo trì cho thiết bị là 5% chi phí thiết bị. Tbt = 0,01x 1311,95 + 0,5 x 200 = 23 ( triệu). Tổng chi phí đầu tư cho nhà máy: A = 1311,95 + 200 + 23 = 1534,95 (triệu). Toàn bộ tiền này vay của ngân hàng với lãi suất 0,5% tháng. Kết luận: Để lựa chọn sơ đồ công nghệ phù hợp cho công ty, phải xét tới giá thành xây dựng,. Theo tính toán ở trên và kê khai giá thành xây dựng ban đầu của 2 phương án ta thấy rằng giựa 2 phương án có sự chênh lệch về giá thành xây dựng. Trong phương án 1 giá thành xây dựng cơ bản hết 1203,5 triệu, ở phương án 2 giá thành xây dựng lên tới 1535 triệu. Xét về mặt kinh tế và tính khả thi của 2 phương án đưa ra tác giả lựa chọn phương án 1 làm dây chuyền hệ thống xử lý cho công ty. Chi phí xây dựng hệ thống xử lý của công ty: Chi phí xây dựng cơ bản: Tổng chi phí đầu tư cho nhà máy: A = 983,5 + 200 + 20 = 1203,5 (triệu). Chi phí hành tháng: Chi phí hàng tháng bao gồm: chi phí vận hành( hoá chất, điện năng), chi phí công nhân, tiền trả ngân hàng mỗi tháng. Trong 1 tháng sản lượng nước sạch của nhà máy là: 500 m3/ngày ´ 30 ngày/tháng = 15000 m3/tháng. a. Chi phí quản lý nhân công: Bàng 5.8: Chi phí nhân công cho việc quản lý hệ thống xử lý Nhân sự Số lượng Mức lương ( triệu/tháng) Thành tiền (triệu/tháng) Quản lý 1 1,8 1,8 Nhân viên bảo trì 1 1,5 1,5 Công nhân vận hành 4 1,2 6 Tổng 9,3 b. Chi phí hoá chất: Căn cứ trên các kết quả thử nghiệm về liều lượng hoá chất sử dụng cho nguồn nước cần xử lý, tính cho 1 m3: Phèn: 175 mg/l = 0,175 kg/m3 Vôi: 48 mg/l = 0,048 kg/m3 Clo: 3 mg/l = 0,003 kg/m3 Bảng 5.9 : Chi phí hoá chất Hoá chất Đơn vị tính Số lượng Đơn giá( đồng/kg) Thành tiền( đồng) Phèn Kg 0,175 2000 350 Vôi Kg 0,048 1500 72 Clo Kg 0,003 9000 27 Tổng 449 Chi phí hoá chất cho 1 tháng: 449 ( đồng/m3) ´ 15.000 ( m3/tháng) = 6.735.000 (đồng/tháng). c. Chi phí điện năng : Chi phí điện năng căn cứ trên tình hình hoạt động của hệ thống xử lý nhà máy, ước tính mức chi phí điện năng cho việc xử lý nước là 0,3 Kwh/m3. Với đơn giá 1000 đồng/Kwh. Ta có chi phí điện năng cho 1 tháng: ( 0,3 ´ 1.000) ´ 15.000 = 4.500.000 (đồng/tháng) Tiền trả ngân hàng hàng tháng: 0,005 * 1239,95 = 6 ( triệu). Tổng chi phí hàng tháng: B = 9,3 + 6,735 + 4,5 + 6 = 26,535 ( triệu/tháng). Nếu công ty không xây dựng hệ thống xử lý mà sử dung hệ thống nước sạch của khu công nghiệp, với đơn giá là 4.000 (đồng/m3). Tổng tiền công ty phải trả cho 1 tháng sẽ là: 4.000( đồng/m3) * 15.000 ( m3/tháng) = 60.000.000 (đồng/tháng). Vậy với việc xây hệ thống xử lý nước hàng tháng công ty lời: 60.000.000 - 26.535.000 = 33.500.000 ( đồng/tháng). Thời gian hoàn vốn: T = tháng = 3 năm.