Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp nhiễm asen

u lắp đặt cần có thông số nguồn nước trước để cán bộ kỹ thuật điều chỉnh thành phần vật liệu lọc và đặt chế độ hoạt động của thiết bị cho thích hợp. Kiểm tra chất lượng nước trước khi bàn giao. Lắp đặt trạm xử lí nước có độc tố qui mô cụm gia đình. Hình 1-2-3 2.2 Thuyết minh và lựa chọn công nghệ xử lí: Hình 4:Quy trình công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen Clo Nước ngầm Làm thoáng Bể lắng đứng tiếp xúc Lọc Bể chứa nước sạch Hồ chứa nước rửa NaOH Xả Cặn Cấp nước THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 19 Công nghệ xử lý được mô tả như sau: Tiến hành làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ + 8CO2 2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O = 2Mn(OH)4↓ + 4H + + 4HCO3 - Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe. Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất NaOH để nâng pH và Fe 2+ sẽ dễ dàng chuyển hóa thành Fe3+ trong môi trường pH=7-7,5. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 As2O3 + O2  As2O5 Fe(OH)3↓ + As2O5  FeAsO4 + H2O Công trình làm thoáng trong các hệ thống xử lý nước ngầm là giàn mưa và tháp oxy hóa. Sau khi làm thoáng và châm hóa chất thì nước được chảy xuống bể lắng đứng hay bể lọc tiếp xúc. Thông thường trong các công trình xử lý nước ngầm lớn người ta thường hay sử dụng bể lắng tiếp xúc. Bể lắng tiếp xúc có nhiệm vụ giữ lại các cặn tạo ra trong quá trình oxy hóa cũng như cặn vôi sau khi các phản ứng xảy ra. Thời gian lưu nước trong bể lắng thường là 90-120 phút. Và công trình cuối cùng là bể lọc nhanh. Bể lọc này có nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ mà không thể giữ lại trong bể lắng cũng như là để khử Mn.  Lựa chọn các công trình trong hệ thống xử lý  Trước hết, đối với quá trình làm thoáng có thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hóa.  Nếu sử dụng giàn mưa thì tốn diện tích cũng như chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi hoạt động thì việc quản lý tương đối dễ dàng và thuận tiện. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 20 Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn. Cần tiến hành vệ sinh thường xuyên do các cặn Fe dễ dàng bám trên các sàn tung làm chít các lỗ dẫn đến giảm hiệu quả giàn mưa.  Nếu sử dụng tháp oxy hóa thì sẽ tiết kiệm được mặt bằng xây dựng và chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi vận hành thì tốn chi phí hơn so với sử dụng giàn mưa (do phải cung cấp điện năng để hoạt động máy thổi khí), quản lý cũng gặp khó khăn hơn. Việc duy tu bảo dưỡng cũng khó khăn do lâu ngày cặn Fe dễ bám chít trên lớp vật liệu tiếp xúc (hay sàn tiếp xúc). Lúc này phải ngừng hoạt động của tháp để tiến hành vệ sinh.  Sau quá trình làm thoáng là châm hóa chất (clo và vôi,NaOH). Hóa chất được châm ngay sau khi làm thoáng. Cũng có khi hóa chất được châm trước khi làm thoáng nhưng điều này không có lợi. Bởi vì trong nước ngầm thường có một số khí do quá trình phân hủy kị khí trong đất sinh ra (H2S), nếu cho hóa chất vào trước thì sẽ hao tốn thêm hóa chất để khử các chất này trong khi các chất này thường là các chất khí dễ dàng bị khử qua làm thoáng. Clo cho vào nước nhằm mục đích oxy hóa Fe 2+ thành Fe 3+, còn vôi cho vào nước với mục đích là nâng pH và độ kiềm trong nước tạo môi trường cho phản ứng oxy hóa và thủy phân Fe diễn ra dễ dàng. Lượng hóa chất cho vào phải đảm bảo khử hết Fe2+ có trong nước và pH đầu bể lắng khoảng 7,5 – 8,3,ta chọn NaOH.  Nước được tự chảy xuống bể lắng đứng tiếp xúc. Mục đích của công trình này là tạo thời gian để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng này. Đối với hệ thống xử lý nước công suất lớn thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời gian lưu trong bể tốt nhất là 90-120 phút. Bể lắng đứng thường được sử dụng trong hệ thống xử lý nước ngầm với công suất nhỏ.  Sau khi ra khỏi bể lắng nước tiếp tục sang bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể lắng đồng thời khử Mn. Đối với hệ thống xử lý nước có công suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 21 khoảng 5 – 8 m/h. Ở đây ta có thể sử dụng bể lọc áp lực với vận tốc > 10 m/h nhưng nếu sử dụng loại bể lọc này sẽ tốn chi phí đầu tư cao đồng thời chi phí bảo trì, sửa chữa cũng là 1 vấn đề.  Tóm lại hệ thống xử lý bao gồm: - Giàn mưa - Bể lắng đứng tiếp xúc - Bể lọc nhanh 2 lớp - Bể chứa nước sạch2.3. Các công trình trong hệ thống xử lý: Hình 5: Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp nhiễm Asen 1- Giếng và trạm bơm cấp I 2- Ống dẫn nước thô 3 -Trạm bơm cấp II 4- Mạng lưới phân phối Bể lọc nhanh 2 lớp Bể chứa nước sạch 3 3 Cl2 Bể lắng đứng tiếp xúc 1 1 1 Giàn mưa NaOH 4 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 22 Chương 3: THIẾT KẾ Tính toán công nghệ và thiết kế các đơn vị trong hệ thống xử lý 3.1 Giàn mưa:  Nhiệm vụ: - Khử CO2 trong nước - Làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+  Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên.  Cấu tạo: giàn mưa bao gồm:  Hệ thống phân phối khí: sử dụng ống phân phối có đục lỗ gồm:  Ống chính phun mưa làm bằng inox  Trên ống chính có bố trí các ống nhánh  Sàn tung nước:  Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 1,5m  2 m được ghép lại với nhau  Đường kính lỗ khoan 10 mm, bước lỗ là 50mm  Số lỗ khoan theo chiều rộng:  1500 2 50 1 25 60     lỗ  Số lỗ khoan theo chiều dài :  2000 2 50 1 32 60     lỗ  Mỗi sàn tung khoan: 25  32 = 800 lỗ  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,9 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,9m  Hệ thống thu và thoát khí Để có thể thu oxy của khí trời, kết hợp với việc thổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa, đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, người ta xây dựng hệ thống cửa chớp bằng bêtông cốt thép. Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 23 ngang là 45 0 , khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 900 mm với chiều rộng mỗi cửa là 250 mm. Cửa chớp được bố trí ở xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí.  Sàn thu nước: sàn thu nước làm bằng bê tông cốt thép được đặt dưới giàn mưa có độ dốc 0,05 về phía ống dẫn nước qua bể trộn  Ống dẫn và thu nước trên giàn mưa: Mỗi giàn mưa còn bao gồm hai ống inox dẫn nước lên giàn mưa, một ống thu nước từ giàn mưa qua bể trộn, hai ống PVC thu nước xả, rửa giàn mưa, các ống dẫn vôi, clo và các vòi phục vụ cho công tác vệ sinh. Tính toán:  Kiểm tra độ kiềm của nước sau khi làm thoáng: 2 0 0 0,036i i FeK K C    Trong đó: 0iK :độ kiềm ban đầu của nguồn nước, 0 30 0,6 / 50 iK meq l  2 0Fe C  :hàm lượng Fe2+ của nguồn nước, 2 0Fe C  =3 mg/l Vậy: 2 0 0 0,036 0,6 0,036 3 0,492 /i i FeK K C meq l        Kiểm tra lượng CO2 còn lại trong nước sau khi làm thoáng:   2 2 0 0 1 1,6CO FeC C a C      Trong đó:C0:hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thoáng 0 0 1 44 10 i pH K C K     mg/l Trong đó: 0iK :độ kiềm ban đầu của nguồn nước  :lực ion của dung dịch, 622 10   P P:tổng hàm lượng muối khoáng (mg/l);nếu hàm lượng muối khoáng ≤ 1000 0,022  K1:hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic Nhiệt độ của nước nguồn,t=270C THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 24    7 7 7 7 1 27 25 4,52 10 4,31 10 4,31 10 4,394 10 30 25 K                0 0 7 5,6 0,022 1 44 44 0,6 107,256 4,394 10 1010 i pH K C K            mg/l a:hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng,làm thoáng bằng giàn mưa a=0,75-0,8.Chọn a=0,8    2 2 0 0 1 1,6 107,256 1 0,8 1,6 3 26,251CO FeC C a C            mg/l  pH của nước sau làm thoáng: 2 7 1 44 44 0,492 0,022 6,125 6,8 4,394 10 26,251 i CO K pH K C              Như vậy cần phải châm một lượng hóa chất kiềm hóa như vôi CaO,NaOH,Na2CO3 để nâng pH của nước trước khi đưa vào bể lắng. Diện tích giàn mưa : F = 3 3 2 200m / ng y 2,5 8 / à 10m / mm Q à q h ng y h    m 2 Trong đó Q: công suất trạm xử lý (m3/ngày) qm: cường độ tưới (m 3 /m 2 h), qm: 10 ÷ 15 m 3 /m 2 h .Chọn qm = 10 m 3 /m 2 h -Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa : 2 1,5L B m m    Hệ thống phân phối nước: -Ống dẫn nước chính: Lưu lượng nước thiết kế: Q=25m3/h Chọn vận tốc nước vc=1,2 m/s (0,8-1,2 m/s) Đường kính ống chính: 3 c c 4 4 25 / D 0,086 v 3600 / 1,2 / Q m h m s h m s                 Chọn ống chính bằng thép Dc=90 mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 25   3 2 2 4 4 25 / 1,09 1 1,2 / D 0,090 3600s/h Q m h v m s m           Các ống nhánh được bố trí dọc theo chiều dài.Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh theo quy định 0,25-0,3 m,chọn 0,25 m Số ống nhánh cần thiết: 1,5 2 2 12 0,25 0,25 B m      Lưu lượng qua mỗi ống nhánh: 4 325 4,96 10 / 3600 14 n Q q m s m      Chiều dài một ống nhánh: 2 0,09 0,955 2 2 c n L D l m      -Ống phân phối nhánh: Chọn vn = 1,8 m/s,(quy phạm 1,6-2 m/s) Đường kính ống nhánh:           4 4 4,96 10 4 0,019 1,8 n n n q d m v Chọn ống nhánh bằng thép, có đường kính dn = 20mm  Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống phân phối nhánh:   4 2 2 4 4 4,96 10 1,58 1 2 / d 0,02 n n n q v m s            Để nước có thể phân phối đều trên khắp diện tích mỗi ngăn của dàn mưa, trên các ống nhánh ta khoan các lỗ có đường kính dl = 5mm( quy phạm 5 – 10 mm). Tổng diện tích các lỗ này lấy bằng (30 – 35 %) diện tích tiết diện ngang của ống chính. Chọn 35 %, tổng diện tích lỗ:         2 2 3 20,090,35 0,35 2,23 10 4 4 c D m Số lỗ cần thiết: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 26            3 2 2,23 10 113,6 114 0,005 4 4 l n d lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh:     114 9,5 14 12 n n , Chọn n =10 lỗ. Trên mỗi ống nhánh ta khoan 10 lỗ,các lỗ này được xếp thành hai hàng so le nhau và nghiêng một góc 450 so với phương nằm ngang. Trên mỗi hàng của ống nhánh có 5 lỗ,khoảng cách giữa các lỗ: 2 0,096 0,190 2 5 2 5 c nL Da m        Sàn tung nước:  Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 1,5m  2 m được ghép lại với nhau  Đường kính lỗ khoan 10 mm, bước lỗ là 50mm  Số lỗ khoan theo chiều rộng:  1500 2 50 1 25 60     lỗ  Số lỗ khoan theo chiều dài :  2000 2 50 1 32 60     lỗ  Mỗi sàn tung khoan: 25  32 = 800 lỗ  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,7 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,6m  Tính chiều cao dàn mưa nvlfmdm HHHH  Trong đó: Hfm: Khoảng cách từ sàn tung thứ nhất đến dàn phun. Chọn Hfm = 0,9 m. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 27 Hvl: Chiều cao vật liệu tiếp xúc. Dàn mưa thiết kế có 3 sàn, với khoảng cách 0,9 m. Trên mỗi sàn đặt vật liệu tiếp xúc là than cốc dạng cục có đường kính d = 29mm. Mỗi lớp vật liệu tiếp xúc có chiều dày 0,3m.  Hvl = 2 x 0,9 = 1,8 m. Khoảng cách từ sàn tung tới ngăn thu nước là 0,7 m Hn: Chiều cao ngăn thu nước, chọn Hn = 7 m Chiều cao của dàn mưa: 0,9 1,8 0,7 7 10,4 mdmH      - Hệ thống thu thoát khí và ngăn chứa: Để có thể thu được khí trời,kết hợp với việc đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa,đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài,người ta xây dựng cửa chớp bằng betong cốt thép Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng ngang là 450,khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 200 mm với chiều rộng mỗi cửa là 200 mm Cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa,nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí Các cửa chớp này được xây dựng cách các mép ngoài của sàn tung là 0,6 m để làm lối đi xung quanh giàn mưa khi tiến hành làm vệ sinh -Hệ thống thu nước: Sàn thu nước đặt dưới phía đáy giàn mưa có đọ dốc 0,04 về phía ống dẫn nước sang cụm xử lí Bố trí một ống thu nước đặt phía dưới đáy sàn thu nước và cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 0,2m để ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình phía sau.  Hoạt động của giàn mưa: - Nước thô được dẫn từ ống góp chung rồi qua các ống đường kính 90 đưa lên giàn mưa. Trên giàn mưa gồm một hệ thống các ống xương cá trong đó các ống chính đường kính 90 mm và các ống nhánh có đường kính 20 mm. Nước từ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 28 giàn phân phối sẽ phun ra ngoài qua các lỗ trên ống nhánh và rơi xuống qua từng sàn tung nước. Nước từ các sàn tung nước di chuyển dẫn xuống dưới do trọng lượng bản thân và tập trung tại sàn thu nước, tại đây nước sẽ chảy vào ống thu nước có đường kính: Chọn vận tốc trong ống là 1,3 m/s ô 4 4 25 0,082 = 82 mm 3600 1,3 Q D m v                   Chọn Dô=85 mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống thu:  ô 2 4 25 1,224 1 2 / 3600 0,085 v m s        Tại đầu ống thu nước clo và vôi đồng thời được cho vào để khử Fe, Mn. Hệ thống xả cặn của giàn mưa: Mỗi ngăn một ống xả cặn, ống này có thể lấy là ống PVC đường kính ống tùy thuộc vào vận tốc nước trong ống và lượng nước cần xả khi tiến hành rửa giàn mưa. Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính 150 mm đặt ở giữa ngăn và sát sàn thu nước phía đáy thấp. Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước (bỏ qua thời gian nước đọng lại trên sàn tung) 2 2 0,7 3 0,65 9,81 h t s g                 Do H2O rơi tự do trên giàn mưa nên tổn thất thủy lực của nước qua giàn mưa là 0,5 m  Đánh giá hiệu quả xử lý của giàn mưa Hiệu quả loại trừ CO2 của giàn mưa khoảng 75 – 80%. Ngoài hiệu quả khử CO2 thì giàn mưa còn nhằm mục đích hòa tan oxy vào nước để oxy hoá Fe. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 29 Với quá trình xử lý nước ngầm đặc biệt là quá trình khử Fe trong nướn ngầm thì việc khử CO2 đồng thời hòa tan O2 vào nước bằng giàn mưa có tác dụng quan trọng vì nó làm tăng pH trong nước ngầm và oxy làm cho Fe2+ bị oxy hóa. Nếu pH có tăng cao thì mới tạo môi trường tốt để phản ứng oxy hóa Fe và Mn diễn ra. Nhưng trong nguồn nước hiện đang khai thác có hàm lượng Fe cao đồng thời độ kiềm nhỏ do đó lượng oxy hòa tan không đủ để oxy hóa Fe nên phải sử dụng thêm clo để oxy hóa hết Fe. Nhiệm vụ chính của giàn mưa sử dụng ở đây là đuổi CO2 và nâng pH. Hình 6: Giàn mưa THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 30 Bảng 2: Tóm tắt các thông số thiết kế cho dàn mưa Thông số Số liệu thiết kế Số đơn nguyên 1 Kích thước mặt bằng dàn mưa B x L 1,5 x 2 m Chiều cao dàn mưa 10,4 m Nồng độ CO2 trước làm thoáng 127,28 mg/L Nồng độ CO2 sau làm thoáng 29,02 mg/L Độ kiềm nước sau làm thoáng 2,568 meq/L pH sau làm thoáng 6,8 Ống phân phối nước chính Φ90 Ống phân phối nhánh 12ống Φ20 Số lỗ phân phối nước trên ống nhánh 10 lỗ Φ20 Khoảng cách giữa các lỗ trên ống nhánh 190 cm 3.2 Tính toán bể lắng đứng:  Nhiệm vụ: Lắng đọng các bông cặn sinh ra trong các phản ứng trong đó chủ yếu là Fe(OH)3 Tăng thời gian để các phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn.  Cấu tạo: là dạng bể lắng ngang thu nước cuối Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lắng đứng: 0,25nC C k P M V     (mg/l) Trong đó: Cn:hàm lượng cặn trong nước nguồn, Cn=0 mg/l THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 31 P:liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước.Khi xử lý nước có màu 4P M (mg/l) K:hệ số với phèn sạch ,lấy =0,5;với phèn không sạch =1,0;với sắt clorua =0,7 M:độ màu của nước nguồn tính bằng độ(thang màu Pt-Co) V:liều lượng vôi nếu có cho vào nước (mg/l) Tính hàm lượng cặn sinh ra trong bể lắng: 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 4 56 mg/l Fe 2+  4 107 mg/l Fe(OH)3 3 mg/l Fe 2+  a mg/l Fe(OH)3 Hàm lượng cặn sinh ra do sự hình thành Fe(OH)3 từ Fe 2+ trong nước nguồn: Fe(OH)3= 3 4 107 5,732 4 56 a      mg/l Số mol Asen: 3 As 0,15 n 2 10 75    mmol/l Khối lượng As2O5 là: 32 10 1 230 0,23 2     mg/l As2O3 + O2  As2O5 ( 2As 3+  2As5+ ) 198mg/l  230mg/l 0,15mg/l As3+  0,15 mg/l As5+ 2Fe(OH)3 + As2O5  2FeAsO4 + H2O 2 107 mg/l Fe(OH)3 230 mg/l  2 195 mg/l 0,23 2 107 0,214 230    mg/l  0,23 mg/l  0,23 2 195 0,39 230    mg/l Hàm lượng cặn ban đầu:Cn=0 mg/l Hàm lượng cặn trong nguồn nước: C=0+5,732-0,214+0,39=5,908 mg/l  Kích thước bể lắng THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 32 Thể tích bể lắng là: 25 120 50 60 60 Q t W      m 3 Với Q=25 m3/h T=120 phút,thời gian lưu bể Chọn chiều cao vùng lắng: Hl=3m (2,6-5m) Chiều cao ống trung tâm= l0,9 H 0,9 3 2,7    m Tốc độ nước dâng trong bể: V= lH 1000 3 1000 0,42 120 60t      mm/s (≤ 1mm/s) Diện tích toàn phần của bể lắng: l W 50 16,67 H 3 F    m 2 Ống trung tâm của bể lắng dẫn nước từ giàn mưa tới bể lắng Diện tích ống trung tâm: 22d 4 4 5 D f           Chọn đường kính ống trung tâm là: d= 5 D f= 0,04 16,67 0,6667  m 2 Tổng diện tích bể lắng: 17,34F F f   m 2 Chọn bể lắng đứng có tiết diện tròn,đường kính bể lắng: 17,34 4 4 4,7 F D       m Đường kính ống trung tâm: 0,94 5 tt D d   m Đường kính phần loe của ống trung tâm: loed 1,35 1,35 0,94 1,269ttd     m THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 33 Đường kính của tấm chắn: loed 1,3 d 1,3 1,269 1,65chan      m Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ,chiều cao phần hình trụ: l tru H H 3,75 0,8   m Phần chứa ép cặn của bể lắng xây dựng thành hình nón,thành nghiêng 1 góc 45 0 so với phương ngang Chiều cao phần hình nón:   0 n n 4,7 0,3 45 H 2,2 2 ó tg    m (0,3 chiều rộng hố thu cặn ở đáy) Chọn chiều cao bảo vệ: Hbv=0,3 m Tổng chiều cao của bể lắng đứng : H=Htru+ n nH ó + Hbv=3,75+2,2+0,3=6,25 m  Tính kích thước máng thu nước: Để thu nước đã lắng,dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh bể. Diện tích mặt cắt ngang của máng vòng: 3 v 25 f 5,79 10 2 3600 2 0,6 Q v        m 2 (v:vận tốc nước vào máng),v=0,6 m/s Thiết kế máng có tiết diện:0,2m  0,2m Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu: Lr=lm= 4,7 14,765D     m Chọn máng răng cưa làm bằng inox bề dày bR=3 mm Bề dày miếng đệm dR=10 mm=0,01m Máng gồm nhiều răng cưa,mỗi răng hình chữ V -Chiều cao một răng cưa:60 mm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 34 -Chiều rộng đoạn vát đỉnh:60mm -Góc chữ V:900 -Khoảng cách giữa hai đỉnh răng:120 mm -Chiều cao toàn bộ máng:200mm -Khe dịch chỉnh: .cách nhau 500 mm .Bề rộng khe:12 mm .Chiều dài khe:150 mm Máng răng cưa được nối với máng thu nhờ Bulong M10 Tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng: 3 r 25 10 0,47( / . ) L 3600 14,765 Q q l s m      Số răng cưa trên toàn bộ máng: r r l 14,765 N 1 1 124,04 0,12 0,12      cái Số răng cưa trên 1m chiều dài máng: r r N 124 8,4 9 l 14,765 n    cái Tính lượng bùn tích lại ở bể lắng: Dung tích phần chứa nén cặn hình nón được tính như sau: 2 2 n c h W 3 4 D d D d           Trong đó: Hn;Chiều cao phần nón chứa nén cặn; hn=2,2 m D: đường kính bể lắng,D=4,7m d: đường kính phần đáy hình tròn;d=0,2m (quy phạm 150-200 mm) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 35 2 2 c 2,2 4,7 0,2 4,7 0,2 W 13,287 3 4             m 3 Thời gian giữa hai lần xả cặn:   cW NT h Q C m      Trong đó: N:số lượng bể lắng ,N=1 Wc:dung tích phần chứa cặn của bể lắng, Wc=13,287 m 3 Q:lưu lượng tính toán,Q=25 m3/h  :nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt,tính bằng g/ m3 tùy theo hàm lượng cặn trong nước và thời gian chứa cặn trong bể,lấy theo bảng   12000 9000 12 8 9000 11000 12 6        g/m 3 C:hàm lượng cặn vào bể lắng,C=5,908 mg/l m:hàm lượng cặn sau lắng (mg/l) Hiệu quả lắng của bể lắng đứng: tR (%) t a b t    Trong đó:a,b là các hằng số thực nghiệm ở t=200C.a=0,0075;b=0,014  t 2 R 56,34(%) 0,0075 0,014 2     Hàm lượng cặn sau lắng: tR 5,908 5,908 56,34% 2,58m C C       mg/l    13,287 1 11000 1756,69 25 5,908 2,58 T h       =73 ngày Lượng nước dùng cho xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lượng nước xử lý,xác định như sau: p canK V 1,2 0,168 1 P= 100% 0,1008% 25 8 N Q T          THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 36 Kp:hệ số pha loãng cặn =1,15-1,2.Lấy Kp=1,2.. Bảng 3: Một số thông số của bể lắng Bể lắng Giá trị Hàm lượng cặn khi vào bể (mg/l) 5,908 Đường kính(m) 4,7 Chiều cao(m) 6,25 Đường kín ống trung tâm(m) 0,94 Dung tích phần chứa nén cặn(m3) 13,287 Thời gian giữa hai lần xả cặn(ngày) 73 Lượng nước dùng cho việc xả cặn(%) 0,1008 3.3 Bể lọc nhanh hai lớp:  Nhiệm vụ:  Loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng  Khử Mn nhờ lớp oxit mangan trên bề mặt cát lọc.  Dạng bể lọc: bể lọc nhanh Chọn bể lọc mương 2 tầng, tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường.  Nguyên lý hoạt động:  Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng ngang qua máng phân phối vào các bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước sạch vào bể chứa nước sạch.  Khi rửa: Phương pháp rửa lọc: Gió nước kết hợp. Nước rửa được bơm từ bể chứa nước sạch qua hệ thống phân phối nước rửa lọc kết hợp với hệ thống phân phối gió, qua lớp sỏi đỡ và lớp vật liệu lọc kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa về mang tập trung rồi được xả ra ngoài theo mương thoát nước. Trong quá trình rửa, gió được cấp vào trước để xáo trộn vật liệu lọc làm cho hạt cát tách ra (thời gian sục gió khoảng 5 phút) sau đó nước đưa từ dưới lên để cuốn cặn bẩn ra ngoài, quá trình được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng rửa (10 phút). THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 37 Chế độ rửa lọc như sau: Rửa gió với cường độ 15 l/s.m2 trong 2 phút sau đó rửa kết hợp nước và gió trong thời gian 4 phút với cường độ gió 15 l/s.m2 và nước 2,5 l/s.m2, sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước rửa. Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần tuý với cường độ 6 l/s.m2 trong khoảng thời gian 6 phút. Nước sau khi ra bể lọc sang bể chứa, trên đường ống về bể chứa nước được châm clo để khử trùng lần cuối và đảm bảo yêu cầu cấp nước cho sinh hoạt. Hình 6: Bể lọc 1-Mương phân phối nước lọc (nước từ bể lắng đến) 2-Mương tập trung nước rửa 3-Máng thu nước rửa lọc 4-Lớp vật liệu lọc và lớp vật liệu đỡ 5-Hệ thống thu nước trong và phân phối nước rửa - Sàn gắn chụp lọc 6-Hầm thu nước trong và phân phối nước rửa 7-Ống dẫn nước trong về bể chứa nước sạch 8-Ống cấp nước rửa THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 38 9-Ống xả nước rửa 10-Mương thoát nước rửa 11-Cửa quản lý 12-Ống dẫn khí rửa bể  Kích thước bể: Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý F = 1 23.6TB TB Q T V W t at V     Trong đó: Q: công suất trạm xử lý,Q = 200 m3/ngày T : thời gian làm việc trong 1 ngày, T = 8h a: số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm với chế độ làm việc bình thường.Chọn a = 1 VTB:vận tốc lọc tính toán ở chế độ bình thường,theo bảng 3.2, VTB = 8 m/h. W: cường độ nước rửa lọc, W = 15 (l/s.m2) t1: thời gian rửa lọc, t1 = 0,1 giờ t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, t2 = 0,35 giờ F = 200 3,584 8 8 3,6 15 0,1 1 0,35 8         m 2 Chọn F= 4 m2 Chọn kích thước mặt bằng bể: Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: N = 0,5 F = 0,5 4 = 1 bể * Bể lọc nhanh có hai lớp vật liệu lọc: - Lớp phía dưới là cát thạch anh có đường kính d1 = 0,7 mm, hệ số không đồng nhất K = 2, chiều dày lớp cát lọc bằng L1 = 800 mm - Lớp phía trên là lớp than antraxit nghiền nhỏ có cỡ hạt d2 = 1,2 mm, hệ số không đồng nhất K = 2, chiều dày lớp than L2 = 400 mm. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 39  Chiều cao lớp vật liệu lọc: L = L1 + L2= 800 + 400 = 1200 mm Chọn kích thước bể: L x B = 2 x 2 m = 4 m2  Chiều cao xây dựng bể lọc: H = hd + hv + hn + hp + h + hs Trong đó: hd: chiều dày lớp sỏi đỡ, hd = 0,4 m hv: chiều dày lớp vật liệu lọc, hv= hcat+ hthan=0,8+0,4= 1,2 m hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc,hn = 2 m hp: chiều cao dự trữ trên mặt nước, hp = 0,3 – 0,5 (m). Lấy bằng 0,5m h :chiều cao đáy sàn chụp lọc,h=1 m hS: chiều dày sàn chụp lọc, hS = 0,1 m Vậy chiều cao bể lọc: H = 1,2 + 2 + 0,5 + 1 = 4,7 m  Tính toán máng thu nước rửa lọc: Bể có chiều dài 2m Nước sau khi rửa lọc được thu vào một màng thu nước đặt song song với thành bể Máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác Tim máng cách tường bể 1 m Lượng nước rửa thu vào máng : qM = W x d x l = 15 x 1 x 2 = 30 l/s = 0,03 m 3 /s Trong đó : W : cường độ rửa lọc, W = 15 l/s.m2 d : khoảng cách giữa các tâm máng, d = 1 m l: chiều dài của máng, l = 2 m Chiều rộng máng : Bm = K 2 5 3(1,57 ) mq a Trong đó: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 40 Lưu lượng nước rửa thu vào mỗi máng qm : 0,03 m 3 /s a: tỉ số giữa chiều cao phần hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng. Lấy a = 1,3 (quy phạm a = 1-1,5) K: hệ số phụ thuộc hình dạng đáy máng,đáy máng tam giác , K = 2,1 Bm = 5 0,03 2,1 (1,57 1,3)   = 0,338 m 0,34 m a = 2/m CN B h  hCN = 0,34 1,3 0,221( ) 2 2 mB a m     Vậy, chiều cao phần máng chữ nhật hCN = 0,221 m  chiều cao phần đáy tam giác: hĐ=0,17 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng thu nước tập trung là i = 0,01 Chọn chiều dày thành máng: δm = 0,05 m Chiều cao toàn phần máng thu nước rửa: HM = hCN + hĐ + δm = 0,221 + 0,17 + 0,05 = 0,441 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu được xác định theo công thức: HM = 1,2 50 0,3 0,3 0,9 100 100 L e      m Trong đó: L: chiều cao vật liệu lọc, L = 1,2 m. e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50%. 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:0,007m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là HM = 0,441 m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 2 m nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0,441 2 0,01 0,461   m (Vậy HM sẽ phải lấy bằng: HM=0,461+0,07=0,531 m) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 41 Khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa và bề mặt lớp vật liệu lọc 0,9-0,461=0,439 m( theo quy phạm  0,07 m) Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào mương tập trung bố trí cạnh bể,chiều rộng mương,chọn A=0,4m. Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung được xác định : hM =1,75 x 2 3 2 0,2M q g A   = 2 3 2 0,06 1,75 0,2 0,376 9,81 0,6     m Trong đó: qM: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung, qM = 0,06(m 3 /s) A: chiều rộng máng tập trung, chọn A = 0,6 m (quy phạm  0,6 m) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 - Mương dẫn nước xả khi rửa bể lọc rộng 0,6m đặt sâu dưới đáy bể lọc 0,4m.  Tính toán hệ thống phân phối nước rửa lọc: Chọn phương pháp rửa bể bằng gió khí kết hợp Trước tiên gió được thổi với cường độ 15-20l/s.m2 vào để làm tung lớp vật liệu lọc tạo ra độ rỗng lớn,thời gian thổi khoảng 1-2 phút,sau đó rửa nước kết hợp với gió trong thời gian 4-5 phút với cường độ gió 15-20l/s.m2 và nước 2,5-3 l/s.m 2.Sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước.Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần túy với cường độ 5-8 l/s.m2 trong khoảng thời gian 4-5 phút. -Hệ thống rửa nước: Lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể lọc: r 4 14 Q 0,06 1000 1000 F      m 3 /s Trong đó: Qr:lưu lượng nước rửa ngược,m 3 /s F: diện tích bể lọc,F= 4m2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 42 w:cường độ rửa lọc,w= 14 l/s.m2 Vận tốc chảy trong ống chính cho phép từ 1,5-2 m/s.Chọn vc=1,8 m/s r c c Q 4 0,06 4 D 0,206 v 1,8         m Chọn ống chính không rỉ,có đường kính Dc=200 mm Đường kính ngoài ống chính d=220 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước chính: r c 2 ng Q 0,06 v • • ••• 1,91 2 0,2f 4       m/s (thỏa đk) Ống nhánh hàn vào tim ống chính,chiều cao từ đáy bể đến tim ống chính là:220:2=110mm Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh.Chọn 0,25m (quy phạm 0,25-0,3 m) Số ống nhánh trong 1 bể lọc: 2 1 2 1 2 14 0,25 0,25 B m                   ống nhánh Chọn số ống nhánh trong bể lọc là 14 ống,sắp xếp hai bên thành ống theo dạng hình xương cá,mỗi bên 7 ống. Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi nhánh: 3r n Q 0,06 q 4,285 10 14m     m 3 /s=4,28 l/s Theo quy phạm tốc độ nước chảy trong ống nhánh từ 1,8-2 m/s.Chọn vn=2m/s Diện tích ống nhánh là: 3 3•n n n q 4,285 10 f • • =2,142 10 v 2 ô        m 2 Đường kính ống nhánh: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 43 3• n n f 4 2,142 10 4 d •• •• • 0,0522ô          m Chọn đường kính ống nhánh là:55mm Chiều dài 1 ống nhánh : 2 0,22 0,89 2 l    m Kiểm tra tốc độ chảy trong ống nhánh: 3 n 2 4,285 10 4 v 1,8 2 0,055       m/s (thỏa đk) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% (30-35%) tiết diện ngang của ống chính Tổng diện tích lỗ được tính là: 20,2 w 0,35 0,011 4     m 2 Theo quy phạm đường kính lỗ trên ống nhánh từ 10-12 mm.Chọn 10 mm Diện tích 1 lỗ: 2 3 2 l 0,01 w • 7,853 10 m 4     Tổng số lỗ: o 3 0,0110 n • •• 140 7,853 10    lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh: 140 10 14  lỗ Trên mỗi ống nhánh các lỗ xếp thành hai hàng so le nhau hướng xuống và nghiêng một góc 450 so với mặt phẳng.Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh:10/2=5 lỗ Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là: 2 0,22 a • 0,178 2 5     m (0,22 là đường kính ngoài của ống chính) -Hệ thống dẫn gió rửa lọc: Lưu lượng gió rửa lọc của bể lọc: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 44 gi gi 4 18 Q 0,072 1000 1000 ó ó F      m 3 /s Trong đó: F:diện tích bể lọc,m2.F=4 m2 gió :cường độ gió rửa bể lọc theo quy phạm từ 15-20 l/s.m2,chọn wgió=18 l/s.m 2 vận tốc gió trong ống dẫn gió chính quy phạm từ 15-20 m/s,chọn vgió=18m/s Đường kính ống gió chính: gi gi gi Q 4 0,072 4 D = 0,071 •v 1• 8 ó ó ó         m Chọn ống chính bằng thép không gỉ có đường kính Dgió=75 mm Chọn ống phía trong bể lọc bằng nhựa PVC dày 3 mm Kiểm tra lại vận tốc gió: gi gi 2 2 gi Q 4 0,072 4 v 16,30 D 0,075 ó ó ó         m/s Chọn số ống nhánh trong bể lọc là 14 ống,sắp xếp hai bên thành ống theo dạng hình xương cá,mỗi bên 7 ống. Lượng gió cấp cho 1 ống nhánh: gi 3 ó Q 0,072 q • •• • 5,143 10 14 14 ó gi     m 3 /s=5,143 l/s Đường kính ống gió nhánh là: 3 ó nh nh gi 4 q 4 5,143 10 d 0,019 v 18 gi á ó          m Chọn đường kính ống nhánh là:20mm Kiểm tra lại vận tốc gió: 3 gi gi 2 2 ánh q 4 5,143 10 4 v 16,37 d 0,02 ó ó nh          m/s Tính số lỗ trên ống nhánh dựa vào việc chọn tỷ lệ giữa tổng diện tích các lỗ trên diện tích mặt cắt ngang của ống chính. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 45 Chọn tỷ lệ tổng diện tích các lỗ trên ống nhánh bằng 35% (quy phạm từ 35- 40%) diện tích ngang của ống khí chính. Tổng diện tích các lỗ là: 2 2 gi 3 1 D 0,075 f 0,35 0,35 1,546 10 4 4 ó          m 2 Theo quy phạm đường kính lỗ thổi khí từ 2-5 mm.Chọn 3 mm Diện tích 1 lỗ gió: 2 6 1 0,003 f 7 10 4     m 2 Tổng số lỗ gió cần cho bể lọc: 3 ’ 6 1,546 10 m ••• 221 7 10       lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh: 221 15,78 16 14  lỗ Chọn trên 1 ống nhánh có 16 lỗ được bố trí thành 2 hàng so le nhau ở 2 thành ống nhánh,mỗi thành có 8 lỗ Các lỗ đặt nghiêng 1 góc 450 so với trục thẳng đứng của ống và hướng xuống phía dưới. Để phân phối nước và gió rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc loại K1,có đường kính phía trên 70 mm,và tổng chiều dài 188 mm Phân phối nước và gió rửa lọc bằng hệ thống chụp lọc đuôi dài gắn trên sàn đỡ Thiết kế sàn gắn chụp lọc bằng bê tong cốt thép đúc sẵn dưới dạng tấm vuông có kích thước mặt bằng 1m 1m và dày 0,1m. -Tính tổn thất áp lực qua bể lọc nhanh: Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: 2 2 c p •v v h 2 2 n g g      Trong đó: vc:vận tốc nước chảy ở đầu ống chính vc=1,91 m/s THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 46 vn:vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh vn=1,8 m/s g:gia tốc trọng trường,g=9,81m/s2 Hệ số sức cản: 2 2,2 1, 0,35K K       2 2,2 1 18,96 0,35     2 2 p 1• ,91 1,8 h 18,96 3,6905 2 9,81 2 9,81       m -Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: sh 0,22 Lđ    m Ls:chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls=0,5m  :cường độ rửa lọc  =15l/m 2 .s sh 0,22 L 0,22 0,5 15 1,65đ       m -Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc: Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch được xác định qua công thức Carem-Kozeny: 2 s 3 v1f e L h e d g      Trong đó: f:hệ số ma sát  :hệ số hình học lớp vật liệu lọc L:chiều dày lớp vật liệu lọc,m d:đường kính của vật liệu lọc =d60,m vs:tốc độ lọc; vs=8m/h= 32,22 10 m/s e:độ rỗng của lớp vật liệu lọc g=9,81 g/m 2 -Hệ số ma sát: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 47 1 f 150 1,75 Re e    Re: hệ số Reynold s sv vRe d d             :độ nhớt động học của nước,t=250 C 61,003 10   m 2 /s Đối với than anthracite: d10=0,9 mm;k=1,5; 60 10d k d 1,5 0,9 1,35     mm L=0,4  =0,72 e=0,55    3 3 6 0,72 1,35 10 2,22 10 Re 2,151 1,003 10           1 0,55 f 150 1,75=33,13 2,151       2 3 a 3 3 2,22 1033,13 1 0,55 0,4 h • 0,0185 0,72 0,55 1,35 10 9,81          m Đối với cát lọc thạch anh: d10=0,6mm;k=1,5; 60 10d k d 1,5 0,6 0,9     mm L=0,8 m  =0,95 e=0,38    3 3 6 0,95 0,9 10 2,22 10 Re 1,892 1,003 10           1 0,38 f 150 1,75=50,904 1,892     THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 48   2 3 át 3 3 2,22 1050,904 1 0,38 0,8 h • 0,27 0,95 0,38 0,9 10 9,81 c          m Vậy tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch là: Hl= ha+ hcát=0,0185 +0,27=0,2885 m Áp lục để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc Lấy hbm=2 m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là; Ht=hp+hđ+hl+ hbm= =3,6905+1,65+0,2885+2=7,629 m  Tính bơm khí rửa lọc:  Bơm khí dùng rửa lọc được tính toán dựa trên các yêu cầu sau: - Cường độ gió rửa bể lọc là gió =18 l/s.m 2 - Dung tích 1 bể lọc là 2  2 = 4 m2 - Vậy lưu lượng khí dùng rửa lọc là 72 l/s = 0,072 m3/s - Vận tốc không khí chuyển động trong ống, vgió = 18 m/s. - Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là 10 m - Đường kính ống dẫn khí chính là d = 75 mm = 0,075 m - Khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ làm việc là  = 1,13 kg/m 3  Tính cột áp cần thiết của bơm khí: - Cột áp của bơm được tính theo công thức Hb-khí = h1 + h2 + h3 Trong đó: h1: cột áp để khắc phục tổn thất áp lực chung trong ống dẫn khí tính từ máy thổi khí đến bể lọc. h2: cột áp để khắc phục cột nước và lớp cát lọc trên lỗ phân phối gió h3: cột áp để khắc phục tổn thất từ hệ thống phân phối đến mép máng thu nước rửa lọc THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 49  Chọn h1 = 2 m  Tính h2: h2 = 1  H1 + 2  H2 + H3 Với: 1, 2 là trọng lượng riêng của cát và than ăngtraxit H1, H2 là chiều cao lớp cát và lớp than ăngtraxit H3 là chiều cao lớp nước từ mặt lớp vật liệu lọc đến mép máng Ta có 1 = 2,6, H1 = 0,8 m 2 = 1,6, H2 = 0,4 m H3 = 0,9 m  h2 = 2,6  0,8 + 1,6  0,4 + 0,9 = 3,62 m  Chọn h3 bằng chiều cao lớp nước từ ống phân phối đến mép máng thu nước rửa, h3 = 2 m  vậy cột áp cần thiết của bơm gió rửa lọc là: Hb-khí = 2 + 3,62 + 2 = 7,62 m  Áp lực của khí nén là: p = b kh10,33 H 10,33 7,62 10,33 10,33 í  = 1,74 at  Công suất của bơm khí là: giQ N= 102 óL    Với: : hiệu suất chung của máy thổi khí, chọn  = 0,8 Qgió: lưu lượng khí, Qgió = 0,072 m 3 /s    0,29 0,29 L 34400 p – 1 34400 1,74 – 1 5994,08      N = 5994,08 0,072 5,29 102 0,8 kW    THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 50 Chọn bơm khí rửa lọc có công suất 6 kW, với lưu lượng là 0,072 m 3 /s=259,2 m 3 /h và cột áp là 7,62 m, áp lực là 1,74 at.  Tính bơm nước rửa lọc: Bơm rửa lọc có các thông số sau: - Cường độ rửa lọc là 15 l/s.m2 - Diện tích 1 bể lọc là 2  2 = 4 m2 Lưu lượng nước dùng rửa lọc là Qr = 0,06 m 3 /s - Vận tốc nước chảy trong ống(lấy bằng vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước rửa), v = 1,91 m/s. - Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là 20 m - Đường kính ống dẫn khí chính là d = 200 mm = 0,2 m - Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc là  = 998 kg/m3 Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc Hr= ht + hhh + h0 + hcb Trong đó: ht: tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc;hT=7,629 m hhh: là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa(m) hhh=4+3,5-2+0,85=6,35 m 4:chiều sâu mức nước trong bể chứa 3,5:độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa 2:chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,85:khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng thu h0: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc Giả sử chiều dài đường ống nước rửa lọc l=50m Đường kính ống dẫn nước rửa lọc:D=200mm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 51 Qr=0,06 m 3 /s Dựa vào bảng tra thủy lực được i=0,0172 Vậy h i 0,86ô l   m Lấy hô=1 m hcb: tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khoá  Tính hcb: 2 2 cb V 1,91 h (2 0,98 0,26 2 1) 0,7846m 2g 2 9,81 Giả sử trên đường ống rửa lọc có các thiết bị phụ tùng sau: 2 cút 900, 1 van khoá, 2 ống ngắn có hệ số sức kháng  như sau: Cút 90 0 : 0,98 Van khoá: 0,26 Ống ngắn: 1 V: vận tốc nước chảy trong ống, V = 1,91 m/s Vậy áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc: Hr= ht + hhh + h0 + hcb = 7,629 + 6,35 + 1 + 0,7846 = 15,76(m)  Công suất bơm N = Q  H    g 1000   = 0,06 15,76 998 9,81 1000 0,8     = 11,57Kw : hiệu suất chung của bơm,  = 0,8 Chọn bơm rửa lọc có công suất 12kW, với lưu lượng là 0,06 m3/s -Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc: 4 Q D v    m Tốc độ lọc tính toán ở chế độ bình thường của bể lọc nhanh là vbt=5,5 m 3 /m 2 .h(quy phạm là5-6 m3/m2.h) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 52 Bể lọc nhanh có diện tích:4m2 Như vậy trong 1 giờ cần phải cung cấp một lưu lượng nước là: 5,5 4 22Q    m 3 /h V:vận tốc nước chảy trong ống,chọn v= 1m/s (quy phạm từ 0,8-1,2 m/s) Thay các giá trị vào công thức trên,ta có: 4 4 22 0,088 1 3600 Q D v          m Vậy chọn ống dãn nước từ bể lắng sang máng phân phối nước của bể lọc,co đường kính là 90 mm Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: 2 2 4 4 22 0,96 3600 0,09 Q v D          m/s( trong khoảng cho phép) Tỷ lệ nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc: 1 0 60 100 % 1000 F t N P Q T         Trong đó:  :cường độ rửa lọc; F:diện tích 1 bể lọc N:số bể lọc Q:công suất trạm xử lí T0:thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa (giờ)  0 1 2 3 T T t t t n     T :thời gian công tác của bể trong 1 ngày,T=8h 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,h t1=0,1 h; t2=0,17h ;t3=0,35h  0 8 0,1 0,17 0,35 7,38 1 T      h THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 53 15 4 6 60 1 100 11% 25 7,38 1000 P          Bảng 4: Một số thông số bể lọc nhanh Bể lọc nhanh Giá trị Kích thước(m) 2  2 Chiều cao(m) 4,7 Chiều dày lớp vật liệu lọc(m) 1,2 Rửa lọc Cường độ nước rửa lọc:(l/m2.s) 15 Công suất bơm nước rửa lọc(kW) 11,57 Cường độ khí rửa lọc(l/m2.s) 18 Công suất bơm khí rửa lọc(kW) 5,29 3.4 Bể chứa nước sạch: -Nhu cầu dùng nước của trạm xử lí: Nhu cầu dùng nước của trạm xử lí bao gồm: -Nước vệ sinh trạm xử lí -Nhu cầu sinh hoạt trong trạm xử lí -Nước dùng để rửa ngược bể lọc Nhu cầu vệ sinh nhà máy không ổn định và nhỏ so với nhu cầu dùng nước khác nên có thể bỏ qua trong phần tính toán dưới đây: Thể tích cần thiết cho sinh hoạt công nhân trong trạm xử lí: Số lượng công nhân trong trạm xử lí là 2 người và nhu cầu dùng nước cho công nhân có sử dụng vòi hoa sen là 150l/người.ngày Nhu cầu dùng nước trong sinh hoạt công nhân của trạm xứ lí: 3 3 3 1 150 W 2 10 / 3,3 / l ng m l m day ng day      Thể tích cần thiết để rửa bể lọc: Bể lọc cần thể tích nước rửa là: -Nước rửa trên bề mặt -Nước rửa ngược THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 54 Thể tích nước rửa trên bề mặt: Ban đầu rửa bề mặt với lưu lượng : 3W ,s s sQ t m  Với Qs:lưu lượng rửa bề mặt,m 3 /phút Ts:thời gian rửa,phút;theo quy phạm thời gian rửa 7-8 phút,trong đó 2-3 phút rửa trước khi cho phối hợp với nước rửa lọc từ dưới lên. Lưu lượng rửa bề mặt: Qs sq F  ,m 3 /phút qs:cường độ rửa bề mặt .Chọn 0,75l/m 2.s(quy phạm 0,5-0,75l/m2.s) F: diện tích bể lọc;F=4 m2 Vậy: 3 3 3 2 2 Q 0,75 10 60 4 0,18 . út út s s m s m q F m m s ph ph        Thể tích nước rửa bề mặt: 3 3 sV 0,18 8 út 1,44 út m ph m ph    Thể tích rửa ngược: 3 nV ,bq t m  Trong đó: qb:lưu lượng nước rửa ngược, qb=0,06 m 3 /s Vn:thể tích rửa ngược, m 3 Vậy: 3 3 nV 0,06 60 8 út 28,8 út m s ph m s ph     Tổng thể tích rửa ngược: W2=Vs+Vn=1,44+28,8=30,24 m 3 Suy ra:Nhu cầu dùng nước của trạm: V1=W1+ W2=0,3+30,24=30,54 m 3 Cân bằng giữa nhu cầu của mạng lưới và đầu ra của trạm xử lý: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 55 Thể tích bể chứa được xác định từ chênh lệch công suất bơm và công suất của trạm xử lý nước: 3 2V 30% 30% 200 60 m Q day      m 3 Thể tích bể chứa: Vb= V1 +Vs=30,54+60=90,54 m 3 Chọn thể tích bể: Vb=91 m 3 Chiều cao mực nước bể chứa 4m;chiều cao an toàn là 0,3 m Bể được xây dựng nửa chìm nửa nổi. Diện tích bể chứa: V 91 S 21,16 4,3 b H    m 2 Chọn: 6,5 3,5 4,3L B H m m m     Khử trùng nước:Chọn phương pháp khử trùng bằng chlorine Cl2+H2O  HCl+HOCl HOCl HCl+O HOClH++OCl- Nhu cầu chlorine trung bình trong ngày: tbG a Q  kg/day a:liều lượng chlorine trung bình,chọn a=0,85 mg/l(quy phạm từ 0,7-1 mg/l) Q:liều lượng xử lý,Q=200 m3/day 3 6 3 tb 3 G 0,85 200 10 10 0,17 / mg m mg l kg day l day kg m      Lượng chlorine dự trữ trong 45 ngày: dt tbG 45 G 45 0,17 7,65kg     Lượng chlorine sự dụng tối đa trong ngày: 3 6 3 max 3 G 1 200 10 10 0,2 / mg m mg l kg day l day kg m      THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 56 Chọn thiết bị định lượng chlorine cần thiết là 2,trong đó có một thiết bị dự phòng với lưu lượng trung bình. Đường kính ống dẫn khí chlorine: chlorined 1,2 q v   Trong đó:q :lưu lượng giây lớn nhất của khí clo hoặc clo lỏng (m3/s),lấy lớn hơn trung bình giờ từ 3-5 lần,trọng lượng thể tích của Clo lỏng:1,4 T/m3,của Clo khí:0,0032 T/m 3 v:tốc độ trong đường ống,lấy bằng 2,5-3,5 m/s đối với Clo khí và ),8 m/s đối với Clo lỏng 6 3 4 0,17 q 7,38 10 3600 8 0,0032 10       m 3 /s Vậy: 6 4 chlorine 7,38 10 d 1,2 9,31 10 0,931 3,5       mm Chọn chlorined =1 mm 3.5 Tính toán sân phơi bùn: Lượng cặn khô xả ra hằng ngày được tính theo công thức: G C  Q 1000 (kg/day) Trong đó: - G: Lượng cặn khô tích lại ở bể lắng sau một ngày, (kg/day) - Q: Lượng nước xử lý, Q = 200 (m3/day) - C : Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lọc; C = 5,908 (mg/l) Vậy 1,1816 5,908 G C     Q 200 1000 1000 (kg/day) Lượng bùn cần nén trong 1 tháng: 2G 1 30 1,1816 35,448    kg Diện tích mặt sân cần thiết: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 57 2G 35,448 0,322 110 F a    m 2 Chọn sân hình chữ nhật:chiều rộng bằng 1/4 chiều dài Ta có: 24 0,322 0,28B B m    Chọn B=0,3 m 4 0,3 1,2L m    Bùn chứa trong sân khoảng 1 tháng,nồng độ bùn khô đạt 25%,tỷ trọng bùn: 1,2  kh« t/m 3 Thể tích bùn khô trong sân là: 3 2 ô G 35,448 10 V = 0,03 1,2 kh     (m 3 ) Chiều cao bùn khô trong sân là: ô ô 0,03 0,083 0,36 kh khh    V F (m) Lượng cặn khô xả ra hằng ngày G=1,1816 kg;nồng độ cặn:3%;tỷ trọng:1,03 t/m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả ra hằng ngày: 3 1,1816 100 39,39 3 G    Thể tích bùn loãng xả ra trong một ngày là: 3 3 lo ng 39,39 10 V 0,038 1,03 ã      lo·ng G (m 3 ) Chiều cao bùn loãng trong sân là: lo ng 0,038 h 0,11 0,36 ã    lo·ng V F (m) Vậy chiều dày của lớp bùn trong sân phơi là: Hsân = hkhô + hloãng = 0,083+ 0,11 = 0,193 (m) Lấy chiều cao dự trữ = 0,3 (m), chiều dày lớp sỏi ở đáy hđáy = 0,4 (m) khi đó chiều cao thành máng của sân phơi là H=0,193 + 0,3 + 0,4 = 0,893 (m). Chọn H= 1m THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 58 3.6 Tính toán thiết bị pha chế hóa chất kiềm hóa:  Tính toán lượng xút cần thiết: Ta có:pH sau quá trình làm thoáng là 6,1 < 6,8châm NaOH để nâng pH.Fe 2+ sẽ dễ dàng chuyển hóa thành Fe3+ trong môi trường pH=7-7,5. NaOH  Na+ + OH- H + + OH -  H2O Lượng NaOH để nâng pH=6,1 lên 7,5 là:    6,1 7,5 340 10 10 1000 0,0305 / 30,5 /NaOH g l g m       Khối lượng xút sử dụng trong 1 ngày: 30,5 200 6100  g/ngày= 6,1 kg/ngày Lượng xút thị trường với độ tinh khiết 95% cần dùng cho 1 ngày: 6,1 6,421 0,95 G   kg  Tính toán dung tích bể pha xút 5%: Thể tích bể xút nồng độ 5% là: W 10.000 v v v Q n P b       m 3 Trong đó: Q:lưu lượng nước tính toán,Q=25 m3/h n:thời gian giữa hai lần pha vôi,n=8h Pv:liều lượng xút cho vào nước(mg/l) bv:nồng độ vôi sữa (%), bv=5%  :khối lượng riêng của xút,  =1,1 tấn/m3 325 8 6,421W 0,0233 23,3 10.000 10.000 5 1,1 v v v Q n P m l b              Sử dụng các thùng dung tích 50l,vật liệu chế tạo là nhựa PE để pha xút. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCXDVN 33:2006: Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình - Tiêu chuẩn thiết kế [2] TS.Nguyễn Phước Dân – Giáo trình nước cấp. Khoa môi trường Trường ĐHBK TP.HCM [3] PTS.Nguyễn Ngọc Dung – Xử lí nước cấp. Nhà xuất bản Xây dựng 1999 [4] TS.Trịnh Xuân Lai – Cấp nước tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật 2002 [5] TS.Trịnh Xuân Lai – Xử lí nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội 2008 [6] Nguyễn Thị Thu Thủy – Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp [7] Nguyễn Lan Phương – Xử lý nước cấp. Khoa Môi trường ĐHBK Đà Nẵng [8] Nguyễn Lan Phương – Cấp nước sinh hoạt và công ngiệp. Khoa Môi trường ĐHBK Đà Nẵng