Xử lý nước cấp

t tài liệu tham khảo 39 Mở đầu N ước là tài nguyên vô cùng quan trọng và cần thiết cho sự sống trên Trái Đất. Mọi sự sống từ các loài thực vật, các loài vi sinh vật, các loài động vật đến con người trong sự tồn tại và phát triển hàng ngày, hàng giờ đều cần có nước. Trên Trái Đất, nước có ở mọi nơi và nhu cầu dùng nước ngày một cao. Hiện nay trên Trái Đất có đến 700 triệu người thường xuyên sống trong tình trạng thiếu nước sạch. Tổng trữ lượng nước trên Trái Đất khoảng 1386 triệu km3 trong đó nước biển và đại dương chiếm đến 97,4%, còn nước ngọt chỉ có 2,6%. Trong tổng số nước ngọt thì các băng ở các cực chiếm 77,2%, nước ngầm trong lòng đất 22,4%, nước hồ đầm 0,35%, dạng hơi nước trong khí quyển là 0,04% còn nước sông suối là 0,01%. Nước ngọt có thể sử dụng được chiếm chưa đến 1% toàn bộ khối lượng thuỷ quyển. Nhưng nhờ quá trình tuần hoàn của nước và với khối lượng khổng lồ nên nguồn nước ngọt được phục hồi liên tục. Qua quá trình đô thị hoá, công nghiệp hoá và nông nghiệp thâm canh ngày càng phát triển thì vấn đề ô nhiễm nguồn nướcmặt, nước ngầm càng trở nên phổ biến. Vì vậy việc xử lý nước cấp cho sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và các ngành kinh tế quốc dân khác là nhiệm vụ không phải của một vùng, một dân tộc, một quốc gia mà là của toàn cầu. Phần I Xác định các chỉ tiêu và đánh giá chất lượng nguồn nước 1_ Tổng hàm lượng muối : Tổng hàm lượng muối trong nước nguồn được xác định theo công thức : P = + + 1,4[Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO3- ] (mg/l) trong đó Tổng nồng độ các ion dương : ồ Me+ = [NH4+ ] + [Ca2+ ] + [Mg2+ ] + [Na2+ ] = 0 + 60,12 + 17,1 + 46,0 = 123,22 (mg/l) Tổng nồng độ các ion âm : ồ Ae- = [SO42- ] + [NO2-] + [Cl- ] + [NO3-] = 96,0 + 0,1 + 37,8 + 0,3 = 134,2 (mg/l) Suy ra P = 123,22 + 134,2 + 1,4.14 + 0,5.2,8 + 0,13.1,55 = 381,22 (mg/l) 2_ Hàm lượng CO2 hoà tan : Hàm lượng CO2 hoà tan được xác định dựa vào biểu đồ Langlier và các số liệu cho trước : P = 381 (mg/l) t = 220C Kitp = 3,4 mgđl/l pH = 7,4 Kết quả : [CO2] = 13 (mg/l) 3_ Kiểm tra sự chính xác các chỉ tiêu cho trước : *Độ cứng toàn phần : Ctp = = 4,4 (mgđl/l) *Độ kiềm toàn phần : Do pH = 7,4 nên độ kiềm chủ yếu do ion HCO3- gây ra Kitp = = = 3,4 (mgđl/l) *Độ cứng cacbonat : Cc = Kitp = 3,4 ( mgđl/l) Như vậy các số liệu đã cho là chính xác. 4_ Đánh giá chất lượng nguồn nước : Dựa vào các chỉ tiêu về chất lượng nguồn nước ta thấy nguồn nước ngầm sử dụng có các thông số sau chưa đạt yêu cầu : Thông số Nguồn nước đánh giá Tiêu chuẩn cho phép Độ ôxi hoá pecmanganat 3,0 mg/l 2 mg/l Hàm lượng sắt toàn phần 16,0 mg/l 0,3 mg/l Hàm lượng cặn lơ lửng CTB = 10,0 mg/l 3 mg/l H2S 0,16 mg/l 0mg/l Như vậy nhiệm vụ thiết kế là phải lựa chọn dây chuyền công nghệ phù hợp sao cho nước cấp sau xử lí phải đảm bảo các thông số cho phép. Phần II sơ bộ lựa chọn dây chuyền công nghệ 1_ Để khử sắt ta dùng phương pháp làm thoáng tự nhiên : *Do nước có độ oxi hoá không cao : [O2] = 3 (mg/l) > 0,15[Fe2+] + 3 = 0,15.14 + 3 = 5,1 (mg/l) Nên ta không phải clo hoá sơ bộ trước khi đưa nước đến các công trình làm thoáng tự nhiên. *Độ kiềm sau khi làm thoáng : Ki* = Ki0 – 0,036[Fe2+] Ki0 : độ kiềm của nước nguồn. Ki0 = 3,4 mg/l Suy ra : Ki* = 3,4 – 0,036.14 = 2,9 (mgđl/l) *Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng : CO2* = CO20 (1 – a) + 1,6[Fe2+] trong đó : a : hệ số khử CO2 trong các công trình làm thoáng. Đối với công trình làm thoáng tự nhiên a = 0,5. CO20 : hàm lượng khí cacbonic tự do trong nước nguồn [CO2] = 13 mg/l Suy ra : CO2* = 13(1 – 0,5) + 1,6.14 = 28,9 (mg/l) *Độ pH sau khi làm thoáng : Dựa vào biểu đồ quan hệ giữa Ki, CO2 và độ pH trong nước Ki* = 2,9 (mgđl/l) P = 381,2 (mg/l) CO2* = 28,9 (mgđl/l) t = 220C xác định được pH* = 6,98 *Do các thông số thoả mãn điều kiện (1) : [Fe2+] = 14 mg/l < 15 mg/l [NH4+] = 0 mg/l < 1 mg/l [O2] = 3 mg/l < (0,15. [Fe2+].5) mg/l M = 4 độ < 15 độ (khi bơm khỏi giếng) pH = 6,98 > 6,8 (sau khi làm thoáng ) Ki* = 2,9 mgđl/l > [1 + ] (còn lại trong nước) nên ta khử sắt bằng phương pháp làm thoáng đơn giản. *Kiểm tra sự ổn định của nước sau khi khử Fe : Độ ổn định của nước được đặc trưng bằng hệ số i và được xác định : i = pH* - pHS trong đó : pH* : độ pH của nước sau khi làm thoáng pH* = 6,98 pHS : độ pH ở trạng thái bão hoà CaCO3 của nước sau khi khử sắt. pHS được xác định theo công thức : pHS = f1(t) – f2(Ca2+) – f3(Ki*() – f4(P) f1(t) : hàm số nhiệt độ cảu nước (0C) f2(Ca2+) : hàm số phụ thuộc lượng ion Ca2+ có trong nước (mg/l) f3(Ki*) : hàm số phụ thuộc độ kiềm của nước (mgđl/l) f4(P) : hàm số biểu thị tổng hàm lượng muối của nước (mg/l) tra biểu đồ ta được : f1(22) = 2,05 (0C) f2(60,12) = 1,8 (mg/l) f3(2,9) = 1,48 (mgđl/l) f4(381,22) = 8,83 (mg/l) suy ra pHS = 7,6 i = 6,98 – 7,6 = - 0,62 i < 0 và i (- 0,5; 0,5) nên nguồn nước có tính xâm thực. Để làm mất khả năng xâm thực của nước ta dùng phương pháp kiềm hoá ( dùng vôi ). Do pH* < pHS < 8,4 nên lượng vôi tính theo CaO được xác định theo công thức : LV = 28.b.Ki* (mg/l) b : hệ số phụ thuộc vào độ p H của nước và chỉ số ổn định i.. Từ biểu đồ quan hệ giữa pH và i ta có b = 0,08. Suy ra LV = 28.0,08.29 = 64,96 (mg/l) Vậy liều lượng vôi ở trên (tính theo CaO) cho vào nước sau quá trình khử sắt để làm ổn định nước đồng thời nâng độ pH lên sẽ là 64,96 mg/l. *Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng : C*max = C0max + 1,92[Fe2+] + 0,25.M (mg/l) trong đó C0max : hàm lượng cặn lơ lửng lớn nhất trong nước nguồn trước khi làm thoáng C0max = 11,0 (mg/l) M : độ màu của nước nguồn M = 4 (độ Coban) Suy ra C*max = 11 +1,92.14 +0,25.4 = 38,88 mg/l Với C*max = 38.88 mg/l > 20 mg/l ta sử dụng bể lắng tiếp xúc. Mặt khác công suất tính toán Q = 27000 m3/ngđ nên ta xử dụng bể lắng tiếp xúc ngang rồi bể lọc nhanh. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước nguồn được thể hiện trong hình sau : Làm thoáng tự nhiên bằng giàn mưa nước ngầm từ Bể chứa nước sạch Bể lọc nhanh Bể lắng tiếp xúc ngang Bể trộn đứng trạm bơm giếng tới dung dịch vôi (5 – 10%) chất khử trùng phần III Tính toán công nghệ I_ Công trình làm thoáng tự nhiên (giàn mưa): 1. Tính toán giàn mưa : *Diện tích mặt bằng của giàn thoáng tính theo công thức : F = (m2) trong đó : Q : lưu lượng nước xử lý Q = 27000 m3/ngđ = 1125 m3/h qm : cường độ mưa. Chọn qm = 10 m3/m2.h Suy ra : F = = 112,5 (m2) Để thu được nhiều không khí, giàn mưa được chia thành 8 ngăn và bố trí thành một hàng vuông góc với hướng gió chính. *Diện tích mặt bằng của 1 ngăn giàn mưa sẽ là : f = = = 14 (m2) Chọn kích thước của mỗi ngăn giàn mưa sẽ là 4´ 3,5 = 14 m2 *Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của giàn mưa được tính theo công thức : Ftx = (m2) trong đó : +K : hệ số khử khí lấy theo biểu đồ 5-8_Giáo trình xử lý nước cấp_Nguyễn Ngọc Dung_ NXB Xây Dựng. Khi cường độ nước tưới là 10m3/m2.h Chọn vật liệu tiếp xúc là than cốc đường kính trung bình 41mm ứng với nhiệt độ của nước nguồn 220C K = 0,085 (m/h) +G : lượng CO2 tự do cần khử (kg/h) Lượng CO2 tự do cần lấy đi được xác định theo công thức : G = (kg/h) trong đó : Q : công suất trạm xử lý Q = 1125m3/h Cl : lượng CO2 tự do đơn vị lấy đi khỏi nước để tăng độ pH lên 7,5 tính theo công thức : Cl = 1,64[Fe2+] + (Cđ - Ct) (mg/l) [Fe2+] : hàm lượng sắt có trong nước nguồn bằng 12mg/l 1,64 : lượng CO2 tự do tách ra khi thuỷ phân 1 mg sắt của nước nguồn (mg/l) Cđ : hàm lượng CO2 tự do ban đầu trong nước nguồn Cđ = 13 mg/l Ct : nồng CO2 tính toán ứng với độ pH = 7,5 và độ kiềm của nước nguồn Ct = Cbđ.b.g (mg/l) Cbđ : nồng độ CO2 tự do xác định theo biểu đồ ứng với pH và Ki đã biết ở nhiệt độ 200C Cbđ = 13 (mg/l) b:hệ số kể đến hàm lượng muối hoà tan trong nước xác định theo bảng 5.1_GTXLNC P = 381 mg/lịb = 0,95 g : hệ số kể đến nhiệt độ của nước lấy theo bảng 5,2_GTXLNC t = 220C ị g = 0,98 Suy ra Ct = 13.0,95.0,98 = 12,1 (mg/l) Cl = 1,64.12 + (13 – 12,1) = 20,58 (mg/l) G = = 23,15 (kg/h) +CTB : lực động trung bình của quá trình khử khí xác định theo công thức : (kg/m3) Trong đó : Cmax = 1,64[Fe2+] + Cđ = 1,64.12 + 13 = 32,68 (mg/l) Vậy = 0,021 (kg/m3) Suy ra Ftx = = 12969 (m2) *Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc tính theo công thức : W = (m3) trong đó : ftx : diện tích tiếp xúc đơn vị (m2/m3) có thể xác định theo bảng 5.3_ GYXLNC. Với vật liệu tiếp xúc là than cốc dạng cục đường kính 41mm thì ftx = 86 (m2/m3) Suy ra W = = 150,80 (m3) *Chiều cao tổng cộng lớp vật liệu tiếp xúc trong giàn mưa được tính như sau : htx = = 1,34 (m) trong đó F : diện tích tiết diện ngang của giàn mưa F = 112,5 (m2) Lấy chiều cao lớp tiếp xúc ở mỗi sàn là 0,33m (Qui phạm 0,3 – 0,4m) . Thiết kế giàn mưa 4 tầng. Tổng chiều cao giàn mưa sẽ là 0,8.4 +0,3 = 3,5m, chiều cao mỗi ngăn là 0,8m; chiều cao ngăn thu là 0,3m. *Lưu lượng nước lên mỗi ngăm của giàn mưa sẽ là : q = 140,63 (m3/h) = 39,1 (l/s) Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa bằng thép DC = 250mm = 0,25m qC = w.vC ị vC = (m/s) (Qui phạm 0,8 – 1,2 m/s) *Chọn khoảng cách giữa 2 ống nhánh là 0,25m (Qui phạm 0,25 – 0,3m) Số ống nhánh một ngăn được tính : m = (ống) Vậy mỗi bên có 16 ống nhánh. Lưu lượng nước chảy trong 1 ống nhánh là : qn = (m3/h) Chọn đường kính ống nhánh là DN = 28mm = 0,028m vN = (m/s) (Qui phạm 1,8 – 2m/s) *Với DC = 280mm thì tiết diện nganh của ống chính : (m2) Tổng diện tích các lỗ cần đục trên các ống nhánh bằng 35% (Qui phạm 30 – 35%) tiết diện ngang của ống chính. Suy ra tổng diện tích các lỗ w = 0,35.0,049 = 0,01715 (m2) Chọn đường kính lỗ phun nước ra ở ống nhánh d = 6mm (qui phạm 5 – 10mm). Suy ra diện tích một lỗ wlỗ = (m2) Vậy tổng số lỗ là : n = (lỗ) Số lỗ trên 1 ống nhánh : n1 = (lỗ) ị 1 bên của 1 ống nhánh có 9 lỗ Như vậy trên mỗi ống nhánh ta đục 16 lỗ ặ6 thành 2 hàng so le nhau hướng xuống dưới và nghiêng so với phương ngang 1 góc 450. Bố trí 5 vòi phun nước rửa sàn d = 20mm nằm về một phía của giàn mưa, với khoảng cách phục vụ xa nhất là 10m. Trang bị 10 ống thoát nước rửa sàn d = 100mm để xả nước thau rửa sàn mưa. 2. Cấu tạo giàn mưa : Giàn mưa được xây dựng bằng trụ bê tông cốt thép kết hợp giàn ống thép có đục lỗ ống dẫn nước lên giàn mưa Hệ thống phun mưa Sàn đập nước (tung nước) Sàn thu nước ống dẫn nước đến bể trộn Cửa chắn nước và thu gió Giàn mưa hay còn gọi là công trình làm thoáng tự nhiên có chức năng làm giàu oxi cho nước và khử khí CO2 có trong nước. Giàn mưa cho khả năng thu được lượng oxi hoà tan bằng 55% lượng oxi bão hoà và có khả năng khử được 75 – 80% lượng CO2 có trong nước. Cấu tạo giàn mưa gồm các bộ phận: 1. Hệ thống phân phối nước : bằng hệ thống máng phân phối. Hệ thống máng phân phối bao gồm : 1 máng chính có tiết diện chữ nhật và có máng phụ vuông góc với máng chính có tiết diện hình chữ V với các răng cưa ở mép trên của máng để phân phối nước. Khoảng cách giữa trục các máng phụ là 0,3m, khoảng cách trục các răng cưa là 35mm, chiều sâu răng cưa là 25mm. Khoảng cách từ mép máng chính đến mép máng phụ lấy từ 30 – 100mm. 2. Sàn tung nước : được đặt dưới máng phân phối với khoảng cách 0,6m. Sàn tung được làm bằng sàn tre gồm các nửa cây tre xếp cách mép nhau 5cm. 3. Sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc : nằm phía dưới sàn tung nước. Gồm 4 sàn bố trí cách nhau 0,8m, sàn làm bằng tôn có đục lỗ, tỉ lệ lỗ chiếm 35% diện tích sàn. Phía trên mỗi sàn đổ lớp than cốc dáy 34cm. Lớp vật liệu này có chức năng chia nước thành những màng mỏng xung quanh vật liệu tiếp xúc để tăng khả năng tiếp xúc giữa nước và không khí. 4. Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước : Thiết kế hệ thống cửa chớp bằng gỗ để thu O2 của khí trời kết hợp với việc đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa. Góc nghiêng giữa cửa chớp với mặt phẳng nằm ngang là 450. Khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200mm. Các 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. 5. Sàn và ống thu nước : Sàn thu nước được đặt ở dưới đáy giàn mưa có độ dốc từ 0,02 – 0,05 làm bằng bê tông cốt thép. Để thu được nhiều oxi của khí trời và đuổi được nhiều khí CO2 có trong nước, giàn mưa được thiết kế hình dáng mỏng và kéo dài theo hướng vuông góc với hướng gió chính. Chiều rộng giàn bằng 4m. Ngoài 5 bộ phận chính, giàn mưa còn được trang bị ống dẫn nước lên giàn mưa, ống dẫn nước xuống bể trộn đứng có lắp van, các vòi nước và ống cao su để thau rửa cặn sắt bám vào sàn tung, các ống thoát nước. Chu kì thau rửa giàn mưa là mỗi tuần 1 lần. II_ Bể trộn đứng (trộn thuỷ lực): Bể trộn đứng có hình dạng mặt bằng vuông hoặc tròn, phần dưới cấu tạo hình tháp hoặc chóp với góc đáy a = 30 – 400. Tính toán bê trộn đứng : Công suất trạm xử lý : Q = 27000 m3/ngđ = 1125 m3/h = 0,3125 m3/s = 312,5 l/s Diện tích tiết diện ngang của phần trên của bể trộn tính với vận tốc nước dâng vd = 25mm/s = 0,025 m/s là : ft = (m2) Mặt bằng phần trên của bể trộn có hình vuông với chiều dài mỗi cạnh : bt = (m) Chọn đường kính ống dẫn nước nguồn vào bể là D = 550mm = 0,55m ứng với Q = 0,3125 m3/s thì v = (m/s) (qui phạm 1 – 1,5m/s) Đường kính ngoài của ống dẫn nước vào bể sẽ là 577mm = 0,577m Do đó diện tích đáy bể (chỗ nối với ống) sẽ là : fđ = 0,577.0,577 = 0,333 (m2) Chọn góc nón a = 400 thì chiều cao phần hình tháp (phần dưới bể) sẽ là : hđ = (m) Thể tích phần hình tháp của bể trộn bằng : Wđ = = 20,18 (m3) Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu lại của nước trong bể là 1,5 phút sẽ là : W = (m3) Thể tích phần trên (hình hộp của bể) sẽ là : Wt = W – Wđ = 28,13 – 20,18 = 7,95 (m3) Chiều cao phần trên của bể là : ht = (m) Chiều cao toàn phần của bể sẽ là : h = ht + hđ = 0,636 + 4,07 = 4,7 (m) Dự kiến thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau, vì vậy lưu lượng nước tính toán của máng sẽ là : qm = (m3/h) Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng vm = 0,6m/s sẽ là : fm = (m2) Chọn chiều rộng máng bm = 0,5m thì chiều cao lớp nước tính toán trong máng sẽ là : hm = (m) Độ dốc của máng về phía ống tháo nước lấy bằng 0,02 tổng diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy qua lỗ vl = 1m/s sẽ là : Sfl = (m2) Chọn đường kính lỗ dl = 30mm thì diện tích mỗi lỗ sẽ là : fl = (m2) Tổng số lỗ trên thành máng sẽ là : n = (lỗ) Các lỗ được bố trí ngập trong nước 70mm (đến tậm lỗ), chu vi phía trong của máng là : Pm = 4bt = 4.3,54 = 14,16 (m) Khoảng cách giữa các tâm lỗ : e = (m) Khoảng cách giữa các lỗ : e – dl = 0,032 – 0,03 = 0,002 (m) Với Q = 312,5 l/s, chọn ống dẫn sang bể phản ứng d = 650mm ứng với v = (m/s) Cấu tạo bể trộn đứng : Sử dụng bể trộn đứng để kiềm hoá nước bằng vôi sữa. Ưu điểm : bảo đảm giữ cho phần vôi ở trạng thái lơ lửng, làm cho quá trình hào tan vôi được thực hiện triệt để. Bể trộn đứng có hình dạng mặt bằng hình vuông, mỗi cạnh dài 3,54m, phần dưới cấu tạo hình tháp với góc ở đáy a = 400. Đường ống dẫn nước vào bể Máng thu nước được bố trí dọc theo bể Mương tập trung ống dẫn nước đến các công trình tiếp theo ống xả kiệt ống dẫn dung dịch hoá chất Quá trình khuấy : nước đưa vào xử lý chảy từ dưới lên. Tốc độ dòng nước đưa vào phía đáy vd = 1,3m/s. Với tốc độ này sẽ tạo nên chuyển động rối, làm cho nước trộn đều với dung dịch chất phản ứng. Nước vào từ đáy dâng lên với tốc độ nước dâng vd = 25mm/s. Sau đó theo máng vòng quanh bể có đục lỗ chảy ngập vào máng dẫn tới máng tập trung từ đó chảy sang bể lắng tiếp xúc. Tốc độ nước chảy trong máng vm = 0,6m/s. Thời gian nước lưa lại trong bể không vượt quá 2 phút. III_Bể lắng tiếp xúc ngang : Dùng bể lắng ngang thu nước ở cuối cho trạm xử lý. Tính toán bể lắng ngang : Diện tích mặt bằng của bể tính theo công thức : F = (m2) trong đó : Q : lưu lượng tính toán Q = 1125 m3/h a : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của thành phần vận tốc rối của dòng nước theo phương thẳng đứng. Theo thực nghiệm : Trong đó u0 : tốc độ lắng tự do của hạt cặn nhỏ nhất cần giữ lại (mm/s). Chọn u0 = 0,55mm/s (QP 0,5 - 0,6mm/s) vTB : tốc độ trung bình của dòng nước trong bể (mm/s). vTB = Ku0 = 10.0,55 = 5,5 (mm/s) K : hệ số phụ thuộc vào chiều dài và chiều sâu của vùng lắng. Chọn tỉ số L/H0 = 15, theo bảng3.1_GTXLNC có K = 10 Suy ra : (m2) Chọn chiều cao vùng lắng H0 = 3m (QP 2,5 – 3,5m) Số bể lắng ngang N = 2, chiều rộng mỗi bể sẽ là : (m) Mỗi bể lắng chia làm 3 ngăn, chiều rộng mỗi ngăn là : (m) Chiều dài bể lắng sẽ là : L = (m) Tỉ số L/H0 theo tính toán bằng = 15 đúng bằng tỉ số đã chọn. Nếu chiều rộng mỗi ngăn b = 3,16m, hàng lỗ cuối cùng nằm cao hơn mức độ tính toán 0,3m (QP 0,3 – 0,5m)thì diện tích công tác của vách ngăn phân phối của bể, đặt cách đầu bể 1,5m (QP 1 – 2m) sẽ là : Fn = b(H0 – 0,3) = 3,16 (3 – 0,3) = 8,532 (m2) Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn của bể là : qn = (m3/h) = 0,033 (m3/s) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào là : (m2) (QP vl1 = 0,2 – 0,3m/s) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nước ở cuối bể đặt cách tường 1,5m (QP 0,5 – 1,5m) : (m2) (QP vl2 = 0,5m/s) Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất d1 = 0,06m (QP d = 0,05 – 0,15m). Diện tích một lỗ là : fl1 = (m2) Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất là : n1 = (lỗ) Đường kính lỗ ở vách ngăn thu nước thứ hai là d2 = 0,05m. Diện tích lỗ : fl2 = (m2) Tổng số lỗ ở vách ngăn thu nước thứ hai : n2 = (lỗ) ở vách ngăn phân phối bố trí thành 8 hàng dọc và 5 hàng ngang tổng số lỗ đục là : 8 ´ 5 = 40 lỗ. Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng dọc là : (3 – 0,3)/5 = 0,54 (m) Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng ngang : (m) Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kì với thời gian giữa 2 lần xả cặn T = 24 giờ. Thể tích vùng chứa nén cặn của một bể lắng là : Wc = (m3) Trong đó : T : Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn (0 – 24h) (khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường) T = 24h Q = 1125 m3/h N : số lượng bể lắng ngang N = 2 bể C : hàm lượng cặn còn lại trong nước cau khi lắng lấy từ 10 – 12 mg/l Chọn C = 12 mg/l d : nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt lấy theo bảng 3.3_GTXLNC d = 10000 C*max : hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng C*max = C0max + 1,92[Fe2+] + 0,25M (mg/l) C0max : hàm lượng cặn trong nước nguồn C0max = 11 mg/l M : độ màu của nước nguồn (độ) thang màu Pt – Co M = 4 (độ) Suy ra C*max = 11 +1,92.14 +0,25.4 = 38,88 (mg/l) Wc = (m3) Diện tích mặt bằng một bể lắng là : fb = (m2) Chiều cao trung bình của phần chứa nén cặn là : Hc = (m) Chiều cao trung bình của bể lắng là : Hb = H0 + Hc = 3 + 0,09 =3,09 (m) Chiều cao xây dựng bể có kể chiều cao bảo vệ (0,3 – 0,5m) là : HXD = 3,09 +0,4 = 3,49 (m) Tổng chiều dài bể lắng kể cả 2 ngăn phân phối và thu nước : Lb = 45 +2.1,5 = 48 (m) Thể tích một bể lắng là : Wb = Lb.Hb.B = 48.3,09.9,47 = 1404,6 (m3) Lưu lượng nước tính bằng % mất đi khi xả cặn ở một bể : P = (%) trong đó : KP : hệ số pha loãng, khi xả cặn bằng thuỷ lực KP = 1,5 P : được tính bằng % lưu lượng nước xử lý P = % Hệ thống xả cặn làm bằng máng đục lỗ ở hai bên và đặt dọc theo trục mỗi ngăn, Thời gian xả cặn qui định t = 8 – 10 phút lấy t = 10 phút. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1m/s. Dung tích chứa cặn của một ngăn là : Wc-n = (m3) Lưu lượng cặn của một ngăn : qc-n = (m3/s) Diện tích của máng xả cặn chọn vm = 1,5m/s Fm = (m2) Kích thước máng a = b/2. Nếu a = 0,3m thì b = 0.6m. Tốc độ nước qua lỗ bằng 1,5m. Chọn dl = 30mm (QP dlỗ ³ 25mm) fl = (m2) (m2) Số lỗ một bên máng xả cặn : n = (lỗ) Khoảng cách tâm các lỗ : l = (m) Đường kính ống xả cặn với qc-n = 0,022 m3/s. Chọn Dc = 100mm vc = (m/s) Tổn thất trong hệ thống xả cặn : H = (m) trong đó : xd : hệ số tổn thất qua các lỗ đục của máng lấy bằng 11,4 ồx : hệ số tổn thất cục bộ trong máng lấy bằng 0,5 fc : diện tích ống xả cặn fc = (m2) fm : diện tích máng xả cặn fm = 0,1.0,2 =0,02 (m2) vc : tốc độ xả cặn bằng 3 m/s g : gia tốc trọng trường bằng 9,81 m/s Suy ra H = (m) Khi xả cặn một ngăn, mực nước trong bể hạ xuống : (m) Cấu tạo bể lắng ngang tiếp xúc : Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật trên mặt bằng, xây dựng bằng bê tông cốt thép gồm các bộ phận chính : 1. ống dẫn nước vào bể 2. Mương phân phối nước vào ngăn lắng 3. Máng phân phối nước của giàn lắng 4. Tường ngăn hướng dòng (có đục lỗ) 5. Máng phun nước trong 6. Mương tập trung nước trong 7. ống dẫn nước đến công trình tiếp theo (bể lọc) 8. ống xả cặn T Về nguyên tắc làm việc bể lắng ngang có thể chia làm 4 vùng : i : Vùng phân phối II : Vùng lắng III : Vùng thu nước trong IV : Vùng chứa cặn Nước từ bể trộn qua đường ống số 1 vào mương phân phối chung số 2 và được phân phối vào các ngăn lắng bằng các máng số 3. Nước chuyển động theo phương ngang từ đầu đến cuối bể qua các tường ngăn hướng dòng số 4. Các tường ngăn này được bố trí cách thành bể (đầu và cuối) 1,5m mục đích làm cho các dòng chảy theo các mặt cắt khác nhau theo phương ngang. Khi đó các hạt cặn sẽ được lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực bản thân và chứa trong vùng chứa cặn. Tuỳ theo thời gian cặn được xả ra ngoài theo đường ống số 8. Nước trong được thu vào ống số 5 tập trung vào mương 6 theo đường ống số 7 đến bể lọc nhanh. IV_ Bể lọc nhanh trọng lực : 1. tính toán bể lọc nhanh : Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý xác định theo công thức : F = (m2) trong đó : Q = 27000 m3/ngđ T : thời gian làm việc của trạm xử lý trong 1 ngày đêm T = 24h vbt : tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h) lấy theo bảng 4.6_GTXLNC vbt = 6m/h a : số lần rửa mỗi bể trong 1 ngày đêm, ở chế độ làm việc bình thường a= 2 W : cường độ nước rửa lọc (l/sm2) lấy theo bảng 4.5_GTXLNC W = 12 l/sm2 t1 : thời gian rửa lọc lấy theo bảng 4.5_GTXLNC t1 = 0,1h t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa t2 = 0,35h Suy ra : F = (m2) Trong bể lọc chọn cát lọc có cỡ hạt dtđ = 0,7 – 0,8mm, hệ số không đồng nhất K = 2 – 2,2, chiều dày lớp cát lọc L = 0,8m (Lấy theo bảng 4.6_GTXLNC) Số bể lắng cần thiết xác định : N = 0,5 bể Kiểm tra lại độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rửa : Vtc = Vbt. (m/h) đảm bảo trong khoảng 6 – 7,5 Diện tích một bể lắng là : f = (m2) Chọn kích thước bể : L´ B = 6 ´ 5,5 =33 m2 Chiều cao toàn phần của bể lắng ngang được xác định : H = hđ + hv + hn + hp (m) trong đó : hđ : chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy theo bảng 4.7_GTXLNC ; hđ = 0,7m hv : chiều dày lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng 4.6_GTXLNC; hv = 0,8m hn : chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc ; hn = 2m hp : chiều cao phụ ; hp = 0,5m Vậy H = 0,7 + 0,8 + 2 + 0,5 = 4,0m Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc : Chọn biện pháp rửa bể bằng gió,nước phối hợp. Cường độ nước rửa lọc W = 12 l/sm2 (QP là 12 – 14 l/sm2 cho ở bảng 4.5_GTXLNC ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45%). Cường độ gió rửa lọc Wgió = 15 l/sm2 (QP Wgió = 15 – 20 l/sm2) Lưu lượng nước rửa của bể lọc là : QR = (m3/s) = 393 l/s Chọn đường kính ống chính là dc = 550mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống chính sẽ là : vc = (m/s) (nằm trong giới hạn cho cho phép Ê 2 m/s) Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25m (QP 0,25 – 0,3m) thì số ống nhánh của một bể lắng là : m = ống nhánh Lưa lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là : qn = (l/s) = 0,893 (m/s) Chọn đường kính ống nhánh dn = 780mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh là : vn = (m/s) (nằm trong giới hạn cho phép 1,8 – 2,0m/s) Với ống chính là 550mm thì tiết ngang ống sẽ là : (m2) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% tiết diện ngang của ống (QP cho phép 30 – 35%). Tổng diện tích lỗ được tính : w = 0,35.0,23146 = 0,08101 (m2) Chọn lỗ có đường kính 12mm (QP 10 – 12mm) diện tích một lỗ sẽ là : wl = (m2) Tổng số lỗ sẽ là : n0 = (lỗ) Số lỗ trên một ống nhánh sẽ là : (lỗ) Trên mỗi ống nhánh các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng một góc 450 so với phương ngang. Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là : (lỗ) Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là : a = (m) (0,525 : đường kính ngoài của ống gió chính ) Chọn một ống thoát khí ặ32mm đặt ở cuối ống chính Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc : Chọn cường độ gió rửa bể lọc là Wg = 15m/s (QP 15 – 20m/s) thì lưu lượng gió tính toán : Qg = (m3/s) Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 15m/s (QP 13 – 20m/s), đường kính ống gió chính được tính : Dg = (m) = 200 (mm) Số ống gió nhánh cũng lấy bằng 44 Lượng gió trong một ống nhánh sẽ là : (m3/s) Đường kính ống gió nhánh là : dg = (m) = 308 (mm) Đường kính ống gió chính là 200mm, diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính sẽ là : (m2) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 40% diện tích tiết diện ngang ống gió chính (QP 35 – 40%) sẽ là : Wg = 0,4.0,0314 = 0.01256 (m2) Chọn đường kính lỗ gió 3mm (QP 2 – 5mm), diện tích của một lỗ gió là : flg = (m2) Tổng số lỗ gió sẽ là : m = (lỗ) Số lỗ trên một ống gió nhánh là : (lỗ) Khoảng cách giữa các lỗ là : a = 0,22 : đường kính ngoài của ống gió chính 20 : số lỗ trên một hàng, Vì lỗ gió trên ồng nhánh phải được đặt thành 2 hàng so le nhau và nghiêng một góc 450 so với trục thẳng đứng của ống . Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc : Bể có chiều dài 6m, bố trí mỗi bể 3 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác, khoảng cách giữa các máng sẽ là : 6/3 = 2m (QP > 2,2m) Lượng nước rửa thu vào mỗi máng tính theo công thức : qm = W.d.l (l/s) trong đó : W : cường độ nước rửa lọc W = 12 l/sm2 d : khoảng cách giữa các tâm máng d = 2m l : chiều dài của máng l = 5,5m Vậy qm = 12.2.5,5 = 132 (l/s) = 0,132 (m2/s) Chiều rộng máng tính theo công thức : Bm = trong đó : K : hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1 a : tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hCN) với nửa chiều rộng của máng. Lấy a = 1,3 (QP a = 1 – 1,5) Ta có : Bm = a = (m) Vậy chiều cao phần máng chữ nhật là hCN = 0,3m. Lấy chiều cao phần đáy tam giác là hđ = 0,2m. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i= 0,01. Chiều dày thành máng lấy là dm = 0,08m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là : Hm = hCN + hđ + dm = 0,3 + 0,2 + 0,08 = 0,58 (m) Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức : (m) trong đó : L : chiều dày lớp vật liệu lọc L = 0,8m e : độ dãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, lâý theo bảng 4.5_GTXLNC e = 45% Vậy (m) Theo qui phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm = 0,58m. vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 5,5m nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là : 0,58 + 5,5.0,01 = 0,64(m) Vậy sẽ phải lấy bằng : = 0,64 + 0,07 = 0,71 (m) Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung nước xác định theo công thức : hm = 1,75 (m) Trong đó : qM : lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s) qM = QR = 0,393 m3/s A : chiều rộng máng tập trung chọn A = 0,7m (QP < 0,6m) g : gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s Vậy : hM = (m) Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh : Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ hP = (m) Trong đó : v0 : tốc độ nước chảy ở đầu ống chính v0 = 1,65 m/s vn : tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh vn = 1,87 m/s g = 9,81 m/s x : hệ số sức cản  K2W : tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống của máng và diện tích tiết diện ngang của ống chính cuả máng KW = 35% (QP 35 – 40%) Khi đó : hP = (m) Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ : hđ = 0,22.LS.W (m) Trong đó : LS : chiều dày lớp sỏi đỡ LS = 0,7m W : cường độ rửa lọc W = 12 l/sm2 Vậy hđ = 0,22.0,7.12 = 1,85 (m) Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc : hVL = (a +bW) L.e (m) Trong đó : với kích thước hạt d = 0,5 – 1mm; a = 0,76; b = 0,017 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 = 2m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lắng sẽ là : ht = hđ + hP + hVL + hbm = 1,85 + 2,8 + 0,35 + 2 = 7m Chọn máy bơm rửa lọc và bơm nước rửa lọc : áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc : HR = hhh + hô + hP + hđ + hVL + hbm + hcb (m) Trong đó : ht = hP + hđ + hVL + hbm = 7m đã tính được ở trên hhh : độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa hhh = 4 + 3,5 – 2 + 0,71 = 6,21 (m) 4 : chiều sâu mức nước trong bể chứa (m) 3,5 : độ chênh mực nước trong bể lọc và bể chứa (m) 2 : chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,71 : khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) hô : tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m). Lấy hô = 1,63m hcb : tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khoá xác định theo công thức : hcb = (m) Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau : 2 cút 900, 1 van khoá, 2 ống ngắn. Vậy : hcb = (2.0,98 + 0,26 + 2,1) (m) HR = 6,21 +1,63 + 7 + 0,6 = 15,44 (m) Với QR = 393 l/s; HR = 15,44 m chọn được máy bơm nước rửa lọc phù hợp. Ngoài 1 máy bơm rửa lọc công tác phải chọn 1 máy bơm dự phòng. Với Qgió = 0,491m3/s; Hgió = 3m sẽ chọn được máy bơm gió phù hợp. Tỉ lệ lượng nước rửa so với lượng nước đưa vào bể lắng tính theo công thức : (%) Trong đó : T0 : thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa (h) T0 = (h) T : thời gian công tác của bể trong một ngày (h) T = 24h n : số lần rửa bể lọc trong một ngày n = 2 t1, t2, t3 : thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể (h) T0 = - (0,1 + 0,17 + 0,35) = 11,38 (h) Vậy : P = 2. Cấu tạo bể lọc nhanh : Bể lọc nhanh thường được xây dựng bằng bê tông cốt thép, có dạng hình vuông hoặc hình chữ nhật trên bề mặt 1. Đường ống dẫn nước vào bể 2. Mương phân phối nước lọc và thu nước rửa 3. Máng phân phối nước lọc và thu nước rửa 4. Lớp vật liệu lọc 5. Sàn chụp lọc để thu nước sạch và._.