Đồ án Thuyết minh môn học xử lý nước thiên nhiên

thuyết minh Đồ án môn học xử lý nước thiên nhiên ----------------------------------- Phần I Lựa chọn dây chuyền công nghệ Các chỉ tiêu chất lượng nước nguồn trước khi xử lý: to nước: 22oC Độ màu theo thang Coban: 40 Độ kiềm toàn phần: 4,02 mgđl/l Độ cứng Cacbonat: 4,02 mgđl/l Độ cứng toàn phần: 5,00 mgđl/l Độ oxy hoá pemanganat: 13 mg/l Độ pH: 7,3 Hàm lượng sắt toàn phần: 0,22 mg/l Hàm lượng Fe2+: 0,18 mg/l Hàm lượng oxy hoà tan: 10 mg/l Hàm lượng cặn lơ lửng: Cmax= 1900 mg/l, Cmin= 150 mg/l, CTB= 800 mg/l Hàm lượng các ion trong nước: . Cation: Na+= 45mg/l Ca2+= 80,16 mg/l Mg2+= 12,16 mg/l . Anion: HCO3= 245 mg/l SO42-= 48 mg/l SiO32-= 0,4 mg/l Cl-=69 mg/l Hàm lượng các hợp chất chứa Nitơ: NH4+= 1,4 mg/l NO2-= 0,4 mg/l NO3-= 0,3 mg/l Hàm lượng H2S= 0,23 mg/l Chỉ số E.Coli: 920 con/l I. Xác định các chỉ tiêu còn thiếu: Tổng hàm lượng muối hoà tan Xác định dựa vào công thức: P = M+ + A- + 1,4 [Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO32-] Trong đó: + M+: Tổng hỗn hợp các ion dương trong nước nguồn không kể Fe2+ M+ = [Na+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [NH4+] = 45 +80,16 + 12,16 + 1,4 = 138,72 (mg/l) + A-: Tổng hàm lượng các ion âm không kể HCO3-, SiO3- A-= [SiO42-] +[Cl-] + [NO2-] + [NO3-] = 48 + 69 + 0,4 + 0,3 = 117,7 (mg/l) P = 138,72 + 117,7 + 1,4.0,18 + 0,5.245 + 0,13.0,4 P = 379,224 (mg/l) 2. Hàm lượng CO2 hoà tan Được xác định theo biểu đồ Langelier, từ giá trị của các tham số đã biết: to = 22oC, P = 379,224 mg/l, Ki = 4,02 mgđl/l, pH = 7,3 [CO2] = 16,87 mg/l II. Đánh giá chất lượng nước nguồn Trước tiên, cần kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu cho trước: Độ kiềm toàn phần KiTP = [OH-] + [HCO3-] + [CO32-] (mgđl/l) Vì pH = 7,3 [OH-] rất nhỏ có thể coi = 0 Mặt khác, pH = 7,3< 8,4 trong nước có CO2 và HCO3-, không có CO32- nên [CO32-] = 0 KiTP = 0 + 245/61,02 + 0 = 4,02 (mgđl/l) Độ cứng toàn phần CTP = + = + = 5 (mgđl/l) - Độ cứng Cacbonat: Ck = = =4,02 (mgđl/l) KiTP, CTP, Ck được xác định đúng. Đánh giá chất lượng nước nguồn: -So sánh với tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, ta thấy nguồn nước này có thể dùng làm nguồn cấp nước cho các trạm xử lý nước cấp cho ăn uống và sinh hoạ.t -So sánh các chỉ tiêu với tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt, ta thấy các chỉ tiêu như độ màu, độ oxy hoá, hàm lượng cặn lơ lửng, độ cứng, hàm lượng các hợp chất chứa nitơ, H2S, chỉ số E.Coli lớn và cần được xử lý. -Nước nguồn có hàm lượng các hợp chất chứa nitơ, H2S lớn Cần tiến hành clo hoá sơ bộ trước khi đưa nước vào công trình xử lý Độ OH KMnO4 = 13 > 0,15 Fe2+ + 3(= 0,15*0,18+3=3,027) nên phải khử bằng Clo Hàm lượng cặn và độ màu lớn hơn các chỉ tiêu chất lượng nước cấp cho sinh hoạt nên phải làm trong nước và khử màu bằng phèn Độ cứng toàn phần của nước CTP= 5 mgđl/l = 5.2,8=14odH>CTPTC=12odH. Tuy nhiên, khi cho phèn vào, độ cứng sẽ giảm nên không cần phải tính toán. pH = 7,3 thuộc khoảng 6,5 đến 8,5 nên đạt tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt Hàm lượng cặn lơ lửng lớn nên dùng phèn nhôm Al2(SO4)3 để keo tụ Các chỉ tiêu Na+, Ca2+, Mg2+… nằm trong giới hạn cho phép Chỉ số E.Coli = 920 con/l >TC(<20 con/l) nên xử lý bằng Clo Công suất trạm lớn Q = 36000 m3/ngđ nên dùng bể lắng ngang và bể lọc nhanh để xử lý Do có dùng phèn nên trong DCCN phải có thêm công trình trộn và phản ứng. Với trạm có công suất lớn ta dùng bể trộn đứng và bể phản ứng zíc zắc ngang. iii. Sơ bộ chọn Dây chuyền công nghệ Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn dây chuyền công nghệ: Loại nguồn nước và chất lượng nguồn nước Yêu cầu chất lượng nước của đối tượng sử dụng So sánh chất lượng nước nguồn với yêu cầu cấp nước để có biện pháp xử lý Điều kiện kinh tế kỹ thuật Điều kiện địa phương Bể trộn đứng Bể phản ứng zíc zắc ngang Bể lắng ngang Bể lọc nhanh BCNS Phèn Nước mặt Clo hoá sơ bộ Từ những điều đã phân tích ở trên, sơ bộ ta chọn DCCN xử lý nước mặt cho trạm xử lý có công suất 36000m3/ngđ IV.Xác định liều lượng các hoá chất đưa vào trong nước 1. Xác định lượng Clo hoá sơ bộ Lượng Clo để khử NH4+, NO2-: LCl = 6NH4+ + 1,5NO2- +3 = 6.1,4 + 1,5.0,4 + 3 = 12 (mg/l) Lượng Clo để oxi hoá: LCl = 0,5[O2] =0,5.13 = 6,5 (mg/l) Lượng Clo để khử H2S: LCl = 0,47[H2S] =0,47.0,23 =0,108 (mg/l) Vậy LCl = 18,608mg/l 2. Xác định liều lượng phèn Lp * Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al2(SO4)3 khô. Đưa phèn vào để xử lý nước đục và độ màu Liều lượng phèn để xử lý nước đục được xác định theo hàm lượng cặn lơ lửng: Tính toán với C = 1500mg/l, tra bảng và nội suy ta được: L1p = 84,925 mg/l - Liều lượng phèn để xử lý độ màu của nước được xác định theo độ màu M: L2p = 4 = 4= 28,284 (mg/l) So sánh ta thấy Lp1>Lp2 nên lấy Lp = 84,925 mg/l để xử lý nước * Kiểm tra độ kiềm của nước theo yêu cầu keo tụ: Khi cho phèn vào nước, pH giảm. Đối với phèn Al, giá trị pH thích hợp để quá trình keo tụ xảy ra đạt hiệu quả từ 5,5 đến 7,5. Giả sử, cần phải kiềm hoá nước để nâng pH lên giá trị phù hợp với yêu cầu xử lý, lượng kiềm được tính: Lk = ek*( - Kio + 0,5 )* (mg/l) Trong đó: Lp, lp : liều lượng và đương lượng phèn đưa vào trong nước Lp = 84,925 mg/l, ep ((Al2(SO4)3) = 57 mgđl/l, ek: đương lượng kiềm, chọn chất kiềm hoá là CaO nên ek = 28 mgđl/l Kio : độ kiềm của nước nguồn, Kio = 4,02 mgđl/l C: nồng độ CaO trong sản phẩm sử dụng, C = 80% 0,5: độ kiềm dự trữ Lk = 28(- 4,02 +0,5)*= -71,05<0 Như vậy độ kiềm của nước đảm bảo keo tụ, không cần phải kiềm hoá. V. Xác định các chỉ tiêu cơ bản của nước sau xử lý Sau khi đưa phèn vào trong nước mà không cần kiềm hoá, nước sau xử lý có pH, Ki giảm, CO2 và cặn lơ lửng C tăng. 1. Độ kiềm Ki* Ki* = Kio - (mgđl/l) Kio : độ kiềm của nước nguồn, Kio = 4,02 mgđl/l Lp, ep : liều lượng và đương lượng phèn: Lp =91,165 mg/l, ep = 57 Ki* = 4,02 - =2,530(mgđl/l) 2. Hàm lượng CO2 CO2* = CO20 + 44 = 16,87 + 44. =82,426 (mg/l) 3. Độ pH* Xác định bằng cách tra biểu đồ, dựa vào (t0, P, K*i, CO2) Ta có t0 = 220C, P = 379,224mg/l, K*i = 2,53 mgđl/l, CO2 = 82,426 mg/l pH*=6,4 4. Xác định ph ở trạng thái cân bằng bão hoà(pHs ) Được xác định theo hàm số: pHs = f1(to) - f2(Ca2+) -f3(K*i) + f4(P) *to =220C. Tra biểu đồ được f1(to)=2,06 *Ca2+ = 80,16 mg/l. Tra biểu đồ được f2(Ca2+) =1,851 *Ki* =2,53mgđl/l. Tra biểu đồ được f3(K*i)=1,405 *P=379,224 mg/l. Tra biểu đồ được f4(P)=8,83 pHs = 2,06-1,851-1,405+8,83=7,634 5. Kiểm ra độ ổn định của nước sau khi keo tụ Chỉ số ổn định của nước: I = pH* -pHs = 6,4-7,634 =-1,234<0 Nước có tính xâm thực, phải ổn định nước bằng vôi. Lượng vôi được tính theo hàm lượng CaO trong trường hợp pH*<pHs<8,4 là: Lv = ev..Ki*.(mg/l) Trong đó: ev: đương lượng vôi, ev=28 mgđl/l : hệ số phụ thuộc pH* và I Tra biểu đồ ta có =0,4 Ki* : độ kiềm của nước sau xử lý Cv = độ tinh khiết của vôi, Cv = 80% Lv = 28.0,4.2,53. = 35,42 (mg/l) 6. hàm lượng cặn lớn nhất sau xử lí Cmax* = Cmaxo + K. + 0,25M + Lv K: độ sạch của phèn. Với phèn loại B, K = 1 Cmax* = 1900 + 1. + 0,25.50 + 35,42 = 1949,41 (mg/l) Khử trùng Thiết kế dây chuyền công nghệ: Phèn+vôi Nước nguồn BCNS B.lọc nhanh B.lắng ngang B.p/ư zíc zắc ngang Trộn đứng Clo hoá sơ bộ Phần II Tính toán các công trình trong dây chuyền Ta lần lượt tính toán các công trình cho dây chuyền công nghệ thiết kế trên. 1.Bể hoà phèn: Có nhiệm vụ hoà tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Trạm có công suất khá lớn 36000 m3/ngđ Dùng bể hoà phèn khuấy trộn bằng cách sục khí nén. Bể xây dựng bằng gạch. Sàn đỡ phèn gồm các thanh gỗ xếp cách nhau 10-15 mm, sàn đỡ cách đáy bể 0,6 m. Bên dưới sàn đặt một dàn ống phân phối khí nén. Dung tích bể hoà trộn: Wh= (m3) Trong đó: +Q: công suất trạm, Q=36000 m3/ngđ=1500m3/h +Lp : liều lượng phèn cho vào nước. Lp=84,925(g/m3) +bh : nồng độ dung dịch trong bể hoà, bh=15%. + :khối lượng riêng của dung dịch (ở đây là nước). =1 T/m3 +n:số giờ giữa hai lần pha chế, phụ thuộc Q Q=36000m3/ngđ -> n=11 giờ. Chọn hai bể hoà trộn, dung tích mỗi bể: Kích thước mỗi bể : 2,4x2x1 m *Dung tích bể tiêu thụ: +Wh: dung tích bể hoà trộn, Wh=9,342 m3 +bh=15% +btt:nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ, btt=7% Chọn hai bể tiêu thụ, kích thước mỗi bể: 2,5x2,7x1,5=10,125 m3 *Hệ thống phân phối khí nén: Sử dụng hệ thống dẫn ống xương cá bằng vật liệu chống ăn mòn. *Cường độ khí nén: -ở bể hoà trộn: Wkk=10 l/s.m2 -ở bể tiêu thụ: Whh=5 l/s.m2 Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hoà trộn: Qh=0,06.Wkk.F F: diện tích bề mặt bể Qh=0.06.10.2.2.33.2=5,592(m3/ph) Với bể tiêu thụ: Qt=0.06.Whh.F=0,06.5.2.2,5.2,7=4,05 (m3/ph) Tổng lưu lượng gió đưa vào 2 bể: Qgió=Qh+Qtt=5,592+4,05=9,642 (m3/ph) 2.Bể pha chế dung dịch vôi sữa  Dung tích bể pha với sữa xác định theo công thức: +Q: công suất trạm, Q=1500 m3/h +n: số giờ giữa 2 lần pha vôi, n=10 h +Lv: liều lượng vôi, Lv=35,42 (mg/l) +bv:Nồng độ vôi, bv=5% + : tỉ trọng vôi, =1 T/m3 Thiết kế bể khuấy tiện bằng máy tiện cánh quạt.Bể xây hình tròn, đường kính bằng chiều cao công tác Chọn số vòng quay cánh quạt là 40 vòng/phút 3.Thiết bị định lượng a) Thiết bị định lượng phèn: Dùng bơm định lượng để bơm dung dịch phèn công tác vào bể hoà trộn Lượng phèn cần dùng cho một ngày Bơm định lượng phải bơm dung dịch phèn công tác 7 % Lưu lượng bơm: b. Thiết bị định lượng vôi: Sử dụng thiết bị bơm vôi sữa tỉ lệ với lưu lượng nước xử lý. 4.Kho dự trữ hoá chất Kho dùng để dự trữ hoá chất đủ cho 1-2 tháng tiêu thụ Diện tích sàn kho: +Q=36000 m3/ngđ +P: liều lượng hoá chất tính toán(g/m3) +T: thời gian dự trữ hoá chất trong kho T= 40 ngày +a: hệ số kể đến diện tích đi lại và thao tác trong kho a=1,3 +Pk: độ tinh khiết của hoá chất +h: chiều cao cho phép của lớp hoá chất +G0: Khôí lượng riêng của hoá chất, G0=1,15 T/m3 *Tính cho kho phèn: *Tính cho kho vôi: *Tổng diện tích: F=F1+F2=122,492(m2) 5.Bể trộn đứng -Công suất thiết kế: Q=1500 m3/h=0,417(m3/s) -Thời gian nước lưu lại trong bể: t=2’ -Số bể thiết kế: lấy N=2 bể, mỗi bể có Q=0,2085 m3/s -Thể tích bể: -Diện tích đáy trên bể tính với vận tốc v1 = 25mm/s = 0,025m/s < 15m2 - Diện tích đáy dưới bể tính với v2 = 1,1m/s < 15m2 v1: vận tốc nước dâng ở phần trên v2 vận tốc nước dâng ở phần dưới - Kích thước bể: a = = 2,888m b= = 0,435m -Chiều cao tầng đáy: -Dung tích phần dưới: -Dung tích phần trên: W1=W-W2=25-11=14(m3) -Chiều cao trước mặt nước đến đáy tấm che của bể (chiều cao bảo vệ), lấy h3=0,4 m Chiều cao toàn phần của bể: Hb=h1+h2+h3=1,68+3,37+0,4=5,45 (m)  6. bể lắng ngang: Tổng diện tích măt bằng bể (m2) Trong đó: Q: công suất trạm, Q = 1500m3/h :tốc độ rơi của cặn trong điều kiện tĩnh, phụ thuộc hàm lượng cặn C C > 250mg/l = 0,55mm/s :hệ số phụ thuộc = vtb: tốc độ trung bình của dòng nước trong bể - Tính vtb: Sơ bộ chọn bể có L/HL =15 L:chiều dài vùng lắng HL:chiều cao vùng lắng Từ L/h=15 tra tiêu chuẩn ta được hệ số K=10 Vậy vận tốc trung bình của chuyển động ngang: vtb=K.u0 = 10.0,55 = 5,5 (mm/s) ==1,5 Do vậy tổng diện tích mặt bằng: F==1136 m2 Chiều cao trung bình vùng lắng chọn tc lấy sơ bộ HL=2,8 m Chiều dài vùng lắng là: L = HL.15=2,8.15=42m Mương phân phối nước rộng 1m Máng phân phối nước rộng 1m Tất cả đều tính với vận tốc v = 0,5m/s Thiết kế 1 mương phân phối và 1 máng phân phối ở 2 đầu bể ( 1 hệ thống để phân phối nước vào, 1 hệ thống để thu nước sau lắng). Chiều rộng tổng cộng của mương và máng ở 2 đầu là 2m. Tổng chiều dài bể: L = 42 +2 +2 = 46 (m) Chiều rộng bể: Chọn số bể lắng ngang N=3, chiều rộng mỗi bể sẽ là: B== m Chiều dài mỗi bể lắng: L = m Kiểm tra lại tỉ số: L/HL = 42/2,8 = 15, đúng bằng tỉ số đã chọn. Như vậy chọn sơ bô là đúng Vậy, chiều rộng mỗi bể 9m. Mỗi bể lắng chia làm 3 ngăn, mỗi ngăn có chiều rộng là:b= 9/3 = 3 m. Trong mỗi ngăn có các vách ngăn hướng dòng có đục lỗ, hàng lỗ cuối cùng lằm cao hơn mức cặn tính toán là 0,3 m (quy phạm 0,3-0,5) thì diện tích công tác của vách ngăn phân phối vào bể đặt cách đầu bể 1,5 m là: Fn=b(HL-0,3)= 0,3.(2,8-0,3) =7,5 m2 Lưu lượng nước tính toán qua mỗi ngăn bể: qn=(m3/h) =0,0463 (m3/s) Tốc độ nước chảy qua các lỗ đục đối với vách ngăn đầu bể: vl1 = 0,3 (m/s) Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nươc vào: (m2) Tốc độ nước chảy qua các lỗ đục đối với vách ngăn cuối bể: vl2 = 0,5 (m/s) Diện tích cần thiết của các lỗ ở ngăn thu cuối bể (đặt cách tường 1,5 m) là: (m2) Lấy đường kính lỗ vách ngăn thu nước thứ nhất d=0,06 m. Diện tích một lỗ fl1 = 0,00285 m2, tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất: n1= (lỗ) Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn thu nước thứ hai là d2=0,05m .Diện tích lỗ flỗ=0,00196 m2 Tổng số lỗ n2= (lỗ) ở vách ngăn phân phối, bố trí thành 9 hàng dọc và 6 hàng ngang, tổng số lỗ đục :9x6 =54 lỗ . Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng dọc : (2,8-0,3):6=0,42 m Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng ngang : 3:9=0,33 m Việc xả cặn chu kỳ, thời gian giữa hai lần xả cặn T=24 giờ. Thể tích vùng chứa nén cặn của bể lắng: Wc= (m3) Trong đó: T: chu kì xả cặn, T = 24h. Q: lưu lượng nước của 1 ngăn, Q = 1500/3 = 500 (m3/h) Cmax: hàm lượng cặn lớn nhất trong nước trước khi vào bể, Cmax = 1949,41 (mg/l) m: hàm lượng cặn cho phép còn lại trong nước sau khi ra khỏi bể lắng, m = 10 (mg/l) : nồng độ trung bình của cặn đã nén sau 24h, = 41000(g/m3) Wc= (m3) Diện tích mặt bằng một bể lắng : fbể=F/N=1136/3=379 m2 Chiều cao trung bình vùng chứa nén cặn: Hc = m Chiều cao trung bình của bể lắng: Hbể=HL+Hc=2,8 +1,5 =4,3 m Chiều cao bảo vệ của bể lấy là 0,4m Chiều cao xây dựng của bể Hb=4,3+0,4= 4,7 m Tổng chiều dài bể lắng (như đã tính ở trên) L = 46m Thể tích 1 bể lắng: Wb = L.Hb.B = 46.4,3.9 = 1780,2 (m3) Lượng nước tính bằng % mất đi khi xả cặn ở 1 bể là: P = Trong đó: Kp: hệ số pha loãng xả cặn bằng thuỷ lực, Kp = 1,5 P = Hệ thống xả cặn làm bằng máng đục lỗ ở 2 bên và đặt theo trục mỗi ngăn. Thời gian xả cặn quy định t = 8_10’. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1m/s.  7. bể phản ứng có vách ngăn zíc zắc ngang Chiều rộng bể lắng ngang (đã tính ở phần 6): B = 9m à Chiều dài bể phản ứng lấy bằng chiều rộng bể lắng ngang: L = 9m Số bể phản ứng lấy bằng số bể lắng ngang = 3 bể. Tốc độ nước chảy trong hành lang giữa các vách ngăn lấy v = 0,2m/s Dung tích bể phản ứng: Wb = Trong đó: Q: công suất trạm, Q = 1500 m3/h t: thời gian phản ứng, t = 20’ Wb = Diện tích bề mặt bể: Fb = Hb: chiều cao bể. Lấy Hb = 2,5m à Fb = Chiều rộng bể phản ứng: à B = Chọn số hành lang là n = 8 hành lang Từ công thức: L = n.b + (n-1). Với : chiều rộng của vách ngăn (tường bê tông cốt thép). Lấy = 0,15m àChiều rộng mỗi hành lang: b = Vậy số lần dòng nước đổi chiều là m = 9 lần. Tổn thất áp lực qua bể phản ứng:  8. bể lọc nhanh trọng lực Bể lọc được tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường. Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán: dmax = 1,6 (mm) dmin = 0,7 (mm) dtương đương =0,8 á1,0 (mm) Hệ số dãn nở tương đối e = 20%, hệ số không đồng nhất k = 2,0. Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m) Hệ thống phân phối nước lọc là hệ thống phân phối trở lực lớn bằng chụp lọc đầu có khe hở. Tổng diện tích phân phối lấy bằng 0,8% diện tích công tác của bể lọc (theo quy phạm là 0,8 á 1,0 m). Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý : F = Trong đó: Q =1500 m3/h = 36000m3/ngđ .Công suất của TXL. T :Thời gian làm việc của 1 trạm trong một ngày đêm (giờ). T = 24h vbt :Vận tốc lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h) Tra bảng với bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc với cỡ hạt khác nhau, dtđ = 0,8 á 1mm, à vbt = 7m/h. a :Số lần rửa mỗi bể trong 1ngđ ở chế độ làm việc bình thường, lấy a = 2 lần. W :Cường độ rửa lọc (l/s_m2).Tra bảng :W = 8 (l/s_m2) t1 :Thời gian rửa lọc (giờ). t1 = 6 ' = 0,1 giờ t2 :Thời gian ngừng bể lọc để rửa ,t2 = 0,35 giờ đF = ằ 224,69 (m2) Số bể lọc cần thiết: N = 0,5= 0,5=8(bể) *Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường khi đóng một bể để rửa hoặc sửa chữa. vtc = vbt. (m/h) N1 :Số bể lọc ngừng để sửa chữa :N1 = 1 vtc = 8m/h < vtccf = 8 á 10m/h Diện tích 1 bể lọc là : f = F/N = 224,69/8 =29 m2 Chọn kích thước bể là : L x B = 5,4X5,4m = 29,16m2 Kích thước 1 bể lọcChiều cao toàn phần của bể lọc nhanh : H = hđ + hv + hn + hp (m) Trong đó: hđ :Chiều cao lớp sỏi đỡ (m).Tra bảng hđ = 0,3 m (rửa bằng gió nước kết hợp). hv :Chiều dày lớp vật liệu lọc. hv = 1,2 m hn :Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc (m):hn ³ 2 m.Lấy hn=2m hP :Chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng 1 bể để rửa. hP = 0,5m đH = 0,3 + 1,2 + 2 + 0,5 = 4 m Tính toán máng thu nước rửa lọc gió nước kết hợp Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nước chảy i = 0,01. Mỗi bể bố trí 3 máng thu. Khoảng cách giữa các tâm máng là 1,8 (m) < 2,2 (m) Khoảng cách từ tâm máng đến tường là 0,9 (m) < 1,5 (m) Lưu lượng nước rửa một bể lọc là: qr = F1b´ W (l/s) Trong đó: W: Cường độ nước rửa lọc, W = 8 (l/s.m2) F1b: Diện tích của một bể: F1b = 29,16 (m2) ị qr = 8´ 29,16 = 233,28 (l/s) = 0,23328 (m3/s) Do một bể bố trí 3 máng thu nên lưu lượng nước đi vào mỗi máng là: q1m = =0,078 (m3/s) Chọn máng hình tam giác, ta đi tính toán máng dạng này. Chiều rộng của máng Được tính theo công thức: Bm = K ´ Trong đó: qm : Đã tính toán ở trên = 0,078 (m3/s) a: Tỷ số giữa chiều cao hình chữ nhật và một nửa chiều rộng máng, a = 1,5 (quy phạm là 1á1,5) K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng, với máng có tiết diện đáy hình tam giác ta lấy K = 2,1 ị Bm= 2,1´ ằ 0,4 (m) Chiều cao của phần máng chữ nhật H1 = = = 0,3 (m) Chiều cao của máng H2 = H1 + 0,5´ Bm = 0,3 + ´ 0,4 = 0,5 (m) Chiều cao toàn bộ máng Hm = H2 + dm (m) Trong đó: dm là chiều dày đáy máng, lấy dm = 0,1 (m) Do đó Hm = 0,1 + 0,5 = 0,6 (m) Kiểm tra khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc tới mép trên của máng thu nước được xác định theo công thức: h = + 0,25 (m) Trong đó: e : Độ trương nở của vật liệu lọc khi rửa, e = 20% H: Chiều cao lớp vật liệu lọc (m) => h = + 0,25 (m) = 0,49 (m) Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 (m). Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = 0,6 (m) . Vì máng dốc về phía máng tập trung 0,01, máng dài 5,4 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0,6 + 0,054 = 0,654 (m) Do đó khoảng cách giữa mép trên lớp vật liệu lọc đến mép dưới cùng của máng thu DHm phải lấy bằng: DHm = 0,654 + 0,07 = 0,724 (m) 0,5B 0,75B B Máng thu kiểu đáy hình tam giác. Khoảng cách từ đáy máng thu tới đáy mương tập trung nước được xác định theo công thức sau: hm = 1,75´ + 0,2 (m) Trong đó: qm : Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước; qm =qr = 0,23328 ( m3/s) Bttm: Chiều rộng của máng tập trung , Theo quy phạm, chọn Bttm = 0,7 (m) g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/ s2 Vậy: hm = 1,75´ + 0,2 (m) ị hm = 0,59 (m) Chọn vận tốc nước chảy trong mương khi rửa lọc là 0,8 (m /s) Tiết diện ướt của mương khi rửa là: Fmương = ( m2) Fmương == 0,29 ( m2) Chiều cao nước trong mương tập trung khi rửa là: h = = = 0,42 (m) Theo TTVN 33.85 đáy ống thu nước sạch ít nhất phải cách mực nước trong mương khi rửa là 0,3m, vậy ta phải bố trí ống thu nước sạch có cốt đáy ống cách đáy mương một khoảng 0,75 (m) . Tính toán hệ thống rửa lọc Bể được sử dụng hệ thống phân phối nước trở lực lớn là sàn chụp lọc. Rửa lọc bằng gió và nước kết hợp. Quy trình rửa bể: Đầu tiên, ngưng cấp nước vào bể. Khởi động máy sục khí nén, với cường độ 18 (l/s.m2), cho khí nén sục trong vòng 2 phút. Cung cấp nước rửa lọc với cường độ 2,5 (l/s.m2), kết hợp với sục khí trong vòng 5 phút. Kết thúc sục khí, rửa nước với cường độ 8 (l/s.m2) trong vòng 5 phút. Cung cấp nước vào bể tiếp tục quá trình lọc và xả nước lọc đầu. Tính toán số chụp lọc Sử dụng loại chụp lọc đuôi dài, loại chụp lọc này có khe rộng 1 (mm). Sơ bộ chọn 50 chụp lọc trên 1 (m2) sàn công tác, tổng số chụp lọc trong một bể là: N = 50´ F1b = 50´ 29,16 = 1458 (cái) àBố trí 40 hàng chụp lọc, mỗi hàng 40 cái àtổng cộng 1600 cái Sau pha rửa gió nước đồng thời, cường độ rửa nước thuần tuý là W = 8 (l/s.m2) Lưu lượng nước đi qua một chụp lọc là: q = = = 0,16 (l/s) = 1,6´ 10-4 (m3/s) Lấy diện tích khe chụp lọc bằng 0,8% tổng diện tích sàn công tác, tổng diện tích khe chụp lọc trong một bể = = 0,233 (m2) Diện tích khe hở của một chụp lọc là: f1 khe = = 1,07´ 10-4 (m2) Vận tốc nước qua khe của một chụp lọc khi đó là: V = = = 1,5 (m/s) đảm bảo theo quy phạm. Vậy chọn 50 chụp lọc trong 1m2 bể, khoảng cách giữa tâm các chụp lọc theo chiều ngang và chiều dọc bể đều là 13,17 (cm). Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc là: hPP = (m) (Theo 6.114 TCVN 33.85) Trong đó : VK : Vận tốc nước qua chụp lọc; VK = 1,5 (m/s) m : Hệ số lưu lượng của chụp lọc, vì dùng chụp lọc có khe hở nên m =0,5 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) hPP = = 0,459 (m) Tính toán các đường ống kỹ thuật Đường ống dẫn nước rửa lọc Lưu lượng nước cần thiết để rửa 1 bể lọc: Qr = 3,6.f.W (m3/h) f: diện tích 1 bể, f = 29,16m2 W: cường độ nước rửa, W = 8l/s.m2 à Qr = 3,6.29,16.8 = 839,808(m3/h) = 233,28(l/s) Ta chọn đường kính ống là 450mm, v = 1,5m/s Hệ thống cấp khí Cường độ rửa gió thuần tuý là: W = 18 (l/s.m2) Vận tốc của gió trong ống là: V = 20 (m/s) (quy phạm là 15 á 20 m/s) ị Lưu lượng gió cung cấp cho một bể là: qgió = W´ F1b = 18 ´ 29,16= 524,88 (l/s) = 0,525 (m3/s) Đường kính ống dẫn gió chính: dd = = = 0,183 (m) Chọn ống dẫn gió có đường kính là: 200mm Đường ống thu nước sạch tới bể chứa : Sử dụng 2 đường ống thu nước từ 4 bể lọc về bể chứa. Đường ống được đặt ở trên cao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc. ống từ một bể ra ống thu nước sạch chung tải 1 lưu lượng là 52,08l/s àchọn đường kính ống 250mm. Đường ống chung sẽ nhận lưu lượng tăng dần, do đó đường kính ống cũng tăng dần. Cụ thể: tại bể lọc đầu tiên, ống tải lưu lượng 1 bể = 52,08l/s à chọn đường kính 250mm. đến bể lọc thứ 2, ống nhận lưu lượng = 52,08.2 = 104,16l/s à chọn đường kính 300mm đến bể lọc thứ 3, ống nhận lưu lượng = 52,08.3 = 156,24l/s à chọn đường kính 400mm đến bể lọc thứ 4, ống nhận lưu lượng = 52,08.4 = 208,32l/s à chọn đường kính 450mm. Đường ống xả kiệt Lấy đường kính ống là D100 (mm). Đường ống xả rửa lọc Lượng nước xả chính bằng lượng nước cấp cho rửa lọc. àQxả = 233,28l/s Lấy đường kính ống bằng đường kính ống cấp nước rửa lọc là D450 (mm). tính toán tổng tổn thấ t áp lực khi rửa bể lọc Tổng tổn thất qua sàn chụp lọc Theo tính toán ở trên là: 0,459 (m) Tổng tổn thất qua lớp vật liệu đỡ hđỡ = 0,22´ Lđỡ´ W (m) Trong đó: Lđỡ :Chiều dày lớp sỏi đỡ dày = 0,2 (m) W : Cường độ nước rửa lọc = 8 (l/s.m2) Vậy hđỡ = 0,22´ 0,2´ 8 = 0,352 (m) Tổn thất áp lực bên trong lớp vật liệu lọc hVLL = ( a+ b ´ W) ´ hL Trong đó: a,b là các thông số phụ thuộc đường kính tương đương của lớp vật liệu lọc, với dtđ = 0,8-1 (mm) => a = 0,76; b = 0,017 hL : Chiều cao lớp vật liệu lọc = 1,2 (m) Vậy hVLL = ( 0,76+ 0,017 ´ 8) ´ 1,2 = 1,08 (m) Tổng tổn thất trên đường ống dẫn nước rửa lọc Tính với 1 ống: ồh = hdd + ồhCB Trong đó: hdd: Tổn thất trên chiều dài ống từ trạm bơm nước rửa đến bể chứa. Sơ bộ chọn bằng 100 (m). Theo tính toán ở trên ta có lưu lượng nước chảy trong ống qr = 0,4167/2 = 0,20836 (m3/s), đường kính ống Dchung = 450 (mm). Tra bảng ta có 1000 i = 5,13 hdd = i ´ L = 5,13´ = 0,513 (m) ồhCB : Tổn thất áp lực cục bộ trên van khoá, sơ bộ chọn ồhCB = 0,3 (m) Vậy ồh = 0,513 + 0,3 = 0,813 (m) Vì có 2 đường ống nên ồh = 2.0,813 = 1,626m Tính toán chọn bơm rửa lọc áp lực cần thiết của bơm rửa lọc được tính theo công thức: hB = Dh +ồhr+ồhdt + hdl (m) Trong đó: Dh : Độ chênh lệch hình học giữa mực nước thấp nhất trong bể chứa nước sạch tới cao độ máng thu nước, được tính theo công thức: Dh = Dh1 + hK + hS + hđ + hl + DHm + Hm Với Dh1 : độ chênh giữa cốt MĐ tại trạm xử lí và cao độ MNTN trong bể chứa, lấy Dh1 = -0,5m hK : Chiều cao hầm phân phối nước: hK = 1 (m) hS : Chiều dày sàn chụp lọc, hS = 0,1 (m) hđ : Chiều cao lớp vật liệu đỡ; hđ =0,3 (m) hl : Chiều cao lớp vật liệu lọc; hl = 1,2 (m) DHm : Khoảng cách từ mép dưới của máng phân phối đến lớp vật liệu lọc, DHm = 0,724 (m) Hm : Chiều cao máng thu nước rửa lọc; Hm = 0,6 (m) => Dh = -0,5 + 1 + 0,1 + 0,3 + 1,2 + 0,724+ 0,6 = 3,424 (m) ồhr : Tổng tổn thất áp lực khi rửa lọc: ồhr = hPP + hVLL+ hđ (m) Theo tính toán ở trên ta có: ồhr = 0,459 + 1,08 + 0,352 = 1,891 (m) ồh: Tổng tổn thất trên đường ống dẫn nước rửa lọc: ồh = 1,626 (m) hdt : áp lực dự trữ để phá vỡ kết cấu ban đầu của hạt vật liệu lọc, lấy hdt = 2 (m) Tóm lại: hB= 3,424 + 1,891 +1,626 + 2 = 8,941 (m) Để tiện cho tính toán, lấy hB = 9 (m). Vậy chọn bơm nước rửa lọc có Qr = 0,23328 ( m3/s) và áp lực Hr = 9 (m) Chiều cao xây dựng bể lọc Chiều cao xây dựng bể lọc được xác định theo công thức: Hxd = hk + hS + hd + hl +hn + hBV Trong đó: hk , hS , hd , hl : là các hệ số đã được trình bày ở trên hBV = 0,5 (m) hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc 2 (m) Hxd = 1+ 0,1+ 0,3 + 1,2 + 2 + 0,5 ị Hxd = 5,1 (m) 5100 1000 100 300 1200 2000 500 Lớp nước trên vật liệu lọc Lớp vật liệu lọc Lớp vật liệu đỡ 5400 Sàn chụp lọc 760 Hầm thu nước 9. bể chứa nước sạch Thiết kế bể chứa nước sạch có dung tích = 20% Qtrạm do đó dung tích bể: Wbể = ´ 36000 = 7200 (m3) Thiết kế 2 bể vuông, mỗi bể có dung tích 3600 (m3/ngđ) với chiều cao mỗi bể là 4,5 (m) Diện tích một bể là: F1bể = = 800 (m2) Vậy kích thước 1 bể là 28,3´ 28,3 ằ 800 (m2) - Tổng chiều cao của bể là : HB = HNB + Hbv Trong đó : Hbv :Chiều cao bảo vệ ,lấy Hbv = 0,5m HB = 4,5 + 0,5 = 5m 10. Tính toán kho chuẩn bị clo a) Tính lượng Clo cần dùng: - Lượng clo cần thiết trong một giờ xác định theo công thức : qCl2 = (kg/h) Trong đó : Q :Công suất trạm ; Q = 36000m3/ngđ = 1500m3/h LCl :Lượng clo cần thiết để khử trùng LCl = LClSơ bộ + LClKhử trùng LClSơ bộ =18,608 mg/l = 18,608g/m3 LClKhử trùng :Lượng clo dùng để khử trùng nước trước khi dẫn nước vào bể chứa nước sạch.Lấy theo tiêu chuẩn: Với nước mặt LClKhử trùng = 3mg/l = 3g/m3 LCl = 18,608 + 3 = 21,608g/m3 - Lượng clo khử trùng trong 1 giờ là: qClo = = 32,412 (kg/h) àlượng clo tiêu thụ trong 1 ngđ là 777,888kg/ngđ, trong 1 tháng là 23,34T/tháng. b) Tính số Cloratơ - Cloratơ dùng để định lượng clo hơi vào nước - Chọn loại cloratơ chân không - Lượng clo tiêu thụ trong một ngày là : C = qClo.24 = 32,412.24 = 777,888 (kg/ngđ) - Dùng bình Clo lỏng có dung tích 500 (l) ,năng suất bốc hơi của Clo là S = 5 kg/h_m2 trong điều kiện bình thường. - Số lượng bình làm việc đồng thời là : = 7 bình - Số bình Cloratơ dự trữ là 2 bình. Mỗi bình được đặt lên một bàn cân. Sơ đồ trạm clo được thể hiện trên hình. Phần Iii Tính toán cao trình công nghệ Tính toán cao trình công nghệ dựa vào tổn thất của từng công trình và tổn thất trên đường ống dẫn nước tới công trình đó. Đảm bảo nước trong trạm là tự chảy Lấy cốt mặt đất tại đáy bể lọc bằng 0.00m 1 - Bể lọc nhanh: Từ cốt mặt đất tại bể lọc = 0, chiều cao toàn bộ bể lọc = 5,1m. Mực nước trong bể cách thành trên bể 0,5m à Cốt mực nước cao nhất trong bể lọc: Z2 = 5,1 - 0,5 = 4,6m. 2 - Bể chứa nước sạch: Mực nước cao nhất trong bể chứa nước sạch: Z1 = Z2 - hốngB.lọc-BC - hB.lọc Trong đó : Z1 :Cốt mực nước cao nhất trong bể chứa nước sạch hốngB.lọc-BC :Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn từ bể lọc đến bể chứa nước sạch . Có thể lấy sơ bộ hốngB.lọc-BC = 1m hB.lọc :Tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc. hB.lọc = 2,5m Vậy Z1 = 4,6- 1- 2,5 = 1,1 m 3- Bể lắng ngang: - Mực nước cao nhất trong bể lắng ngang là : Z3 = Z2 + hốngB.lắng-B.lọc + hB.lắng Trong đó : hốngB.lắng-B.lọc :Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn từ bể lắng đến bể lọc .Lấy sơ bộ hốngB.lắng-B.lọc = 0,7m (quy phạm 0,5 á 1m) hB.lắng :Tổn thất áp lực trong nội bộ bể lắng hB.lắng = 0,6m Vậy Z3 = 4,6+ 0,7 + 0,6 = 5,9m 4 - Bể phản ứng zíc zắc ngang: - Cốt mực nước cao nhất trong bể phản ứng là Z4 = Z3 + hốngB.pư-B.lắng + hPư Trong đó : hốngB.pư-B.lắng :Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn từ bể phản ứng đến bể lắng. Vì bể phản ứng lion với bể lắng nên hốngB.pư-B.lắng = 0m hPư :Tổn thất áp lực trong nội bộ bể phản ứng hPư = 0,4m Vậy Z4 = 5,9 + 0,4 = 6,3 m 5- Bể trộn: Cốt mực nước cao nhất trong bể trộn là: Z5 = Z4 + hBT_Bfư + hBT hBT_Bfư : tổn thất từ bể trộn đến bể phản ứng, hBT_Bfư = 0,4m hBT: tổn thất trong bể trộn, hBT = 0,3m à Z5 = 6,3 + 0,4 +0,3 = 7m. Phần IV Tính toán mặt bằng trạm xử lí 1. Diện tích trạm khử trùng : - Trạm khử trùng được đặt cuối hướng gió. - Diện tích trạm khử trùng lấy theo tiêu chuẩn là : - 3m2 cho một Cloratơ *Trạm có 7 Cloratơ làm việc và 2 Cloratơ dự trữ - 4m2 cho một cân bàn (có 7 cân bàn) Vậy tổng diện tích của trạm là : F = 9.3 + 7.4 = 55 m2 - Trạm được chia làm 2 gian : *Một gian chứa Cloratơ có diện tích :f1 = 27m2 *Một gian chứa bình Clo lỏng có diện tích :f2 = 28 m2 2. Diện tích sân phơi cát - Diện tích sân phơi phải đảm bảo phơi toàn bộ lượng cát trong các bể lọc ,chiều dày lớp cát phơi bằng 0,2m. - Thể tích khối cát 1 bể lọc bằng diện tích bể nhân với chiều dày lớp vật liệu lọc: VB = FB.HB = 29,16.1,2 = 35m3 - Diện tích sân phơi cát bằng thể tích khối cát chia chiều dày lớp cát phơi: S = = 175 m2 0,2 :Chiều dày lớp cát phơi (m). Chọn 2 sân phơi cát bố trí ở 2 bên bể lọc đ S1sân = = 87,5 m2 - Kích thước sân là : 3. Diện tích trạm bơm cấp II với công suất trạm là Q = 36000m3/ngđ ta lấy STBII = 150m2 4. Trạm biến thế - Lấy theo quy phạm .Kích thước (4 x 4)m = 16m2 5. Phòng bảo vệ - Trạm có Q =36000m3/ngđ lấy Sbv = 10m2 .Kích thước (5 x 2)m 6.Nhà hành chính S = 120m2 kích thước (6 x 20)m 7. Nhà cơ khí - kho - Lấy theo quy phạm S = 30m2.Kích thước là (6 x 5)m. Mặt bằng quy hoạch trạm xử lí được thể hiện trên hình vẽ. 8. Phòng thí nghiệm hoá nước Diện tích 42m2. Kích thước là (6 x 7)m. --------------------------------------------------------- Tính Toán xử lý nước sau lọc Mỗi ngày rửa 8 bể .Chu kỳ rửa 1 bể 24giờ Lượng cặn dược dữ lại 2 bể W=9000.(12-3)=81000 000 mg Nồng độ cặn trong nước rửa : C=W/V Lưu lượng nước rửa : V=2.6.12.60.33 Mỗi lần rửa lần lượt 2 bể = 285120 l C= 81000 000/285120 =284mg/l Do C=284 < C0=1900 mg/l .Vì vậy đưa nước quay lại bể trộn Dung tích bể điều hoà lượng nước rửa 2bể Chiều sâu lớp nước 3 m Diện tích bể F= 285,120/3 =10x10 m Tính Toán Sân Phơi Bùn Dung tích cặn trong một ngày 700 m3 Thòi gian tích cặn trong sân là 7ngày Chiều sâu sân phơI bùn 3 m Diện tích sân phơi :f= m2 =50x50 m