Đồ án xử lý nước cấp

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
4.1 Tính toán lượng hóa chất cần dùng.
4.1.1 Phèn nhôm:
a) Mùa mưa
Lưu lượng nhà máy: Q = 250000 m3/ngđ = 10417 m3/h = 2,89 m3/s
Độ màu của nước vào mùa mưa: Pmùa mưa = 250 Pt-Co
Lượng phèn cần sử dụng để xử lý nước vào mùa mưa là:
a= 4 = 4 = 63,2 mg/l
Khi xử lý độ đục hàm lượng nhôm cần thiết lấy theo TCXD – 33:2006
Hàm lượng cặn của
nước nguồn (mg/l)
< 100
101 – 200
201 – 400
401 – 600
601 – 800

Liều
lượng
phèn
nhôm:
Al2(SO4)3 không chưa nước mg/l
25 – 35
30 – 40
35 – 45
45 – 50
50 – 60

801 - 1000
1001 – 1400

60 – 70
70 – 80

Ta có SS = 300 mg/l mà hàm lượng cặn lơ lửng thuộc (201 – 400mg/l) thì liều lượng
phèn cần là 35 – 45 mg/l, mà khi xử lý độ màu lượng phèn cần là 63,2 mg/l nên khi xử lý
ta chọn lượng phèn cao nhất cần sử dụng là 63,2 mg/l.
Lượng chất keo tụ sử dụng trong một ngày là:
m = 63,2 x 250000 x10-6 = 15,2 tấn/ngđ
Mà:

Al2(SO4)3

Al2(SO4)3.18H2O

342

666

15,2 tấn

m= ?

m = = 29,6 tấn/ngđ
Lượng phèn lưu trữ trong một tháng là:


A = = 888 tấn/tháng
b) Mùa khô

Độ màu của nước vào mùa khô: Pmùa khô = 70 mg/l

Lượng phèn cần sử dụng để xử lý nước vào là:
a= 4 = 4 = 33,5 mg/l
Lượng chất keo tụ sử dụng trong một ngày là:
m= 33,5 x 250000 x10-6 = 8,375 tấn/ ngđ
Mà:

Al2(SO4)3

Al2(SO4)3.18H2O

342

666

8,375 tấn

m= ?

m = = 16,31 tấn/ngđ
Lượng phèn lưu trữ trong một tháng là:
A = = 489,3 tấn/tháng
•

Diện tích sàn kho chứa phèn:

Lượng phèn lưu trữ trong 1 tháng vào mùa mưa là 888 tấn/tháng
Trọng lượng thể tích khi đổ thành đống là γ = 1,1 – 1,4 tấn/m 3 (Trịnh Xuân Lai 2004).
Chọn γ=1,4 tấn/ m3
Thể tích phèn choáng chỗ trong kho là : W = = 634,3 m3
Phèn đựng trong bao xếp thành đống cao 2m trong kho. Diện tích mặt bằng để phèn là: F

= = 317,2 m2
Thiết kế kho có chiều rộng 17m chiều dài 20m chiều cao 4m, kho có cửa lớn để ô tô
có thể lùi vào đổ phèn trực tiếp vào kho, chung quanh xây kín có lợp mái che để chống
mưa bụi, có cửa thông hơi thoáng gió để chống hơi ẩm của không khí trong kho. Kho xây
liền với các gian đặt các công trình chuẩn bị dung dịch phèn. Hằng ngày đem cân các bao
phèn theo khối lượng cần rồi cho vào bể hòa tan để hòa thành dung dịch.
•

Bể hòa trộn phèn

Dung tích bể hòa trộn phèn (phèn khô).
W=

(m3)


Trong đó:
Q: lưu nước nước cần xử lý (m3/h), Q = 250.000 m3/ngđ = 10417 m3/h
n: khoảng thời gian giữa hai lần hòa tan (h), n = 3h ( vì Q > 100000 m 3/ngđ, Trịnh Xuân
Lai-2004)
a: liều lượng phèn cần thiết lớn nhất theo sản phẩm không ngậm nước (g/ m 3), a = 63,2
g/ m3
p: nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan ( 10 -17% TCVN 33-2006), p = 10%
γ: trọng lượng riêng của dung dịch phèn (t/ m3) γ= 1.4 t/m3 ( Trịnh Xuân Lai-2004)
 W = = 14,1 m3
Chọn bể có dạng hình vuông chiều rộng B = 2,5 m
Phần dưới bể tạo vách nghiêng về phía ống xả cặn, vách nghiêng tường 45º
Chiều cao phần hình chóp cụt bể là 0,5 m
Chiều rộng phần đỉnh hình chop cụt (phần tiếp xúc với đất) : 1m
Chiều cao phía trên phần hình vuông bể là 2,3 m

Chiều cao an toàn là 0,5 m
Chiều cao xây dựng của bể là H = 2,3 + 0,5 + 0,5 = 3,3 m
Thể tích thực tế: W = 2,8 x 2,52 + x(2,5 + 1 + ) = 18,3 m3

Bể có máy khuấy kiểu cánh quạt phẳng .Chọn số vòng quay của cánh quạt: 40 vòng/phút


(quy phạm: n = 30 – 40 vòng/phút, Trịnh Xuân Lai-2004)
Chiều dài cánh quạt tính từ trục quay:
lcq = 0,45.B = 0,4 x 2,5 = 1 (m)

(quy phạm: 0,4 -0,45 d)

Chiều dài toàn cánh quạt:
Lcq = 1 x 2 = 2 (m)
Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/m3dung dịch (quy phạm 0,1 – 0,2 m2)
Fcq = 0,15 x 14,1 = 2,115 (m2)
Chiều rộng cánh quạt:
bcq =

1 Fcq 1 2,115
.
= .
= 0,53
2 Lcq 2 2

(m)
Ta xây dựng 2 bể hòa tan phèn trong đó 1 bể hoạt động 1 bể dự phòng
Đường kính ống dẫn nước vào bể với qnước=1,2 l/s, ống thép d =70mm, nằm ở đầu bể
Cứ 3h hòa tan ta bỏ vào 0,987 tấn phèn

Đường kính ống dẫn nước ra bể q = 94 l/p = 1,6l/s => d = 70mm, đặt cách đáy 200mm
(TCVN 33:2006/30)
Đặt máy bơm dung dịch q = 94 l/phút
c) Dung tích bể tiêu thụ phèn

Dung tích bể:
W (m3) =
Trong đó:
Q: lưu nước nước cần xử lý (m3/h), Q = 250000 m3/ngđ = 10417 m3/h
n: khoảng thời gian giữa hai lần hòa tan (h), n = 3h ( vì Q > 100000 m 3/ngđ, Trịnh Xuân
Lai-2004)
a: liều lượng phèn cần thiết lớn nhất theo sản phẩm không ngậm nước (g/ m 3), a = 63,2
g/ m3
p: nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (4-10 % TCVN 33-2006). Chọn p = 5%
γ: trọng lượng riêng của dung dịch phèn (t/ m3) Υ= 1,4 t/m3 ( Trịnh Xuân Lai-2004)
 W = = 28,2 m3


Chọn bể có dạng hình vuông chiều rộng B = 3,3 m
Phần dưới bể tạo vách nghiêng về phía ống xả cặn, vách nghiêng tường 45º
Chiều cao phần hình chóp cụt bể là 1 m
Chiều rộng phần đỉnh hình chop cụt (phần tiếp xúc với đất) : 1m
Chiều cao phía trên phần hình vuông bể là 2,5 m
Chiều cao an toàn là 0,5 m
Chiều cao xây dựng của bể là H = 2,5 + 1 + 0,5 = 3,8 m
Thể tích thực tế: W = 2,5 x 3,32 + x(3,3 + 1 + ) = 34,7 m3
Ống xả phải có đường kính không nhỏ hơn 100mm, ống dẫn dung dịch đã điều chế phải
đặt cách đáy 100-200mm ( TCVN 33-2006). Dưới đáy hình chóp lắp ống xả D150.
Bể có máy khuấy kiểu cánh quạt phẳng .Chọn số vòng quay của cánh quạt: 40 vòng/phút
(quy phạm: n = 30 – 40 vòng/phút, Trịnh Xuân Lai-2004)

Chiều dài cánh quạt tính từ trục quay:
lcq = 0,4.B = 0,4 x 3,3 = 1,32 (m)

(quy phạm: 0,4 -0,45d)

Chiều dài toàn cánh quạt:
Lcq = 1,32 x 2 = 2,64 (m)
Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/m3dung dịch (quy phạm 0,1 – 0,2 m2)
Fcq = 0,15 x 28,2 = 4,23 (m2)
Chiều rộng cánh quạt:
bcq =

1 Fcq 1 4,23
.
= .
= 0,8
2 Lcq 2 2,64

(m)
Đường kính ống dẫn phèn 10% vào d = 80mm
Đường kính ống dẫn nước sạch vào q = 1,3 l/s, d = 70 mm
Ống dẫn nước đặt ở đầu bể
Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể q = 13,2 m 3/h = 3,7 l/s , d =70 mm, v = 1,07 m/s,
đặt cách đáy 200mm
Bơm định lượng q = 13,2 m3/h
Xây dựng 2 bể tiêu thụ phèn trong đó 1 bể làm việc một bể chuẩn bị dung dịch dự trữ


d) Chọn bơm dung dịch phèn và bơm định lượng.

Chọn bơm định lượng để đưa dung dịch phèn vào bể trộn.
Dung dịch phèn từ bể hòa tan theo định kỳ 3h sẽ được bơm lên bể tiêu thụ một lần.
Chọn thời gian bơm t = 1 giờ (sau mỗi lần bơm, dung dịch phèn sẽ được sẽ được hòa tan
trong 1 giờ liên tục, 1 giờ bơm, 1giờ pha chế đến nồng độ P = 5% ở bể tiêu thụ)
Lượng phèn cần thiết tính cho 1 lần bơm:
= 10417 x 63,2 x 3 =1975063g = 1975 kg
G1: Lượng phèn cần thiết (kg)
Q: Lưu lượng (m3/h)
a: Liều lượng phèn sử sụng (mg/l)
n: Thời gian bơm lên bể tiêu thụ (giờ)
(Nồng độ hòa tan bão hòa của phèn tính theo Al 2(SO4)3 trong bảng 4.1 từ 33% đến 36%
ứng với nhiệt độ nước từ 10 – 20oC)
Chọn nồng độ dung dịch phèn bão hòa P=35 %
Thể tích dung dịch phèn cần dùng trong 3 giờ:
= = 5642,9 (lít)
Nếu bơm trong 1 giờ, lưu lượng máy bơm:
= (l/phút)
 Chọn bơm chịu axit có lưu lượng Qbơm = 94 l/phút, H = 10 m cột nước, trong trạm đặt

hai bơm (1 bơm làm việc, 1 dự phòng).
Đối với mùa khô: tính lượng phèn cần trong 3 giờ và thể tích dung dịch phèn cần bơm
mỗi lần như ở trên (mùa mưa). Lượng phèn cần thiết tính cho 1 lần bơm:
= 10417 x 33,5 x 3 = 1046908,5 g = 1047 kg
Thể tích dung dịch phèn cần dùng trong 3 giờ:
= (L)
Thời gian cần thiết:
t = = 31,8 phút
Bơm định lượng: Lưu lượng dung dịch phèn P = 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ
= = 13 167 (l/h) = 13,2(m3/h)

Chọn bơm định lượng kiễu màng có Q = 13,2m3/h, áp lực đẩy H = 60m cột nước
Bảng tổng hợp liều lượng phèn
Mùa mưa
250000

Mùa khô
250000

Liều lượng phèn(g/m3)

63,2

33,5

Lượng phèn sử dụng 1
ngày (tấn/ngày)

29,6

16,31

Lượng phèn sử dụng trong
1 tháng (tấn/ngày)

888

489,3

Lưu lượng nhà máy

(m3/ngày)

Bảng tổng hợp bể hòa tan và tiêu thụ phèn
Hình dạng
Số lượng
Hình vuông với
2
đáy hình chóp
cụt nghiêng 45º
Bể tiêu thụ
Hình vuông với
2
đáy hình chóp
cụt nghiêng 45o
Kho chứa
1
phèn
Bể hòa tan

Chiều dài (m)
2,5

Chiều rộng (m)
2,5

Chiều cao (m)
3,3

3,3

3,3

3,8

20

17

4

4.1.2 Tính toán vôi đưa vào để xử lý độ ổn định nước.
a) Xác định độ kiềm của nước xử lý
Liều lượng chất kiềm hóa được tính theo công thức (dùng vôi để kiềm hóa nước):
Pk = e1 - Kt + 1) mg/l
Trong đó:
Pk hàm lượng chất kiềm hóa (mg/l)
e1, e2 trọng lượng đương lượng của chất kiềm hóa và của phèn(mg/mgđl). Vì chọn phèn


nhôm để keo tụ và vôi để kiềm hóa nên e1 = 28 ( theo CaO), e2=57 ( theo Al2SO4)
Pp hàm lượng phèn cần thiết để keo tụ mg/l
Kt độ kiềm nhỏ nhất của nguồn nước mg/l
C tỷ lệ chất kiềm hóa nguyên chất có trong sản phẩm sử dụng
=> Pk = 28 - 1,5 + 1) = 24,4 mg/l
b) Liều lượng vôi
Mùa mưa:
- Cống suất trạm xử lý m3/ ng : Q = 250000 m3/ ngđ
- Lượng phèn sử dụng để xử lý nước là: 63,2 g/m3
Mà : (Al2SO4)318H2O + 3 Ca(OH)2 -> 3 CaSO4 + 2Al(OH)3 + 18H2O
3x7454 g/m3

666

->

M= ?

 M = = 21,1 g/m3

CaO + H2O -> Ca(OH)2
56

74

M=?

21,1 g/m3

<-

M = = 16 g/m3






Lượng vôi thị trường có độ tinh khiết 70% cần dùng cho một ngày là
Mcao= = 22,9 g/m3
Lượng vôi cần dùng trong một ngày là:

A = 22,9 g/m3 250000 m3/ngđ 10-6 = 5,725 tấn/ngày
Lượng vôi cần lưu trữ trong một tháng là:
A = 5,725 = 171,75 tấn/tháng
Mùa khô:

- Lượng phèn sử dụng trong một ngày là: 33,5 g/m3
Mà : (Al2SO4)318H2O + 3 Ca(OH)2 -> 3 CaSO4 + 2Al(OH)3 + 18H2O
666
33,5 g/m3

3x74

->

M=?

 M = = 11,2 g/m3

CaO + H2O -> Ca(OH)2
56
M=?

74
<-

11,2 g/m3


M = = 8,5 g/m3
Lượng vôi thị trường có độ tinh khiết 70% cần dùng cho một ngày là







Mcao= = 12 g/m3
Lượng vôi cần dùng trong một ngày là:
A = 12 g/m3 250000 m3/ngđ 10-6 = 3 tấn/ngày
Lượng vôi cần lưu trữ trong một tháng là:
A = 3 = 90 tấn/tháng

b) Kích thước kho chứa vôi
Tỉ trọng vôi cục đổ thành đống γ = 1,4 ( Trịnh Xuân Lai-2004)
Thể tích vôi cục choáng chổ trong kho là W = 122,7 m3
Vôi đổ cao 1,5 m
 Diện tích mặt bằng để đổ vôi là: Fkho vôi = = 81,8 m2

Thiết kế kho rộng 9 m chiều dài 10m cao 4m, kho có cửa lớn để ô tô có thể lùi vào đổ
vôi trực tiếp vào kho, chung quanh xây kín để chống mưa bụi, có cửa thông hơi thoáng
gió để chống hơi ẩm của không khí trong kho. Kho xây liền với các gian đặt các công
trình chuẩn bị dung dịch vôi.
c) Kích thước bể pha vôi
Dung tích bể:
W (m3) =
Trong đó:
Q: lưu nước nước cần xử lý (m3/h), Q = 250000 m3/ngđ = 10417 m3/h
n: khoảng thời gian giữa hai lần hòa tan (h), n = 3h ( vì Q > 100000 m 3/ngđ, Trịnh Xuân
Lai-2004)
a: liều lượng vôi cần thiết lớn nhất theo sản phẩm không ngậm nước (g/ m 3), a = 22,9 g/

m3
p: nồng độ dung dịch vôi trong thùng hòa tan. Chọn p = 5% (Trịnh Xuân Lai-2004)
γ: trọng lượng riêng của dung dịch vôi (t/ m3) γ = 1,4 t/m3 (Trịnh Xuân Lai-2004)
 W = = 10,22 m3

Ta có tiết diện bể như sau:
Chọn bể có tiệt diện vuông B = 2 m


Phần dưới bể tạo vách nghiêng về phía ống xả cặn vách nghiêng tường 45º
Chiều cao phần dưới bể là 1 m
Chiều cao phía trên phần trụ bể là 2,3 m
Chiều cao an toàn là 0,5 m
Chiều cao xây dựng của bể là H = 2,3 + 1 + 0,5 = 3,8 m
Thể tích thực tế: W= 2 x 2 x 2,8 + (2 + 1 + ) = 12,7 m3
Trong trạm đặt 2 bể một làm việc một dự phòng.
Khuấy trộn bằng máy khuấy kiểu tuabin chong chóng, lắp 3 cánh quạt, được xây bằng bê
tông cốt thép. Bộ phận khuấy trộn gồm động cơ điện, bộ phận chuyển động và cánh
khuấy kiểu tua bin
Kích thước cơ bản của cánh khuấy
Chiều dài cánh quạt tính từ trục quay:
lcq = 0,4.B = 0,4 x 2 = 0,8 (m)

(quy phạm: 0,4 -0,45d)

Chiều dài toàn cánh quạt:
Lcq = 0,8 x 2 = 1,6 (m)
Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/m3dung dịch (quy phạm 0,1 – 0,2 m2)
Fcq = 0,15 x 10,22 = 1,533 (m2)
Chiều rộng cánh quạt:

bcq =

1 Fcq 1 1,533
.
= .
= 0,48
2 Lcq 2 1,6

(m)
Vòng quay có thể đạt 40 vòng/phút
Đường kính ống dẫn nước sạch vào bể có q = 0,95 l/s, chọn d = 70mm, v = 0,27m/s
Cứ 3h cho vào 0,511 tấn vôi vào bể
Đường kính ống dẫn vôi 5% ra khỏi bể q = 9 m 3/h = 2,5l/s => d = 70mm cách đáy
200mm
Bơm dung dịch q = 9m3/h
Ống xả cặn D150


d) Dung tích bể tiêu thụ vôi có nồng độ 2%
Dung tích bể:
W (m3) =
Trong đó:
Q: lưu nước nước cần xử lý (m3/h), Q = 250000 m3/ngđ = 10417 m3/h
n: khoảng thời gian giữa hai lần hòa tan (h), n = 3h ( vì Q > 100000 m 3/ngđ, Trịnh Xuân
Lai-2004)
a: liều lượng vôi cần thiết lớn nhất theo sản phẩm không ngậm nước (g/ m 3), a = 22,9 g/
m3
p: nồng độ dung dịch vôi trong thùng hòa tan ≤5 % TCVN 33-2006, p = 2%
γ: trọng lượng riêng của dung dịch vôi (t/ m3) Υ= 1.2 t/m3 (Trịnh Xuân Lai-2004)
 W = = 25,6 m3

Đáy bể là hình chóp bốn cạnh đều góc cân 45 º. Chiều cao phần hình trụ H 1 = 2,5m.
chiều cao phần hình chóp H2 =1 m .Chiều cao an toàn 0.5m
Tổng chiều cao của bể tiêu thụ là H= 2,5 + 1+ 0,5 = 3,8 m
Chiều rộng bể: B = 3,1 m
Chiều rộng phần tiếp giáp với đất: 1m
Thể tích thực tế: W = W= 3,1 x 3,1 x 3 + (3,1 + 1 + ) = 30,8 m3
Bể có máy khuấy kiểu cánh quạt phẳng .Chọn số vòng quay của cánh quạt: 40 vòng/phút
(quy phạm: n = 30 – 40 vòng/phút, Trịnh Xuân Lai-2004)
Chiều dài cánh quạt tính từ trục quay:
lcq = 0,4.B = 0,4 x 3,1 = 1,24 (m)

(quy phạm: 0,4 -0,45d)

Chiều dài toàn cánh quạt:
Lcq = 1,24 x 2 = 2,48 (m)
Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/m3dung dịch (quy phạm 0,1 – 0,2 m2)
Fcq = 0,15 x 25,6 = 3,84 (m2)
Chiều rộng cánh quạt:


bcq =

1 Fcq 1 3,84
.
= .
= 0,77
2 Lcq 2 2,48

(m)

Trong trạm đặt 1 bể tiêu thụ vôi 1 làm việc một dự phòng. Dưới đáy hình chóp lắp ống xả
D150.
Đường kính ống dẫn nước vào: q = 1,4 l/s , d = 70mm, v = 0,4 m/s
Đường kính ống dẫn vôi 5% vào bể: d = 80mm
Đường kính dẫn vôi 2% ra khỏi bể q = 12 m3/h = 3,3 l/s => d = 70mm v =0,95 m/s
Bơm định lượng q = 12m3/h
e) Chọn bơm dung dịch vôi và bơm định lượng vôi

Dung dịch vôi từ bể hòa tan theo định kỳ 3h sẽ được bơm lên bể tiêu thụ một lần.
Chọn thời gian bơm t = 1 giờ (sau mỗi lần bơm, dung dịch vôi sẽ được sẽ được hòa tan
trong 1 giờ liên tục, 1 giờ bơm, 1giờ pha chế đến nồng độ P = 2% ở bể tiêu thụ)
Lượng vôi cần thiết tính cho 1 lần bơm:
= 10417 = 715648 g = 715,6 kg
G1: Lượng vôi cần thiết (kg)
Q: Lưu lượng (m3/h)
a: Liều lượng vôi sử sụng (mg/l)
n: Thời gian bơm lên bể tiêu thụ (giờ)
(Nồng độ hòa tan bão hòa của vôi trong bảng 4.1 sách Trịnh Xuân Lai từ 0,133% đến
0,123% (ứng với nhiệt độ nước từ 10 – 20oC)
Chọn nồng độ dung dịch phèn bão hòa P = 0,133 %
Thể tích dung dịch phèn cần dùng trong 3 giờ:
= (L) =538 m3
Nếu bơm trong 1 giờ, lưu lượng máy bơm:
= (m3/phút)
Chọn bơm chịu axit có lưu lượng Qbơm = 9 m3/phút, H = 10 m cột nước, trong trạm đặt hai
bơm (1 bơm làm việc, 1 dự phòng).


Đối với mùa khô: tính lượng vôi cần trong 3 giờ và thể tích dung dịch vôi cần bơm mỗi
lần như ở trên (mùa mưa). Lượng vôi cần thiết tính cho 1 lần bơm:

= 10417 = 375012 g = 375 kg
Thể tích dung dịch phèn cần dùng trong 3 giờ:
= (L) = 282 m3
Thời gian cần thiết:
t = = 31,3 phút
Bơm định lượng: Lưu lượng dung dịch vôi P = 2% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ
= (m3/h)
Chọn bơm định lượng kiễu màng có Q = 12m3/h, áp lực đẩy H = 60m cột nước. Trong
trạm đặt 2 bơm 1 bơm làm việc 1 bơm dự phòng.
Bảng tổng hợp liều lượng vôi
Mùa mưa
250000

Mùa khô
250000

Liều lượng vôi(g/m3)

22,9

12

Lượng vôi sử dụng 1 ngày
(tấn/ngày)

5,725

3

Lượng vôi sử dụng trong 1

tháng (tấn/ngày)

171,8

90

Chiều dài (m)
2

Chiều rộng (m)
2

Lưu lượng nhà máy
(m3/ngày)

Bảng tổng hợp bể hòa tan và tiêu thụ vôi
Hình dạng
Số lượng
Bể hòa tan
Hình trụ tròn
2
với
đáy
nghiêng 45º
Bể tiêu thụ
Tiết
diện
3
vuông
Kho chứa

1
vôi

Chiều cao (m)
3,5

2.3

2.3

3,5

10

9

4


4.2 Bể trộn cơ khí
Q = 250.000 m3/ngđ = 10417 m3/h = 2,89 m3/s
Gradien vận tốc 1000s-1 ( quy phạm 800 s-1 – 1000 s-1)
Cường độ khuấy trộn 3s (quy phạm 1-3s)
Thể tích bể trộn: V = Q.t = 2,89 3 = 8,67 m3
Chọn bể trộn hình vuông.
Tỉ lệ giữa chiều cao và chiều rộng là 2:1 => H=2B
Ta có: V = H B B = 2B B B =2B3
 B = = = 1,65 m

Chiều cao bể : H = 2 x 1,65 = 3,3m

Chiều cao bảo vệ 0,5m
Vậy chiều cao thực của bể là H= 3,8m
Ống dẫn nước vào ở đỉnh bể, dung dịch phèn cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể nước đi
từ trên xuống dưới qua lỗ của thành bể để dẫn sang ngăn phản ứng
Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng góc 45º hướng xuống dưới để đưa nước từ trên
xuống.
Đường kính máy khuấy D ≤ 0,5B => D ≤ 0,5 1,65 ≤ 0,83 m. Chọn D = 0,6 m
Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoay của nước, chiều cao tắm chắn là
3,3m, chiều rộng 0,17m ( 1/10 đường kính bể).
Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng h = D = 0,6m( đường kính máy khuấy)
Chiều rộng bản cánh khuấy bằng 1/5 đường kính máy khuấy = 1/5 x 0,6 = 0,12 m
Chiều dài bản cánh khuấy bằng ¼ đường kính máy khuấy = ¼ x 0,6=0,15m
Năng lượng cần truyền vào nước là:
P = G2Vµ = (1000)2 x 8,67 x 0,001 =8670 J/s = 8,67 KW
Hiệu suất động cơ η=0.8
Công suất động cơ: Ptt = = = 10,84 Kw
Số vòng quay của máy khuấy
•

n = = = 4,7 vòng/s
Tính toán ống dẫn nước vào.


Vận tốc nước vào và ra bể trộn là 0.8 – 1 m/s. Chọn vận tốc vào là 1m/s
Diện tích mặt cắt ngang đường ống : S = = = 2,89 m2
Đường kính ống: D = = = 1,92 m
Vận tốc nước ra v = 0.9 m/s
Diện tích mặt cắt ngang đường ống : S = = = 3,2m2
Đường kính ống: D = = = 2 m
Đường kính ống dẫn nước thô vào bể q = 2894 l/s => d = 1600 mm, v =1,44 m/s

Đường kính ống dẫn vôi 2% vào bể d = 80mm
Đường kính ống dẫn phèn 5% vào bể d = 80mm
Cửa dẫn nước vào cánh khuấy trộn d = 1600mm
Lắp vách ngăn có chiều cao 3m để nước chảy tràn qua bể tạo bông
Bảng tổng hợp bể trộn cơ khí
Hình dạng
Hình vuông

Số lượng
1

Chiều dài (m)
1.65

Chiều rộng (m)
1.65

Chiều cao (m)
3,8

4.3 Bể phản ứng tạo bông cặn:
Dung tích bể phản ứng với thời gian lưu nước trong bể là 15 phút ( qui phạm 10 -30 phút)
 V = = × 15 × 60 = 2604 m3

Chiều rộng bể phản ứng là a = 4,2 m
Chiều cao bể phản ứng h = 4,2 m
Chiều dài bể phản ứng L = 148 m
Chia mỗi bể làm 4 buồng, mỗi buồng dài 37 m, rộng 4,2 m, cao 4,2 m.
Dung tích của mỗi buồng là 653 m3
Ở tâm các buồng đặt các guồng máy khuấy theo phương ngang

Cường độ khuấy trộn trong các buồng dự kiến 70s -1 ; 55s-1 ; 40s-1 ; 25s-1 (chênh lệch giữa
các ngăn theo quy phạm là 15 -20 s-1 (trang 130 dòng 3)).
Cấu tạo guồng khuấy, gồm trục quay 4 cánh đặt đối xứng qua trục
Kích thứơc bản cánh được chọn bảo đảm : Chiều dài nhỏ hơn 0,3 – 0,4 m so với chiều
sâu và chiều cao , ta chọn l = 3,6 m


Tổng diện tích bản bằng 10 -15% mặt cắt ngang bể F = 15% x 4,2 x 4,2 = 2,5 m2.
Diện tích của 1 cánh f = 2,5/4 0,625 m2
Chiều rộng bản cánh f’= 2,5 /(4x3,6) 0,17 m
Bản cách đặt ở khoảng cách từ mép ngoài đến tâm trục quay R 1= 1,8 m
Chọn tốc độ quay của guồng máy: Sử dụng bộ truyền động trục vít với 1 động cơ điện
kéo chung 4 guồng máy.
Chọn tốc độ quay cơ bản (3-5 vòng/phút)
5 vòng/phút với buồng 1
4 vòng /phút với buồng 2
3,5 vòng /phút với buồng 3
3 vòng/phút với buồng 4
+Kiểm tra chỉ tiêu khuấy trộn:
•

Buồng 1 với dung tích 653 m3, thời gian lưu nước 225s, tốc độ quay n = 5v/p

Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh so với nước (Công thức 5.11 trang 131)
V1 = = = 0,71 m/s
V2 = = = 0,53m/s
R1 = 1,8m bán kính chuyển động của cánh khuấy. – n – số vòng quay trong một phút
R2 = 0,75R1 = 0,75*1,8 = 1,35
Cb = 1,9 hệ số sức cản của nước (l/b >21) (trang 131)
F tiết diện bản cánh khuấy đối xứng

F = 1,224 m2
N = 51CbF(V13 +V23) = 51. 1,9. 0,34 . (0,713 + 0,513) = 60,1 W
Năng lượng sử dụng cho 1m3 nước trong buồng
W = N/V = 60,1/653 = 0,092 w/m3
Giá trị gradien tốc độ :
G = 10 × = 10 × = 31,6 s-1
Giá trị gradien tốc độ hơi nhỏ so với dự kiến. Tăng tốc độ quay của guồng khuấy lên 8,9
v/phút, tính lại các chỉ tiêu cơ bản


V1 = = = 1,26 m/s
V2 = = = 0,94m/s
N = 51CbF(V13 +V23) = 51. 1,9. 0,34 . (1,263 + 0,943) = 335.4 W
Năng lượng sử dụng cho 1m3 nước trong buồng
W = N/V = 291,4/653 = 0,514 w/m3
Giá trị gradien tốc độ :
G = 10 × = 10 × = 74,9 s-1
Gần đúng với dự kiến là 75 s-1
•

Buồng 2 với dung tích 653 m 3, thời gian lưu nước 225s, tốc độ khuấy 7,25
vòng/phút.

V1 = 1 m/s
V2 =0,77 m/s
N =181,3 W
W =0,28 w/m3
G= 55s-1 theo đúng dự kiến là G = 55s-1
•

Buồng 3 dung tích 653 m3, thời gian lưu nước 225s,tốc độ khuấy 5,8 vòng/phút:

V1 = 0,82m/s
V2 = 0,61/s
N = 92,8 W
W = 0,142w/m3
G = 39,3s-1 theo dự kiến G = 40s-1
•

Buồng 4 dung tích 653 m3, thời gian lưu nước 225s, số vòng quay n= 3,7
vòng/phút

V1 = 0,52 m/s
V2 =0,39 m/s
N = 24,1 W
W = 0,037w/m3
G= 20s-1, đúng với dự kiến là 20 s-1.
Giữa các ngăn để cử có đường kính 1600mm để nước chảy qua ngăn tiếp theo.


ở các cửa gắn van 1 chiều.
Bảng 4.7: Tóm tắt chi tiết bể phản ứng:
Chi tiết
Thể tích
Chiều dài
Chiều rộng
Chiều cao
4.4 Bể lắng ngang
 Thiết kế vùng lắng

Q = 250.000 m3/ngđ
u0 = 0,5 mm/s với hiệu quả lắng 92%
Diện tích bể lắng ngang:
F = 5787 m2
Chọn 3 bể lắng, diện tích mỗi bể :
= 1929 m2
Chọn L = 6B B = = 18 m L = 108 m
Chiều cao vùng chứa cặn :
H = + 1 = 4,5 m
= 24 > 15 (Thỏa)
Thể tích thực của bể:
V = 18 * 108 * 4,5 = 8748 m3
Thời gian lưu nước:
T = = 2,52 giờ
Bán kính thủy lực
R= =3m
Vận tốc dòng chảy
v = = 11,9 mm/s
Hệ số Re:
Re = = 27251 > 20000 không đảm bảo điều kiện ổn định dòng.
Hệ số Fr
Fr = = 4,9.10-6 < 10-5 không đảm bảo điều kiện ổn định dòng.
Để giảm trị số của chuẩn số Re và tăng trị số chuẩn số Fr , giữ nguyên chiều rộng bể B =
18 m, đặt thêm vách ngăn không chịu lực và chia chiều rộng mỗi bể thành 5 dải, mỗi dải
có chiều rộng B’ = 18/5 = 3,6 m, vận tốc dòng chảy không đổi.
Khi đó:
Bán kính thủy lực tính cho 1 dải
R’ = = 1,29 m
Hệ số Re:
Re = = 11718 > 20000

Hệ số Fr
Fr = = 1,12.10-5 > 10-5 đảm bảo điều kiện ổn định dòng.
* Vùng thu nước vào
Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của bể tạo bông cặn, mương,
hoặc ống dẫn từ bể bông cặn sang bể lắng làm sao không phá vỡ bông căn, đồng thời
không để bông cặn lắng xuống mương dẫn và phân phối càng gần bể lắng càng tốt. Vận
tốc trong mương V1 =0,3 m/s. Để đảm bảo phân phối nước vào đều, ta đặt 10 cửa thu lấy
nước từ mương dẫn chung vào, cửa lấy nước đặt van bướm để chỉnh lưu lượng và tổn
thất áp lực qua cửa.
Mỗi bể lắng có 5 ngăn ta có thể đặt 10 cửa thu nước cho mỗi ngăn, với Ө = 0.6m
* Vận tốc qua cửa :
v= = = 0.68m/s
Trong đó :
Q – Lưu lượng trạm xử lý 2,9 m3/s
∑F – Tổng diện tích 1 cửa thu nước.
N - Số cửa thu.
* Tổn thất áp lực qua cửa

∆H ≥ 0,01m

∆H = = 1× = 0,024 m
= 1 hệ số tổn thất cục bộ
Để đảm bảo phân phối nước vào đều 30 cửa thu nước, ta đặt tấm phân phối cách cửa thu
2 m.Tấm phân phối được khoan lỗ d=120mm,để phân phối nước đều theo mặt cắt ngang
của mỗi bể.
Vận tốc qua lỗ phân phối v= 0,3m/s (qui phạm 0,2-0,3 m/s).
Tổng diện tích lỗ cho 3 bể là :
∑f1 = = = 9,7m2

Tổng số lỗ trên tấm phân phối
n = = = 858 lỗ
Các lỗ bố trí cách nhau 0,4m theo chiều ngang và 0,38m theo chiều dọc. Bố trí lỗ : 7 hàng
ngang , 123 hàng dọc, do đó tổng số lỗ lấy 861 lỗ.


* Thể tích vùng chứa nén cặn
Wc = = = 150 m3
Trong đó:
T = 2h thời gian dự tính xả cặn.
Q = 10417 m3/h lưu lượng trạm xử lý
C = 12mg/l nồng độ cặn sau xử lý.(qui phạm 8 - 20mg/l)
N = 3 số bể lắng ngang
Với hàm lượng cặn ban đầu 230mg/l sau 3h ta có nồng độ cặn đã nén σ = 17000 g/m 3
Mc = Mo + KA + 0,25M + B
Trong đó:
Mc – Hàm lượng cặn đưa vào bể lắng (mg/l)
Mo = 230mg/l hàm lượng cặn lớn nhất trong nước nguồn (g/m3)
K = 1 đối với phèn nhôm kĩ thuật.
A = 63,2g/m3 hàm lượng phèn sữ dụng (Lượng phèn sử dụng trong mùa mưa)
M = 250 Pt –C0 độ màu của nước nguồn (Độ màu biểu kiến trong mùa mưa)
B = 22,9 g/m3 hàm lượng chất kiềm hoá. (Vôi 75% - Vôi tinh khiết, vôi trong mùa mưa)
→ Mc = 230 +1x63,2 + 0,25.250 + 22,9 = 378,6 mg/l= 378,6 g/m3
Thiết kế ngăn chứa cặn có tiết diện ngang là hình thang.
* Thể tích ngăn chứa cặn : Wc = F.B

(m3)

Trong đó :
F=

F : Diện tích ngang của ngăn chứa cặn 

a+b
.h
2

( m2 )

B : Chiều rộng bể lắng ; B = 18m
Chọn đáy lớn là a = 12m ; Đáy bé b = 5m ,chiều cao ngăn nén cặn h = 1 m
(Các thông số thiết kế được lấy trong SGK Xử Lý Nước Cấp Cho Sinh Hoạt Và Công
Nghiệp – Ts. Trịnh Xuân Lai – Trang 159,160)
=> Chiều cao xây dựng bể lắng H = 4,5m (vùng lắng) + 1m (vùng chứa cặn) +
0.5m(bảo vệ) = 6m


Chiều dài vùng lắng kể cả 2 ngăn phân phối và thu nước L = 108 m (vùng lắng) +
2m + 1,5m = 115m
Lượng nước tính bằng phần tram mất đi khi xả cặn ở 1 bể
P = = *100 = 3,24%
Trong đó : Kp: hệ số pha loãng khi xả cặn bằng thủy lực bằng 1,5
Hệ thống xả cặn làm bằng máng đục lỗ ở 2 bên và đặt dọc theo trục mỗi ngăn. Thời gian
xả cặn quy định t =8-10 phút, ta lấy 10p. Tốc độ chảy ở cuối máng k nhỏ hơn 1 m/s.
* Máng thu nước
Tổng chiều dài máng cần thiết
L > = = 257 m => L= 500 m
Vì có 3 bể lắng nên chiều dài máng thu cho một bể là = 167 m
Mỗi bể lắng chia thành 10 máng thu, khỏang cách tim máng 1,2 m, hai máng ngoài cách
tường 1m.

Vậy chiều dài mỗi máng = 16,7 m
Kiểm tra tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng:
q = = = 2,89 l/s.m (chọn vì nằm 13 l/s.m).
Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90 0 để điều chỉnh cao độ mép máng. Chiều cao
hình chữ V là 5cm, đáy chữ V là 10cm, mỗi m dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các
đỉnh là 20cm.
Lưu lượng nước qua một khe chữ V góc đáy 900
q0 = 1,4.h5/2
Chiều cao mực nước h trong khe chữ V:
q0 = = = 1,4
rút ra h = 4,43cm < 5 cm đạt yêu cầu.
* Mương thu nước tập trung
Mương tập trung thu nước đã lắng từ 3 bể lắng. Mương thu này được thiết kế sao chó nó
cũng chính là đường dẫn nước đến các bể lọc.
Với chiều rộng B = 2 m.
Vận tốc nước chảy trong mương (0,6 0,8 m/s) (TCXDVN 33:2006, mục 6.84).


Chọn v = 0,6 m/s.
Tiết diện mương: F =
Chiều cao mương : H =

Chọn H = 2,5 m

Vậy vận tốc lúc này : v =
4.5 TÍNH TOÁN BỂ LỌC NHANH
 Xác định bể lọc

Tổng diện tích bể lọc:
F=

Q
250000
=
T * v bt − 3,6 * W * t1 − at 2 * v bt 24 * 6 − 3,6 * 14 * 0,1 − 1 * 0,35 * 6

= 1827 (m2)

Q: công suất trạm xử lý (m3/ngđ)
T: thời gian làm việc của trạm trong ngày (giờ)
vbt = 6 m/h (bảng 4-6, NND): tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h)
a = 1: số lần rửa mỗi bể trong 1 ngày ở chế độ làm việc bình thường.
W = 14 l/s.m2 (bảng 4-5, NND): cường độ nước rửa lọc (l/s.m2).
t1 = 6 phút = 0.1 giờ (quy phạm: 5 7 phút): thời gian rửa lọc (giờ), (theo bảng 45)
t2 = 0,35 giờ: thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ).
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 = 1,25 mm

-

dmin = 0,5 mm

-

dtương đương = 0,7 ÷0,8 mm

Hệ số dãn nở tương đối e = 45%, hệ số không đồng nhất k = 2 2,2

Chiều dày lớp vật liệu lọc L = 0,8 m, (Bảng 4-6. Nguyễn Ngọc Dung)
Số bể lọc cần thiết:
N=

1
1
F =
1827 = 21,37
2
2

≈ 22 (bể)


f =

F 1827
=
= 83 m 2
N
22

Diện tích của một bể lọc là:
Chọn kích thước bể lọc: B × B = 9,12m × 9,12m = 83,2 m2
Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa:

vtc = vbt *

N
22

= 6*
= 6,6m / h < 7,5m / h
N − N1
22 − 2

(bảng 7.2 TXL/221)

Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh: H = hd + hv + hn + hp
Trong đó:
hd: Chiều cao lớp đỡ. Chọn hd = 0,1 m
hv: Chiều dày lớp vật liệu lọc. Chọn hv = 0,8 m
hn : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc. Chọn hn = 1,4m
hp: Chiều cao thu nước lọc hp = 0,5m
 H = 0,1 + 0,8 + 1,4 + 0,5 = 2,8 m + 0,5m bảo vệ = 3,3m
 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc

Chọn biện pháp rửa lọc bằng gió, nước phối hợp
Cường độ nước rửa lọc W = 14 l/sm 2 (quy phạm: 14 16 l/s.m 2, bảng 4-5 ứng với mức độ
nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45%).
Lưu lượng nước rửa của một bể lọc:

Q

r

=

f *W 83 *14
=
= 1,162m 3 / s = 1162l / s

1000
1000

Chọn đường kính ống chính dc = 1000 mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống
chính sẽ là vc = 1,49 m/s (nằm trong giới hạn cho phép ≤ 2 m/s)
Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.3m (Quy phạm cho phép 0,250,3m)
Số ống nhánh của một bể lọc :
m=

B
9,12 * 2
*2 =
= 60.8 ≈ 61
0.3
0,3

ống


Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong một ống nhánh:
qn =

1827
≈ 30l / s
61

Chọn đường kính ống nhánh là dn = 169 mm. Ống bằng thủy tinh thì tốc độ nước chảy
trong ống nhánh là vn = 1,87 m/s . (nằm trong giới hạn cho phép 1.8 2 m/s).
Với đường kính ống chính d = 1000mm, thì tiết diện ngang của ống:
= 0,785

Tổng diện tích lỗ lấy 35% diện tích tiết diện ngang của ống (Quy phạm cho phép
3035%).
Tổng diện tích lỗ tính được:
Chọn đường kính lỗ 12 mm (Quy phạm 1012mm).
Diện tích một lỗ:
ωlô =

π * (0,012) 2
= 1,1304 *10 −4 m 2
4

Tổng số lỗ:
lỗ
Số lỗ trên mỗi ống nhánh = 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 mặt phẳng nằm ngang.
Số lỗ trên một hàng của ống nhánh = = 20 lỗ
Khoảng cách giữa các lỗ:
a = = = 0,2 m
1,02: Đường kính ngoài của ống gió chính (m).
Chọn 2 ống thoát khí

φ 32mm

đặt ở cuối ống chính.

Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc:
Chọn cường độ gió rửa bể lọc Wgió = 15 l/sm2 (quy phạm 1520 l/s.m2)
Lưu lượng gió tính toán

Wg * f

Qg =

=

1000

15 * 83
= 1,245m 3 / s
1000

Chọn tốc độ gió trong ống dẫn gió chính v = 15 m/s (Quy phạm 1520 m/s)
Đường kính ống gió chính:
Dg =

4Q g

=

πV g

4 * 1,245
= 0,325m ≈ 0,35m
π * 15

= 350 mm
Diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính:
Ωg =

πd 2 π * (0,35) 2
=
= 0,096m 2
4
4

Số ống nhánh cũng lấy bằng 61.
Lượng gió trong một ống nhánh:
qg =

1,245
= 0,02m 3 / s
61

Đường kính ống gió nhánh:
dg =

4q g

=

πV g

4 * 0,02
= 0,041(m) = 41mm
π *15

Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% tiết diện ngang ống gió chính (Quy phạm 3540%)
ω g = 0.4 * 0,096 = 0,0384 m 2

. Chọn đường kính lỗ gió là 3mm (Quy phạm 25mm).



Diện tích 1 lỗ gió:
2
π * d lôgio
π * (0,003) 2
f lôgio =
=
= 7,065 *10 −6 m 2
4
4

Tổng số lỗ gió:
m=

ω
f

g

log io

=

0,0384
= 5435
7,065 *10 −6

lỗ