đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước cấp

MỤC LỤC


LỜI MỞ ĐẦU
Nước sạch có vai trò rất quan trọng trong hoạt động sống cũng như sản xuất của
con người. Các nguồn nước đang được sử dụng hiên nay cho sinh hoạt là nước mưa,
giếng khoan, ao hồ… Những nguồn nước này đang bị ô nhiễm bởi các tác nhân như:
chất hữu cơ, vi sinh vật, kim loại nặng…từ các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông
nghiệp, nước mưa chảy tràn sinh hoạt của con người. Nếu không có các biện pháp ngăn
chặn và xử lý kịp thời thì sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức
khỏe của con người.
Hiện nay có rất nhiều nhà máy xử lý nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống đã và
đang sử dụng những dây truyền công nghệ tiên tiến hiện đại để xử lý nước mặt và nước
ngầm. Việc lựa chọn dây truyền công nghệ phù hợp rất quan trọng và nó phụ thuộc vào
chất lượng nước đầu vào, yêu cầu của nguồn nước đầu ra, điều kiện kinh tế, kỹ thuật.
Sau đây tôi xin đề xuất dây truyền công nghệ hợp lý để xử lý nguồn nước thô
cấp cho sinh hoạt.


CHƯƠNG I: ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU
- Nguồn nước: Ngầm
- Công suất cấp nước: 16000 m3/ngày đêm
- Chỉ tiêu chất lượng nguồn nước: so sánh với các chỉ tiêu chất lượng nước trong
QCVN 02: 2009/BYT (cột I – áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước)
Chỉ tiêu

Đơn vị đo

Giá trị QCVN 02: 2009/BYT

Nhiệt độ

0

C

22

-

Ph

-

7.2

6.0 – 8.5

Độ màu

TCU

14

15

Độ đục

NTU

10

5

XL

Hàm lượng cặn lơ lửng

mg/l

12

XL

Hàm lượng các muối hòa tan mg/l

160

Hàm lượng sắt tổng số

mg/l

10

0.5

Hàm lượng amoni

mg/l

-

3

Hàm lượng mangan tổng số

mg/l

0,5

0.2

Độ kiềm toàn phần

Mgđl/l

2

XL


CHƯƠNG II. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
I.
1.

TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH ĐANG ĐƯỢC ÁP DỤNG
Công trình làm thoáng
Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước.

Làm thoáng trước để khử CO 2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. Công trình
làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO 2 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 để khử Fe có trong nước. Hóa chất sử dụng ở đây là clo – một
chất oxy hóa mạnh để oxy hóa Fe, các chất hữu cơ có trong nước, Mn, H 2S. Ngoài ra để
tạo môi trường thuận lợi cho quá trình oxy hóa Fe thì ta phải cho thêm vôi cùng với clo.
Mục đích cho thêm vôi là để kiềm hóa nước giúp cho tốc độ phản ứng oxy hóa Fe diễn ra
nhanh hơn
Có thể làm thoáng tự nhiên hoặc làm thoáng nhân tạo.
Các công trình làm thoáng gồm:
 Làm thoáng đơn giản: phun hoặc tràn trên bề mặt bể lọc có chiều cao từ trên đỉnh tràn

đến mực nước cao nhất > 0,6m
Hiệu quả:
Khử được 30 – 35% CO2
Tốc độ lọc 5 – 7m/h; d = 0,9 – 1,3mm; Hvll = 1,0 – 1,2m
Cường độ rử lọc bằng nước 10 – 12l/s.m2; bằng khí 20l/s.m2
Fe <=5mg/l; pH sau làm thoáng >6,8
 Dàn mưa: làm thoáng tự nhiên. Khử được 75 – 80% CO 2, tăng DO (55% DO bão hòa)
Cấu tạo dàn mưa gồm:
- Hệ thống phân phối nước
- Sàn tung nước (1 – 4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m
- Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc
- Sàn và ống thu nước
 Thùng quạt gió: làm thoáng tải trọng cao(làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió và nước đi
ngược chiều. Khử được 85 – 90% CO2, tăng DO lên 70 – 85% DO bão hòa.
Cấu tạo:
- Hệ thống phân phối nước
- Lớp vật liệu tiếp xúc
-

2.

Bể lắng









Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước khi vào bể lọc để
hoàn thành quá trình làm trong nước.Trong thực tế thường dùng các loại bể lắng sau tùy
thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng:
Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất > 30 000 m3/ngđ đối với
trường hợp xử lý nước có phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý
không dùng phèn
Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ (đến 3000
m3/ngđ). Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ.
Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện
tích xây dựng hơn nhưng cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận hành khó, đòi hỏi công
trình làm việc liên tục và nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Bể
chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến 3000 m3/ngđ
Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên.Bể được áp dụng để sơ lắng
các nguồn nước có hàm lượng cặn cao (>2000 mmg/l) với công suất ≥ 30000 m3/ngđ
3.

Bể lọc

 Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trong lớp màng









lọc. Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi sử dụng
nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản. Nhược điểm lớn nhất là tốc
độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng
nhọc. Bể lọc chậm thường được áp dụng cho các nhà máy có công suất đến 1000 m 3/ngđ
với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ
Bể lọc nhanh: là bể lọc một chiều,dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vạt liệu
lọc. Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất
keo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm
Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông nhưng cso 2
lớp vật liệu lọc nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể
Bể lọc sơ bộ: được áp dụng để làm sạch triệt để trong bể lọc chậm. Bể lọc này làm việc
theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông.
Bể lọc áp lực: được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình
trụ ngang cho công suất lớn. Loại bể này được áp dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt
có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50 mg/l, độ đục lên
đến 80 độ với công suất 300 m3/ngđ, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector
thu khí với công suất < 500m3/ngđ và máy nén khí cho công suất bất kì.
Bể lọc tiếp xúc: thường được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất
phản ứng với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150mg/l, độ màu đến 150 độ với công
suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lý có công suất đến 10000m 3/ngđ
4.

Khử trùng


Khử trùng trong nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước cấp.
Trong nước thô có rất nhiều VSV và vi trùng gây bệnh như tả, lị, thương hàn cần phải
khử trùng nước để đảm bảo chất lượng nước phục vụ nhu cầu ăn uống.
Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng. Cơ sở của phương pháp là dùng
chất oxi hóa mạnh để oxi hóa men của tế bào sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm của
phương pháp này là vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu suất chấp nhận được. Dung
dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch.
5.

Bể chứa nước sạch

Có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II. Nó
còn nhiệm vụ dự trữ nước chữa cháy trong 3 giờ, nước xả cặn bể lắng, nước rửa bể lọc và
nước dùng cho các nhu cầu khác của nhà máy.
Bể có thể làm bằng bê tong cốt thép hoặc gạch có dạng hình chữ nhật hoặc hình
tròn trên mặt bằng. Bể có thể xây chìm, nổi hoặc nửa nổi nửa chìm tùy vào điều kiện cụ
thể.
II.

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ
1.

Đề xuất phương án xử lý

Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của
nguồn nước thô. Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm

chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau khi xử lý. Dựa vào các số liệu đã có, so
sánh với chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn
những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể. Theo chất
lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý:
- Phương án 1:
Nước từ
trạm bơm
giếng6
khoan

-

Giàn
mưa

Lắng
đứng
tiếp
xúc
xả cặn

Lọc
nhanh

BCNS
clo

Phương án 2:

6666

Nước
từ
trạm bơm
giếng khoan

Thùng
quạt
gió

Lắng trong
có lớp cặn
lơ lửng
xả cặn

Lọc
nhanh

BCNS
clo


2.

So sánh 2 phương án:
So sánh
Ưu
điểm

Phương án 1
Phương án 2

Giàn mưa:
Hệ số khử khí CO2 trong thùng quạt
+ Dễ vận hành
gió là 90-95% cao hơn so với giàn
+ Dễ duy trì, bảo dưỡng và vệ mưa
sinh định kỳ
Khối lượng công trình nhỏ, chiếm ít
diện tích

Nhược
điểm

Giàn mưa tạo tiếng ồn khi
hoạt động, khối lượng công
trình chiếm diện tích lớn

Thùng quạt gió vận hành khó hơn
giàn mưa, khó cải tạo khi chất lượng
nước đầu vào thay đổi, tốn điện khi
vận hành. Khi tăng công suất phải xây
dựng thêm thùng quạt gió chứ không
thể cải tạo
Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng xây
dựng và vận hành phức tạp, rất nhạy
cảm với sự dao đông về lưu lượng và
nhiệt độ nguồn nước. Khó khan khi
tăng giảm lưu lượng nước đầu vào

Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý. Chọn phương án 1 làm phương án
tính toán

CHƯƠNG III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
1.

Giàn mưa
- Mục đích: khử Fe và Mn
 Diện tích, bề mặt giàn mưa:
Lưu lượng qua giàn mưa: Q = 16000 m3/ngđ = 666,67 m3/h
- Diện tích dàn mưa:

F = = = 44,44(m2)
Trong đó:


Q: lưu lượng nước xử lý (m3/h)
qm: cường độ mưa (theo quy phạm: 10÷15 m3/m2.h), chọn qm = 15 m3/m2.h
Chia giàn mưa thành N = 6 ngăn, diện tích mỗi ngăn:
f = = = 7,41 m2
•
•

-

→ Mỗi ngăn có kích thướng 2,6 x 2,9 (m2)
-

Lưu lượng nước vào mỗi ngăn của giàn mưa:

q = = 0,031 (m3/s)
 Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng

• Các chỉ tiêu sau làm thoáng
- Độ kiềm :

Độ kiềm của nước sau khi khử sắt tính theo công thức:
Ki = Ko – 0,036 .[Fe2+] (mgđl/l)( Theo công thức 5-1, trang 164, Xử lí nước cấp, Nguyễn
Ngọc Dung )
Trong đó :
+ Ki : Độ kiềm của nước nguồn sau khi khử sắt (mgđl/l)
+ Ko : Độ kiềm ban đầu của nước nguồn (mgđl/l), K0 = 3 mgđl/l
+ [Fe2+] : Hàm lượng sắt của nước nguồn (mg/l), [Fe2+] = 10 mg/l
 Độ kiềm của nước sau khi khử sắt là:
Ki = Ko – 0,036 .[Fe2+] = 3 – 0,036 . 10 = 2,64 (mgđl/l)
Lượng CO2 tự do ban đầu của nước nguồn tính theo công thức:

( Công thức trang 316, xử lí nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai)
Trong đó:
Ko là độ kiềm ban đầu của nước nguồn, Ko = 3 mgđl/l


µ: lực ion của dung dịch, µ = 0,000022P
P: tổng hàm lượng muối (mg/l) = 200 ≤1000 → µ = 0,022
K1 là hằng số phân li bậc 1 của axit cacbonic, với t = 220C → K1 = 4,154.10-7

Hàm lượng CO2 tự do có trong nước xác định :
[CO2] = C0 ( 1 - a) + 1,6 . [Fe2+] = 28.(1 - 0,8) + 1,6 .10 = 21,6 mg/l
( Theo công thức 5-2, trang 164, Xử lí nước cấp, Nguyễn Ngọc Dung )
Trong đó:
• a: hiệu quả khử CO 2 của công trình làm thoáng (a = 0,75 – 0,8 – làm thoáng

bằng giàn mưa). Chọn a = 0,8.

Ta có: Ki = 2,64; [CO2] = 21,6 mg/l ; t =22oC; P = 160 mg/l
Tra bảng Langlier, suy ra pH = 7,1
 Xác định chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc
Diện tích giàn mưa: F = 44,44 m2
Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc:
Ftx =
Trong đó:
K: hệ số khử khí, chọn vật liệu tiếp xúc là than cốc có d = 24 mm, theo biểu đồ hình 5-8,

trang 17, sách GT XLNC của Nguyễn Ngọc Dũng, K = 0,074 m/h ứng với nhiệt độ của
nước nguồn là 220C
G: lượng CO2 tự do cần khử (kg/h)
G=
Cl: lượng CO2 tự do đơn vị cần khử để tăng độ pH lên 7,5 tính như sau:
Cl = 1,64 Fe2+ + (Cđ – Ct)
Trong đó:
Fe2+: hàm lượng sắt của nước nguồn, Fe2+ = 10 (mg/l)
Cđ: hàm lượng CO2 tự do ban đầu trong nước ngầm, Cđ = 23 (mg/l)
Ct: nồng độ CO2 tính toán ứng với pH = 7,5 và độ kiềm của nước nguồn


Ct = Cbđ.β.γ (mg/l)
Cbđ:hàm lượng CO2 tự do xác định theo biểu đồ 6-2, điều 6.206, TCXDVN 33:
2006, với độ kiềm K0 = 3mgđl/l, nhiệt độ t = 200C, Cbđ = 18,5 (mg/l)
Căn cứ vào lượng muối hòa tan trong nước là 160 (mg/l), tra bảng 5-1, trang
173, sách GT XLNC của Nguyễn Ngọc Dũng, β = 1,02.
Biết nhiệt độ của nước là 22 0C, tra bảng 5-2, trang 173, sách GT XLNC của
Nguyễn Ngọc Dũng, γ = 1,02
→ Ct = Cbđ.β.γ = 18,5 . 1,02 . 0,98 = 18,49 (mg/l)
Cl = 1,64 . 10 + (23 – 18,49) = 20,91 (mg/l)

G = = = 13,9 (kg/h)
Lực động trung bình cuả quá trình khử khí:
∆Ctb = (kg/m2)
Cmax = 1,64Fe2+ + Cđ = 1,64 . 10 + 23 = 39,4 (mg/l)
∆Ctb = = 0,027(kg/m2)
Ftx = = = 6957 (m2)
Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc: W =
Trong đó:
ftx: diện tích đơn vị bề mặt tiếp xúc, tra bảng 5-3, trang 174, GT XLNC của Nguyễn Ngọc
Dũng, ftx = 120 (m2/m3)
W = = = 56,2(m3)
Chiều cao tổng cộng lớp vật liệu tiếp xúc trong giàn mưa:
htx = = = 1,17(m)
Lấy chiều cao lớp tiếp xúc ở mỗi sàn là 0,39m ( điều 6.246, TCXDVN 33: 2006, chiều
cao lớp vật liệu tiếp xúc: 30 – 40 cm). Thiết kế sàn mưa gồm 3 tầng
 Hệ thống phân phối nước của giàn mưa

Dùng hệ thống ống phân phối nước bằng xương cá gồm:

•

Ống phân phối chính


- Đường kính ống phân phối chính vào các ống nhánh trên giàn mưa:

D=

4×q
(m)

π×v

Trong đó:
• v: vận tốc nước chảy trong cống, v = 0,8 ÷ 1,2 m/s (Theo mục 6.246 TCVN 33 –

2006). Chọn v= 1 m/s
D = = = 0,199 (m)
Chọn ống chính có đường kính 200 mm
•
-

Ống nhánh
Trên các ống phân phối chính có các ống nhánh nối với ống phân phối chính theo

-

hình xương cá.
Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh cần lấy bằng 250 – 350 mm (Theo mục
6.111.TCVN 33 – 2006), chọn 300mm

Vậy số ống nhánh trên một ngăn là:

-

Lưu lượng nước chảy trong ống nhánh:

-

Đường kính ống nhánh

Trong đó:
•

v: tốc độ chảy của ống nhánh, v = 1,6 ÷ 2 m/s (Theo mục 6.111. TCVN 33 –
2006), chọn v = 1,8 m/s

Chọn đường kính ống nhánh D = 35 mm.


-

Tiết diện ngang của ống chính là:

Để nước có thể phân bố đều trên khắp diện tích mỗi ngăn của giàn mưa, trên các
ống nhánh ta khoan các lỗ có đường kính 6 mm (lấy từ 5 – 10 mm, trang 170 - sách
XLNC – Nguyễn Ngọc Dung). Tổng diện tích các lỗ này lấy bằng (30 – 35 %) tiết diện
ngang của ống chính (trang 141 – sách XLNC – Nguyễn Ngọc Dung). Chọn 35%.
-

Như vậy, tổng diện tích các lỗ:
s = 35% × S = 35% × 0,0314 = 0,011 (m2)

-

Diện tích mỗi lỗ phun là:

-

Tổng số lỗ phun mưa:

-

Số lỗ trên mỗi ống nhánh:

Trên mỗi nhánh khoan 2 hàng lỗ so le nhau hướng ra 2 bên, hợp với phương
ngang 1 góc 450, mỗi lỗ có đường kính 6 mm. Số lỗ trên 1 hàng của mỗi ống nhánh 18/2
= 9 (lỗ)
-

Chiều dài mỗi ống nhánh:

= 1,35 (m)
-

Khoảng cách giữa 2 tim lỗ kề nhau trên mỗi hàng là:

Nằm trong giới hạn cho phép (từ 150 – 200 mm – 6.111 TCXD 33:2006)
 Hệ thống sàn tung nước
- Chọn đường kính lỗ trên tấm inox: nếu đường kính lỗ càng nhỏ thì số lỗ càng

nhiều, hiệu quả làm thoáng càng cao. Tuy nhiên khi số lỗ quá dày dẫn đến tình


trạng không khí khó khuếch tán vào trong tâm giàn mưa ảnh hưởng đến hiệu quả
xử lý nên ta chọn đường kính mỗi lỗ là 20 mm. Khoảng cách giữa các lỗ là 60mm.
-

Khoảng cách từ mép biên đến lỗ tâm thứ nhất là 55 mm.
Số lỗ theo chiều dài 2,9 m của tấm inox:

-

Số lỗ theo chiều rộng 2,6 m của tấm inox: Khoảng cách từ mép biên đến tâm lỗ
thứ nhất là 50 mm

- Tổng số lỗ trên mới sàn là: 48.43 = 2064 (lỗ)
 Hệ thống ngăn nước

Để có thể thu oxy của khí trời, kết hợp với đuổi khí CO 2 ra khỏi giàn mưa, đảm
bảo nươc không bị bắn ra ngoài, người ta thiết kế hệ thống cửa chớp thu không khí.
Theo sách Xử lý nước cấp của TS. Nguyễn Ngọc Dung trang 171 thì hệ thống
ngăn thu nước thu khí được thiết kế như sau:
-

Các cửa chớp bê tông cốt thép.
Góc nghiêng của cửa chớp với mặt phẳng khoảng 450
Khoảng cách giữa 2 cửa chớp là 200 mm và chiều rộng mỗi cửa là 200 mm. Các

cửa chớp được thiết kế xung quanh toàn bộ giàn mưa.
 Hệ thống thu nước
• Sàn thu nước
Sàn thu nước được đặt ở dưới đáy giàn mưa để hứng nước sau quá trình làm
thoáng , có độ dốc 0,05 về phía xả cặn. Sàn được làm bằng bê tông cốt thép. Chiều dày
bê tông có kích thước 200 mm. Bố trí một ống thu nước dưới đặt dưới đáy sàn thu và tâm
ống thu cao hơn mặt đáy sàn 0,2 m để ngăn cặn bẩn theo dòng nước vào các công trình
phía sau..
•
-

Ống thu nước

Bố trí ống dẫn nước đưa nước từ sàn tung nước xuống bể lắng với tốc độ là 0,8 -

-

1,2 m/s (Theo mục 6.120. TCVN 33 – 2006). Chọn v = 1 m/s
Đường kính ống dẫn nước sang bể lắng đứng


Chọn đường kính là 200 mm
Kiểm tra lại vận tốc:

(Nằm trong giới hạn cho phép 0,8 – 1,2 m/s)
 Chiều cao giàn mưa
-

Chọn khoảng cách từ sàn phân phối nước đến sàn tung mưa trên cùng: 0,7 m
Khoảng cách giữa 2 lớp vật liệu tiếp xúc là 0,6 m
Khoảng cách từ sàn tung mưa dưới cùng đến sàn thu nước là 0,8 m
Chọn độ dày sàn thu nước là 0,2 m
Chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc: 0,39 m
Chiều dày lớp sàn tung: 0,02
 Chiều cao giàn mưa: H = 0,7+0,6 . 2 + 0,8 + 0,2 + 0,39 . 3 + 0,02= 4,07
Vậy kích thước của mỗi ngăn giàn mưa là: B x L x H = 2,6m x 2,9m x 4,07m

2.

Bể lắng đứng tiếp xúc
Dung tích bể :
W = = = 388,89 (m3)
Trong đó:

Q: Công suất trạm xử lý (m3/h)
Q = 16000 (m3/ngd) = 666,67 (m3/h)
T: Thới gian nước lưu lại trong bể ( 30÷45 phút)
Chọn T = 35 (phút)
Chọn chiều cao vùng lắng của bể là 2,5m ( tiêu chuẩn 1,5÷3,5m)
Tốc độ nước dâng trong bể:
v = = = 1,19 (mm/s)


Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:
F = = = 155,56 (m2)
Chia làm 4 bể, diện tích mỗi bể là:
f = = 38,89 (m2)
Lưu lượng nước qua mỗi bể:
q = = 166,67 (m3/h) = 0,0463 (m3/s)
Tốc độ nước chảy qua ống trung tâm v = 0,95(m/s) thì đường kính ống trung tâm là d =
250mm
Tổng diện tích mỗi bể kể cả ống trung tâm:
fb = f + = 38,89 + = 38,94 (m2)
=> D = = = 6,98 (m)
Chọn bể lắng tiếp xúc hình trụ tròn, đường kính bể D = 7 m, chiều cao vùng lắng bằng
0,8 chiều cao phần hình trụ
Htrụ = = = 3,1 (m)
Chiều cao phần hình nón của bể lắng:
Hnón = .tg50 = 3,9 (m)
( 0,4 là chiều rộng hố thu cặn ở đáy)
Lấy chiều cao bảo vệ là 0,5m
Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc:
H = Htrụ + Hnón + Hbv = 3,1 + 3,9 + 0,5 = 7,5 (m)
•

Thiết kế vùng xả cặn


- Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn:
T = (giờ)
(Theo mục 6.68 – TCVN 33:2006)
Trong đó:
• T: Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn (h),
• WC: dung tích phần chứa nén cặn của bể

WC =
Với:
D: đường kính của bể lắng, D = 7m
d: đường kính phần đáy hình nón của vùng chứa cặn,d = 0,4m
=> Wc = = 50 m2
• Q: Lưu lượng nước cho vào bể (m3/h), Q = 666,67 (m3/h)
• N: Số lượng bể lắng, N = 4
• C: Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng 10 ÷ 12 mg/l. Chọn C = 10
mg/l
• δ: Nồng độ trung bình của cặn đãn nén chặt lấy theo bảng 6.8 (Theo mục 6.68 –
TCVN 33:2006), khi xử lý không dùng phèn δ = 15000 g/m3, trong 24h.
• Cmax: Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng xác định theo công thức:

Trong đó:
o

Cn: Hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l) = hàm lượng cặn sắt + hàm lượng cặn

o

o

mangan + hàm lượng cặn lơ lửng = 19,11 + 0,71 + 12 = 31,82 mg/l
P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước (g/m3)
K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng. Đối với phèn sạch lấy K =

0,5; Với phèn không sạch K =1,0; Với sắt Clorua K = 0,7.
o M: Độ màu nước nguồn tính bằng độ (thang màu platin-côban). M = 10
o v: Liều lượng vôi (nếu có) cho vào nước (mg/l)

Hàm lượng cặn Fe(OH)3 sau làm thoáng


2 Fe2+ + HCO3- + ½ O2 + H2O = 2 Fe(OH)3 + 4 CO2
2 x56

2 x (56+51)

10

19,11

Hàm lượng cặn Mn(OH)4 sau làm thoáng
2 Mn(HCO3-)2 + O2 + 6H2O = 2 Mn(OH)4 + 4HCO3
2(55 + 2x16)

2(55 +4x17)

0,5

0,71

- Vậy thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn là:
T = = = 177,7(giờ) ≈ 7,4 ngày
- Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần tram lượng nước xử lý:

Kp: hệ số pha loãng cặn bằng 1,2 ÷ 1,15, lấy Kp = 1,15
Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và 4
máng hình quạt nan quạt chảy tập trung vào máng chính. Nước chảy theo 2 chiều, nên
diện tích mặt cắt ngang của máng vòng tính như sau:
fv = (m2)
Trong đó:
Q = 666,67 (m3/h) = 0,1852 (m3/s)
v: vận tốc nước chảy trong máng, v = 0,6÷0,7 (m/s), chọn v = 0,7 m/s
→ fv = = 0,066 (m2)
Chọn máng có tiết diện 0,2x0,33m
Tiết diện ngang của máng nan quạt:


fq = = = 0,027 (m2)
Chọn máng có tiết diện 0,2x0,135m

3.

Bể lọc nhanh
Chọn bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc.
 Chọn vật liệu lọc

Theo Bảng 6.11, mục 6.103 – TCVN 33:2006 ta chọn lớp vật liệu lọc như sau:là cát
thạch anh, có đường kính d = 0,7 – 1,6 mm, có đường kính tương đương là d tđ = 0,75 –

0,8 mm. Hệ số không đồng nhất K = 1,3 – 1,5. Chiều dày lớp cát lọc lấy bằng L 1 =
1400mm. Độ rỗng là 30%.
 Lớp sỏi đỡ

Theo Bảng 6.12 – mục 6.110 – TCVN 33:2006
-

Lớp sỏi đỡ đường kính 5 – 10 mm; kích thước trung bình là 7,5 mm, chiều dày là

150 mm
 Diện tích bể lọc
- Tổng diện tích mặt bằng của bể được xác định theo công thức:

(Theo mục 6.103 – TCVN 33:2006)
Trong đó:






Q: Công suất trạm xử lý (m3/ngđ), Q = 16000 (m3/ngđ)
T: Thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày đêm, T = 24h
vbt: Tốc độ lọc ở chế độ bình thường, vbt = 6 – 8 m/h. Chọn vbt = 8 m/h.
a: Số lần rửa mỗi một bể lọc trong 1 ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, a = 2
W: Cường độ nước rửa lọc, W = 14 – 16 l/s.m 2 (Theo bảng 6.13 – TCVN 33 : 2006),

chọn W = 15 l/s.m2
 t1: Thời gian rửa lọc (h), t 1 = 5 – 6 phút (Theo bảng 6.13 – TCVN 33:2006), chọn t 1 =
6 phút = 0,1h

 t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa (h), t2 = 0,35h (Theo mục 6.102 – TCVN 33: 2006).


Do đó diện tích của bể lọc là:

-

Số bể lọc được xác định theo công thức:

-

Lấy 5 bể, khi đó diện tích mỗi bể là:

Kích thước mỗi bể là L×B = 5 × 3,7 =18,5 (m×m)
 Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức:

Trong đó :
hd : chiều cao lớp sỏi đỡ, hd = 0,15 m
hvl : chiều dày lớp vật liệu lọc, hv = 1,4 m
hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc, hn = 2 m (Theo 6.106 TCXD 33:2006)
hh : chiều cao tầng hầm thu nước, hh = 1 m
hbv : là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m
Vậy H = 0,15 + 1,4 + 2 + 1 + 0.5 = 5,05 (m)
-

Tốc độ lọc tính toán theo chế độ làm việc tăng cường xác định theo công thức:

(Theo mục 6.105 – TCVN 33: 2006)
Trong đó:
• vbt: tốc độ lọc ở chế độ bình thường, (lấy theo bảng 6.11 - mục 6.103 – TCVN

33:2006)
• N1: Số bể lọc dùng để sửa chữa


vtc thỏa mãn nằm trong khoảng 7 – 9,5 m/h (Theo bảng 6.11-TCVN 33:2006)
 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc

Chọn phương pháp rửa bể bằng gió và nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc W n =
5÷8 (l/s.m2), chọn Wn = 3 (l/s.m); độ giãn nở của lớp vật liệu lọc e = 30%. Cường độ
gió rửa lọc Wgió = 15 ÷ 20 (l/s.m2), chọn Wgió = 15 (l/s.m2) ( Theo 6.123 – TCXD
33:2006)
 Hệ thống cung cấp nước rửa lọc:
- Cường độ rửa nước là: 6 (l/s.m2)
- Vận tốc nước trong ống là v = 1,6 (m/s) (theo mục 6.111 – TCXD 33:2006 là 1÷2
-

m/s)
Lưu lượng nước cần thiết cho 1 bể lọc để rửa lọc:
Qr = (m3/s)

Trong đó:
+ f: diện tích một bể lọc, f = 18,2 m2
+ W: cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), lấy W = 15 (l/s.m2)
→
-

Qr = = 0,11 (m3/s) = 110 (l/s)
Đường kính ống dẫn nước rửa cho 1 bể:
Dr = = = 0,296 (m)

Vậy đường kính ống rửa là D = 300 mm bằng thép
-

Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,28 m (quy phạm cho phép là 0,25÷0,3 m), số
ống nhánh của 1 bể lọc là:
m = . 2 = . 2 = 26 (ống nhánh)
- Lưu lượng nước rửa lọc cho mỗi ống nhánh:
qn = = = 4,23 (l/s)
- Đường kính ống nhánh:
dn = = = 0,053 (m)
(Với tốc độ nước chảy trong ống nhánh: vn = 1,8 ÷ 2 m/s, chọn vn = 1.9 m/s)
Vậy đường kính ống nhánh là D60 làm bằng thép
-

Với ống chính là 300 mm, thì tiết diện ngang của ống:
Ω = = = 0,071 (m2)


Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (quy phạm cho phép là
30÷35%), tổng diện tích lỗ là: w = 0,35 . 0,071 = 0,025 m2
-

Chọn lỗ có đường kính 12 mm (theo quy phạm là 10÷12 mm), diện tích 1 lỗ:
wlỗ = = 1,13 x10-4 (m2)

Vậy tổng số lỗ là:
no = = = 222 (lỗ)
-

Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là:
n = = 10 (lỗ)

Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau hướng xuống phía dưới và
nghiêng 1 góc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là
10/2 = 5 lỗ.
-

Khoảng cách giữa các lỗ là:
a = = 0,45 (m)

(0,525: đường kính ngoài của ống dẫn nước chính)
−

Chiều dài mỗi ống nhánh:

Chọn 1 ống thoát khí D = 32 mm đặt ở cuối ống chính


Hệ thống cung cấp khí rửa lọc:

Cường độ gió rửa lọc Wgió = 15 ÷ 20 (l/s.m2), chọn Wgió = 15 (l/s.m2) ( Theo 6.123 –
TCXD 33:2006)
Lưu lượng gió tính toán:
Qgió = = = 0,273 (m3/s)
Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 15m/s (theo quy phạm 15÷20 m/s), đường kính
ống gió chính:
-

-

Dgió = = = 0,152 (m)
-

Lấy đường kính ống gió chính D = 160 mm
Số ống gió nhánh cũng bằng 24


Lượng gió trong 1 ống nhánh:
= 0,01 (m3/s)
- Đường kính ống gió nhánh:
dgió = = 0,03 (m) = 30 (mm)
Đường kính ống gió chính là D = 160 mm, diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính:
Ωgió = = = 0,02 (m2)
-

-

Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% diện tích tiết diện ngang ống gió chính (quy
phạm 35÷40%), nên wgió = 0,4 . 0,02 = 0,008 m2. Chọn đường kính lỗ gió là 3 mm (theo
quy phạm là 2÷5 mm), diện tích 1 lỗ gió:
flỗ gió = = 7,07 .10-6 (m2)
-

Tổng số lỗ gió:
m = = 1132 (lỗ)
Số lỗ trên 1 ống nhánh là: = 44 (lỗ)
Khoảng cách giữa các lỗ:
a = = 0,11 (m)

(0,17: đường kính ngoài của ống gió chính; 22: số lỗ trên 1 hàng, vì lỗ gió trên ống nhánh
phải được đặt thành 2 hàng so le và nghiêng 1 góc 45o so với trục thẳng đứng của ống).
 Tính toán số chụp lọc:

Sử dụng chụp lọc đuôi dài có khe lọc rộng 1mm (0,7÷1 mm). Đổ cát trực tiếp lên sàn
chụp lọc số lượng chụp lọc bằng 36÷40 cái/1m 2 sàn (Điều 6.122, TCXD 33), sơ bộ chọn
36 chụp lọc cho 1m2 sàn công tác. Tổng số chụp lọc trong một bể:
N = 36.Fb = 36.18,2 = 650 (cái)
Chọn 25 hàng, mỗi hàng 26 cái.
Chế độ rửa lọc nước và gió kết hợp: cường độ gió 15 l/s.m 2, cường độ nước 2,5 l/s.m2
(theo điều 6.123 TCXDVN 33: 2006)
Lưu lượng nước đi qua một chụp lọc là:
qn = = = 0,07 (l/s)
Lưu lượng gió đi qua 1 chụp lọc:
qg = = = 0,42(l/s)
Tổng số chụp lọc cần thiết cho 5 bể: 650 . 5 = 3250 cái
Khi dùng loại chụp lọc dài đuôi, hiệu quả sử dụng phương pháp nước và gió kết hợp rất
có hiệu quả. Tại tầng thu nước, sẽ hình thành 2 tầng khí và nước riêng biệt. Khi đó, có thể


sẽ không cần thiết kế giàn ống phân phối nước và gió. ( XLNC – Nguyễn Ngọc Dung)
Lấy diện tích khe chụp lọc bằng 0,8% (0,8÷1 % ) tổng diện tích sàn công tác của
bể lọc. Tổng diện tích khe chụp lọc trong một bể là: 0,8 .18,2 /100 = 0,146 (m2)
-

-

Diện tích khe hở một chụp lọc là:
fkhe = = 2,25 . 10-4 (m2)
Vận tốc nước và gió qua khe của một chụp lọc là :

v = = = 2,17 (m/s), đảm bảo theo quy phạm không được nhỏ hơn 1,5 m/s
(GT xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dũng, trang 131)
Tổn thất áp lực qua chụp lọc ( theo CT 6-24, điều 6.112, TCXDVN 33:2006)
hcl = = = 0,96 (m)
Trong đó:
vc: vận tốc nước và gió qua chụp lọc, vc = 2,17 m/s
g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
µ: hệ số lưu lượng của chụp lọc, µ = 0,5

 Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc:

Bể có chiều rộng là 3,7 m. chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc có đáy hình
tam giác. Khoảng cách giữa các tim máng là d = 3,7/2 = 1,85 m (Theo mục 6.117 –
TCVN 33:2006, d ≤ 2,2 m )
-

Lượng nước rửa thu vào mỗi máng là:

Trong đó:
 Wn: Cường độ rửa lọc, Wn = 15 l/s.m2
 d: Khoảng cách giữa các tâm máng, (m)
 l: Chiều dài của máng, l = 5 m

-

Chiều rộng máng tính theo công thức:

(Theo mục 6.117 – TCVN 33:2006)
Trong đó:

 a: tỉ số giữa chiều cao của phần hình chữ nhật với nửa chiều rộng máng, (a = 1

÷ 1,5). Chọn a = 1,2
 K: Hệ số đối với máng hình tam giác, K = 2,1
Ta có:

Vậy chọn chiều cao máng thu nước là h cn = 0,31 m, lấy chiều cao của đáy tam giác
hđ = 0,1 m. Độ dốc của máng lấy về phía máng nước tập trung là i = 0,01; chiều dày
thành máng lấy là δm = 0,08 m.
-

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa:

(Trang 147 – XLNC –Nguyễn Ngọc Dung)
-

Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép thu nước xác định theo công thức:
(Theo mục 6.118 – TCVN 33:2006)

∆Hm
Trong đó:


H : Chiều cao lớp vật liệu lọc (m), chọn chiều dày của lớp cát thạch anh: 1400



mm, => H = 1400 mm
e : Độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc %, lấy theo bảng 6.13 – mục 6.115 –

TCVN 33:2006. Ta có e = 30

Khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp
vật liệu lọc tối thiểu 0,1 m (TCXD 33:2006)


Chiều cao toàn phần của máng thu nước là: H m = 0,49 m. Vì máng dốc về phía
máng tập trung i = 0,01, máng dài 5 m
→ Chiều cao ở phía máng tập trung là: 0,49 + 0,01. 5 = 0,54 m
Vậy h sẽ phải lấy bằng:
h = 0,54 + 0,1 = 0,64 (m)
-

Nước rửa lọc từ máng thu nước tập trung. Khoảng cách từ đáy máng thu đến máng
tập trung xác định theo công thức (mục 6.118 – TCVN 33:2006):

Trong đó:
 qm: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước qm = 0,139. 2 = 0,278 m3/s

Δ: chiều rộng của máng tập trung Δ = 0,7m (Theo TCVN 33:2006: chiều rộng máng tập
trung không nhỏ hơn 0,6 m)

-

Chọn vận tốc trong mương khi nước rửa lọc là 0,8 m/s. Tiết diện ướt của mương khi rửa
lọc là:
Fm = = = 0,34 (m)
-

Chiều cao lớp nước trong mương khi tập trung rửa:

h = = = 0,65 (m)
Vậy ta phải bố trí ống thu nước sạch cách đáy mương 0,65 m

 Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh
- Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ ( theo CT 6-23

điều 6.111, TCXDVN 33: 2006):
hp = ξ . + (m)
Trong đó:
+ vo: vận tốc nước chảy ở đầu ống chính; vo = 1,9 m/s
+ vn: vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh; vn = 2,17 m/s

[2]