Tài liệu tính toán bể lọc nhanh trọng lực

8. bể lọc nhanh trọng lực
Bể lọc đợc tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thờng và tăng cờng.
Dùng vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông số tính toán:
dmax = 1,6 (mm)
dmin = 0,7 (mm)
dtơng đơng =0,8 ữ1,0 (mm)
Hệ số dãn nở tơng đối e = 20%, hệ số không đồng nhất k = 2,0.
Chiều dày lớp vật liệu lọc = 1,2 (m)
Hệ thống phân phối nớc 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 ữ 1,0 m).
Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý :
F =

Q
T .vbt 3,6.W .t1 at 2 .vbt

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 thờng (m/h)
Tra bảng với bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc với cỡ hạt khác nhau, d tđ = 0,8 ữ
1mm,
vbt = 7m/h.
a :Số lần rửa mỗi bể trong 1ngđ ở chế độ làm việc bình thờng,
lấy a = 2 lần.
W :Cờng 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
36000

F =
224,69 (m2)
24.7 3,6.8.0,1 2.0,35.7

Số bể lọc cần thiết:
N = 0,5 F = 0,5 224,69 =8(bể)
*Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cờng khi đóng một bể để rửa hoặc sửa chữa.
N
8
=7
= 8 (m/h)
vtc = vbt.
N N1
8 1


N1 :Số bể lọc ngừng để sửa chữa :N1 = 1
vtc = 8m/h < vtccf = 8 ữ 10m/h

Diện tích 1 bể lọc là : f = F/N = 224,69/8 =29 m2
Chọn kích thớc bể là : L x B = 5,4X5,4m = 29,16m2
Kích thớc 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 nớc
kết hợp).
hv :Chiều dày lớp vật liệu lọc. hv = 1,2 m
hn :Chiều cao lớp nớc trên lớp vật liệu lọc (m):hn 2 m.Lấy hn=2m
hP :Chiều cao phụ kể đến việc dâng nớc khi đóng 1 bể để rửa.

hP = 0,5m
H = 0,3 + 1,2 + 2 + 0,5 = 4 m
Tính toán máng thu nớc rửa lọc gió nớc kết hợp
Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nớc 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 tờng là 0,9 (m) < 1,5 (m)
Lu lợng nớc rửa một bể lọc là:
qr = F1bì W (l/s)
Trong đó:
-

W: Cờng độ nớc rửa lọc, W = 8 (l/s.m2)

-

F1b: Diện tích của một bể: F1b = 29,16 (m2)


qr = 8ì 29,16 = 233,28 (l/s) = 0,23328 (m3/s)

Do một bể bố trí 3 máng thu nên lu lợng nớc đi vào mỗi máng là:
0,23328
q1m =
=0,078 (m3/s)
3
Chọn máng hình tam giác, ta đi tính toán máng dạng này.
Chiều rộng của máng
Đợc tính theo công thức:
Bm = K ì

5

qm2
(1,57 + a ) 3


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 1ữ1,5)

-

K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng, với máng có tiết diện đáy
hình tam giác ta lấy K = 2,1


Bm= 2,1ì

5

( 0,078) 2

(1,57 + 1,5) 3

0,4 (m)

Chiều cao của phần máng chữ nhật
1,5 ì Bm 1,5 ì 0,4
H1 =
=
= 0,3 (m)
2
2
Chiều cao của máng
H2 = H1 + 0,5ì Bm = 0,3 +

1
ì 0,4 = 0,5 (m)
2

Chiều cao toàn bộ máng
Hm = H2 + m (m)
Trong đó: m là chiều dày đáy máng, lấy m = 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 nớc
đợc xác định theo công thức:
Hìe
h=
+ 0,25 (m)
100
Trong đó:
- e : Độ trơng nở của vật liệu lọc khi rửa, e = 20%
- H: Chiều cao lớp vật liệu lọc (m)

1,2 ì 20
=> h =
+ 0,25 (m) = 0,49 (m)
100
Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dới cùng của máng dẫn nớc rửa phải
nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 (m).
Chiều cao toàn phần của máng thu nớc 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 dới cùng của máng
thu Hm phải lấy bằng:
Hm = 0,654 + 0,07 = 0,724 (m)

Máng thu kiểu đáy hình tam giác.

0,5B

0,75B

B

Khoảng cách từ đáy máng thu tới đáy mơng tập trung nớc đợc xác định theo
công thức sau:
hm = 1,75ì

3

q2m
+ 0,2 (m)
g ì B2 m

Trong đó:
-

qm : Lu lợng nớc chảy vào máng tập trung nớc; 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 trờng, g = 9,81 m/ s2

Vậy:
hm = 1,75ì

3

0,23328 2
9,81 ì 0,7 2

+ 0,2 (m)

hm = 0,59 (m)
Chọn vận tốc nớc chảy trong mơng khi rửa lọc là 0,8 (m /s)
Tiết diện ớt của mơng khi rửa là:

qr
( m2 )
Vk
0,23328
Fmơng =
= 0,29 ( m2)
0,8
Fmơng =

Chiều cao nớc trong mơng tập trung khi rửa là:
F
0,29
h= B =
= 0,42 (m)
0,7
m
Theo TTVN 33.85 đáy ống thu nớc sạch ít nhất phải cách mực nớc trong mơng
khi rửa là 0,3m, vậy ta phải bố trí ống thu nớc sạch có cốt đáy ống cách đáy mơng
một khoảng 0,75 (m) .
b. Tính toán hệ thống rửa lọc
Bể đợc sử dụng hệ thống phân phối nớc trở lực lớn là sàn chụp lọc. Rửa lọc
bằng gió và nớc kết hợp.
Quy trình rửa bể:
Đầu tiên, ngng cấp nớc vào bể.
Khởi động máy sục khí nén, với cờng độ 18 (l/s.m2), cho khí nén sục trong vòng
2 phút.
Cung cấp nớc rửa lọc với cờng độ 2,5 (l/s.m2), kết hợp với sục khí trong vòng 5
phút.

Kết thúc sục khí, rửa nớc với cờng độ 8 (l/s.m2) trong vòng 5 phút.
Cung cấp nớc vào bể tiếp tục quá trình lọc và xả nớc 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 = 50ì F1b = 50ì 29,16 = 1458 (cái)
Bố trí 40 hàng chụp lọc, mỗi hàng 40 cái tổng cộng 1600 cái
Sau pha rửa gió nớc đồng thời, cờng độ rửa nớc thuần tuý là W = 8 (l/s.m2)
W 8
Lu lợng nớc đi qua một chụp lọc là: q =
=
= 0,16 (l/s) = 1,6ì 10-4 (m3/s)
N 50
Lấy diện tích khe chụp lọc bằng 0,8% tổng diện tích sàn công tác, tổng diện
29,16
tích khe chụp lọc trong một bể = 0,8ì
= 0,233 (m2)
100


Diện tích khe hở của một chụp lọc là: f1 khe =

0,233
= 1,07ì 10-4 (m2)
1600

Vận tốc nớc qua khe của một chụp lọc khi đó là:
q
1,6 ì 10 -4

V= f
=
= 1,5 (m/s) đảm bảo theo quy phạm.
1,07 ì 10 -4
1 khe
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:
V2K
hPP =
(m)
(Theo 6.114 TCVN 33.85)
2ìgìà2
Trong đó :
-

VK : Vận tốc nớc qua chụp lọc; VK = 1,5 (m/s)

-

à : Hệ số lu lợng của chụp lọc, vì dùng chụp lọc có khe hở nên à =0,5
g : Gia tốc trọng trờng, g = 9,81 (m/s2)
1,5 2
hPP =
= 0,459 (m)
2 ì 9,81 ì 0,5 2

-

Tính toán các đờng ống kỹ thuật

Đờng ống dẫn nớc rửa lọc
Lu lợng nớc cần thiết để rửa 1 bể lọc:
Qr = 3,6.f.W

(m3/h)

f: diện tích 1 bể, f = 29,16m2
W: cờng độ nớc rửa, W = 8l/s.m2
Qr = 3,6.29,16.8 = 839,808(m3/h) = 233,28(l/s)
Ta chọn đờng kính ống là 450mm, v = 1,5m/s
Hệ thống cấp khí
Cờng 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 ữ 20 m/s)
Lu lợng gió cung cấp cho một bể là:
qgió = Wì F1b = 18 ì 29,16= 524,88 (l/s) = 0,525 (m3/s)
Đờng kính ống dẫn gió chính:


dd =

4ìq

gió

ìV

=

4 ì 0,525
= 0,183 (m)

3,14 ì 20

Chọn ống dẫn gió có đờng kính là: 200mm
Đờng ống thu nớc sạch tới bể chứa :
Sử dụng 2 đờng ống thu nớc từ 4 bể lọc về bể chứa. Đờng ống đợc đặt ở trên
cao trong khối bể lọc và xuống thấp khi ra khỏi khối bể lọc.
ống từ một bể ra ống thu nớc sạch chung tải 1 lu lợng là 52,08l/s
chọn đờng kính ống 250mm.
Đờng ống chung sẽ nhận lu lợng tăng dần, do đó đờng kính ống cũng tăng dần.
Cụ thể: tại bể lọc đầu tiên, ống tải lu lợng 1 bể = 52,08l/s chọn đờng kính
250mm.
đến bể lọc thứ 2, ống nhận lu lợng = 52,08.2 = 104,16l/s chọn đờng
kính 300mm
đến bể lọc thứ 3, ống nhận lu lợng = 52,08.3 = 156,24l/s chọn đờng
kính 400mm
đến bể lọc thứ 4, ống nhận lu lợng = 52,08.4 = 208,32l/s chọn đờng
kính 450mm.
Đờng ống xả kiệt
Lấy đờng kính ống là D100 (mm).
Đờng ống xả rửa lọc
Lợng nớc xả chính bằng lợng nớc cấp cho rửa lọc. Qxả = 233,28l/s
Lấy đờng kính ống bằng đờng kính ống cấp nớc rửa lọc là D450 (mm).

c. 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 = 0,22ì Lđỡì W (m)
Trong đó:
-

Lđỡ :Chiều dày lớp sỏi đỡ dày = 0,2 (m)

-

W : Cờng độ nớc rửa lọc = 8 (l/s.m2)


hđỡ = 0,22ì 0,2ì 8 = 0,352 (m)

Vậy

Tổn thất áp lực bên trong lớp vật liệu lọc
hVLL = ( a+ b ì W) ì hL
Trong đó:
-

a,b là các thông số phụ thuộc đờng kính tơng đơng 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 ì 8) ì 1,2
= 1,08 (m)

Tổng tổn thất trên đờng ống dẫn nớc rửa lọc
Tính với 1 ống:
h = hdd + hCB
Trong đó:
-

hdd: Tổn thất trên chiều dài ống từ trạm bơm nớc rửa đến bể chứa. Sơ bộ
chọn bằng 100 (m). Theo tính toán ở trên ta có lu lợng nớc chảy trong ống
qr = 0,4167/2 = 0,20836 (m3/s), đờng kính ống Dchung = 450 (mm).

Tra bảng ta có 1000 i = 5,13

100
= 0,513 (m)
1000
hCB : Tổn thất áp lực cục bộ trên van khoá, sơ bộ chọn hCB = 0,3 (m)
hdd = i ì L = 5,13ì

-

Vậy

h = 0,513 + 0,3 = 0,813 (m)

Vì có 2 đờng ống nên h = 2.0,813 = 1,626m
d. Tính toán chọn bơm rửa lọc
áp lực cần thiết của bơm rửa lọc đợc tính theo công thức:
hB = h +hr+hdt + hdl (m)
Trong đó:
-

h : Độ chênh lệch hình học giữa mực nớc thấp nhất trong bể chứa nớc sạch
tới cao độ máng thu nớc, đợc tính theo công thức:
h = h1 + hK + hS + hđ + hl + Hm + Hm

h1 : độ chênh giữa cốt MĐ tại trạm xử lí và cao độ MNTN trong
bể chứa, lấy h1 = -0,5m
hK : Chiều cao hầm phân phối nớc: hK = 1 (m)
Với


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)

Hm : Khoảng cách từ mép dới của máng phân phối đến lớp vật
liệu lọc, Hm = 0,724 (m)
Hm : Chiều cao máng thu nớc rửa lọc; Hm = 0,6 (m)
=> h = -0,5 + 1 + 0,1 + 0,3 + 1,2 + 0,724+ 0,6 = 3,424 (m)
-

hr : Tổng tổn thất áp lực khi rửa lọc:

hr = hPP + hVLL+ hđ (m)

Theo tính toán ở trên ta có: hr = 0,459 + 1,08 + 0,352 = 1,891 (m)
-

h: Tổng tổn thất trên đờng ống dẫn nớc rửa lọc:
h = 1,626 (m)

-

hdt : áp lực dự trữ để phá vỡ kết cấu ban đầu của hạt vật liệu lọc, lấy h dt = 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 nớc rửa lọc có Qr = 0,23328 ( m3/s) và áp lực Hr = 9 (m)
e. Chiều cao xây dựng bể lọc
Chiều cao xây dựng bể lọc đợc xác định theo công thức:
Hxd = hk + hS + hd + hl +hn + hBV
Trong đó:
-

hk , hS , hd , hl : là các hệ số đã đợc trình bày ở trên
hBV = 0,5 (m)

-

hn : chiều cao lớp nớc trên vật
liệu lọc 2 (m)

5400
500



Hxd = 1+ 0,1+ 0,3 + 1,2 + 2 + 0,5
Hxd = 5,1 (m)

2000

Lớp vật liệu lọc
760

1200
300
100

Lớp nước trên vật liệu lọc

5100

Lớp vật liệu đỡ
Sàn chụp lọc

1000

Hầm thu nước