Đồ Án Xử Lý Nước Thiên Nhiên

thuyết minh
Đồ án môn học xử lý nớc thiên nhiên
******

Phần I
Lựa chọn dây chuyền công nghệ
I. Xác định các chỉ tiêu còn thiếu:
1.

Tổng hàm lợng muối hoà tan

Xác định dựa vào công thức:
P = M+ + A- + 1,4 [Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO32-]
Trong ®ã:
+ ∑ M+: Tỉng hỗn hợp các ion dơng trong nớc nguồn không kể Fe2+
∑ M+ = [Na+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [NH4+]

= 46 + 60,12 + 8,19 + 1,5 = 115,81 (mg/l)
+ A-: Tổng hàm lợng các ion âm không kể HCO3-, SiO3∑ A-= [SO42-] +[Cl-] + [NO2-] + [NO3-]

= 75 + 71 + 1,2 + 1 = 148,2 (mg/l)
⇒ P = 115,81 + 148,2 + 1,4x0,22 + 0,5x148 + 0,13x0,7 =

338,409
P = 338,409 (mg/l)
2. Hàm lợng CO2 hoà tan
Đợc xác định theo biểu đồ Langelier, từ giá trị của các tham sè ®·
biÕt:
to = 20oC, P = 338,409 mg/l, Ki = 2,43 mg®l/l, pH = 6,8
⇒ [CO2] = 35 mg/l

II. Đánh giá chất lợng nớc nguồn
Trớc tiên, cần kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu cho trớc:
-

Độ kiềm toàn phần

KiTP = [OH-] + [HCO3-] + [CO32-] (mgđl/l)
Vì pH = 7,4 ⇒ [OH-] rÊt nhá cã thÓ coi b»ng 0

1


Mặt khác, pH = 6,8 < 8,4 trong nớc chỉ có CO2 và HCO3-, không
có CO32- nên

[CO32-] = 0

KiTP = 0 +

148
+ 0 = 2,43 (mgđl/l)
61,02

CTP =
=

Độ cứng toàn phần
[Ca 2+ ] [ Mg 2+ ]
+
20,04

12,16

60,12
8,19
+
= 3 + 0,67 = 3,67 (mgđl/l)
20,04
12,16

- Độ cứng Cacbonat:
Ck =

[ HCO3]
148
=
= 2,43 (mgđl/l)
61,02
61,02

KiTP, CTP, Ck đợc xác định đúng.
So sánh các chỉ tiêu chất lợng nớc nguồn với Tiêu chuẩn vệ sinh nớc ăn
uống
(TC 1329/2002/BYT/QD)
Tiêu
Nớc
TT
Tên chỉ tiêu
Phơng án
chuẩn
nguồn

1.
Cặn lơ lửng (mg/l)
3
800
Dùng phèn
2.
Độ mầu (cobalt )
15
40
Dùng phèn
Colifom tổng số
3.
0
980
Xử lý bằng clo
(con/100ml)
Độ oxy hoá
4.
2
1,2
pemanganat (mg/l)
5.
Độ pH
6.5-8.5
6.8
2+
Hàm lợng sắt Fe
6.
0.5
0,22

(mg/l)
7.
Hàm lợng H2S (mg/l)
0.05
0,16
Xử lý b»ng clo
8.
NH4+ (mg/l)
1.5
1,5
9.
NO2- (mg/l)
3
1,2
10. NO3 (mg/l)
50
1
211. SO4 (mg/l)
250
75
12. Cl
(mg/l)
250
71
+
13. Na
(mg/l)
200
46
2+

14. Cu
(mg/l)
2
0
15. Pb
(mg/l)
0.01
0.02
ã Đánh giá chất lợng nớc nguồn:

2


- So sánh với tiêu chuẩn chất lợng nớc mặt, ta thÊy ngn níc nµy cã
thĨ dïng lµm ngn cÊp cho các trạm xử lý nớc cấp cho ăn uống và
sinh hoạt.
- So sánh các chỉ tiêu với tiêu chuẩn chất lợng nớc cấp cho ăn uống và
sinh hoạt, ta thấy các chỉ tiêu nh độ màu, hàm lợng cặn lơ lửng,
độ cứng, hàm lợng các hợp chất chứa nitơ, H2S, chỉ số E.Coli lớn và
cần đợc xử lý.
-Nớc nguồn có hàm lợng các hợp chất chứa nitơ, H2S lớn
Cần tiến hành Clo hoá sơ bộ trớc khi đa nớc vào công trình
xử lý.
-

Hàm lợng cặn và độ màu lớn hơn các chỉ tiêu chất lợng nớc
cấp cho sinh hoạt nên phải làm trong nớc và khử màu bằng
phèn.

-

pH = 6,8 thuộc khoảng 6,5 đến 8,5 nên đạt tiêu chuẩn nớc
cấp cho sinh hoạt.

-

Hàm lợng cặn lơ lửng lớn nên dùng phèn nhôm Al2(SO4)3 để keo
tụ.

-

Chỉ số E.Coli = 980 con/100ml >TC(<20 con/l) nên cần khử
trùng.

-

Công suất trạm nhỏ Q = 2500 m3/ngđ nên dùng bể lắng đứng
và bể lọc nhanh trong dây truyền công nghệ.

-

Do có dùng phèn nên trong DCCN phải có thêm công trình trộn
và phản ứng.

iii. Sơ bộ chọn Dây chuyền công nghệ
Các yếu tố ảnh hởng đến việc lựa chọn dây chuyền công nghệ:
-

Loại nguồn nớc và chất lợng nguồn nớc.

-

Yêu cầu chất lợng nớc của đối tợng sử dụng.

-

So sánh chất lợng nớc nguồn với yêu cầu cấp nớc để có biện
pháp xử lý.

-

§iỊu kiƯn kinh tÕ kü tht.

3


-

Điều kiện địa phơng.

Từ những điều đà phân tích ở trên, sơ bộ ta chọn DCCN xử lý nớc
mặt cho trạm xử lý có công suất 2500m3/ngđ:

n ớc
nguồn

bểtrộn

bểp/u xoáy
+lắng đứng

lọc
nhanh

BCNS

IV.Xác định liều lợng các hoá chất đa vào trong
nớc:
1. Xác định lợng Clo hoá sơ bộ
-

Lợng Clo để khử NH4+, NO2-:
LCl = 6NH4+ + 1,5NO2- +3
= 6.1,5 + 1,5x1,2 + 3 = 13,8 (mg/l)

-

Lợng Clo để khử H2S:
LCl = 0,47.[H2S] =0,47x0,16 = 0,0752 (mg/l)

VËy ∑ LCl = 13,8 + 0,0752 = 13,9 (mg/l)
LCl = 13,9 mg/l

2. Xác định liều lợng phèn Lp:
* Loại phèn sử dụng là phèn nhôm Al 2(SO4)3 khô. Đa phèn vào để xử lý
cặn lơ lửng và độ màu
-

Liều lợng phèn để xử lý nớc đục đợc xác định theo hàm lợng
cặn lơ lửng:

Tính toán với CTP = 800mg/l, tra bảng 6.3 (TCVN 33-2006) thì lợng phèn không chứa nớc dùng để sử lý là 60-70 mg/l.
chọn sơ bộ ta đợc: L1p = 60 mg/l
- Liều lợng phèn để xử lý độ màu của nớc đợc xác định theo
độ màu M:
L2p = 4 M = 4 40 = 25,3 (mg/l)
So sánh ta thấy Lp1>Lp2 nên lấy Lp =60 mg/l ®Ĩ xư lý níc

4


* Kiểm tra độ kiềm của nớc theo yêu cầu keo tụ:
Khi cho phèn vào nớc, 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 nớc để nâng pH lên giá trị phù hợp với
yêu cầu xử lý, lợng kiềm ®ỵc tÝnh:
Lp

Lk = ek.( e

- Kio + 1 ).

p

100
C

(mg/l)

Trong ®ã:

Lp, ep : liều lợng và đơng lợng phèn đa vào trong nớc
Lp = 60 mg/l,
ep ((Al2(SO4)3) = 57 mgđl/l,
ek: đơng lợng kiềm, chọn chất kiềm hoá là CaO nên ek = 28 mg®l/l
Kio : ®é kiỊm cđa níc ngn, Kio = 2,43 mgđl/l
C: tỉ lệ CaO nguyên chất trong sản phẩm sử dụng, C = 80%
1: độ kiềm dự trữ
Lk = 28x(

100
60
- 2,43 +1)x
= -13,21 < 0
57
80

Nh vËy ®é kiềm của nớc đảm bảo keo tụ, không cần phải kiềm
hoá.

V. Xác định các chỉ tiêu cơ bản của nớc sau xử lý:
Sau khi đa phèn vào trong nớc mà không cần kiềm hoá, nớc
sau xử lý có pH, Ki giảm, CO2 và cặn lơ lửng C tăng.
1. Độ kiềm Ki*
Ki* = Kio -

Lp
(mg®l/l)
ep

Kio : ®é kiỊm cđa níc ngn, Kio = 2,43 mgđl/l

Lp, ep : liều lợng phèn không ngậm nớc và đơng lợng phèn: Lp = 60
mg/l, ep = 57
⇒ Ki* = 2,43 -

60
= 1,377 (mg®l/l) > 0 kết luận không cần
57

kiềm hoá nh trên là đúng.

5


2. Hàm lợng CO2
CO2* = CO20 + 44

Lp
ep

60
=81,316 (mg/l)
57

= 35 + 44.
3. Độ pH*

Xác định bằng cách tra biểu đồ Langelier, dùa vµo (t0, P, K*i,
CO2)
Ta cã t0 = 20 0C, P = 338,409 mg/l, K*i = 1,377 mg®l/l, CO2* =
81,316 mg/l

pH*=6,2

4. Xác định ph ở trạng thái cân bằng bÃo hoà (pHs )
Đợc xác định theo hàm số:
pHs = f1(to) - f2(Ca2+) -f3(K*i) + f4(P)
các chỉ số đợc tra theo hình 6.1 (TCVN 33-2006)
*to =20 0C. Tra biểu đồ ®ỵc f1(to)=2,1
*Ca2+ = 60,12 mg/l. Tra biĨu ®å ®ỵc f2(Ca2+) =1,78
*Ki* = 1,3771mgđl/l. Tra biểu đồ đợc f3(K*i)=1,12
*P = 338,409 mg/l. Tra biểu đồ đợc f4(P)=8,82
pHs = 2,1 - 1,78 - 1,12 + 8,82 = 8,02

pHS = 8,02
5. KiÓm ra độ ổn định của nớc sau khi keo tụ
Chỉ số ổn định của nớc:
J = pH* -pHs = 6,2 – 8,02 = -1,82 < 0
⇒ Níc cã tÝnh x©m thực, phải ổn định nớc bằng vôi. Lợng vôi đợc

tính theo hàm lợng CaO trong trờng hợp pH*(= 6,6) < pHs(= 8,02) <
8,4 là:
Lv = ev. .Ki*.

100
(mg/l)
Cv

Trong đó: ev: đơng lợng vôi, ev = 28 mgđl/l

: hệ số phụ thuộc pH*
Tra biểu đồ hình 6.4 (TCVN 33-2006) ta có β =1,5

6


Ki* : ®é kiỊm cđa níc tríc khi xư lý ổn định
Cv : độ tinh khiết của vôi, Cv = 80%


Lv = 28.0,95.1,377.

100
=
80

47,785 (mg/l)

LV = 47,785mg/l
6. hàm lợng cặn lớn nhÊt sau xö lÝ
Cmax* = Cmaxo + K.

Lp
ep

+ 0,25M + Lv

K: độ sạch của phèn.Với phèn loại B, K = 1,1
Cmaxo : hàm lợng cặn ban đầu

Cmax* = 800 + 1,1 x

60
57

+ 0,25 x 40 + 47,785 = 858,94 (mg/l)

bểtrộn

lọc
nhanh

clo

bểp/u xoáy
+lắ
ng đ
ứng

BCNS

vôi

clo

n ớc
nguồn

phè n

Thiết kế dây chuyền công nghÖ:

7


Phần II
Tính toán các công trình trong dây chuyền
Ta lần lợt 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 nhỏ Q = 2500 m3/ngđ

Dùng bể hoà phèn khuấy trộn bằng thiết bị cơ giới sử dụng
cánh khuấy.
Bể xây dựng bằng gạch.
ã Dung tích bể hoà phèn:

Q.n.Lp
(m3)
10000.bh .

ã Wh=

Trong đó:
+Q: công suất trạm, Q = 2500 m3/ngđ = 104,16m3/h
+Lp : liều lợng phèn cho vào nớc.
Lp = 60(g/m3)
+bh : nồng độ dung dịch trong bể hoà, bh=15%.
+ : khối lợng riêng cđa dung dÞch phÌn

Cã thĨ coi γ
= 1 T/m3 (TCXDVN 33:2006)
+n :số giờ giữa hai lần pha chế, phụ thuộc Q
Q = 2500 m3/ng®  Chän n = 24 giê. (TCXDVN 33:2006)

⇒ Wh =
Chän

104,16.24.60
≈ 1(m 3 )
10000.15.1

2 bĨ hoµ phÌn hình trụ có đờng kính :

D =0,8m; H=1m
r: chiều dàI cánh khuấy r =(0,40,45)D
chọn r =0,35m
số vòng quay :20-30 vòng/phút.
*Dung tích bể tiêu thụ:

Wtt =

Wh.bh
btt

+ Wh: dung tích bể hoà trộn, Wh=1 m3
+ bh=15%
+btt:nồng độ dung dịch trong bể tiêu thơ, btt=5%
⇒ Wtt =

1.15
= 3(m 3 )
5

Chän 2 bĨ tiªu thô

8


Do bể hoà phèn có kích thớc nhỏ nên ta sẽ bố trí bể hoà phèn
nằm trong bể tiêu thụ.
Khi ®ã bĨ tiªu thơ cã dung tÝch 4 m 3. KÝch thíc bĨ tiªu thơ: (1,5 x
1,5 x 1,8) m

2.BĨ pha chế dung dịch vôi sữa

9


Bểhòa vôi
3

8

Bểtiêu thụ
khínén

4

2

6

11

7

1
10

12

5

Cặn 9
vôi

ống xả cặn

ống xả cặn

Dung tích bể pha vôi sữa xác định theo công thức:

Wv =
+
+
+
+
+

Q.n.Lv
10000
.bv.

Q: công suất trạm, Q = 104,16 m3/h
n: số giờ giữa 2 lần pha vôi, n = 24 h
Lv: liều lợng vôi, Lv = 47,785 (mg/l)
bv: Nồng độ vôi sữa, bv = 5%
=1 T/m3
∂ : tØ träng v«i,
∂

Wv =

104,16.24.47,785
= 2,4(m 3 )
10000.5.1

ThiÕt kế 2 bể khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt, có thể tích mỗi
bể : Wbể = 1,2(m3). Bể xây hình trụ có đáy là hình tròn, đờng
kính
bằng chiều cao công tác:
Wv .4
1,2.4

d =3



=3

1,2( m)

Chọn kích thớc bể : d = 1,2 m
Hb = 1,2 m
- Chän sè vòng quay cánh quạt là 40 vòng/phút
- Chọn chiều dài cánh quạt lcq = 0,5 (m)
3.Thiết bị định lợng
a) Thiết bị định lợng phèn:
Dùng bơm định lợng để bơm dung dịch phèn công tác vào bể
hoà trộn

10


Lợng phèn cần dùng cho một ngày

Q.L p

1000000

=

2500 x60
= 0,15(T )
1000000

Bơm định lợng phải bơm dung dịch phèn công tác 5 %

Lu lợng bơm:

q=

150.100
= 0,035(l / s = 126(l / h)
5.24.3600

Sử dụng 2 bơm định lợng phèn, một bơm hoạt động liên tục và
một bơm dự phòng.
b. Thiết bị định lợng vôi:
Lợng vôi cần dùng cho một ngày:

Q.LV
2500 x 47,785
=
= 0,1195(T )
1000000
1000000

Bơm định lợng phải bơm dung dịch vôi sữa 5 %
Lu lợng bơm :

q=

119,5.100
= 0,028(l / s ) = 100,8(l / h)
5.24.3600

Sử dụng 2 bơm định lợng vôi, một bơm hoạt động liên tục và một

bơm dự phòng.
4.Kho dự trữ hoá chất
Công suất trạm là nhỏ nên kho dùng để dự trữ hoá chất đủ cho 1-2
tháng tiêu thụ
Diện tích sàn kho:
Q.L p .
2
Fkho =

10000.Pk .h.Go

T (m )

+Q=2500 m3/ngđ
+P: liều lợng hoá chất tính toán(g/m3)
+T: thời gian dự trữ hoá chất trong kho
T= 50 ngày
+: hệ số kể đến diện tích đi lại và thao tác trong kho
=1,3 (TCXDVN 33:2006)
+Pk: độ tinh khiết của hoá chất
+h: chiều cao kho phèn nhôm dạng bánh h = 2m
+G0: khôí lợng riêng của hoá chất, G0=1,1 T/m3
*Tính cho kho phèn: Pk=95%

F1 =

2500.60.50.1,3
= 4,67(m 2 )
10000.95.2.1,1

11


TÝnh cho kho v«i: Pk=80%

F2 =

2500.47,785.50.1,3
= 5,88(m 2 )
10000.80.1,5.1,1

*Tỉng diƯn tÝch:
F = F1+F2 = 4,67 + 5,88 = 10,55 (m2)
LÊy kích thớc kho là: 3x4x2 m => S=12m2
5.trộn hoá chất
- Công suất thiết kế:
Q = 2500 m3/ngđ = 104,16 m3/h=0,029 (m3/s)
- LÊy thêi gian lu níc trong bĨ trén c¬ khÝ: t = 69s (quy ph¹m tõ 4590s) (TCXDVN 33:2006)
 ThĨ tÝch bĨ trén cÇn : V = 69 x 0,289 = 2 (m 3)
- ThiÕt kÕ 2 bÓ trén vuông, thể tích mỗi bể : W = 2/2 = 1 (m 3) víi
kÝch thíc: a x a x h = 1x1x1 (m x m x m), lÊy chiÒu cao bảo vệ
bằng 0,4m.
Chiều cao toàn phần của bể:
Hb = 1 + 0,4 = 1,4 (m)
KÝch thíc mỈt b»ng: F = 1x 1 = 1 (m2)
- Dïng m¸y khuÊy tuabin 6 cánh nghiêng góc 45 0 hớng xuống dới để
đa nớc từ trên xuống.Đờng kính máy khuấy D 1/2 chiều rộng
bể.Trong bể đặt bốn tấm chắn để ngăn chuyển ®éng quay cđa
níc, chiỊu cao tÊm ch¾n 0,7 m, chiỊu rộng bằng 1/10 a = 0,1 m.
- Đờng kính cánh khuấy lấy bằng D = 0,4 m.

- Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng: h = 0,2 m
- Chiều rộng bản cánh khuấy b bằng 1/5 đờng kính cánh khuấy, b
= 0,1m
- Năng lợng cần truyền vào nớc: P = G2Vµ
P = (1000)2 x 0,001 x 2= 2000 J/s = 2 kW
Hiệu suất động cơ n = 0,8, công suất động cơ P = 2 : 0,8 = 2,5
kW
Xác định số vòng quay của máy khuấy:
2500
P
1/3
(
) 1/3 = 6 vg/s = 360 vòng/ph
)
n= (
=
5
5
1
,
08
.
1000
.(
0
,
4
)
K .1000.D
- Cần phải có hộp giảm tốc cho động cơ.

12


ống dẫn dung dịch phè n

Đ ộng cơ

bể t r ộ n c ơ k hí
6.bể lắng đứng kết hợp bể phản ứng xoáy
Do công suất trạm nhỏ, hàm lợng cặn trong nớc nguồn trung
bình nên ta sử dụng bể lắng đứng kết hợp với bể phản ứng
xoáy.Diện tích mặt bằng của bể:
F = FPƯ + Flắng
* Vùng lắng
Q
.
Flắng =
v.3,6.N
Q: công suất trạm (m3/h)
v: vận tốc tính toán của dòng nớc đI lên. v < U0 (tốc độ lắng
của hạt cặn).
(Bảng 6.9 TCXDVN 33-2006) nớc nguồn có độ đục và đợc xử lý bằng phèn nên U 0 =0,5-0,6 mm/s. Do đó lấy v = 0,5
mm/s.
N: số bể lắng là 2 bĨ.
Chän chiỊu cao vïng l¾ng Hl = 4m
β : hệ số sử dụng dung tích bể. Công suất trạm nhỏ nên lấy
= 1,3
104,16
.1,3 = 37,61 (m2).

Flắng =
0,5.3,6.2
* Bể phản ứng:
- Bể đợc làm bằng bê tông cốt thép dầy 80mm và đợc đặt ở
tâm bể lắng đứng.
- Nớc vào với vận tốc v=0,8-1 m/s qua 2 vòi phun cố định
(đặt ngập dới mặt nớc 0,5m).

13


- Đáy bể ( sàn giảm tốc ) đợc làm bẳng gỗ xếp bằng các thanh
0,5x0,5m, chiều cao là 0,8m. Để triệt tiêu dòng chảy xoắn đảm
bảo hiệu quả làm việc cho bể lắng đứng.
* Diện tích bể phản ứng:
Q.t p
Fp =
60.H p N

Q : công suất trạm xử
tP : thêi gian lu níc trong bĨ ph¶n øng tP=15 phót
HP: chiỊu cao bĨ ph¶n øng HP= 3,6m. chiỊu cao bĨ lắng =4m
N: số lợng bể phản ứng =2
104,16.15
FP=
= 3,62 (m2)
60.3,6.2
=> đờng kính bể phản ứng
4.FP
4.3,62

Dp=
=2,15m
=





* Vòi phun:
Lấy chiều dàI vòi phun l=0,65m về mỗi phía
qv
dv = 1,13.
à.Vv
qv: lu lợng nớc qua vßi phun qv= Q/2= 52,08 (m3/h)
3
=0,014 (m /s)
Vv : vận tốc nớc qua miệng vòi =2-3m/s. chọn Vv= 2,5m
à : hƯ sè lu lỵng . lÊy α =250 => µ =0,9

52,08
=0,09(m) = 90 mm
0,9.2,5
 F = 3,62 + 37,61 = 41,23 (m2)
Do công suất của trạm nhỏ nên ta xây bể có hình vuông để
dễ hợp khối với các công trình khác.
Bể lắng có kích thớc
B= F = 41,23 = 6,42 m
 dv = 1,13.

 BĨ l¾ng cã kÝch thíc :

(BxH) = (6,42x4)m

 TÝnh to¸n hƯ thèng thu níc sau khi lắng:
Hệ thống thu nớc sau lắng dùng máng tràn, với vận tốc nớc chảy
trong máng v= 0,6 -0,7 m/s. Máng thu có kích thớc 200x300mm bố
trí ở thành bể lắng.
*Cấu tạo ngăn chứa cặn:
Phần chứa và ép cặn của bể lắng xây bằng bê tông cốt thép,
hình chóp với góc hợp với thành bể lắng 1 góc 45 0 . Xả cặn bằng

14


phơng pháp thuỷ lực, khi xả bể lắng vẵn hoạt động. Thời gian
giữa 2 lần xả cặn:
T=

Wc .N .
(h).
Q.(C m)

Wc dung tích phần chứa cặn của bể
Wc =

1
1
H c .F − H * c .F *
3
3

Hc: chiỊu cao phÇn chøa cỈn

B
6,42
tg 45 0 =
.1 =3,21m
2
2

Hc =

F = 41,23 m2
H * c , F * : chiỊu cao vµ diƯn tích miệng xả cặn.

Lấy H*c = 100mm

2.H * c
=> F = 
0
 tg 45
*

=> Wc =

2

2


 2.0,1 

 = 
 = 0,04 m2
 1 


1
1
3,21.41,23 − 0,1.0,04 = 44,11 m3
3
3

N : số lợng bể lắng
Q: công suất trạm (m3/h)
m: hàm lợng cặn sau lắng =10- 12 mg/l
: nồng độ trung bình của cặn đà nén chặt. Lấy =

31000(mg/l).
C :hàm lợng cặn đa vào bể lắng
C = Cmax* = 858,94(mg/l)
=> T =

44,11 .2.31000
=29(h)
104,16.(858,94 10)

ống xả cặn dùng èng d200

15

Bểlắng đứng vớ i ngănphản ứng xoáy hình trụ

2
4

0,9H

1

a
3

b

3

c

2

Dp

Dp

8. bể lọc nhanh trọng lực

-

Bể lọc đợc tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thờng và

tăng cờng.
Dùng bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh với các thông
số tính toán lấy theo TCXDVN 33- 2006
 dmax = 1,6 (mm)
 dmin = 0,7 (mm)
 d10 =0,75 ữ 0,8 (mm)
hệ số không đồng nhất K=1,3-1,5
chiều dày của lớp vật liệu =1,3-1,5m
tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thờng = 6- 8 m/h
tốc độ làm việc ở chế độ tăng cờng = 7 – 9,5
LÊy chiỊu dµy líp vËt liƯu läc hl= 1,4 (m)
Hệ thống phân phối nớc lọc là hệ thống phân phối bằng chụp
lọc loại đuôi dài, có khe hë. Tỉng diƯn tÝch ph©n phèi lÊy b»ng
0,6% diƯn tÝch công tác của bể lọc (theo quy phạm là 0,6 ữ 1,0 %).
- Sơ bộ tính toán chu kỳ lọc:
Độ rỗng của lớp cát lọc lấy bằng 0.41

16


Chiều dày lớp cát lọc lấy bằng 1.4 (m)
Khi đó thể tích chứa cặn của 1 m3 cát lọc là:
1
V=
ì 0.41 ì 1 = 0.1025 (m3)
4
Trọng lợng cặn trong 1 m3 vật liệu lọclà:
Trọng lợng cặn chiếm 2,5% thể tích chứa cặn, tức là G = 25 kg/m 3
ì 0,1025 m3 = 2,56 (kg)
Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thờng vlọc = 6,5 (m/h), lớp cát

dày 1.4 (m), mỗi khối cát 1 giờ phải giữ lại đợc: 7 ì 10 = 70 (g) hay
bằng 0.07 (kG)
Để đảm bảo chất lợng nớc, chu kỳ lọc là:
2.56
Tchất lợng =
36(giờ)
0.07
Lấy chu kỳ lọc T Tchất lợng nên lấy T= 24 (giê), tøc lµ 1 (ngµy).
 Tỉng diƯn tÝch bĨ läc cđa tr¹m xư lý :
F =

Q
T .vbt − 3,6.W .t1 at 2 .vbt

Trong đó:
Q: Công suất của TXL, Q = 2500 m3/ngđ
T :Thời gian làm việc của 1 trạm trong một ngày đêm ,
lấy T = 24h
vbt :Vận tốc lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thờng (m/h)
a : Số lần rửa mỗi bể trong 1ngày đêm ở chế độ làm
việc bình thờng,
lấy a = 1 lần.
W :Cờng độ rửa lọc (l/s_m2). d10 = 0,78 -0,8 Tra bảng
6.13 (TCXDVN 33:2006) => độ nở tơng đối của vật liệu lọc là
30%. Cờng độ rửa bể lọc W = 14-16 (l/s_m 2). Thêi gian rưa bĨ t =
5-6 phót.
W= 14(l/s_m2).
t1 :Thêi gian rưa läc (giê). t1 = 6 phót = 0,1 giê
(TCXDVN 33:2006)
t2 :Thêi gian ngõng bĨ läc ®Ĩ rưa ,t 2 = 0,35 giê

(TCXDVN 33:2006)
→F =

2500
≈ 16,314 (m2)
24 x6,5 − 3,6 x14 x 0,1 − 1x 0,35 x 6,5

17


Do công suất của trạm là nhỏ nên số bể lọc đợc chọn theo cấu
tạo N = 4
*Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cờng khi đóng một bể để rửa hoặc
sửa chữa.
vtc = vbt.

N
4
= 6,5 x
= 8,67 (m/h)
N N1
4 −1

vtc = 8,67 m/h < vtccf = 7 ÷ 9,5 m/h


DiƯn tÝch 1 bĨ läc lµ : f =



KÝch thíc mét bĨ läc:

F 16,314
=
≈ 4 m2
N
4

- Chän kÝch thíc bĨ lµ :
L x B = 2m x 2m
*ChiỊu cao xây dựng bể lọc
Chiều cao xây dựng bể lọc đợc xác định theo công thức:
Hxd = hk + hS + hd + hl +hn + hBV
h® :ChiỊu cao líp sái đỡ (m).Lấy chiều dày lớp đỡ cho các
cỡ hạt d = 5 – 10 mm vµ d = 2 – 5 mm bằng 150 mm mỗi lớp hđ
= 2 x 0,15 m = 0,3 m (rưa b»ng giã níc kết hợp).
hv :Chiều dày lớp vật liệu lọc. hv = 1,4 m
hn :ChiỊu cao líp níc trªn líp vËt liƯu läc (m). LÊy hn=2m
(quy ph¹m :hn ≥ 2 m) (TCXDVN 33:2006)
hBV = 0,5 (m)
hK
hS

: Chiều cao hầm phân phối nớc: hK = 1 (m)
: ChiỊu dµy sµn chơp läc, hS = 0,1 (m)

=>

Hxd = 1+ 0,1+ 0,3 + 1,4 + 2 + 0,5 = 5,3 m
⇒

Hxd = 5,3 m

hP :ChiÒu cao phụ kể đến việc dâng nớc khi đóng 1 bể
để rửa.

W
F
W: khối lợng nớc tích luỹ trong thời gian rưa läc ( 6 phót).
LÊy hP =

W= =

6.Q 6.104,16
=
=2,604 m3
60.N
60.4

F : diện tích tổng cộng những công trình tích luỹ (3 bÓ =
12m )
2

=> hP =

2,604
= 0,217 (m)
12

18

hP = 0,217 < hBV =0,5m =>nớc không bị tràn ra ngoài.
*Tính toán máng thu nớc rửa lọc gió nớc kết hợp
- Chọn độ dốc đáy máng về phía máng tập trung i = 0,01.
Mỗi bể bố trí Nmáng = 1 máng thu.
Khoảng cách từ tâm máng đến tờng là : 1 (m) < 1,5 (m)
Lu lỵng níc rưa mét bể lọc là:
qr = F1bì W (l/s)
Trong đó:
-

W: Cờng độ níc rưa läc, W = 14 (l/s.m2)

-

F1b: DiƯn tÝch cđa mét bĨ: F1b = 4(m2)
⇒
qr = 14 × 4 = 56 (l/s) = 0,056 (m3/s)

Do mét bÓ bè trÝ 1 máng thu nên lu lợng nớc đi vào mỗi máng là:
qm = 0,056 (m3/s)
- Chọn máng có tiết diện năm cạnh, đáy 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 = 0,056 (m3/s)

-

a: Tỷ số giữa chiều cao hình chữ nhật và một nửa chiều
rộng máng, a = 1,5 (TCXDVN 33:2006 là 1ữ 1,5)

-

K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của máng, với máng có tiết
diện 5 cạnh lấy K = 2,1 (TCXDVN 33:2006)


Bm= 2,1ì

5

( 0,056) 2

(1,57+ 1,5) 3

≈ 0,3 (m)

Bm = 0,3 m
ChiÒu cao của phần máng chữ nhật
1,5ì Bm
1,5ì 0,3
H1 =
=
= 0,23 (m)
2
2
Chiều cao của máng
1
H2 = H1 + 0,5ì Bm = 0,23 + ì 0,3 = 0,38 (m)
2
Chiều cao toàn bộ máng
Hm = H2 + δm (m)

19


Trong đó: m là chiều dày đáy máng, lấy m = 0,1 (m)
Do ®ã Hm = 0,1 + 0,38 = 0,48 (m)
Hm = 0,48 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=
+ 0,3 (m)
100
Trong đó:

- e : Độ trơng nở của vật liệu lọc khi rưa, e = 30%
- H: ChiỊu cao líp vËt liƯu läc (m)
1,4× 30
=> h =
+ 0,3 (m) = 0,72 (m)
100
V× máng dốc về phía máng tập trung với độ dốc 0,01, máng dài
2 (m) nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là:
0,48 + 2x0,01 = 0,5 (m)
Khoảng cách từ đáy máng thu tới đáy máng tập trung nớc đợc xác
định theo công thức sau:
h = 1,73ì

3

q2m
+ 0,2 (m)
g.2

Trong đó:
-

qm : Lu lợng nớc chảy vào máng tập trung níc; qm = 0,056
( m3/s)
∆ : ChiỊu réng cđa m¸ng tËp trung, Theo quy ph¹m >=0,6m,

-

chän Attm = 0,6(m)
-

g : Gia tèc träng trêng, g = 9,81 m/ s2

VËy:
h = 1,73×

3

2
0,056

9,81× 0,72

+ 0,2 = 0,49 (m)

⇒ lÊy h = 0,5 m
= 0,6 m
*Tính toán hệ thống rửa lọc:
Bể đợc sư dơng hƯ thèng ph©n phèi níc trë lùc lín lµ sµn chơp
läc. Rưa läc b»ng giã vµ níc kÕt hợp.
Quy trình rửa bể:
- Đầu tiên, ngng cấp nớc vµo bĨ.

20


- Khởi động máy sục khí nén, với cờng độ 18 (l/s.m2), cho khÝ
nÐn sơc trong vßng 1-2 phót.
- Cung cÊp níc rưa läc víi cêng ®é 2,5 (l/s.m2), kÕt 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 40 chụp lọc trên 1 m 2 sàn công tác, tổng số chụp lọc
trong một bể là:
N = 40 ì F1b = 40 ì 4 = 160 (cái)
Bố trí 13 hàng chụp lọc, mỗi hàng 13 cái tổng cộng 169 cái.
Sau pha rưa giã + níc ®ång thêi, cêng ®é rưa níc thuần tuý là W =
8 (l/s.m2)
Lu lợng nớc đi qua mét chơp läc lµ: q =

W
8
=
= 0,2 (l/s) = 2,0 ×
N
40

10-4 (m3/s)
LÊy diƯn tÝch khe chơp läc b»ng 0,6% tỉng diện tích sàn công
0,6
tác, tổng diện tích khe chụp lọc trong mét bĨ = 4.
= 0,024 (m2)
100
0,024
DiƯn tÝch khe hë của một chụp lọc là: f1 khe =
= 1,3 ì 10-4

169

(m2)
VËn tèc níc qua khe cđa mét chơp läc khi đó là:
q
2 ì 10 -4
VK = f
=
= 1,54 (m/s) đảm bảo
1,3 ì 10-4
1 khe

theo quy phạm không nhỏ hơn 1,5 m/s. (TCXDVN 33:2006)
VËy chän 40 chôp läc trong 1m 2 bể, khoảng cách giữa tâm các
chụp lọc theo chiều ngang và chiều dọc bể đều là 15 (cm). =>
200- 15.12
khoảng cách từ tờng tới tâm chụp lọc gần nhất là :
= 10cm
2
Tỉn thÊt qua hƯ thèng ph©n phèi b»ng chơp lọc là:
V 2K
hPP =
(m)
2ì gì à 2

21


Trong ®ã :
-

VK : VËn tèc níc qua chơp läc; 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 tèc träng trêng, g = 9,81 (m/s2)
1,542
hPP =
= 0,484 (m)
2ì 9,81ì 0,52
hPP = 0,484 m

Tính toán các đờng ống kỹ thuật
ã Đờng ống dẫn nớc rửa lọc
Nớc rửa bể lọc đợc lấy từ bể chứa nớc sạch
Lu lợng nớc cần thiết để rửa 1 bể lọc:
qr = 3,6.f.W

(m3/h)

Trong ®ã:
f: diƯn tÝch 1 bĨ, f = 4 m2
W: cêng ®é níc rưa, W = 8 l/s.m2
 qr = 3,6 x 4 x 8 = 115,2 (m3/h) = 0,032 (m3/s)
qr = 0,032 m3/s
§êng kÝnh èng dÉn níc rưa läc đợc xác định theo công thức:

4.qr
dr =
(m)
.Vr
Trong đó:

- Vr: VËn tèc níc trong ®êng èng, Vr = 2 (m/s)
=>

dr =

4.0,032
= 0,14 (m)
.2

Ta chọn đờng kính ống là dr = 150mm,
Hệ thống cấp khí
Cờng độ rửa gió thuần tuý lµ: W = 18 (l/s.m2)
VËn tèc cđa giã trong èng là: V = 20 (m/s) (quy phạm là 15 ữ 20
m/s)
Lu lợng gió cung cấp cho một bể là:
qgió = W× F1b = 18 × 4 = 72 (l/s) = 0,072 (m3/s)
§êng kÝnh èng dÉn giã chÝnh:
4.q
giã =
dd =
π .V

4.0,072
= 0,067 (m)

π .20

22


Chọn ống dẫn gió có đờng kính là: Dkhí = 75mm
ã Đờng ống thu nớc sạch tới bể chứa :
* èng tõ mét bĨ ra èng thu níc s¹ch chung tải một lu lợng là:
2500x1000
qô =
= 7,23 l/s =0,00723 m3/s
24x3600x4
- LÊy vËn tèc trong èng lµ v=1,2 m/s
⇒

D=

4 x0,00723
= 0,096 (m)
.1,2

Chọn đờng kính ống d = 100mm.
- Để tiÕt kiƯm èng, sư dơng èng dÉn chung cã ®êng kính tăng
dần sau khi thu nớc sạch từ mỗi bể läc.
* Khi thu níc tõ 2 bĨ läc ®êng èng chung phải tải lu lợng là:
2.qô = 2 x 0,00723 = 0,01446 m3/s.
- LÊy vËn tèc trong èng lµ v=1,2 m/s
⇒

D=

4.0,01446
= 0,123 (m)
π .1,2

 Chän ®êng kÝnh èng Dchung = 125 mm.
* Khi thu níc tõ bĨ läc ®êng èng chung phải tải lu lợng là:
4.qô = 4 x 0,00723 = 0,02892 m3/s.
- LÊy vËn tèc trong èng lµ v=1,2 m/s
⇒

D=

4.0,02892
= 0,175 (m)
π .1,2

 Chän ®êng kÝnh èng Dchung = 175 mm.
ã Đờng ống xả rửa lọc:
Lợng nớc xả chính bằng lợng nớc cấp cho rửa lọc Lấy đờng
kính ống xả rửa lọc bằng đờng kính ống cấp nớc rửa lọc là Dxả =
150 mm.
ã Đờng ống xả nớc lọc đầu
Lấy đờng kính ống xả nớc lọc đầu bằng ®êng kÝnh èng thu
níc sau läc

D=100

 TÝnh to¸n tỉng tỉn thấ t áp lực khi rửa bể lọc
ã Tổng tổn thất qua sàn chụp lọc

Theo tính toán ở trên là:

hpp = 0,484 (m)

• Tỉng tỉn thÊt qua líp vËt liƯu ®ì
h®ì = 0,22× L®ì× W (m)

23


Trong đó:

-

Lđỡ :Chiều dày lớp sỏi đỡ dày = 0,3 (m)

W : Cêng ®é níc rưa läc = 8 (l/s.m2)
VËy
h®ì = 0,22 ì 0,3 ì 8 = 0,528

(m)

ã Tổn thất ¸p lùc bªn trong líp vËt liƯu läc
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 läc, víi dt® = 0,75 - 0,8 (mm)

=> a = 0,76; b =

0,017
- hL : ChiỊu cao líp vËt liƯu läc hL = 1,4 (m)
VËy
hVLL = ( 0,76 + 0,017 × 8) × 1,4 = 1,25 (m)
• Tỉng tỉn thÊt 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 chiều dài đờng ống bằng 100 (m). Theo tính toán
ở trên ta có lu lợng nớc chảy trong ống qr = 0,032 m3/s = 115,2
m3/h, ®êng kÝnh èng D=150 (mm).

Tra b¶ng tÝnh thủ lùc ta cã i = 1,5m/100m
hdd = i ì L = 100mì
hCB
Vậy

1,5

= 1,5(m)

100
: Tổn thất áp lực cục bộ trên van khoá,
sơ bộ chọn hCB = 0,3 (m)
∑h = 1,5 + 0,3 = 1,8 (m)

 TÝnh 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 thøc:
∆h = ∆h1 + hK + hS + h® + hl + ∆Hm + Hm

24


h1 : độ chênh giữa cốt MĐ tại trạm xử lí và cao độ
MNTN trong bể chứa, lấy h1 = -0,5m
Với

hK

: Chiều cao hầm phân phối nớc: hK = 1 (m)

hS

: Chiều dày sàn chụp lọc, hS = 0,1 (m)

hđ

: ChiỊu cao líp vËt liƯu ®ì; h® =0,3 (m)

hl
: ChiỊu cao líp vËt liƯu läc; hl = 1,4 (m)
∆Hm : Khoảng cách từ mép trên của máng phân phối
đến lớp vËt liƯu läc, ∆Hm = 0,72 (m)
Hm : ChiỊu cao m¸ng thu níc rưa läc; Hm = 0,48 (m)
=> ∆h = -0,5 + 1 + 0,1 + 0,3 + 1,4 + 0,72+ 0,48 = 3,5
(m)
- ∑hr : Tæng tæn thÊt ¸p lùc khi rưa läc:
∑hr = hPP + hVLL+ h®ì (m)
Theo tính toán ở trên ta có: hr = 0,484 + 1,25 + 0,528 = 2,262
(m)
- ∑h: Tæng tæn thÊt trên đờng ống dẫn nớc rửa lọc:
h = 1,8 (m)
-

hdt : áp lực dự trữ để phá vỡ kết cấu ban đầu của hạt vật liệu
lọc, lấy hdt = 2 (m)
=>

hB= 3,5 + 2,262 + 1,8 + 2 = 9,562 (m)

Để tiện cho tính toán, lấy hB = 10 (m).
Vậy chän b¬m níc rưa läc cã Qr = 0,056 ( m3/s) và áp lực Hr =
10 (m)

25