tính toán bể lắng LAMELLA cho trạm xử lý nước thiên nhiên công suất 80.000 m3/NGĐ

trình bày về tính toán bể lắng LAMELLA cho trạm xử lý nước thiên nhiên công suất 80.000 m3/NGĐ

Aquazur – nuoc.com.vn Page 1 TÍNH TOÁN B Ể LẮNG LAMELLA CHO TRẠM XỬ LÝ N ƯỚC THIÊN NHIÊN CÔNG SU ẤT 80.000 M3/NGĐ a) Cơ sở tính toán:  Bể lắng lamen cũng g iống như bể lắng th ường và cũng gồm 3 vùng: - Vùng phân ph ối nước, - Vùng lắng - Vùng tập trung và chứa cặn  Đặc điểm bể lắng Lamen: Vùng lắng được chia thành nhiều lớp mỏng với khoảng không gian nhỏ hẹp, nhờ các tấm được đặt nghiêng. Khi dùng các tấm l ượn sóng h oặc tấm phẳng thì tiện lắp ráp và qu ản lý h ơn. Dùng các ống thì chắc chắn h ơn và đảm bảo kích th ước được đồng đều hơn và tốc độ dòng chảy có thể t ăng hơn nhưng l ại chóng bị lắng cặn, t ăng khối lượng công tác tẩy rử a. Ở đây dùng các t ấm có dạng nửa lục giác và khi ghép các tấm lại thì sẽ tạo thành khối ống có mặt cắt ngang nh ư những ống lục giác ghép lại. Như vậy sẽ vừa đảm bảo được tính linh động trong thi công cũng nh ư độ bền xây dựng khi hợp khối các tấm. Khu vực lắng được lắp các mô-đun dạng khối hộp chữ nhật. Các mô đun này tạo nên bởi sự lắp ghép của các tấm Lame lla nghiêng ( 60 o ). Những tấm Lamella này bằng nhựa PVC chất l ượng cao. Hai tấm Lamel ghép lại với nhau sẽ cho ra những ống hình lục giác ( dạng giống nh ư tổ ong ) (Hình 5.9)  Tác dụng và c ơ chế của quá trình lắng: Nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽ chuyển động giữa các bản vách ng ăn nghiêng theo hư ớng từ d ưới lên và cặn lắng xuống đến bề mặt bản vách ng ăn nghiêng s ẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và ở dạng tập hợp lớn tập trung về hố thu cặn , từ đó theo chu k ỳ xả đi. Chất nổi được tập trung về khoang trống giữa các tầng và dẫn đi theo máng ch ìm. Khi giảm chiều cao lắng thì giảm độ chảy rối của dòng chảy tự do , giảm được dao động của thành phần tốc độ thẳng đứng của dòng nước. Kết quả là t ăng hệ số sử dụng dung tích và giảm được thời gian lắng( chỉ cần một vài phút).  Tính toán b ể Lamen Theo sơ đ ồ tính toán, trong khoảng thời gian lắng T, hạt cặn chuyển động từ A đến B. Quỹ đạo AB có thể phân tích thành chuyển động từ A đến C với tốc độ v tb của dòng nước và từ C đến D với tốc độ rơi cặn u 0 . Có th ể xác lập các t ương quan: Hình 5.9 Tấm lắng Lamella Aquazur – nuoc.com.vn Page 2 Hình 5.10 Sơ đồ tính toán ống lắng Tv tg h H AC tb . sin 0   Tu h CD . cos 0   Do đó:  cos.cotcot 0 0 gg h H u v tb  Hay )cos(cot 0 0   h H g u v tb Nếu gọi diện tích bề mặt lắng là F và lưu lư ợng nước xử lý là Q, tốc độ của dòng n ước đi lên theo phương th ẳng đứng v 0 là:  sin 0 tb v F Q v  v tb : Tốc độ trung bình của dòng n ước đi lên theo vách ngăn nghiêng. Vậy :  sinF Q v tb  Thay v tb vào công th ức trên ta có: F Q hH h u . )cos(cos 0 0    Trong đó h có giá tr ị bằng 0,05 - 0,15m và H 0 =1-1,5m. Từ phương trình trên cho th ấy cùng với lưu lượng nước xử lý và vùng tốc độ lắng cặn u 0 , bể lắng lamella với dòng chảy ngược chiều sẽ có diện tích bề mặt bé h ơn so v ới bể lắng ngang. Khi tính toán bể lắng Lamella cũng dựa trên 2 chỉ tiêu c ơ bản ban đầu là tốc độ lắng cặn u 0 và góc nghiêng c ủa các vách ng ăn song song (thư ờng lấy từ 45 0 -60 0 ). Để đảm bảo đủ không gian phân phối n ước đều vào các ô lắng, khoảng cách phần d ưới các vách ngăn l ấy là 1,0-1,2m. Chi ều cao vùng chứa cặn th ường lấy từ 1,0-1,5m. Lớp nước trên bề mặt tính từ mép các vách ng ăn nghiêng l ấy lớn hơn 0,5m để đảm bảo thu Aquazur – nuoc.com.vn Page 3 nước đều. Nước bể lắng có diện tích mặt lớn cần phải thiết kế hệ thống thu n ước bề mặt bằng các máng hoặc ống. b) Tính toán kích thư ớc công trình:  Chọn các thông số c ơ bản: - Tấm mỏng: Chọn loại tấm nhựa, có phần lượn sóng hình lục giác, khi ghép các tấm lại với nhau thành khối sẽ tạo thành các hình ống. Với chiều cao h= 52mm, d= 60mm. Chiều dài mỗi tấm L =1m. - Tiết diện hình ống: f= 52×30 + 52×15=2340 (mm 2 ) = 0,00234(m 2 ) - Chu vi ư ớt: c = 6×30 = 180 mm = 0, 18m - Chiều dài ống: L o = 1m. - Góc nghiêng α chọn α = 60 0 . - Vận tốc lắng U o chọn theo bảng 6.9 (TCXDVN33 -06) chọn U o = 0,45 mm/s. - Chiều cao khối trụ l ắng: H= L.sin α = 1×0,867 = 0,867(m) Theo đó, ta có:  Công su ất nước đi vào b ể lắng: L Q Q    Trong đó: -Q L : Công su ất nước vào bể lắng -Q: Công su ất thiết kế. Q = 80.000 m 3 /ngđ. -α: Hệ số dự phòng. Chọn α = 1,05 Vậy ta có Q L = 1,05 × 80.000 = 84.000 m 3 /ngđ = 0,9722 m 3 /s;  Diện tích mặt bằng bể lắng: 2 h H.cos + h.cos o Q u F     Trong đó: u o : Tốc độ lắng của hạt cặn; u o = 0,45mm/s = 4,5.10 -4 m/s; h: Kích thư ớc tiết diện ống lắng. H: Chiều cao khối tr ụ lắng α = 60 o ; cos α = 0,5; Ta có: 2 2 4 2 h 0,9722 0,052 255( ) H.cos + h.cos 4,5.10 0,867.0,5 + 0,052.0,5 o Q F m u          Chọn số bể lắng là 2 đơn nguyên. Di ện tích mặt bằng 1 bể là F 1 = 127,5 m 2 ; Chọn chiều rộng 1 bể là 6 m.  Chiều dài bể lắng: L 1 = 127,5 / 6 = 21,25 m. Làm tròn L 1 = 21,5m Diện tích thực tế của bể lắng: F 1 = 6×21,5 = 129 (m 2 ) Hình 5.11 Kích th ước ống lắng(mm) Aquazur – nuoc.com.vn Page 4  Chiều dài phần phân phối nước đầu bể và khu vực bố trí máy gạt cặn cuối bể, chọn theo cấu tạo và kích th ước máy gạt cặn. Chọn chiều dài phần phân phối L 2 = 2m; phần cuối bể L 3 = 3m (vùng thu c ặn)s. Tổng chiều dài xây dựng của bể lắng L = L 1 +L 2 +L 3 = 21,5 + 2 + 3 = 25,5 (m)  Phần đầu bể bố tr í máng thu b ọt và rong tảo (nếu có). Chiều rộng máng B= 0,5 m.  Tốc độ U o thực tế của các hạt cặn: 4 2 2 h 0,9722 0,052 4,4 10 ( / ) H.cos + h.cos 2 129 0,867.0,5 + 0,052.0,5 o Q u m s F            Vận tốc n ước chảy tro ng các ống lắng: 3 0,9722 4,4.10 ( / ) .sin 255.0,867 o Q v m s F      - Bán kính th ủy lực: R 0,00234 0,0013( ) 0,18 f m c    Trong đó: f: Tiết diện ống lắng c: Chu vi ư ớt ống lắng .  Hệ số Reynold: o e v R R    Trong đó: v o - Vận tốc n ước chảy trong ống lắng. R - Bán kính th ủy lực;  - Hệ số nhớt động học của nước. Lấy  = 1,31.10 -6 . Vậy 3 6 4,4 10 0,0013 4,36 500 1,31 10 o e v R R            Nước trong ống lắng chảy ở chế độ chảy tầng.  Chuẩn số Froude: 2 3 2 5 5 (4,4 10 ) r 15,1.10 10 9,81 0,0013 o v F G R           Như vậy dòng chảy trong ống lắng là ổn định.  Chiều cao bể lắng: - Chiều cao phần nước trong trên các ống lắng: h 1 = 1,2 m; - Chiều cao đặt tấm lắng nghiêng: h 2 = 0,867 ~ 0,9 m - Chiều cao phần không gian phân phối n ước dưới các ống lắng nghiêng: h 3 = 2,5 m (lắp đặt thiết bị gạt cặn c ơ khí.  Xả cặn: Ta dùng ph ương pháp g ạt cặn bằng c ơ khí và xả cặn bằng thuỷ lực. T hể tích vùng ch ứa cặn của 1 bể được xác định theo công thức: W c = N mCQT . ).(. max   (m 3 ). Trong đó: T: Chu k ỳ giữa hai lần xả cặn, lấy T = 8 (h). Q: lưu lư ợng nước vào bể lắng (m 3 /h). Q = 80 .000 (m 3 /ngđ) = 3 333,33 (m 3 /h). C max = 106,45 (mg/l). Đây là hàm lư ợng cặn của n ước nguồn sau khi đã cho hoá chất vào. Aquazur – nuoc.com.vn Page 5 m: Lượng cặn còn lại sau bể lắng. Theo quy ph ạm lấy m = 10 (mg/l).  : Nồng độ trung bình của cặn khi được gạt về hố thu cặn. Với T = 8 h ta lấy  = 10000 (g/m 3 ). N: Số lượng bể lắng. N=2.  W c = 8 3333,33 (106, 45 10) 10000.2    = 128,6(m 3 ). Tại mỗi bể lắng sẽ bố trí 02 hình chóp để thu cặn. Thể tích hữu ích mỗi hình chóp W c = 128,6/2 = 64,3(m 3 ). Kích thư ớc đáy mỗi hình chóp chọn là 3× 3m(dễ hợp khối với bể lắng) . - Chiều cao vùng chứa cặn: H c = 64,3 2 (3 3) 2 (3 3) n W      = 3,6(m). Với hố thu cặn đáy có kích thư ớc 3×3×3,6 m.  Chiều cao xây dựng bể lắng: - Phần cuối bể : H XD = h 1 + h 2 + h 3 + H c + H DT = 1 + 0,9 + 1,5 + 3,6+0,5 = 7,5 (m) Trong đó: h 1 : Chiều cao phần nước trong trên các khối tấm lắng lamella. h 2 : Chiều cao khối tấm lắng lamella. h 3 : Chiều cao vùng lắng d ưới các tấm lamella. H c : Chiều cao vùng chứa cặn bể lắng H DT : chiều cao dự trữ, lấy bằng 0,5 (m). - Phần đầu bể: H XD = h 1 + h 2 + h 3 + H DT = 1 + 0,9 + 1,5 +0,5 = 3,9 (m)  Tính toán lưu lư ợng nước xả cặn bể lắng: - Lượng nước dùng cho việc xả cặn 1 bể lắng tính bằng phần tr ăm lưu lư ợng nước xử lý, được xác định theo công thức:      P c K W N P 100% q T Trong đó: + W c : Thể tích vùng chứa và nén cặn. W c = 128,6 (m 3 ). + K P : Hệ số pha loãng cặn. Gạt cặn bằng c ơ khí ch ọn K p = 1,2. + N: số lượng bể lắng. N = 2. + T: th ời gian giữa 2 lần xả cặn (h). T= 6 (h). + q: Lưu lư ợng nước tính toán (m 3 /h). q = 3333,33 (m 3 /h). 128,6 1,15 8        1,2 2 P 100 % 3333,33 - Vậy lưu lượng nước dùng cho việc xả cặn 2 bể lắng, tính theo thể tích n ước giữa các lần xả (6h) là: 1,15 8 926   XC 3 BL V % 0000 (m ). Vậy lưu lượng nước dùng cho việc xả cặn 2 bể lắng trong một ngày đêm là: 926 24 2778 8    XC 3 BL V (m ). Chọn thời gian xả cặn của bể lắng là t = 30 phút, Aquazur – nuoc.com.vn Page 6 Lưu lượng một lần xả là: Q 1ngăn Xả = XA ngan XA t V · 1 = 926 2 30 60  = 0,257(m 3 /s). - Đường kính ống xả cặn là : D xả = 1 4 4 0,257 0,22 1,5 NGAN XA XA Q V         (m). (Ch ọn vận tốc xả V xả =1,5m/s). Chọn D xả = 250(mm). Đảm bảo yêu cầu D>150mm Vận tốc xả thực tế là : V xă = 2 1 4 D Q N    =1,45 (m/s).