Nghiên cứu quá trình tự rửa bể lọc vật liệu lọc nổi dùng cho các trạm cấp nước quy mô nhỏ tt

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI ******* NCS: Nguyễn Thanh Phong NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TỰ RỬA BỂ LỌC VẬT LIỆU LỌC NỔI DÙNG CHO CÁC TRẠM CẤP NƢỚC QUY MÔ NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật sở hạ tầng Mã số : 62.58.02.10 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2017 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Bộ môn Cấp thoát nƣớc Khoa Kỹ thuật Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Xây Dựng Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: PGS TS Nguyễn Văn Tín Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: PGS TS Trần Thanh Sơn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án cấp Trƣờng họp Trƣờng Đại học Xây dựng Hà nội Vào hồi ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu thêm thông tin thƣ viện Quốc gia thƣ viện Trƣờng Đại học Xây dựng Hà nội MỞ ĐẦU 1.Tính cần thiết đề tài Đề tài nghiên cứu trình tự rửa bể lọc VLL nổi, tìm phương pháp để khởi động xi phông rửa lọc thông số trình lọc, rửa lọc để tính toán thiết kế bể bể lọc VLL nổi, không phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước, khắc phục tồn việc rửa lọc thủ công, nâng cao hiệu trạm cấp nước quy mô nhỏ cần thiết Mục tiêu nghiên cứu - Khởi động xi phông rửa lọc tự động vào tổn thất áp lực tới hạn trình lọc, ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL nổi, thiết bị khóa thủy lực - Rửa lọc bể lọc VLL đạt hiệu sạch, để đảm bảo cho chu kỳ lọc tiếp sau làm việc ổn định, có chất lượng nước lọc đạt yêu cầu - Đề xuất thông số thiết kế bể lọc VLL tự rửa Đối tƣợng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phạm vi ứng dụng  Đối tượng nghiên cứu: Quá trình tự rửa bể lọc VLL khởi động tự động thiết bị khóa thủy lực hệ thống xi phông thu nước rửa lọc  Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu dùng thiết bị khóa thủy lực để khởi động xi phông thu nước rửa lọc bể lọc tự rửa dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ - Nghiên cứu bể lọc VLL tự rửa khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực, lọc nước mặt keo tụ sau trình lắng Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan bể lọc VLL rửa lọc - Nghiên cứu viết phương trình vi phân mô tả trình lọc qua lớp VLL nổi, thành lập phương trình biểu diễn thay đổi hàm lượng cặn theo thời gian trình tăng tổn thất qua lớp lọc theo thời gian - Nghiên cứu cấu tạo hệ thống xi phông thu nước rửa lọc bể lọc VLL nổi, dùng thiết bị khóa thủy lực khởi động xi phông làm việc tức thời tổn thất áp lực lọc đạt đến giá trị tới hạn xác định yếu tố liên quan đến việc khởi động xi phông - Nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa, lọc nước dây chuyền xử lý nước mặt keo tụ sau trình lắng - Đề xuất thông số trình lọc, rửa lọc, khởi động xi phông rửa lọc để phục vụ công tác thiết kế bể lọc VLL thực tiễn sản xuất Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp điều tra khảo sát: - Phương pháp tổng hợp, phân tích đánh giá số liệu - Phương pháp kế thừa có chọn lọc kết nghiên cứu trước - Phương pháp so sánh - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mô hình phòng thí nghiệm trường - Phương pháp chuyên gia Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Ý nghĩa khoa học Việc nghiên cứu thiết bị khóa thủy lực dùng để kích hoạt tự động để khởi động hệ thống xi phông rửa lọc làm việc, phát kiến công nghệ việc tự động khởi động trình tự rửa bể lọc theo nguyên lý thủy lực, thiết bị có cấu tạo nguyên lý làm việc đơn giản, không bị phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý, phù hợp việc quản lý vận hành trạm cấp nước quy mô nhỏ Nếu ứng dụng kết nghiên cứu trình tự rửa bể lọc VLL để tính toán, thiết kế bể lọc VLL tự rửa dây chuyền xử lý nguồn nước mặt có keo tụ, có bể lọc hoạt động tốt theo chế độ tự động khởi động hệ thống xi phông thực trình rửa lọc, đạt đến tổn thất áp lực lọc tới hạn chu kỳ lọc  Ý nghĩa thực tiễn Các kết nghiên cứu áp dụng thực tiễn sản xuất, dùng để tính toán thiết kế quản lý bể lọc VLL tự rửa dây chuyền xử lý nước mặt, mang lại hiệu kinh tế, xã hội cho đối tượng cấp nước quy mô nhỏ, đặc biệt cấp nước nông thôn, cấp nước vùng sâu, vùng xa Những đóng góp Luận án Luận án thiết lập được: (1) phương trình (2-15) dạng tích phân gồm số hạng mô tả kết lọc nước mặt keo tụ sau trình lắng để tìm thời gian bảo vệ lớp VLL ứng với thông số xác định như: vận tốc lọc, chiều dầy lớp lọc, hiệu lọc yêu cầu; (2) Phương trình (230) dùng để xác định tổn thất áp lực lọc ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL, làm cho việc xác định chiều cao khóa thủy lực để khởi động xi phông bắt đầu trình tự rửa lọc Đã có phát kiến cấu tạo thiết bị khóa thủy lực, dùng làm thiết bị để khởi động xi phông rửa lọc làm việc tự động tức thời, sau trị số tổn thất áp lực lọc đạt đến giá trị tới hạn (rửa tự động theo tín hiệu kích động dựa tổn thất áp lực lọc cho phép chu kỳ lọc, mà không cần dùng thiết bị van khóa khí, không cần thiết bị điện, điện tử, không cần điều khiển người, không phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước) Tiến hành thực nghiệm thiết bị mồi khởi động xi phông tìm được: (1) mối quan hệ chiều cao cột áp cần thiết để khởi động xi phông tỷ lệ thuận với chiều cao khóa thủy lực; (2) quan hệ giới hạn chiều cao khóa thủy lực Hk với đường kính khóa thủy lực Dk, theo biểu thức (3.4) theo biểu thức (3.6) (5 < < 10), dùng biểu thức việc tính toán thiết kế chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa thủy lực để xi phông khởi động ổn định, phù hợp với tổn thất lọc giới hạn theo tính toán với thời gian yêu cầu chu kỳ lọc thiết kế bể lọc; (3) thành lập bảng tra đường kính xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực với đường kính xi phông rửa lọc (bảng 4.17) Các thông số lọc, số hạng hệ số dùng để thiết lập phương trình hồi quy từ phương trình lý thuyết (2.15) (2.30), xác định từ kết thực nghiệm lập thành bảng (4.15) bảng (4.16), áp dụng việc tính toán thiết kế bể lọc VLL tự rửa, dây chuyền xử lý nước mặt có keo tụ sau trình lắng, đạt chất lượng yêu cầu nước dùng cho ăn uống sinh hoạt Bố cục luận án Luận án trình bày 138 trang; gồm chương; 29 bảng biểu; 61 hình vẽ biểu đồ; 59 tài liệu tham khảo Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ BỂ LỌC VLL NỔI VÀ RỬA LỌC 1.1 Khái quát bể lọc VLL giới Việt Nam 1.1.1 Bể lọc VLL Thế giới a) Một số ưu điểm lọc VLL hướng phát triển Việc sử dụng VLL làm giảm giá thành chuyên chở đến chân công trình so với VLL cát Việc sử dụng VLL đồng thời làm đơn giản kết cấu bể không cần bơm rửa lọc, không sử dụng hệ thống nâng đỡ VLL, tổn thất áp lực trình lọc nhỏ, giảm khối lượng xây dựng hệ thống thu tiết kiệm lượng nước rửa lọc b) Một số ứng dụng bể lọc VLL Bể lọc VLL tự rửa ứng dụng giới dùng để xử lý nước thải công nghiệp Sau bể lọc VLL bắt đầu ứng dụng công nghệ cấp nước phản ánh qua nghiên cứu M.G.Zurba Trong năm gần bể lọc VLL bắt đầu Nga phát triển đưa thị trường Bể lọc tự rửa VLL số Công ty chế tạo ứng dụng nhiều cho xử lý nước ngầm nước mặt Nga, Ukraina, Đức, Úc Mỹ 1.1.2 Bể lọc VLL Việt Nam a) Bể lọc không tự rửa b) Bể lọc VLL tự rửa 1.1.3 Bể lọc VLL tự rửa trạm cấp nước quy mô nhỏ Khái niệm trạm cấp nước“quy mô nhỏ” xử lý nước cấp thường vào công suất trạm xử lý, đối tượng sử dụng, điều kiện kinh tế, trình độ quản lý vận hành khác Quốc gia Thế giới, vùng miền đất nước Các loại bể lọc tự rửa ứng dụng dùng phương pháp rửa lọc nước túy, nhờ hệ thống xi phông thu nước rửa lọc có thiết bị khởi động theo nguyên lý thủy lực nên có cấu tạo không phức tạp, trạm cấp nước quy mô nhỏ phù hợp với loại bể lọc tự rửa này, đối tượng sử dụng nêu với nhiều lý nên chưa thể đáp ứng điều kiện kinh tế, kỹ thuật quản lý vận hành, trình đầu tư xây dựng trì hoạt động trạm cấp nước 1.2 VLL đặc tính 1.2.1 Yêu cầu VLL VLL yếu tố bể lọc VLL nổi, đem lại hiệu làm việc tính kinh tế trình lọc VLL chọn xuất phát từ giá thành điều kiện khai thác, vận chuyển, đồng thời phải thỏa mãn số yêu cầu sau:  Đảm bảo thành phần hạt theo yêu cầu phân loại;  Đảm bảo mức đồng kích thước hạt;  Đảm bảo độ bền học;  Đảm bảo độ bền hóa học trình lọc nước, không thay đổi nhiệt độ;  Đảm bảo tiêu vệ sinh không gây độc hại sức khỏe người 1.2.2 Đặc tính VLL 1.3 Các phƣơng pháp rửa lọc sử dụng Sau thời gian làm việc lượng cặn tích lũy lớp VLL nhiều, trình hấp phụ cân với trình tách cặn, lớp VLL không khả giữ cặn Tổn thấp áp lực qua lớp VLL vượt trị số chọn chất lượng nước lọc không đảm bảo theo yêu cầu quy phạm, cần phải rửa lớp VLL để phục hồi khả làm việc nó, mục đích trình rửa lọc tạo điều kiện để: - Tách cặn bám khỏi bề mặt hạt VLL lực ma sát lực cắt dòng nước với cường độ lớn qua bề mặt hạt tạo - Làm giãn nở lớp VLL để tăng thể tích khe rỗng, tạo điều kiện thuận lợi cho hạt cặn tách khỏi bề mặt hạt VLL chuyển động xuống với nước để tháo 1.3.1 Tự rửa lọc bể lọc trọng lực theo nguyên lý thủy lực  Ở nước  Ở nước  Bể lọc cát hở rửa liên tục:  Bể lọc cát tự động rửa theo chu kỳ:  Bể lọc cát van khoá rửa theo chu kỳ 1.3.2 Rửa lọc bể lọc VLL Đối với bể lọc VLL có số phương pháp rửa lọc sử dụng nước sau: a) Rửa khóa đóng mở nhanh thao tác tay Khi thao tác rửa bể lọc phương pháp này, cần dùng tay đóng mở khóa cách đột ngột Giai đoạn đầu, cường độ đóng mở van nhanh để tạo nước va thuỷ lực nhằm phá vỡ hạt cặn dính kết Giai đoạn chủ yếu xả nốt lượng nước cặn lại lớp VLL b) Tự rửa bể lọc VLL theo nguyên lý thủy lực Khi rửa lọc bể lọc VLL chiều dòng nước rửa chiều với chiều chuyển động hạt vật liệu nước rửa lọc gây ra, điểm khác ngược so với bể lọc VLL trọng lực, điều lại thuận lợi lớn việc làm hạt VLL cặn bẩn tách chiều với lực trọng trường Bể lọc VLL tự rửa công trình hoạt động không cần quản lý trình rửa lọc Bể tự điều chỉnh trình rửa lọc mà không cần điều khiển công nhân hay thiết bị điều khiển phức tạp trình làm việc trình rửa lọc giúp giảm chi phí vận hành nâng cao hiệu làm việc trạm xử lý 1.4 Nhận xét, đánh giá bể lọc VLL phƣơng pháp rửa bể lọc VLL 1.4.1 Đánh giá bể lọc VLL a) Tình trạng vận hành, quản lý bể lọc VLL Việc áp dụng bể lọc VLL mang lại số ưu trước bể lọc VLL trọng lực: (1) qui trình rửa lọc đơn giản hơn, không cần trang bị bơm rửa lọc; (2) tiết kiệm lượng nước; (3) tổn thất qua lớp VLL nhỏ; (4) cấu tạo bể đơn giản nên giảm giá thành xây dựng b) Đánh giá chung nguyên nhân làm giảm chất lượng nước lọc Trong nguyên nhân việc không tuân thủ chế độ rửa lọc nguyên nhân làm giảm chất lượng nước mà người thiết kế khó kiểm soát có lý thuyết chung để rửa bể lọc có đề tài nghiên cứu khoa học cấp nghiên cứu quy trình rửa lớp VLL nổi, với số trạm cấp nước đặc biệt trạm công suất nhỏ cấp cho vùng dân cư nông thôn, miền núi khó để họ thực quy trình vận hành Một vấn đề đặt nơi mà thiếu người có trình độ chuyên môn lĩnh vực chuyên ngành, việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp với khả quản lý vận hành phát huy hết hiệu đầu tư 1.4.2 Đánh giá trình tự rửa lọc Rửa bể lọc phương pháp tự rửa khởi động xi phông thiết bị ejector thủy lực nghiên cứu sử dụng lâu công nghệ xử lý nước cấp Việt Nam Thế giới Về nguyên lý tách cặn bám dính lớp VLL vật liệu cát VLL có chế tương đối giống nhau, bể lọc VLL nguyên tắc áp dụng phương pháp tự rửa cho kết biện pháp rửa lọc khác Trong trình thu thập số liệu, khảo sát thực tế nhận thấy trạm có sử dụng công nghệ bể lọc tự rửa dùng thiết bị ejector thủy lực để khởi động xi phông thực trình rửa lọc Như nguyên lý có số vấn đề nảy sinh liên quan đến bể như: (1) làm cho khó kiểm soát chu kỳ rửa lọc dẫn đến không hiệu nhiều trường hợp bể phải ngừng hoạt động; (2) không lợi dụng ưu điểm cao trình đặc biệt nguồn nước mặt Đây vấn đề quan trọng việc lựa chọn cao trình dây chuyền công nghệ xử lý liên quan đến thiết kế thiết bị ejector điều khiển việc khởi động xi phông, điểm qua số bể lọc lực tự rửa khởi động xi phông theo nguyên lý ejector thủy lực sử dụng Những vấn đề nêu cho thấy cần phải nghiên cứu thiết bị mồi cho hệ thống xi phông thu nước rửa lọc thực tự động trình rửa lọc bể lọc VLL 1.5 Tình hình nghiên cứu liên quan đến bể lọc VLL 1.5.1 Các luận án luận văn 1/ Sử dụng bể lọc VLL cấp nước cho đối tượng nhỏ quân đội[21] Luận án PTS.KHKT Phạm Ngọc Thái Trường Đại học Bách Khoa BRNO Tiệp Khắc năm 1986 2/ Nghiên cứu sử dụng bể lọc VLL dây chuyền công nghệ khử sắt nước ngầm phương pháp làm thoáng cho trạm công suất nhỏ[19] Luận án Tiến sỹ kỹ thuật tác giả Nguyễn Văn Tín Trường Đại học Xây dựng Hà Nội năm 1998 3/.Nghiên cứu bể lọc VLL dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp quy mô nhỏ[14] Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Cấp Thoát nước tác giả Nguyễn Thanh Phong, năm 2008 1.5.2 Các dự án đề tài NCKH 1/ Nâng cao hiệu xử lý nguồn nước mặt có độ đục cao giải pháp lọc phụ trợ[20]: Đề tài nghiên cứu cấp Bộ tác giả Phạm Ngọc Thái Dương Hán, năm 1996 – Công ty tư vấn cấp thoát nước môi trường VN 2/ Nghiên cứu quy trình rửa bể lọc VLL thông số tính toán thiết kế hệ thống rửa bể lọc VLL nổi[18]: Báo cáo đề tài NCKH cấp Bộ tác giả Nguyễn Văn Tín, 2001 3/ Trạm xử lý nước cho nông thôn dùng bể lọc tự rửa công suất nhỏ, bể lắng Lamen, thiết bị khử sắt- Cơ quan thực Viện Kỹ thuật Môi trường – Đại học xây dựng Hà nội thực năm 1995 – 1996 (đề tài NCKH cấp Trường) 4/ Nghiên cứu công nghệ tự rửa bể lọc VLL xử lý nước cấp cho sinh hoạt- Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Môi trường Đô thị[15] đề tài nghiên cứu độc lập cấp Nhà nước mã số ĐTĐL.2009/T02 TS Trần Thanh Sơn, Nguyễn Thanh Phong nhóm nghiên cứu - Trường Đại học Kiến trúc Hà nội, thực từ năm 2009 đến năm 2014 1.5.3 Nhận xét chung Tất đề tài luận án, luận văn NCKH thuộc loại đề tài nghiên cứu ứng dụng có kết là: - Nghiên cứu phạm vi áp dụng bể lọc tự rửa cho trạm cấp nước công suất nhỏ cấp cho khu vực nông thôn, thị trấn, thị tứ, nhà máy, xí nghiệp… - Nghiên cứu trình lọc, phương pháp rửa lọc bể lọc trọng lực, bể lọc VLL cho trường hợp cụ thể - Tuy nhiên, nghiên cứu dùng phương pháp rửa lọc cưỡng thủ công, tự rửa lọc với việc khởi động xi phông thiết bị ejector thủy lực - Việc khởi động xi phông thực trình tự rửa lọc theo thiết bị ejector thủy lực nghiên cứu cần trợ giúp áp lực để ejector tạo chân không từ bơm ly tâm - Bể lọc VLL tự rửa chưa nghiên cứu thực nghiệm nguồn nước mặt Việt Nam 1.6 Những vấn đề tồn hƣớng nghiên cứu đề tài 1.6.1 Những vấn đề tồn Cho tới thời điểm qua trình thu thập số liệu để thực luận án mình, tác giả chưa thấy có đề tài, luận án hay nghiên cứu có kết công bố khởi động xi phông, có nghiên cứu tính chất nghiên cứu để phục vụ sản xuất thương mại nên chưa công bố Mặc dù bể lọc VLL ứng dụng nhiều nguồn nước mặt chưa có nghiên cứu đề xuất thông số để thiết kế bể lọc VLL dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt, lọc nước sau trình lắng Những tồn làm cho nhiều bể lọc có hiệu lọc giảm dần theo thời gian khai thác vận hành, làm giảm công suất có trường hợp phải ngừng lọc để thay lớp VLL bị “đóng bánh”, ngừng lọc bể liên tục rửa lọc, hay không tự rửa lọc mà phải can thiệp rửa “cưỡng bức”, điều ảnh hưởng đến sinh hoạt sản xuất nhiều đối tượng nhiều vùng miền nước 1.6.2 Hướng nghiên cứu đề tài Hướng nghiên cứu đề tài là: (1) nghiên cứu phương pháp dùng thiết bị khóa thủy lực để khởi động xi phông thực trình tự rửa lọc, hoạt động không cần trợ giúp từ van khóa khí hay thiết bị điện, điện tử nào, không phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước; (2) nghiên cứu thông số để làm sở cho việc tính toán thiết kế bể lọc VLL tự rửa dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt có keo tụ sau trình lắng, ứng dụng thực tiễn sản xuất cụ thể sau: - Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết lọc rửa lọc, tự rửa lọc, lý thuyết tính toán xi phông khởi động xi phông thu nước rửa lọc để làm sở cho nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến mối quan hệ thông số tính toán thiết kế khởi động xi phông thực trình tự rửa bể lọc VLL thiết bị khóa thủy lực - Nghiên cứu mô hình thực nghiệm phòng thí nghiệm để tìm phương pháp “khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực”, để thực trình tự rửa bể lọc VLL mà không cần dùng van khóa khí, không cần thiết bị điều khiển điện, điện tử, không cần điều khiển người không phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước - Nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực, lọc nước mặt có dùng hóa chất keo tụ sau bể lắng, dây chuyền xử lý nước Xí nghiệp KDNS số 5, thành phố Hải Dương nhằm mục đích: (1) kiểm nghiệm kết nghiên cứu phòng thí nghiệm khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực; (2) xác định thông số thực nghiệm dùng để thiết kế bể lọc VLL tự rửa dây chuyền xử lý nước mặt có keo tụ dùng trạm cấp nước quy mô nhỏ Chƣơng CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LỌC VÀ TỰ RỬA LỌC BỂ LỌC VLL NỔI 2.1 Lý thuyết lọc rửa lọc VLL 2.1.1 Quá trình lọc nước qua lớp VLL dạng hạt Phương trình lý thuyết trình lọc, phản ánh đặc tính trình lọc nước qua lớp VLL C aρ  bC  (2.5) x v Trong phương trình (2.5) có hai biến giá trị C  Có nghĩa phương trình (2.5) không đủ điều kiện để mô tả trình lọc Ở phương trình thêm vào thứ hai phương trình cân vật chất Qua đơn vị diện tích mặt cắt đơn vị thời gian có khối lượng thể tích nước vận tốc lọc v qua Viết lại phương trình (2.3) dạng vi phân lọc hạt VLL qua mặt cắt I-I II-II tích ΔV Ta có phương trình cân lượng cặn trình giảm cặn với tốc độ giảm cặn (-b.C), xem hình 2.2:  Hình 2.2 Sơ đồ tính thể tích lớp VLL Q(C0- Ct) = ΔV (-b.C) V C  (-b.C) Q Mà ΔV = f Δx (2.7) Q  v (trong đó: f- diện tích lọc; Δx- chiều dầy lớp lọc; v- vận tốc lọc) f thay vào (2.7) ta có: x C  (-b.C) v dC b   dx C v Mà (2.6) dx  dt , thay vào (2.9) ta có: v (2.8) (2.9) 10 dC   b dt C Tích phân phương trình (2.9) (2.10) ta được: C t  C0 e  b x v (2.11) C t  C0 e b.t Phương trình (2.11) rõ độ giữ cặn (2.10) (2.12) Ct phụ thuộc vào chiều dầy x lớp VLL vận tốc lọc C0 v, vận tốc lọc lớn đòi hỏi chiều dầy lớp VLL tăng theo Phương trình (2.12) rõ có chiều dày x vận tốc lọc v hiệu lọc phụ thuộc vào thời gian t Bằng thực nghiệm tính thời gian cần thiết chu kỳ lọc Viết lại phương trình (2.4) dạng vi phân: dρ  a.ρ dx v dx  dt , thay vào (2.13) thu được: v dρ  a dt ρ Tích phân phương trình (2.14) thu được: (2.13) Mà (2.14) ρ  ρgh ea.t Tổng hợp trình giữ cặn tách cặn qua lớp VLL theo (2.2) thu phương trình: C t  C0 e b.t  ρ gh e a.t (2.15) Từ ta thấy Ct hàm số thời gian lọc t ứng với nguồn nước mặt trộn hóa chất keo tụ, với chiều dầy lớp lọc x vận tốc lọc v biết, thực nghiệm xác định thời gian chu kỳ lọc đảm bảo chất lượng nước sau lọc yêu cầu, mục đích để thiết lập biểu đồ thông số thực nghiệm (hình 2.3) (cách thí nghiệm xử lý số liệu xem chương 4) Hình 2.3 Sự thay đổi hàm lượng cặn nước lọc theo thời gian[11] 13 2.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực 2.4.1 Cấu tạo bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực Chú thích: - ngăn phân phối nước vào bể; - xi phông rửa lọc; - khóa thủy lực ; - VLL nổi; - thể tích chứa nước rửa lọc; - hệ thống phân phối nước đều; - lưới chắn VLL nổi; - ống ngắt chân không xi phông; - thùng đặt khóa thủy lực hướng dòng nước lọc hướng dòng nước rửa lọc Hình 2.15 Cấu tạo bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực 2.4.2 Nguyên lý hoạt động bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực Nước đưa vào bể lọc qua ngăn phân phối nước vào bể (1), chảy qua hệ thống phân phối nước (6) qua lớp VLL (4) Khi hàm lượng cặn lớp VLL tăng lên làm cho tổn thất áp lực tăng lên theo, mực nước dâng lên đến xi phông rửa lọc bị dừng lại áp suất khí xi phông lớn áp suất cột nước dâng lên ống phân phối Như nước không chảy tràn qua xi phông có thiết bị khóa thủy lực với cột nước áp suất thủy tĩnh cản lại, mực nước tiếp tục tăng ngăn phân phối nước vào bể lọc, đến giá trị pkđ= γHkđ cột nước áp suất có khóa thủy lực, cần gia tăng nhỏ áp suất dẫn đến cân áp suất khóa thủy lực làm cho nước khóa thủy lực bật bắt đầu trình khởi động xi phông Khi xi phông làm việc, nước rửa lọc từ thùng chứa nước rửa lọc (5) chảy qua lớp VLL (4) làm lớp VLL giãn gây nên xáo trộn, tác dụng lực cắt dòng nước rửa lọc dẫn đến cặn bị tách khỏi bám dính vào VLL bị dòng nước qua hệ thống phân phối nước (6), qua xi phông (2) qua khóa thủy lực (3) vào thùng chứa khóa thủy lực (9) tràn qua ngưỡng tràn sang ngăn chứa xả Khi mực nước thùng chứa nước rửa lọc (5) giảm đến miệng ống ngắt chân không xi phông (8), không khí theo ống vào xi phông dẫn đến xi phông ngừng hoạt động, kết thúc rửa lọc bắt đầu chu kỳ lọc 2.5 Giả thiết khoa học bƣớc nghiên cứu thực nghiệm 2.5.1 Các giả thiết khoa học nghiên cứu thực nghiệm Giả thiết 1: Nếu dùng thiết bị khoá thuỷ lực lắp vào phía hạ lưu xi phông tự động khởi động xi phông dùng xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực (với đường kính nhỏ) để khởi động xi phông rửa lọc (có đường kính lớn) để thực trình tự rửa bể lọc VLL Giả thiết 2: Việc áp dụng xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực để khởi động xi phông rửa lọc bể lọc VLL tự rửa, không phụ thuộc vào cao trình dây chuyền công nghệ xử lý nước, tiết kiệm chi phí vận hành, trình tự rửa diễn thời điểm cần rửa, cường độ rửa lọc, thời gian rửa lọc rửa lớp VLL nổi, khắc phục hạn chế việc rửa lọc thủ công, đảm bảo chất lượng nước sau chu kỳ lọc ổn định đạt yêu cầu 2.5.2 Các bước nghiên cứu thực nghiệm 14 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM KHỞI ĐỘNG XI PHÔNG BẰNG THIẾT BỊ KHÓA THỦY LỰC 3.1 Cơ sở nguyên tắc thiết kế mô hình thí nghiệm khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực 3.1.1 Cơ sở lý thuyết tương tự mô hình thí nghiệm khởi động xi phông Mô hình hóa phương pháp nghiên cứu thực nghiệm mô hình trình thay nghiên cứu trực tiếp trình dạng tự nhiên (thực địa) Như cần xây dựng mô hình sở lý thuyết mô hình hóa áp dụng lý thuyết tương tự trình thiết lập mô hình thí nghiệm 3.1.2 Nguyên tắc chung để thiết kế mô hình thí nghiệm khởi động xi phông 3.2 Thiết kế mô hình khởi động xi phông phòng thí nghiệm 3.2.1 Mục đích nội dung thí nghiệm khởi động xi phông Mục đích thí nghiệm mô hình khởi động xi phông dùng thiết bị khóa thủy lực lắp vào ống dẫn phía hạ lưu xi phông nhằm tìm mối quan hệ mặt thủy lực để khởi động xi phông 3.2.2 Mô hình thí nghiệm khởi động xi phông a) Mô tả sơ đồ mô hình thí nghiệm khởi động xi phông Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực 1- ngăn phân phối; 2- xi phông; 3- khóa thủy lực; 4- bảng đo áp; 5- ống ngắt chân không xi phông; 6- ống nối đo áp; 7- thùng chứa khóa thủy lực; 8- ống thủy tinh quan sát mực nước b) Địa điểm thời gian thực thí nghiệm mô hình khởi động xi phông Mô hình thí nghiệm đặt sảnh tầng 2, phòng thí nghiệm thủy lực Trường Đại học Kiến Trúc Hà nội Thời gian thí nghiệm từ tháng năm 2011 đến tháng 12 năm 2011 15 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu, quy trình thí nghiệm vận hành mô hình khởi động xi phông phòng thí nghiệm 3.3.1 Phương pháp nghiên cứu mô hình khởi động xi phông Thí nghiệm nghiên cứu khóa thủy lực có đường kính khác từ đường kính nhỏ đến đường kính lớn giới hạn cho phép thực mô hình phạm vi ứng dụng thực tế sản xuất, cho đủ sở số liệu kết thí nghiệm để tìm thông số, quan hệ ảnh hưởng đến trình tự khởi động xi phông Thí nghiệm với loại đường kính khóa thủy lực với số đợt số lần thí nghiệm cho chiều cao khóa thủy lực cụ thể ghi bảng 3.1 Bảng 3.1 Thống kê đợt thí nghiệm khởi động xi phông với thay đổi chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa TT Đường kính khóa thủy lực (mm) Tổng số đợt thí nghiệm (Đợt) Tổng số lần đợt thí nghiệm D18 21 70 D24 22 72 D30 26 83 D38 27 86 D44 26 82 D56 28 88 3.3.2 Quy trình thí nghiệm mô hình khởi động xi phông Quy trình thí nghiệm bao gồm công đoạn sau:  Chuẩn bị mô hình thí nghiệm bao gồm chuẩn bị lắp đặt mô hình, chuẩn bị nguồn nước cấp cho thí nghiệm, chuẩn bị loại khóa thủy lực có chiều cao khóa thay đổi ứng với loại đường kính  Vận hành mô hình thí nghiệm để xác định: (1) quan hệ cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy lực để tự khởi động xi phông; (2) quan hệ giới hạn chiều cao khóa thủy lực với loại đường kính khóa để xi phông khởi động ổn định  Ghi chép, xử lý số liệu thí nghiệm: Số liệu thí nghiệm lập thành bảng ứng với loại đường kính khóa thủy lực  Đánh giá kết thí nghiệm 3.3.3 Vận hành mô hình thí nghiệm khởi động xi phông Vận hành mô hình ghi lại thông số hai ống đo áp hai thời điểm: (1) cao trình mực nước ngăn phân phối đến điểm tới hạn khởi động xi phông; (2) Khi xi phông hoạt động ổn định, ghi lại cao trình mực nước dâng lên ống thủy tinh thời điểm xi phông khởi động 3.3.4 Kết thí nghiệm phòng thí nghiệm Kết thí nghiệm lập thành bảng (từ bảng 3.2 đến bảng 3.7 chương 3) 3.3.5 Kết thí nghiệm mối quan hệ tăng cột nước áp suất với chiều cao khóa thủy lực đường kính (D18 đến D56) để khởi động xi phông Kết đợt thí nghiệm lập thành bảng, bảng ghi kết thí nghiệm với đường kính khóa xác định tương ứng với thay đổi chiều cao khóa khác 16 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm khởi động xi phông với đường kính khóa thủylực D18 Ngày thí Đợt thí nghiệm nghiệm (1) (2) Mực nước ống đo Cột áp khởi Chiều Số lần lặp Đường Trạng thái xi phông áp xi phông khởi động động xi phông lại kính khóa cao khóa H=(H2-H1) Khởi Không thí nghiệm D (mm) Hk(cm) H (cm) H2 (cm) (cm) động khởi động (3) (4) (5) Đợt Đợt 29/7/2011 Đợt 3 3 Đợt Đợt Đợt Đợt 30/8/2011 Đợt Đợt Đợt 10 Đợt 11 Đợt 12 1/8/2011 Đợt 13 Đợt 14 Đợt 15 Đợt 16 2/8/2011 Đợt 17 Đợt 18 Đợt 19 3/8/2011 Đợt 20 Đợt 21 3 3 3 3 3 3 5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 18 (6) (7) (8) (9) (10) 0 3 3 3 3 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 4 26.9 33.0 6.1 26.5 25.9 25.5 24.9 24.5 24.0 23.4 22.9 22.4 21.9 21.4 20.8 20.5 19.9 19.5 13.3 33.5 34.1 34.5 35.1 35.6 36.0 36.7 37.1 37.5 38.0 38.7 39.1 39.6 40.1 40.5 41.5 7.0 8.0 9.0 10.2 11.1 12.0 13.2 14.2 15.1 16.1 17.1 18.2 19.2 20.2 21.0 22.1 19.5 40.5 21 Nhận xét:  Xi phông khởi động ổn định (7cm ≤ Hk ≤ 21cm)  Xi phông không khởi động Hk < 6cm  Xi phông khởi động quy luật Hk ≥ 24cm  Xi phông khởi động không ổn định Hk = 6cm Hk = 22cm Hình 3.2 Quan hệ chiều cao cột áp cần thiết với chiều cao khóa thủy lực D18 để xi phông khởi động 3.3.6 Kết thí nghiệm mối quan hệ chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa để xi phông hoạt động ổn định Dựa vào bảng kết trên, xây dựng biểu đồ xác định trạng thái khởi động xi phông thay đổi chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa lực (hình 3.8) 17 không khởi động khởi động không ổn định khởi động ổn định có quy luật khởi động quy luật Hình 3.8 Biểu đồ xác định trạng thái khởi động xi phông với thay đổi chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa Hình 3.9 Đường cong xác định giới hạn chiều cao khóa thủy lực lớn với đường kính khóa để xi phông khởi động ổn định Hình 3.10 Biểu đồ xác định chiều cao khóa thủy lực nhỏ với đường kính khóa để xi phông khởi động ổn định 18 Hình 3.11 Biểu đồ đường cong giới hạn khoảng chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa để xi phông khởi động ổn định Từ biểu đồ “Hình 3.11” có hai đường cong y1 y2 giới hạn khoảng chiều cao khóa thủy lực để xi phông khởi động ổn định Từ thiết lập biểu thức quan hệ giới hạn chiều cao khóa thủy lực k với đường kính khóa k để xi phông khởi động ổn định đây: (3.4) k 3.3.7 Nhận xét đánh giá kết thí nghiệm mô hình khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực phòng thí nghiệm Để phù hợp với thực tế sản xuất thuận tiện việc tính toán, biến đổi (3.4) thành biểu thức không thứ nguyên, quan hệ giới hạn chiều cao khóa thủy lực với đường kính khóa lựa chọn theo biểu thức sau: < < 10 (3.6) Những kết có từ thí nghiệm mô hình khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực: i) Chiều cao cột áp cần thiết để khởi động xi phông tỷ lệ thuận với chiều cao khóa thủy lực ii) Xi phông khởi động cột nước áp suất tăng đến giá trị tới hạn tính từ đường chuẩn qua đáy xi phông đến cao trình mực nước cao ống phân phối nước vào bể lọc chiều cao khóa thủy lực (Hkđ =Hk) iii) Biểu thức quan hệ giới hạn chiều cao khóa thủy lực Hk với đường kính khóa thủy lực Dk xác định theo (3.4), (3.6), sử dụng để tính toán thiết kế chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa khác để xi phông khởi động ổn định, phù hợp với tổn thất áp lực cần thiết thiết kế bể lọc ứng với thời gian yêu cầu chu kỳ lọc 19 Chƣơng 4: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM BỂ LỌC VLL NỔI TỰ RỬA KHỞI ĐỘNG BẰNG THIẾT BỊ KHÓA THỦY LỰC 4.1 Cơ sở nguyên tắc thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực 4.1.1 Cơ sở thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực  Nghiên cứu lựa chọn VLL để phục vụ công tác thực nghiệm  Xác định độ gia tăng tổn thất áp lực lọc  Xác định chiều dầy lớp VLL  Xác định cường độ rửa lọc, thời gian rửa lọc, độ giãn nở lớp VLL 4.1.2 Nguyên tắc chung để thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực 4.2 Thiết kế mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực trƣờng 4.2.1 Mục đích thực nghiệm trường 4.2.2 Nội dung thực nghiệm trường 4.2.3 Mô hình thực nghiệm trường a) Mô tả sơ đồ mô hình thực nghiệm trường Các thông số thiết kế mô hình thực nghiệm lập thành bảng 4.1 sơ đồ mô hình giới thiệu hình 4.1 Hình 4.1 Mô hình thí nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực 1- ngăn phân phối; 2- xi phông rửa lọc; 3- xi phông mồi; 4- khóa thủy lực; 5- ống ngắt chân không xi phông; 6- ống nối thông khí; 7- thùng chứa khóa thủy lực; 8- bảng đo áp ; 9- ngăn chứa nước rửa lọc; 10- VLL 20 b) Nguyên lý hoạt động mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực c) Địa điểm thời gian thực thí nghiệm trường Mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực đặt sau bể lắng, lọc nước có trộn hóa chất keo tụ sau bể lắng dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt Xí nghiệp KDNS số, thành phố Hải Dương Thời gian thực thí nghiệm từ tháng 12 năm 2012 đến tháng năm 2013 4.3 Phương pháp nghiên cứu, quy trình thí nghiệm vận hành mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực trường 4.3.1 Phương pháp nghiên cứu mô hình trường Mô hình lắp đặt vị trí sau bể lắng với mục đích; nước đưa vào để lọc keo tụ lắng đến hàm lượng cặn yêu cầu theo quy phạm (≤ 10mg/l, trường hợp đặc biệt tới 12mg/l) vai trò bể lọc làm nước đến giới hạn hàm lượng cặn cho phép cấp cho nhu cầu ăn uống sinh hoạt Quá trình thực nghiệm tiến hành hai loại VLL hạt PE hạt polystyrene với đợt thí nghiệm có vận tốc lọc khác từ thấp đến cao không đổi chu kỳ lọc (bảng 4.2) Bảng 4.2 Thống kê đợt thí nghiệm loại VLL nổi, với thông số lọc rửa lọc mô hình thực nghiệm trình tự rửa bể lọc VLL STT Nguồn nước thí nghiệm Loại VLL Nước sau bể lắng Hạt dây chuyền xử lý nước polystyrene mặt có trộn hóa chất keo tụ, Xí nghiệp KDNS số - Thành phố Hạt PE Hải Dương Đợt thí nghiệm Các thông số lọc, rửa lọc Vận tốc v(m/h) Đợt 5.00 Đợt 9.60 Đợt 13.80 Đợt 5.00 Đợt 9.60 Đợt 13.60 Cường độ rửa Thời gian rửa lọc (l/s.m2) lọc (phút) 12.00 4.00 4.3.2 Quy trình thí nghiệm mô hình trường 4.3.3 Vận hành mô hình thí nghiệm trường Việc ghi số đo ống đo áp đo độ đục nước trước sau lọc thực định kỳ sau khoảng thời gian xác định trình làm việc bể lọc Dự kiến thời điềm xi phông khởi động trình tự rửa lọc để chủ động ghi lại số liệu về: thời điểm khởi động xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực; khoảng thời gian từ xi phông mồi bắt đầu làm việc đến xi phông rửa lọc khởi động; khoảng VLL giãn nở rửa lọc; sau xi phông rửa lọc ngừng hoạt động, bể lọc phải tự động bắt đầu chu kỳ lọc 4.4 Kết nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực trƣờng 4.4.1 Kết nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực với VLL hạt polystyrene Kết thí nghiệm tổng hợp thành bảng, bảng thí nghiệm cho loại VLL vận tốc lọc không đổi chu kỳ lọc, từ bảng kết ghi được, thiết lập biểu đồ mối quan hệ hàm lượng cặn nước sau lọc với thời gian lọc, thiết lập biểu đồ quan hệ tổn thất áp lực lọc với thời gian lọc, biểu đồ sở để xác định tổn thất áp lực lọc giới hạn ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL để khởi động xi phông thực trình tự rửa bể lọc VLL nổi.`` 21 Bảng 4.3 Kết thí nghiệm đợt lần với VLL hạt polystyrene, v= 5m/h Thời gian(giờ) Ngày thí nghiệm 12/03/2013 13/3/2013 14/3/2013 14h15 16h 18h 20h 22h 24h 2h 4h 6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 24h 2h 4h 6h 8h 9h20 Vận tốc lọc v,(m/h) 5.00 Hàm lượng cặn (mg/l) Trước lọc Sau lọc 6.20 5.80 5.90 5.40 9.00 5.50 5.60 6.50 6.40 4.60 5.60 7.60 6.50 6.60 7.00 7.30 7.00 7.00 7.20 6.80 7.90 8.10 6.50 2.56 1.17 0.65 0.43 0.42 0.44 0.47 0.49 0.51 0.56 0.44 0.45 0.51 0.53 0.50 0.49 0.53 0.57 0.59 0.61 0.63 0.65 0.71 Cột nước ống đo áp (cm) h1 h4 11.80 12.00 12.20 13.30 13.60 13.70 13.90 14.20 14.50 15.20 17.60 19.10 21.30 22.50 24.30 25.20 27.70 30.10 32.10 33.12 34.20 35.80 36.00 8.00 8.10 8.10 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.50 8.50 8.50 8.60 8.50 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 8.40 Tổng tổn thất qua lớp VLL (cm) Ghi Chú h = h1-h4 3.80 3.90 4.10 4.90 5.20 5.30 5.50 5.80 6.10 6.80 9.20 10.60 12.80 14.00 15.70 16.70 19.30 21.70 23.70 24.72 25.80 27.40 27.60 Xi phông mồi theo nguyên lý khóa thủy lực khởi động vào 9h20'; khoảng 30 giây sau xi phông rửa lọc khởi động bắt đầu trình tự rửa lọc; độ giãn nở VLL xác định 34%, ứng với cường độ rửa lọc 12 l/s.m2; thời gian rửa lọc phút Sau bể ngừng rửa lọc tiếp tục chu kỳ lọc Tự rửa lọc Hình 4.2 Sự thay đổi hàm lượng cặn nước sau lọc theo thời gian VLL hạt polystyrene, v = 5m/h (lần thí nghiệm 1) 22 Hình 4.3 Biểu đồ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian VLL hạt polystyrene, v = 5m/h (lần thí nghiệm 1) 4.4.2 Kết nghiên cứu mô hình thực nghiệm bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực với VLL hạt PE 4.4.3 Nhận xét đánh giá chung kết thực nghiệm mô hình bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực 4.5 Những vấn đề rút đƣợc từ Luận án 4.5.1 Kết thu nhận từ Luận án a) Bổ sung vào công nghệ để thiết kế bể lọc VLL tự rửa dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ b) Nghiên cứu thành công phương pháp việc khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực c) Kết thu từ thực nghiệm mô hình bể lọc VLL tự rửa lọc nước mặt keo tụ sau trình lắng d) Sự phù hợp điều kiện kinh tế quản lý vận hành 4.5.2 Đề xuất thông số tính toán thiết kế phạm vi áp dụng bể lọc VLL tự rửa a) Đề xuất thông số thực nghiệm xác định tổn thất áp lực lọc giới hạn ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL để khởi động xi phông thực trình tự rửa  Phƣơng trình hồi quy xác định thay đổi hàm lƣợng cặn theo thời gian C t  C0 e b.t  ρ gh e a.t ; (mg/l) đó: Ct - hàm lượng cặn đầu bể lọc, mg/l; g/m3 C0 - hàm lượng cặn đầu vào bể lọc, mg/l; g/m3 a - thông số lọc xác định cường độ bứt hạt cặn; 1/h b - thông số lọc xác định cường độ bám dính phần tử chất bẩn; 1/h gh - mật độ chất bẩn lấp đầy khe rỗng lớp vật liệu lọc chu kỳ lọc; g/m3; kg/m3 t: thời gian chu kỳ lọc (xác định theo thời gian bảo vệ lớp VLL) Thông số (a,b ρgh) lấy bảng (4.15) 23 Bảng 4.15 Bảng tra thông số lọc xác định cƣờng độ bứt hạt cặn (a) cƣờng độ bám dính phần tử chất bẩn (b) Vận tốc Mật độ chất Hệ số tách Hệ số bám Thời gian bảo ST Hạt VLL lọc v, cặn a, dính b, vệ lớp VLL bẩn gh, T (m/h) (1/h) (1/h) t,(h) (kg/m ) Polystyrene PE 9,6 13,8 9,6 13,6 1,25 1,25 0,007 0,00033 0,015 0,0088 0,021 0,0025 1,17 1,17 1,20 1,29 0,122 0,212 0,274 0,116 0,243 0,302 48 24 18 48 24 18  Phƣơng trình hồi quy xác định độ tăng tổn thất áp lực lọc theo thời gian H = H0 + tg * t; cm đó: H: tổng tổn thất sau thời gian chu kỳ lọc; cm H0: tổn thất qua lớp VLL sạch; cm tg: trị số xác định từ biểu đồ thực nghiệm; cm/h t : thời gian chu kỳ lọc Thông số (H0 tg,) lấy bảng (4.16) Bảng 4.16 Bảng tra thông số xác định tổn thất áp lực lọc theo thời gian STT Hạt VLL Polystyrene PE Vận tốc lọc, (m/h) 9,6 13,8 9,6 13,6 Tổn thất qua lớp VLL Ho, (cm) 3,15 9,10 10,40 4,95 10,52 18,78 tg (cm/h) 0,99 0,64 1,26 0,69 0,81 1,41 b) Đề xuất bảng tra đường kính xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực với đường kính xi phông rửa lọc Bảng 4.17 Bảng tra đường kính xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực với đường kính xi phông rửa lọc STT Đƣờng kính xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực DxpM (mm) 18 24 Đƣờng kính xi phông rửa lọc DxpR (mm) Khoảng thời gian để khởi động xi phông rửa lọc (phút) 40 50 65 80 100 125 65 0,5 0,8 1,3 2,0 3,1 4,9 0,7 24 24 30 38 44 56 80 100 125 150 80 100 125 150 200 100 125 150 200 250 125 150 200 250 300 150 200 250 300 350 1,1 1,7 2,7 3,8 0,7 1,1 1,7 2,5 4,4 0,7 1,1 1,5 2,7 4,3 0,8 1,2 2,0 3,2 4,6 0,7 1,3 2,0 2,8 3,8 c) Đề xuất giải pháp nối thông phần bể chứa nước rửa lọc có nhiều đơn nguyên bể lọc VLL tự rửa làm việc Giải pháp 1: cần thiết lập để thời điểm bắt đầu đưa đơn nguyên bể lọc VLL tự rửa vào hoạt động khác Giải pháp 2: thiết kế lựa chọn bể có chiều cao khóa thủy lực khác vào tổn thất áp lực lọc giới hạn yêu cầu d) Đề xuất thông số tính toán xi phông rửa lọc e) Đề xuất phạm vi ứng dụng bể lọc VLL tự rửa dây chuyền công nghệ xử lý nguồn nước mặt Từ chất lý hóa trình keo tụ nêu xác định phạm vi ứng dụng bể lọc VLL tự rửa khởi động thiết bị khóa thủy lực dây chuyền xử lý nước mặt thỏa mãn điều kiện sau:  Các nguồn nước mặt sông hồ Việt Nam đảm bảo tiêu nằm ngưỡng giá trị giới hạn A1 A2 theo QCVN 08: 2008/BTNMT - quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia nguồn nước mặt dùng cho mục đích cấp cho sinh hoạt;  Nước trộn hóa chất để keo tụ tạo  Nước đưa vào bể lọc xử lý sau trình lắng đạt yêu cầu theo TCXDVN 33-2006 (hàm lượng cặn sau trình lắng trước vào bể lọc ≤10mg/l; trường hợp đặc biệt cho phép đến 12mg/l) 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Kết hợp nghiên cứu tổng quan, nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm, tác giả Luận án thực mục tiêu nghiên cứu đề ra, thể kết đạt đóng góp Luận án: Bằng trình nghiên cứu lý thuyết thiết lập được: (1) phương trình (2-15) dạng tích phân gồm số hạng mô tả kết lọc nước mặt keo tụ sau trình lắng để tìm thời gian bảo vệ lớp VLL ứng với thông số xác định như: vận tốc lọc, chiều dầy lớp lọc, hiệu lọc yêu cầu; (2) Phương trình (2- 30) dùng để xác định tổn thất áp lực lọc ứng với thời gian bảo vệ lớp VLL, làm cho việc xác định chiều cao khóa thủy lực để khởi động xi phông bắt đầu trình tự rửa lọc Qua nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm hệ thống tự rửa bể lọc (rửa tự động theo tín hiệu kích động dựa tổn thất áp lực lọc cho phép chu kỳ lọc, mà không cần dùng thiết bị van khóa khí, không cần thiết bị điện, điện tử, không cần điều khiển người), có phát kiến cấu tạo thiết bị khóa thủy lực, dùng làm thiết bị để khởi động xi phông rửa lọc làm việc tự động tức thời, sau trị số tổn thất áp lực lọc đạt đến giá trị tới hạn Tiến hành thực nghiệm thiết bị mồi khởi động xi phông tìm được: (1) mối quan hệ chiều cao cột áp cần thiết để khởi động xi phông tỷ lệ thuận với chiều cao khóa thủy lực - xi phông khởi động cột nước áp suất Hkđ đạt đến giá trị tới hạn, tính từ đường chuẩn qua đáy xi phông đến cao trình mực nước cao ống phân phối nước vào bể lọc chiều cao khóa thủy lực Hk; (2) quan hệ giới hạn chiều cao khóa thủy lực Hk với đường kính khóa thủy lực Dk, theo biểu thức (3.4) theo biểu thức (3.6) (5 < < 10), dùng biểu thức việc tính toán thiết kế chiều cao khóa thủy lực ứng với đường kính khóa thủy lực để xi phông khởi động ổn định, phù hợp với tổn thất lọc giới hạn theo tính toán với thời gian yêu cầu chu kỳ lọc thiết kế bể lọc; (3) thành lập bảng tra đường kính xi phông mồi thiết bị khóa thủy lực với đường kính xi phông rửa lọc (bảng 4.17) Các thông số lọc, số hạng hệ số dùng để thiết lập phương trình hồi quy từ phương trình lý thuyết (2.15) (2.30), xác định từ kết thực nghiệm lập thành bảng (4.15) bảng (4.16), áp dụng việc tính toán thiết kế bể lọc VLL tự rửa, dây chuyền xử lý nước mặt có keo tụ sau trình lắng, đạt chất lượng yêu cầu nước dùng cho ăn uống sinh hoạt 26 Các kiến nghị: Bể lọc VLL tự rửa dùng thiết bị khóa thủy lực để khởi động xi phông thực trình tự rửa lọc, cần phổ biến áp dụng thực tiễn để lọc nước mặt có hóa chất keo tụ sau trình lắng, dây chuyền xử lý dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ Để bể lọc VLL tự rửa lọc nước với vai trò bể lọc tiếp xúc theo nguyên tắc keo tụ tiếp xúc, nước sau trình trộn hóa chất keo tụ đưa vào bể lọc, nhằm mục đích để trình phản ứng, lắng, lọc diễn công trình Đây vấn đề cần tiếp tục thực đề tài khác Đối với nguồn nước ngầm cần có nghiên cứu thực nghiệm tiếp đề tài sau, để bổ sung thông số trình lọc, rửa lọc phục vụ cho việc thiết kế bể lọc VLL tự rửa khởi động xi phông thiết bị khóa thủy lực dây chuyền xử lý nước ngầm Khi vấn đề phân phối nước bể ảnh hưởng đến trình lọc tự rửa lọc bể lọc VLL nổi, cần phải nghiên cứu áp dụng hệ thống phân phối trở lực lớn để bể lọc làm việc hiệu hơn, khắc phục tượng có vùng “chết” lớp VLL (các hạt VLL bị đóng bánh), có vùng vận tốc tăng đột biến… Đối với bể lọc cát có lý thuyết thực nghiệm hệ thống phân phối trở lực lớn, bể lọc VLL chưa nghiên cứu đầy đủ nên cần thực nghiên cứu tiếp sau 27 DANH MỤC CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ DÙNG LÀM TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO LUẬN ÁN Nguyễn Thanh Phong (2008), Nghiên cứu bể lọc VLL dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp quy mô nhỏ Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Cấp thoát nước – Đại học Kiến trúc Hà Nội Trần Thanh Sơn, Nguyễn Thanh Phong nhóm nghiên cứu, (2014) “Nghiên cứu công nghệ tự rửa bể lọc VLL xử lý nước cấp cho sinh hoạt”, Đề tài nghiên cứu độc lập cấp Nhà nước, mã số ĐTĐL.2009/T02, Trường đại học Kiến trúc Hà Nội Nguyễn Thanh Phong (2009), Bể lọc VLL thực trạng hướng phát triển, Tạp chí Xây dựng, số 4/2009 Nguyễn Thanh Phong (2016), Nghiên cứu khởi động xi phông bể lọc VLL tự rửa, Tạp chí Cấp thoát nước, số 3(107)/2016 Nguyễn Thanh Phong (2016), Nghiên cứu ứng dụng mô hình bể lọc VLL tự rửa theo nguyên lý khóa thủy lực xử lý nước nước mặt cấp cho sinh hoạt, Tạp chí Cấp thoát nước, số 4(108)/2016 ... lọc  Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu dùng thiết bị khóa thủy lực để khởi động xi phông thu nước rửa lọc bể lọc tự rửa dùng cho trạm cấp nước quy mô nhỏ - Nghiên cứu bể lọc VLL tự rửa khởi động... Việt Nam a) Bể lọc không tự rửa b) Bể lọc VLL tự rửa 1.1.3 Bể lọc VLL tự rửa trạm cấp nước quy mô nhỏ Khái niệm trạm cấp nước quy mô nhỏ xử lý nước cấp thường vào công suất trạm xử lý, đối tượng... quy mô nhỏ 9 Chƣơng CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH LỌC VÀ TỰ RỬA LỌC BỂ LỌC VLL NỔI 2.1 Lý thuyết lọc rửa lọc VLL 2.1.1 Quá trình lọc nước qua lớp VLL dạng hạt Phương trình lý thuyết trình lọc,