TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.1.2. Bể lắng ngang
Nhiệm vụ: loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống dưới đáy bể bằng trọng lực hay tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát kích thước ≥ 0,2 mm và tỷ trọng ≥ 2,6 để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể lắng.
Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng
Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng
Trong đó:
+ : Hàm lượng cặn lơ lửng lớn nhất trong nước nguồn trước khi làm thoáng,
+ : Lượng phèn sắt tạo ra trong xử lý làm thoáng
+ : Hiệu suất tạo phèn. Chọn .
+ : độ màu của nước, theo bảng 3.1, ta có M = 8.
Tính toán diện tích bể lắng
Trong đó:
+ u0: tốc độ lắng tự do của hạt cặn nhỏ nhất cần giữ lại.Theo TCXD 33/2006 điều 6.71 bảng 6.9, ứng với hàm lượng cặn max trong nước là 80,65 mg/l thì mm/s.
+ : hệ số kể đến sự ảnh hưởng của thành phần vận tốc rối của dòng nước theo phương thẳng đứng, lấy .
Lấy Ho = 2,5 m, số bể N = 3 bể, để khi một bể ngừng , hai bể kia làm việc ở mức chấp nhận được. Chiều rộng của bể là:
Trong đó:
+ Q: lưu lượng tính toán , Q = 625 m3/h.
+ vtb: tốc độ trung bình của dòng chảy trong bể lắng, ứng với uo= 0,5 mm/s thì vtb = 6 - 8mm/s, chọn vtb = 6mm/s.
+ Ho: chiều cao của vủng lắng, Ho = 2,5 m. Chiều dài bể:
Thời gian lưu nước trong bể:
Hệ thống phân phối nước vào bể
Theo TCXDVN 33-2006 điều 6.77: Để phân phối nước trên toàn bộ diện tích bể lắng, cần đặt các vách ngăn đục lỗ ở đầu bể cách tường 1 - 1,5m, chọn 1,5 m. Đoạn dưới của vách ngăn trong phạm vi chiều cao 0,3-0,5m kể từ mặt trên của vùng chứa nén cặn không cần phải khoan lỗ, chọn 0,5m.
Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào
Trong đó:
+ : vận tốc nước qua lỗ vách ngăn, theo TCXDVN 33-2006 điều 6.77 có Diện tích một lỗ của vách ngăn
Trong đó:
+ : đường kính lỗ của vách ngăn phân phối. Chọn (cho phép 0,05÷ 0,15m) Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối nước
Chọn n = 60 lỗ. Ở vách ngăn phân phối bố trí thành 10 hàng dọc và 6 hàng ngang. Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng dọc: (2,5 – 0,5) : 6 = 0,33(m).
Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng ngang: (4 - 0,32):10 = 0,34(m).
Hệ thống thu nước đã lắng: Phần thu nước sau bể lắng dùng hệ thống máng đục lỗ chảy ngập trên mặt nước cuối bể
Chiều dài máng
Cứ mỗi bể bố trí 2 máng thu, khoảng cách giữa các tâm máng
Trong đó:
+ : Lưu lượng nước tính toán qua mỗi bể..
+ : tốc độ trong máng thu, theo điều 6.84 TCXD VN 33/2006, lấy . Chiều rộng máng: chọn
Chiều sâu của máng
Diện tích lỗ trên 1 máng thu
Trong đó:
+ : tốc độ nước chảy qua lỗ, chọn . Diện tích một lỗ
Trong đó:
+ : đường kính lỗ, theo TCXD VN 33/2006, điều 6.84 thì , chọn . Tổng số lỗ trên mỗi máng thu
Chọn n = 58 lỗ, mỗi bên bố trí 29 lỗ. Các lỗ nằm ngang 2 bên máng, lỗ của máng phải đặt cao hơn đáy máng 50÷80mm.
Khoảng cách giữa các tâm lỗ:
Mép trên máng cao hơn mức nước cao nhất trong bể 0,1m. Độ dốc của máng theo chiều ngược với chiều nước chảy.
Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào các bể lọc: các máng thu nước ở cuối bể lắng được tính toán dựa trên chọn lưu lượng nước cần thu và vận tốc nước chảy trong máng thu. Các máng nà được xây dựng bằng bêtông cốt thép ở phía cuối bể lắng.
Lưu lượng tính toán máng thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng xử lý.
Chọn vận tốc chảy trong máng thu là 0,6m/s (nằm trong khoảng 0,6 – 0,8 m/s). Diện tích mặt cắt máng thu là:
Chọn máng tập trung nước của bể lắng có kích thước: b x h x l = 0,6 m x 0,7 x 4 m.
Vùng lắng cặn và hệ thống thu xả cặn
Chọn phương pháp cào cặn bằng cơ khí, với chu kì cào cặn là 24h. Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kì với thời gian giữa hai lần xả cặn là T = 24h.
Thể tích vùng chứa nén cặn của một bể lắng
Trong đó:
+ : Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng khoảng 10÷12 mg/l, chọn
+ : Số lượng bể lắng, bể.
+ : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, theo TCXD VN 33/2006 điều 6.68 bảng 6.8, ứng với xử lý có dùng phèn có hàm lượng cặn trong nước nguồn 80,65 mg/l và thời gian nén cặn 24h thì .
Diện tích mặt bằng của một bể lắng
Bể có độ dốc i = 0,01 từ đầu bể đến cuối bể. Chiều cao ở đầu bể:
Chiều cao ở cuối bể:
Chiều cao của bể lắng ở đầu bể:
Chiều cao ở cuối bể:
Trong đó:
+ : Chiều cao trung bình của vùng lắng .
+ : chiều cao vùng cặn.
+ : chiều cao bảo vệ, cho phép 0,3÷0,5m, chọn Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng:
Trong đó:
+ : Hệ số pha loãng cặn, theo điều 6.76 trong TCXD VN33-2006 thì khi xả cặn bằng cơ khí có .
+ Thể tích vùng chứa nén cặn của một bể lắng,
Hệ thống xả cặn:
Trong đó:
+ : Hệ số pha loãng cặn, theo điều 6.76 trong TCXD VN33-2006 thì khi xả cặn bằng cơ khí có .
+ Thể tích vùng chứa nén cặn của một bể lắng,
Trong bể lắng bố trí hệ thống xích cào cặn về hố thu đầu bể, và tại đây ta đặt 1 ống xả cặn. Lưu lượng cặn trong một bể:
Trong đó:
+ : thời gian xả cặn, theo TCXD VN 33/2006 điều 6.74 thời gian xả cặn từ , chọn .\ Diện tích của hố xả cặn
Trong đó:
+ : Vận tốc xả qua ống, chọn
Chọn chiều cao lớp cặn ở hố thu cặn ở đầu bể là 1m, khi đó kích thước hố a = 0,25 và b = 0,5. Độ dốc ngang từ thành bể về phía ống thu cặn là 450, suy ra chiều cao của hố là h = 0,8m.
Đường kính ống xả
chọn đường kính ống xả D = 250mm, ứng với vận tốc vx = 1,34 m/s
S
TT THÔNG SỐ ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ
3 Chiều dài một bể M 38,5
4 Chiều rộng của bể lắng m 4
5 Chiều cao trung bình của bể lắng m 3,23
6 Chiều dài của máng thu nước m 25,7
7 Chiều rộng của máng m 0,2
8 Chiều sâu của máng m 0,24
9 Đường kính ống dẫn nước mm 400
1
0 Đường kính ống xả cặn mm 250
Bảng 4.2. Bảng tóm tắt kết quả tính toán bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt.
4.1.3.Bể lọc nhanh
Nhiệm vụ:
Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo sắt, keo hữu cơ gây độ đục độ màu. Bể lọc thường được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước.
Nước cấp khi qua bể lắng hầu hết các cặn lơ lửng đều được giữ lại, chỉ còn khoảng 20% căn lơ lửng không lắng được ở bể lắng mà tiếp tục đi vào bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ lọc tất cả các cặn không thể lắng được.
Tổng diện tích bể lọc tính theo công thức:
21 2 1 2 ( ) . bt 3,6. . . . bt Q F m T v W t a t v = − − Trong đó: • Q: công xuất trạm xử lý Q = 15000 m3/ngđ.
• vbt: tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường, ở đây bể lọc nhanh có 2 lớp vật liệu lọc nên chọn vbt = 8 m/h.
• a : là số lần rửa bể trong một ngày đêm với chế độ làm việc bình thường thì a = 1- 2, vì đây là dây truyền xử lý nước ngầm nên hàm lượng cặn không cao lắm, nên chọn chu kỳ rửa bể a = 1, điều kiện rửa lọc hoàn toàn tự động.
• W: cường độ nước rửa lọc, với bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc rửa nước thuần tuý thì 15 – 16 l/s.m2, chọn W = 16 l/s.m2.
• t1: thời gian rửa lọc, chọn bằng 7 phút.
• t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, chọn t2 = 0,35 giờ. Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là:
Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức:
Chọn N = 6 bể. Khi kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng một bể để rửa:
→ Nằm trong khoảng (8 – 12m), nên đảm bảo.
Trong đó:
• Vtc: tốc độ lọc tăng cường.
• N1: số bể lọc ngừng làm việc để sửa chữa. Diện tích mỗi bể lọc là:
Chọn kích thước bể: L B = 4 3,5 = 14 m2.
Chiều cao toàn phần bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hđ + hv + hn + hp
Trong đó:
• Hp: chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc (0.3 – 0.5m), lấy hp = 0,5m.
• Hđ: chiều cao lớp sỏi đỡ và hầm thu nước, lấy hđ = 0,7m.
• Hn: chiều cao lớp nước trên lớp vât liệu lọc, lấy hn = 1,5m.
• Hv: chiều cao lớp vật liệu lọc gồm than ăngtraxit và cát thạch anh Hv = L1 + L2 = 0,4 + 0,4 = 0,8m.
Vậy chiều cao bể là: H = hđ + hv + hn + hp = 0,7 + 0,8 + 1,5 + 0,5 = 3,5 m. Tính toán rửa lọc
Chọn biện pháp rửa bể bằng nước. Cường độ nước rửa lọc W = 16 l/s.m2, ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%.
Lưu lượng của một bể lọc là:
Chọn tốc độ nước chảy trong ống dẫn theo quy phạm là 2 m/s. Ta có:
Đường kính ống chính:
Chọn đường kính ống chính là dc = 450 mm bằng thép thì tốc độ chảy trong ống chính vc = 1,31 m/s.
Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25m (cho phép là 0,25 0,3m ), thì số ống nhánh của 1 bể lọc là:
Chọn m = 26 ống nhánh, ta có:
Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là :
Chọn đường kính ống nhánh dn = 75 mm bằng thép, thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh vn = 1,59 m/s.
Với ống chính là 450mm, thì tiết diện ngang của ống sẽ là:
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống ( Quy phạm cho phép 30 35 % ), tổng diện tích lỗ tính được là:
Chọn lỗ có đường kính 10mm (Quy phạm 10 12mm) diện tích 1 lỗ sẽ là:
Tổng số lỗ sẽ là:
Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là : 713,38/26 = 27,44 lỗ.
Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng 1 góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: 27,44/2 = 14 lỗ.
(dc = 0,32 m, là đường kính ngoài của ống chính). Chọn một ống thoát khí 21mm đặt ở cuối ống chính. Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc:
Bể có chiều rộng L = 4 m, chọn mỗi bể bố trí 2 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác, khoảng cách giữa các máng sẽ là d = 4/2 = 2 m (theo TCVN 33-2006 thì d ≤ 2,2m).
• Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức:
Trong đó:
W : Cường độ rửa lọc ; W = 16 l/s.m2.
d : Khoảng cách giữa các tâm ngang ; d = 2 m. l : Chiều dài của máng ; l = B = 3,5 m.
→
• Chiều rộng máng tính theo công thức:
Trong đó:
- a : tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hCN) với nửa chiều rộng của máng. Lấy a = 1,3 (theo TCVN 33:2006 là a = 11,5)
- K = hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1. Ta có:
Vậy chiều cao phần máng chữ nhật là: hCN = 0,3 m.
Chiều cao phần đáy tam giác = 2/3 chiều cao phần hình chữ nhật → chiều cao phần đáy tam giác hđ = 2/3 × 0,3 = 0,2 m. Độ dốc máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0,01. Chiều dày thành máng lấy là: .
• Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là:
• Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức(TCVN 33:2006 điều 6.119):
Trong đó:
L : chiều dày lớp vật liệu lọc, L = hvl = 0,4 +0,4 = 0,8 (m). e : Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, lấy e = 50%
Theo TCVN 33:2006 điều 6.124, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,1m.
Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm= 0,55 m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 3,5 m nên chiều cao máng ở phía máng tập trung là: 0,55 + 0,035 = 0,585 m.
Vậy Hm sẽ phải lấy bằng:
Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung xác định theo công thức:
Trong đó:
+qm : lưu lượng nước chảy vào máng tập trung, qm = m3/s = Qr
+∆ : Chiều rộng của máng tập trung. Theo TCVN 33-2006 điều 6.118 quy định thì ∆ không nhỏ hơn 0,6m. Chọn ∆ = 0,75 m.
+g : Gia tốc trọng trường bằng 9,81 m/s2.
Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh:
Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ:
Trong đó:
v0: Tốc độ nước chảy ở đầu ống chính ; v0 = 0,96 m/s. vn : Tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh ; vn = 1,13 m/s. g : Gia tốc trọng trường ; g = 9,81 m/s2
: Hệ số sức cản lấy KW = K = 35%.
Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hđ = 0,22.LS.W (m) Trong đó:
LS : Chiều dày lớp sỏi đỡ ; LS = 0,7 m. W : Cường độ rửa lọc ; W = 16 l/s.m2
→
Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc :
Trong đó :
• L : chiều dày lớp mỗi vật liệu lọc, L = L1 = L2 = 0,4 m.
• e : độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc , e = 0,5.
• a , b : các hằng số phụ thuộc vào vật liệu lọc Với cát thạch anh: dtd = 0,7 mm, a = 0,76 , b = 0,017.
than ăngtraxit: dtd = 1,1 mm , a = 0,85 , b = 0,004.
hvl= ( 0,76 + 0,017 . 16 ).0,4.0,5 + (0,85 + 0,004 .16).0,4.0,5 = 0,39 (m). Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2 m.
Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là :
Chọn máy bơm rửa lọc:
Áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định:
Trong đó: ht = hp + hđ + hvl + hbm (m) Như trên ta đã tính được : ht = 6,62 m.
hhh : Là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m)
7,5 : Chiều sâu mức nước trong bể chứa (m)
6 : Độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2 : Chiều cao lớp nước trong bể lọc (m)
0,7 : Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m)
hô : Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m)
Giả sử chiều dài đường ống dẫn nước rửa lọc là l = 100m. Đường kính ống dẫn nước rửa lọc D = 450 mm; Qr = 224 l/s. tra bảng thủy lực được 1000i = 4,98.
Vậy : hô = i.l = 0,00498.100 = 0,498 m.
hcb : Tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa, xác định theo công thức:
Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau : 2 cút 900; 1 van khóa; 2 ống ngắn.Vậy :
Với Qr = 224 l/s ; Hr = 20,118 m chọn được máy bơm nước rửa lọc phù hợp. Với công suất bơm:
Trong đó: