4.6.1 Phương án I
- Chọn tổn thất áp lực để bố trí cao độ trong các công trình (theo mục 6.355 : [1]) - Tổn thất áp lực trong các công trình:
Bể trộn đứng: 0,5m. Bể lọc tiếp xúc: 2 m.
- Tổn thất áp lực trong các ông nối: Từ Bể trộn đến bể lọc tiếp xúc: 0,5m.
Từ Bể lọc tiếp xúc đến bể chứa nước sạch: 0,5m
Từ Bể lọc tiếp xúc đến bể chứa nước sạch: 0,5m tổn thất áp lực trong các thiết bị đo ở điểm nước vào và điểm nước ra của trạm.
- Qua van khóa: 0,3 -0,5m. * Bể lọc tiếp xúc.
Cao trình mặt đất tại vị trí xây dựng trạm xử lý là : hmd = 16m
Cao trình mặt bể lọc là : MNmặt bểlọc = Hxd + hmd = 4,45 +16 = 20,45 (m). Cao trình mực nước của bể lọc:
MNmực nước= MNmặt bểlọc – hbv =20,45–0,5=19,95(m). Cao trình mực nước trong máng bể lọc:
Mmángbể lọc=MNmực nước–0,1 =19,95–0,1=19,85 (m). Cao trình đáy bể lọc: Đlọc = 16 (m)
* Bể chứa nước sạch.
Bể chứa nước sạch được thiết kế nửa nổi nửa chìm.
Cao trình thành trên bể chứa là:Mmặt bể chứa = MNmaxBể chứa + h bv= 19.45 + 0,5 = 19,95 (m)
Cao trình đáy bể chứa là: Mđáy bể chứa = MNmaxbể chứa- Hnước=19.45 - 4 = 15,45(m). Cao trình đáy bể chứa nước sạch đến đáy độ dốc của bể chứa nước sạch:
Δ Mđáy bể chứa = Mđáy bể chứa - Lbể chứa x 0,01 = 15,45 – 51.8x0,01 = 14,93 m. *Bể trộn đứng
Cao trình mực nước trong bể trộn:
MNbể trộn = Mmángbể lọc+ hlọc – trộn+ htrộn + hlọc= 19,85 + 0,5 + 0,5 + 2,5 = 23,35(m). Cao trình mặt bể trộn: Mmặttrộn = MNbể trộn + 0,43 = 23,35+ 0,5 = 23,85(m). Cao trình đáy bể trộn:Đdáytrộn = Mmặtbể trộn - Hxd = 23,85 – 7,2 = 16,65 (m). 4.6.2 Phương án II
Độ chênh mực nước trong các công trình cần phải xác định cụ thể qua tính toán. Sơ bộ chọn tổn thất áp lực để bố trí cao độ trong các công trình theo điều 6.355 [1].
- Tổn thất áp lực trong các công trình: Bể trộn cơ khí 0.2m, bể phản ứng cơ khí 0.2m, bể lắng Lamen 0.6m, bể lọc nhanh 3m.
Do hợp khối bể trộn cơ khí, bể phản ứng cơ khí và bể lắng Lamen nên tổn thất áp lực trong các đường ống từ công trình này đến công trình kia lấy như sau:
-Từ bể tiếp nhận đến bể trộn 0.3 m, từ bể trộn đến bể phản ứng 0.1m, từ bể phản ứng đến bể lắng 0.1m, từ bể lắng đến bể lọc 0.8m, từ bể lọc đến bể chứa 0.7m.
Nhà máy xử lý đặt ở vị trí có mặt bằng tương đối bằng phẳng, cốt mặt đất 9.5m, lấy mực nước cao nhất trong bể chứa làm chuẩn.
* Bể chứa nước sạch
Bể chứa nước sạch được thiết kế nửa nổi nửa chìm. Cao trình mực nước cao nhất trong bể chứa nước sạch chọn: MNmaxBể chứa = 16 (m).
Cao trình thành trên bể chứa là:
Mmặtbể chứa = MNmaxbể chứa + hbv = 16 + 0.5 = 16.5 (m). Cao trình đáy bể chứa là:
Mđáybể chứa = MNmaxbể chứa- Hnước = 16 – 4 = 12 (m).
Cao trình đáy bể chứa nước sạch đến đáy độ dốc của bể chứa nước sạch: Δ Mđáy bể chứa = Mđáy bể chứa - Lbể chứa x 0,01 = 12 – 51.8x0,01 = 11.42 m. * Bể lọc
Cao trình mặt nước trong bể lọc là:
MNlọc = MNmaxBể chứa + hlọc + hlọc-chứa = 16 + 3+ 0.7 = 19.7 (m). Cao trình mực nước trong mương tập trung của bể lọc là:
MNmươnglọc = 19.7 + 0.1 = 19.8 (m). Cao trình thành trên bể lọc Mmặtlọc = MNlọc + hbv = 19.7 + 0.5 = 20.2 (m). Cao trình đáy bể lọc Mđáylọc = MNmặtlọc - HXD = 20.2 – 5.0 = 15.2 (m). (4.120) *Bể lắng Lamen
Cao trình mực nước trong bể lắng:
MNlắng = MN lọc+ hlắng + hlắng-lọc = 19.7 + 0.6 + 0.8= 21.1 (m). (4.121) Cao trình thành trên bể lắng: Mmặt lắng = MNlắng + hbv lắng = 21.1 + 0.5 = 21.6 (m). (4.122) Cao trình đáy bể lắng: Mđáy lắng = Mmặtlắng - Hxd =21.6 – 6.3= 15.3 (m). (4.123) *Bể phản ứng cơ khí
Cao trình mực nước của bể phản ứng:
MNPƯ = MNlắng + hphản ứng + hpứ-lắng = 21.1 + 0.2 + 0.1 = 21.4 (m). (4.124) Cao trình thành trên bể phản ứng: MNmặtPƯ = MNPƯ + hbv = 21.4 + 0.5 = 21.9(m). (4.125) Cao trình đáy bể phản ứng là: Mđáyphản ứng = MNPƯ – HXD =21.9 – 4.7 = 17.2(m). (4.126) . * Bể trộn cơ khí:
Cao trình mực nước trong bể trộn:
MN Bểtrộn = MNPƯ +htrộn + htrộn-pứ = 21.4 + 0.2+ 0.1 = 21.7 (m) (4.127) Cao trình mặt bể trộn là:
Mmặt Bểtrộn = MNBểtrộn + htrộn bv = 21.7 + 0.5 = 22.2 (m). (4.128) Cao trình đáy bể trộn là:
4.7 Tính toán công trình thu
Căn cứ vào điều kiện thủy văn, địa chất công trình, giao thông. Ta chọn công trình thu nước kiểu kết hợp.
Mực nước cao nhất của sông: 6.0 m, mực nước thấp nhất của sông: 3.0 m.
4.7.1 Sơ đồ cấu tạo công trình thu
Hình 16: Cấu tạo công trình thu
4.7.2 Tính toán
Bố trí 2 ngăn thu và 2 ngăn hút.
Song chắn rác được bố trí tại ngăn thu và lưới chắn rác được bố trí tại ngăn hút. Song chắn rác
Diện tích công tác của song chắn rác chính là diện tích cửa thu được xác định theo công thức :
Fsong = 1.25×[Q/(n×v)]×K (m2) [1] (4.130) Trong đó:
+ Q: lưu lượng nước cần thu, Q = 77000 (m3/ngđ) = 3208.33 m3/h = 0.89 (m3/s). + n: số cửa thu, n = 2.
+ v: vận tốc nước chảy qua cửa thu v = 0.5 m/s (v = 0.2 ÷ 0.6 m/s theo [1]) + K: hệ số kể đến việc thu hẹp diện tích do chiều dày các song chắn rác.
K = (a + d)/a = (50 + 10)/50 =1.2 (4.131) + a: chiều rộng khe hở giữa 2 song = 40 ÷ 50 mm ; chọn = 50 mm.
+ d: đường kính song chắn.
+ 1.25: hệ số co hẹp do rác bám vào.
Fsong = 1.25 ×[0.89/(2 × 0.5)] ×1.2 = 1.34 (m2).
Chọn 2 song chắn rác, kích thước 1 song chắn rác: 1.16× 1.16m. Song chắn rác có bố trí móc kéo để kéo song lên khi sửa chữa.
1 2 3 4 4 3 2 Chú thích 1. Ngăn thu 2. Ngăn hút 3. Song chắn rác 4. Lưới chắn rác
Lưới chắn rác
Diện tích công tác của lưới:
Flưới =1.25 × [Q/(n×v)]×K ,(m2) (4.132) Trong đó:
+ K: hệ số kể đến sự thu hẹp dòng chảy do chiều dày các sợi thép K = (a+d)2/a = (4 +1)2/4 = 6.25.
+ 1.25: hệ số co hẹp do rác bám vào lưới chắn.
+ V: vận tốc qua lưới chắn rác V = 0.8 m/s (0.8 – 1.2m/s).theo [1] + n: Số cửa hút n = 2.
Flưới = 1.25 × [0.89/(2 × 0.8)] × 6.25 = 4.35 (m2).
Chọn 2 lưới chắn rác theo quy chuẩn với kích thước 1 lưới: a × b = 1.4 × 1.9 (m) Ngăn thu
Chiều dài ngăn thu lấy theo quy phạm 1.6 ÷ 3 m → Chọn LH = 2.5 m. Chiều rộng ngăn thu: BT = BS+ 2e = 1.6 + 2 × 0.6 = 2.8 (m) .
Trong đó:
+ BS: Chiều rộng song chắn rác (mm).
+ e: khoảng cách từ mép lưới đến tường ngăn thu, chọn e = 0.6 m (e = 0.4 – 0.6 m [1]). Ngăn hút
Chiều rộng ngăn hút xác định theo công thức,
Bh≥ 3Df (4.133)
Trong đó:
+ Df : đường kính phễu thu, Df = (1.3→ 1.5)Dh, lấy Df = 1.3Dh.
Df= 1.3 ×0.5 = 0.65 m. Chọn đường kính phễu Df= 650 mm.
+ Dh: đường kính ống hút. Do có 2 bể thông nhau nên bố trí 2 ống hút và 1 ống dự phòng. Lưu lượng nước qua mỗi ống hút: Q1= Q/2, m3/s.
Trong đó: Q là công suất thiết kế công trình thu Q = 77000 (m3/ngđ) = 0.89 (m3/s).
⇒ Q1 = 0.89/2 = 0.45 (m3/s).
Tiêu chuẩn: Dh = 300÷800; vh = 0.8 ÷ 1.5 m/s. Chọn Dh = 500 mm, vh = 1.3 m/s (ống thép).
Để đảm bảo chế độ dòng chảy và thuận tiện cho thi công ta lấy:
Chiều rộng ngăn thu Bt = Bh = 2.8 m, chiều dài ngăn hút: Lh = Lt = 2.5 m. Khoảng cách từ mép dưới cửa thu nước đến đáy sông: h1=0.7 m (quy phạm: 0.7–1.0 m [1])
Khoảng cách từ mép dưới đặt lưới đến đáy công trình thu: h2= 0.7 m (quy phạm: 0.5–1.0 m [1])
Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa thu: h3=0.5m (quy phạm
≥0.5 m [1]).
Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng phễu hút:
h6≥1.5×Df= 1.5× 0.65 = 0.975 (m) (4.134) Chọn h6= 1 m
Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng phễu hút:
h5≥0.8 Df= 0.8 × 0.65 = 0.52 (m) (4.135) Chọn h5= 0.6 m.
Đáy công trình thu có độ dốc i = 2% về phía hố thu cặn. Hố thu cặn kích thước: a×b×h = 0.3× 0.3 × 0.25 (m). Tính toán cao trình mặt nước trong ngăn thu và ngăn hút
Cao trình mặt nước của sông: MNCNS = 10 m, MNTNS = 7.0 m.
Cốt bờ sông so với mặt đất: 2.0 m, mực nước cao nhất trong sông: 3.0 m.
Sơ bộ lấy: tổn thất qua song chắn rác hs= 0.1m, tổn thất qua lưới chắn rác hl = 0.2 m.
Cao trình mặt nước trong ngăn thu:
MNCNNT = MNCNS- hs= 10.0 – 0.1 = 9.9 (m). MNTNNT= MNTNS - hs = 7.0 – 0.1 = 6.9 (m). Cao trình mặt nước trong ngăn hút:
MNCNNH= MNCNNT- hl= 9.9 – 0.2 = 9.7 (m). MNTNNH= MNTNNT- hl= 6.9 – 0.2 = 6.7 (m). Đường kính ống hút và đường kính miệng loe
Đường kính ống hút D = 700 mm
Giả sử trường hợp một ống hút có sự cố, ống còn lại phải đảm bảo 70% công suất của nhà máy xử lý. Khi đó lưu lượng sẽ là 70% × 0.89 = 0.62 m3/s.
Lúc này vận tốc sẽ là: V = 4 2 D Q × × π =3.14 0.72 62 . 0 4 × × = 1.61 (m/s) (thỏa mãn v= 1.2÷2m/s, điều 5.96 [1]) 4.8 Trạm bơm cấp I
Chế độ làm việc của trạm bơm cấp I: Vì bơm cấp I hoạt động điều hòa, cung cấp nước cho trạm xử lý nên chế độ làm việc của trạm bơm cấp I là:
QTBh = 100/24 = 4.17 % Qngđ.
Từ 21 – 5 giờ QTBh = 4.16% Qngđ. Từ 5 – 21 giờ QTBh = 4.17% Qngđ.
4.8.1 Ống hút và ống đẩy
Với lưu lượng 0.89 (m3/s), sử dụng 2 đường ống dẫn nước song song. Chọn đường kính ống đẩy và ống hút D = 900 mm, v = 1.4 m/s, 1000i = 2.41 (vôh = 0.8 – 1.5 m/s, vôđ = 1 – 3 m/s, bảng 7.3, điều 7.15 [1]).
* Số liệu tính toán:
- Cao trình cao nhất trong bể trộn: 20.0 m, mực nước thấp nhất trong ngăn hút: 3.0 m, chiều dài ống hút: 15 m, chiều dài ống đẩy: 10 km.
4.8.2 Tính tổn thất áp lực toàn phần của máy bơm
Trạm bơm cấp I bơm nước từ hồ chứa lên cụm xử lí, vậy cột áp của trạm bơm cần phải thắng được tổn thất dọc theo tuyến ống đẩy và lên công trình trộn taị nhà máy xử lý. Chiều dài đường ống từ trạm bơm cấp I đến cụm xử lý L = 10 km.
Xây dựng 2 ống hút và 2 ống đẩy cho nhà máy thu, lúc này tính toán tổn thất cục bộ trên ống hút, ống đẩy ta phải tính tổn thất qua van khoá cho cả 2 đường ống.
Áp lực toàn phần của máy bơm được xác định theo công thức:
HTP = Zc –Zm + ∑hd +∑hh +ho + hb, m (4.136) Trong đó:
+ HTP: Áp lực toàn phần của máy bơm.
+ Zc: Cốt mực nước cao nhất trong bể trộn = 20 m. + Zm: Cốt mực nước thấp nhất trong ngăn hút = 6.7 m.
g 2 v l i h 2 h h h = × +Σξ× × Σ (4.137) Trong đó: - lh: chiều dài ống hút, lh = 15m.
Đường kính ống hút ở trên đã chọn là: Dh = 900 mm ⇒ 1000i = 2.41
m/km, v = 1.4 m /s đạt yêu cầu vận tốc trên ống hút 0.8 – 1.5 m/s.
- ∑ξ: tổng hệ số tổn thất qua các thiết bị: 1 côn thu ξ = 0.1; 1 khóa ξ = 1; 1 phễu thu ξ = 0.15. => ∑hh = 0.00367 ×15 + (0.1 + 1.0 + 0.15) × 81 . 9 2 18 . 1 2 × = 0.14 m.
+ ∑hd: tổng tổn thất trong ống đẩy tính từ máy bơm đến cụm xử lý.
g 2 v l i h 2 d d d = × +Σξ× × Σ Trong đó:
- ld: chiều dài ống đẩy, ld = 10 km.
- Lưu lượng nước qua ống đẩy, Q1ô = Q/2 = 890/2 = 450 l/s.
Chọn đường kính ống đẩy D=600mm ⇒1000i = 4.58 m/km; v= 1.51 m/s
- Tổng hệ số tổn thất qua các thiết bị: 1 côn mở ξ =0.25, 1 van 1 chiều ξ = 1, 1 van 2 chiều ξ = 1, 4 tê ξ = 1.5 × 4 = 6.0, 4 cút 90o ξ = 4 × 0.5 = 2.0. => ∑hd=0.00367 × 10000 + (0.25+1+1 + 6.0 + 2.0)× 81 . 9 2 58 . 4 2 × =48.02 (m)
+ ho: Áp lực tự do tại miệng ống vào bể trộn = 1 m. + hb : tổn thất áp lực qua máy bơm = 2 m.
HTP = 20 – 6.7 + 48.02 + 0.14 + 1.0 + 2.0 = 64.46 (m).
4.8.3 Lựa chọn máy bơm
Với các thông số QTXL = 77000m3/ngđ = 3208.33 m3/h = 890 l/s, HTP = 64.46m. Chọn 2 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng.
Lưu lượng 1 bơm: Qb = 494.44 9 . 0 2 890 2 = × = ×α Q l/s
Trong đó : α: hệ số giảm lưu lượng khi 2 bơm mắc song song làm việc đồng thời, α = 0.9.
Dựa vào [5] chọn bơm Omega 250-480A có các thông số sau: - Lưu lượng Qb = 494.44 l/s. - Cột áp HTP = 64.46 m. - Số vòng quay: n = 1450 vòng/phút. - Hiệu suất η= 83%.
4.9 Trạm bơm cấp II
4.9.1 Lưu lượng
Chế độ làm việc của trạm bơm cấp II: Sử dụng bơm biến tần cho trạm bơm cấp II làm việc theo chế độ liên tục, đáp ứng yêu cầu về lưu lượng và đảm bảo áp lực cho mạng lưới cấp nước vào mọi thời điểm.
Số bơm trong nhà trạm là 4 bơm, 3 bơm làm việc và 1 bơm dự phòng. Mỗi bơm gắn với 1 bộ biến tần. Vào giờ dùng nước lớn nhất có cháy, 3 bơm hoạt động.
Lưu lượng 1 bơm là: QB = 88 . 0 3 70 2 . 891 3 × + = × + α cc Max Q Q = 364.09 l/s.
Trong đó: α: hệ số giảm lưu lượng khi 3 bơm mắc song song làm việc đồng thời, α= 0.88.
4.9.2 Áp lực máy bơm nước sinh hoạt
Htp = Hyc + (ZTXL - ZMNTNBC) + ∑h, m (4.138) Trong đó:
+ Hyc : là áp lực yêu cầu tại nhà máy = 22.09 m.
+ ZTXL: lấy cao trình tại trạm xử lý (khu vực xây dựng trạm bơm cấp 2) = 10 m + ZMNTNBC: là cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa trong giờ dùng nước lớn nhất
ZMNTNBC = ZMNCNBC - hSH , (m). Trong đó:
- ZMNCNBC : Là cốt mực nước cao nhất bể chứa 13.5 m.
- hSH : Chiều cao lớp nước dùng cho sinh hoạt trong bể chứa hSH = B F N× h W , (m) (4.139) Trong đó:
WH : Dung tích điều hoà của bể chứa, WH = 23070.6 m3 N: Số bể chứa, N = 2.
⇒ hSH = 2 83 . 2883 6 . 23070 × = 4.0 (m) ⇒ ZMNTNBC = 13.5 – 4.0 = 9.5 (m).
+ ∑h : Tổng tổn thất nội bộ trạm bơm (gồm: tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ trên ống hút và ống đẩy, ∑h = 1÷ 3 m), chọn ∑h = 3 m.
Htp = 22.09 + (10 – 9.5) + 3 = 25.59 (m) .
4.9.3 Chọn bơm cấp II
* Dựa vào [5] ta chọn bơm RDL 350 – 360B có các thông số sau: - Lưu lượng Qb = 364,09 l/s - Cột áp HTP = 25.59m - Số vòng quay n = 1450 vòng/phút - Hiệu suất η = 87%.
4.9.4 Đường ống trong trạm bơm
Ống hút của máy bơm
Mỗi bơm đặt 1 ống hút riêng với lưu lượng một ống là 402.23 (l/s). Chiều dài mỗi ống được xác định trên trạm xử lý L = 15 m.
Chọn D = 600 (mm), với = = 62 . 3 1000 ) / ( 34 . 1 i s m v
Ống hút chung của tổ máy bơm
Dùng 1 ống hút chung cho tổ máy.
Lưu lượng nước lớn nhất qua ống: Q1ô = 890 l/s.
Chọn ống thép không rỉ D700: có v = 1.21 (m/s); 1000i = 2.48.
Ống đẩy của máy bơm
Mỗi bơm đặt 1 ống đẩy riêng với lưu lượng một ống là 241.5 (l/s). Chiều dài mỗi ống được xác định trên trạm xử lý L = 20 m.
Chọn D = 700 (mm), với