Tính toán bể lọc áp lực:

: Áp suất thẩm thấu phía bên dòng

c) Tính toán bể lọc áp lực:

Các thông số cần tính toán:

− Kích thước bể lọc: diện tích, đường kính, chiều cao; − Tính toán phễu phân phối nước vào bể lọc;

− Tính toán hệ thống phân phối nước rửa lọc; − Tính tổn thất áp lực qua bể;

Kích thước cơ bản của bể lọc áp lực:

- Diện tích bể lọc được xác định theo công thức [19]: 3,6

Với Q: công suất trạm xử lý, Q = 150 (m3/ngàyđêm);

T: thời gian làm việc của trạm bơm trong một ngày đêm (h), T = 24h;

Vtb: tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h), lấy theo bảng trên, chọn Vtb = 10 m/h;

a: số lần rửa mỗi bể lọc trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, a = 1;

W: cường độ rửa lọc (l/sm2), W được lấy theo bảng 6.13[19], chọnW = 15 l/s.m2 (quy phạm W = 14÷ 16 l/s.m2);

t1: thời gian rửa lọc (h), chọn t1 = 6 phút = 0,1h (quy phạm t1 = 6 ÷ 7 phút) ; t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, lấy = 0,35 h.

150

24.10 3,6.15.0,1 1.0,35.10 0,65

− Chọn số bể lọc là hai bể hoạt động luân phiên nhau với diện tích mỗi bể lọc như tính toán là 0,65m2.

Nghiên cứu thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm mặn trên cơ sở công nghệ lọc Nano phục vụ cấp nước vùng duyên hải miền Trung Việt Nam – Nguyễn Thị Thanh Thủy – Cao học CNMT 2009

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -50-

4 4.0,65

3,14 0,91 Vậy đường kính bể lọc là D = 0,91 (m).

− Đường kính ống dẫn nước vào bể lọc:

Chọn tốc độ nước đi trong ống là vvào= 1,2 m/s để đảm bảo hòa trộn đều PAA vào nước (quy phạm vận tốc nước đi trong ống vào v = 1 2 m/s), khi đó đường kính ống dẫn nước vào bể là: à 4. . 4.1,74. 10 1,2.3,14 0,0429 Chọn à 42

Tính toán phễu phân phối nước vào bể lọc: − Tiết diện phễu được xác định theo công thức:

ễ

Với Q: công suất của trạm xử lý, Q = 1,74.10-3 m3/s;

ễ : vận tốc nước ra khỏi miệng phễu, chọn ễ = 0,05 m/s (quy phạm

ễ 0,1 m/s để không phá vỡ bông cặn được tạo thành).

ễ

1,74. 10

0,05 0,035

− Mặt khác diện tích phễu còn được tính theo công thức:

ễ 2

Với h: chiều cao phễu, chọn h = 150 mm; R: bán kính lớn của phễu;

r: bán kính nhỏ của phễu, chọn r chính bằng bán kính của đường ống dẫn nước vào, cụ thể như sau:

à 2

0,042

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -51-

2 2.0,035

0,15.3,14 0,021 0,15

− Khoảng cách từ bề mặt lớp VLL đến mép trên của phễu phân phối nước [1]: ∆ . 0,25

Với : chiều cao của lớp VLL, á 0,4 0,4 0,8 e: độ giãn nở tương đối của lớp VLL, chọn theo bảng 6.13 [19] thì e = 50%

Nên: ∆ 0,8.0,5 0,25 0,65 (Thỏa mãn điều kiện khoảng cách thu nước xa nhất < 0,7m).

Tính toán hệ thống phân phối nước rửa lọc:

Chọn biện pháp rửa bể lọc nhanh bằng nước thuần túy, khi đó dòng nước có cường độ lớn sục ngược từ dưới lên sẽ cuốn theo chất bẩn. Cường độ nước rửa lọc được chọn là W = 15 l/s.m2 ứng với mức độ nở tương đối của lớp VLL là e = 50%. Khi đó:

− Lưu lượng nước cần thiết để rửa lọc là [1]:

ử ọ 1000

Với F: diện tích bể lọc, F = 0,65 m2; W: cường độ nước rửa lọc.

ử ọ

0,65.15

1000 0,01 / 10 /

− Đường ống chính phân phối nước rửa lọc là ống inox, gồm 1 ống có đường kính dchính = 60mm, thì tốc độ nước chảy trong ống chính sẽ là vchính = 3,5 m/s.

− Hệ thống phân phối nước gồm các ống nhánh phân phối từ ống chính. Lấy khoảng cách giữa các trục của ống nhánh là lnhánh = 200mm.

− Số ống nhánh cần thiết là: ố á 2 á 2.0,91 0,2 9,1 Chọn tổng số ống nhánh là ố á = 8 ống, phân bố đều số ống nhánh sang hai bên ống chính thì số ống nhánh ở mỗi bên là 4 ống.

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -52- ố á ử ọ ố á 0,01 8 0,00125 / 1,25 /

− Chọn vận tốc nước chảy trong các ống nhánh là vnhánh = 1,6 m/s (quy phạm vnhánh = 1,6 2 m/s), thì đường kính ống nhánh tương ứng là: á 4. ố á . á 4.0,00125 3,14.1,6 0,032 Chọn đường kính ống nhánh là á = 34 mm.

− Trên các ống nhánh tiến hành khoan các lỗ phân phối nước. Chọn đường kính lỗ phân phối nước là dlỗ = 10mm (quy phạm dlỗ = 10 ÷ 12 mm). Tổng diện tích của các lỗ cần lấy bằng 0,25% diện tích tiết diện ngang của bể lọc (quy phạm là 0,25 ÷ 0,5%). Các thông số tính toán lỗ phân phối nước được trình bày trong bảng sau [19]:

Bảng 3.3. Kết quả tính toán số lỗ phân phối nước rửa lọc bể lọc áp lực.

Thông số Ký hiêu/Công thức xác

định Giá trị Đơn vị Ghi chú

Đường kính lỗ dlỗ 0,01 m 10 ÷ 12mm Diện tích mỗi lỗ Fỗ π. dỗ 4 7,85.10 -5 m2 Phần trăm diện tích cho phép chọn %∑Flỗ 0,5 % 0,25 ÷ 0,5% Tổng diện tích lỗ ∑ ỗ %∑ ỗ 3,25.10-3 m2 Tổng số lỗ ỗ ∑ ỗ Flỗ 41,4 lỗ Chọn tổng số lỗ là 40 lỗ

Trên mỗi ống nhánh các lỗ xếp thành hai hàng so le nhau, một hàng hướng xuống phía dưới và một hàng nghiêng một góc 45o so với trục thẳng đứng của ống. Khoảng cách giữa các tâm lỗ lấy bằng llỗ = 150mm (quy phạm 150 200 mm).

Tính toán chiều cao của bể lọc áp lực:

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -53-

đ ∆

Với hđ: chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy theo bảng trên, chọn hđ = 0,15 mm; hVLL: chiều dày lớp VLL, hVLL = 0,8 m;

∆ : chiều cao từ lớp VLL đến phễu phân phối nước, = 0,65 m; hbv: chiều cao bảo vệ, hbv ≥ 0,3m, chọn hbv = 0,3m.

Nên: H = 0,15 + 0,8 + 0,65 + 0,3 = 1,9 (m).

Tính toán tổn thất áp lực qua bể lọc áp lực:

Tổn thất áp lực qua toàn bộ bể lọc Đ

Với HVLL: tổn thất qua lớp vật liệu lọc; HVLĐ: tổn thất áp lực qua lớp vật liệu đỡ;

HPP: tổn thất qua mạng ống phân phối nước bằng giàn ống khoan lỗ phía dưới; H1: áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc.

− Tổn thất qua lớp vật liệu lọc: giá trị này trong thực tế rất khó xác định vì thay đổi rất nhiều trong quá trình lọc, công thức xác định:

∫∫ ∫ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × − × × × × × = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ × − × = − L c L c VLL m dx m w v m dx i H 0 3 0 3 0 2 0 3 0 3 0 0 1 10 23 , 5 1 γ ρ µ γ ρ Với v: vận tốc lọc; µ: độ nhớt động học của nước;

i0, w0, m0: là tổn thất áp lực đơn vị, diện tích bề mặt đơn vị của tổng không gian rỗng, độ rỗng ở thời điểm ban đầu;

ρ: mật độ bảo hòa cặn; γc: trọng lượng riêng của cặn; L: chiều dày lớp vật liệu lọc.

Hoặc tính theo công thức [1]: . .

Với a, b: các thông số về kích thước cỡ hạt của VLL, cỡ hạt của cát thạch anh dcát = 0,5÷1,2 (mm) và cỡ hạt của than antraxit là dantraxit = 0,8 ÷ 1,8 (mm), chọn kích thước hạt trong khoảng d = 0,5 ÷ 1,0 m thì a = 0,76 và b = 0,017.

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -54-

− Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ [3]: HVLĐ = 0,22 . LS . W

Với LS là chiều dày lớp sỏi đỡ, LS = 0,15 m;

Khi đó: HVLĐ = 0,22 . 0,15 . 15 = 0,5 (m) − Tổn thất qua mạng ống phân phối [1]:

) ( 2 2 2 2 0 m g V g V H n PP =ζ × +

Trong đó ζ: hệ số sức cản được xác định theo công thức sau [19 – 6.95]:

ζ 3,3

W ,

Với W là tỷ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính, chọn W = 2 (quy phạm W = 0,15 ÷ 2) nên:

ζ 3,3

2 , 0,95

V0: vận tốc nước chảy ở đầu ống chính (m/s), V0 = 1,24 m/s; Vn: vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh (m/s), Vn = 1,6 m/s;

0,95 · 1,24 2.9,81

1,6

2.9,81 0,2

− Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp VLL lọc được chọn là H1 = 2m.

Vậy tổng tổn thất áp lực trong toàn bộ bể lọc là:

HBLN = 0,41 + 0,5 + 0,2 + 2 = 3,11 (m)

Tỷ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc áp lực:

Được tính theo công thức sau [1]:

. . . 60 . . 100 . .1000 %

Với W: Cường độ rửa lọc (l/s.m2), W = 15 (l/s.m2); f: Diện tích một bể lọc (m2), f = 0,65 (m2); N: Số bể lọc, N = 1 (bể);

Q: Công suất của trạm bơm (m3/h), Q = 6,25 (m3/h); T0: Thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa bể (h);

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -55-

Với T: thời gian công tác của bể lọc trong 1 ngày (h), T = 24h; n: số lần rửa lọc trong 1 ngày, n = 1;

t1, t2, t3: thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể (h); 24 1 6 60 0,35 10 60 23,38 Vậy 15 . 0,65 . 6 . 60 . 1,6 . 100 6,25 . 23,38 . 1000 3,8 %

Tóm tắt các thông số chính khi tính toán bể lọc áp lực:

Bảng 3.4. Tóm tắt các thông số tính toán bể lọc áp lực.

TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Kích thước cơ bản của bể lọc áp lực

1 Diện tích bể F m2 0,65

2 Đường kính bể D m 0,91

3 Chiều cao bể Hxd m 1,9

Rửa bể lọc

4 Lưu lượng nước rửa Qrửa lọc m3/s 0,01

5 Cường độ rửa W l/s.m2 15

6 Thời gian rửa t1 phút 6

7 Đường kính ống dẫn nước rửa Dchính mm 60 8 Đường kính ống dẫn nước rửa Dnhánh mm 34

Phân phối nước vào bể lọc

9 Diện tích phễu Sphễu m 0,035

10 Bán kính lớn của phễu R m 0,15

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -56-

12 Chiều cao phễu h m 0,15

13 Khoảng cách từ bề mặt VLL đến mép

trên của phễu ∆ m 0,65

14 Tổn thất áp lực qua bể m 3,11

15 Công suất bơm rửa lọc kW 1,6

16 Thời gian công tác giữa hai lần rửa bể T0 Giờ 23,38

III.2.4. Tính toán thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính

Than hoạt tính có phạm vi hấp phụ rất rộng nên được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ, hợp chất gây mùi vị lạ trong nước, thuốc trừ sâu và kim loại nặng, … Ngoài ra quá trình lọc qua than hoạt tính còn chứa và nuôi dưỡng các vi khuẩn có khả năng phân hủy các chất hữu cơ dính bám tạo ra bề mặt tự do cho phép giữ lại các phân tử hữu cơ mới. Đặc biệt than hoạt tính loại bỏ tốt clo và các hợp chất của clo nên là quá trình hỗ trợ hiệu quả cho công nghệ lọc màng khử mặn vì clorin được xem là yếu tố gây độc đối với màng NF [15], [22].

Lựa chọn thông số hoạt động:

Than hoạt tính có hai dạng: dạng bột (PAC) và dạng hạt (GAC), mỗi dạng có những ưu nhược điểm riêng trong quá trình ứng dụng xử lý. Trong công nghệ xử lý nước cấp thường sử dụng than hoạt tính dạng hạt GAC, nước cần xử lý được cho qua cột than với tốc độ và thời gian lưu nhất định. Khi lọc nước qua lớp than hoạt tính người ta cũng thường dùng bể lọc áp lực. Chọn quá trình lọc bằng than hoạt tính có các đặc điểm sau [22]:

Bảng 3.5. Thông số cơ bản của than hoạt tính.

STT Thông số Đơn vị Giá trị

1 Hãng sản xuất NORIT (Hà Lan)

2 Kích thước hạt mm 0,71 3,15

3 Hàm lượng tro % 7

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -57-

5 Chỉ số iot g/kg.s 1000

6 Chỉ số phenol g/kg.s 46

7 Tỷ trọng kg/m3 260

8 Công dụng

• Khử màu, mùi, các chất hữu cơ, Clorin, Cloramin, phenol, …;

• Bảo vệ và tăng tuổi thọ của thiết bị lọc màng thẩm thấu ngược và trao đổi ion.

Các thông số cần tính toán:

− Lượng than cần thiết;

− Kích thước thiết bị: chiều cao, đường kính; − Hệ thống phân phối nước rửa lọc;

− Hệ thống phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc; − Tổn thất áp lực qua cột lọc.

Tính toán thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính:

− Thể tích than cần thiết [23]: .

Với : thể tích than cần thiết;

: thời gian tiếp xúc cần thiết, chọn = 9 phút (quy phạm = 7,5 30 phút);

: lưu lượng nước cần xử lý, = 6,25 m3/h. 9

60· 6,25 0,94 − Lượng than cần thiết: . − Lượng than cần thiết: .

Với d = 260 kg/m3 là tỷ trọng của than, khi đó: 260 . 0,94 243,75 − Hàm lượng chất hữu cơ còn lại trong nước sau khi lọc qua bể lọc áp lực là:

à à .

Với là hiệu suất khử COD qua bể lọc áp lực, COD trong nước tồn tại ở cả dạng hòa tan và không tan, chọn 80% thì 10,5. 1 0,8 2,1 / .

Viện Khoa học và Công nghệ môi trường (INEST) - Đại học Bách khoa Hà Nội – Tel (84.4) 38681686 -58-

Có thể nhận thấy hàm lượng chất hữu cơ trong nước sau khi qua bể lọc áp lực tồn tại phần lớn ở dạng hòa tan nên sẽ được loại bỏ ở cột lọc than hoạt tính. Giả sử hiệu suất khử chất hữu cơ của cột lọc than hoạt tính là 85% thì lượng chất hữu cơ cần loại bỏ trong một ngày đêm là:

. . 2,1 . 150 . 0,85 267,75 g/ngàyđêm

Chọn dung lượng hấp phụ của than hoạt tính là: 50 / thì thời gian hoạt động của cột lọc than là:

. 243,75 . 50

267,75 45,5 à 1,5 á

Vậy chọn thời gian hoàn nguyên cột lọc than hoạt tính là 1,5 tháng. Theo khuyến nghị của nhà sản xuất thì sau thời gian sử dụng từ 6 tháng đến 1 năm thì cần loại bỏ than cũ và thay than mới. Có nhiều phương pháp để hoàn nguyên than hoạt tính như: hoàn nguyên bằng hóa chất, bằng nhiệt hay bằng áp suất, …

− Chiều cao thiết bị: đỡ ướ

Với : chiều cao lớp than hoạt tính, chọn = 1,45 m;

đỡ: chiều cao lớp sỏi đỡ VLL, sỏi đỡ thường có cỡ hạt từ 2 4 (mm), chọn đỡ = 0,1 m (quy phạm đỡ = 100 150 mm);

ướ : chiều cao lớp nước phía trên lớp VLL chọn ướ = 25%

II.7 MÀNG NANO XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM MẶN II.7.1 Tính chất của màng NF

II.8 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẦN MỀM ROSA [16]