CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
5.4Bể phản ứng tạo bông kết hợp lắng vách nghiêng 1 Ngăn phản ứng
5.4.1 Ngăn phản ứng
Dùng cánh khuấy turbin với Gradient vận tốc từ 20-30s-1 nhằm tạo điều kiện cho cặn lơ lửng kết dính với phèn Al có thêm chất trợ keo là Polymer. Ngăn phản ứng nằm ngay trước ngăn lắng vách nghiêng và được ngăn cách bởi một tấm đục lỗ nhằm phân phối nước đều vào ngăn lắng mà không làm xáo trộn bùn cặn ở phễu thu.
Chọn thời gian lưu nước 20 phút.(Qui chuẩn từ 10-30 phút). Thể tích bể:
Trong đó chiều cao ngăn phản ứng phải bằng chiều cao ngăn lắng trừ đi chiều cao vùng chứa cặn, và chiều rộng cũng bằng chiều rộng ngăn lắng.
Vậy kích thước ngăn phản ứng H ×B × L = 2,3m× 0,8m× 1,2m.
Chọn cánh khuấy chân vịt 3 cánh (có hệ số sức cản nhỏ và phù hợp với công suất nhỏ).
Công suất của máy khuấy: P = G2.µ.V
Trong đó: G là gradient vận tốc, chọn G = 30-1
µ là độ nhớt động lực của nước, ở 25oC µ = 0,001kg.m2/s V là thể tích khuấy trộn của máy, m3
→ P = 302 × 0,001 × 2,16 = 1,944 W. Tốc độ chuyển động của cánh khuấy:
v = 2.п.R.n60 (m/s)
Trong đó: R (m) là bán kính chuyển động của cánh khuấy, tính từ mép ngoài của cánh đến tâm trục quay. Chọn đường kính cánh khuấy là 0,5m.
n là số vòng quay trong một phút, chọn n = 3 vòng/phút. Vậy : v = 2×3,1460×0,25×3 = 0,078 m/s.
Tính toán lượng Polymer cần sử dụng
Theo quy phạm, lượng Polymer được sử dụng như chất trợ keo tụ là 1 - 2 mg/l. Chọn lượng Polymer cần là 1mg/l (hay 1g/m3).
Vậy lượng Polymer trong 1 ngày làm việc là:
1g/m3 × 130m3 = 130g = 0,13kg/ngày.
5.4.2 Ngăn lắng
Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng F, chế độ thủy lực của dòng chảy. Bể cho hiệu quả cao nhất khi chế độ chảy tầng Re < Re giới hạn và dòng ổn
Bằng cách đưa vào vùng lắng của bể lắng ngang các ô lắng hình trụ đặt nghiêng một góc 60o so với phương ngang làm tăng diện tích bề mặt đáy bể lắng (cặn lắng chạm đáy hình trụ và trượt theo góc nghiêng xuống vùng thu cặn của bể). Nước trong đi lên vùng thu nước chảy vào máng thu ra ngoài, chế độ chảy trong các ống hình trụ luôn là chế độ chảy tầng Re < 2000 và dòng luôn ở trạng thái ổn định.
4 3
1 2 5
Hình 5.2 Sơ đồ cấu tạo bể lắng lớp mỏng kết hợp ngăn phản ứng
1. Bể phản ứng tạo bông cặn; 2. Vùng phân phối nước; 3. Vùng đặt các ô lắng; 4. Máng răng cưa thu nước; 5. Vùng thu cặn và xả cặn.
Diện tích cần thiết của bể lắng
Công suất nước đi vào bể lắng:
QL = α × Q = 1,05 ×6,5 m3/h = 0,0018 m3/s.
Trong đó α là hệ số dự phòng kể đến ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng. Tính diện tích mặt bằng cần sử dụng công thức:
uo = QFL × H.cosαW+W.cos2
α
Trong đó uo là tốc độ lắng của hạt bông cặn đã keo tụ. Chọn hiệu quả lắng các hạt bông cặn keo tụ R = 90% ứng với vận tốc lắng uo = 0,25mm/s. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(Nguồn: Đường cong lắng của các hạt cặn keo tụ theo cách chiều cao lắng khác nhau_Trịnh Xuân Lai_Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp).
Trong bể lắng đặt các tấm thép hình chữ nhật được đặt cách nhau 50cm, chiều dài lắng l = 1m đặt nghiêng 60o.
Chiều cao khối trụ lắng H = l×sinα = 1×sin 60o = 0,867m
Nước ra Nước vào
Khoảng cách giữa các ống trụ W = 0,05m. → F = QL uo × H.cosα+WW.cos2α F = 1,8.10 −3 2,5.10−4 × 0,867×cos600,05o +0,05×cos260o = 0,85 m2.
Chọn diện tích mặt bằng ngăn lắng F = 0,9 m2 với kích thước B × L= 0,8m × 2,1m. Kiểm tra lại vận tốc nước và hệ số Re:
uo = 1,8.10
−3
0,9 × 0,867×cos600,05o
+0,05×cos260o = 2,3.10-4 m/s. Vận tốc nước chảy trong ống lắng:
vo = F.sinαQL = 1,8.10
−3
0,9.sin600 = 2,38.10-3 m/s.
Ở nhiệt độ nước sông 25oC, υ = 0,91.10-6 m2/s, Re = vυo.R
Bảng 5.3 Độ nhớt động học của nước
to C 10 12 15 20 30 40
υ.10-6m2/s 1,31 1,24 1,14 1,01 0,81 0,66
(Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch_Trịnh Xuân Lai). Với R là bán kính thủy lực: R = BB.H+2H = 11+×2.0,8670,867 = 0,317 m Re = 2,38.10 −3 .0,317 0,91.10−6 = 829 < 2000. Nước trong bể chuyển động theo chế độ chảy tầng. Chuẩn số Froude: Fr = vo 2 g . R = (2,38.10 −3) 9,81×0,317 = 7,6.10-4 > 10-5.
Dòng chảy trong bể là dòng chảy ổn định.
Chiều cao bể lắng
Chiều cao bể lắng gồm:
• Chiều cao phần nước trong bên trên các ống lắng h1 = 0,8m. • Chiều cao đặt ống lắng nghiêng h2 = 0,867m.
• Chiều cao phần không gian phân phối nước dưới các tấm lắng đặt nghiêng h3- = 0,6m.
• Chiều cao phần chứa cặn: cặn thu vào đáy hình chóp có cạnh xiên một góc 60o so với phương ngang. Kích thước dáy là 1m×1,5m. Vậy chiều cao phần chứa cặn là:
h4 = 1,5tg30/4o = 0,65 m Vậy tổng chiều cao xây dựng là:
H= h1 + h2 + h3 + h4 = 2,9 m. Chọn chiều cao xây dựng là 3m.
Vậy kích thước ngăn lắng B× H× L = 0,8m×3m×2,1m. Tính toán máng thu nước ra
Máng thu nước được bố trí ở hai bên hông của bể.
Chọn chiều dài cần thiết của máng bằng 2 lần chiều rộng của bể: Lm = 0,8m × 2 = 1,6m. Tải trọng máng thu: q = LQm = 0,0018m 3 /s 1,6m ×1000 ml3 = 1,125 l/s.m. (Quy phạm từ 1-3 l/s.m)
Chọn tấm xẻ khe chữ V góc đáy 90o, chiều cao chữ V là 5cm, đáy 10 cm. Vậy với chiều dài máng là 0,8m thì số khe chữ V là 8 khe. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Máng răng cưa được bắt dính với máng thu nước bê tông bằng các bu lông qua các khe dịch chuyển. Nước sau khi lắng được thu bằng máng theo cơ chế chảy tràn ra rãnh thu nước.
Tính toán đường ống dẫn nước sang bể chứa trung gian
Vận tốc nước trong ống tự chảy v = 0,3 – 0,7 m/s. Chọn v = 0,6 m/s. Tiết diện ống dẫn: F = Qv = 6,5m 3 /h 0,7m/s = 0,0026m2. → d = √4.F п = √4.0,0026 3,14 = 57,3 mm.
Chọn d = 63mm. Tính lại vận tốc nước chảy: v = 0,58m/s (thõa).