CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
4.4.5 Vùng phân phối nước ra
Tổng chiều dài máng thu (Trịnh Xuân Lai trang 157):
L > 5H ×uQ
o =5×3m×0.220,m000853/s m/s = 17,25 m. Chọn L = 90 m - Khoảng cách giữa các tim máng: a ≤ 1,5H = 1,5.3 = 4,5 m.
- Bố trí máng dọc bể lắng, mỗi bể đặt 2 máng, chọn khoảng cách từ tim máng đến tường là 1m, khoảng cách giữa 2 tim máng là 3,5 m (Trịnh Xuân Lai trang 157)
- Chiều dài mép máng thu = 2.90 = 180 m.
- Chiều dài mỗi máng l = 904 = 22,5 m
- Kiểm tra tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng: Q = 0,22 m3/s = 220 l/s
q = 2QL = 2.90220m = 1,2 l/s.m dài, (Lưu lượng q từ 1 – 3 l/m. Trịnh Xuân Lai trang 157) - Vận tốc nước đi vào máng thu nước:
v = π Q
2. H .L = π0,22
2.3 .90 = 7,78× 10-4 m/s - Lưu lượng nước đi vào 1 máng:
qm= 0,222 = 0,11 m3/s - Vận tốc nước chảy trong máng thu: vm= 0,6 m/s
- Tiết diện máng thu:
F = 2.qvmm = 2.0,60,11 = 0,1 m2 - Chọn chiều rộng máng: bm= 0,2 m
- Chiều sâu máng: hm = bF
m = 0,10,2 = 0,5 m
- Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90o để điều chỉnh cao độ mép máng. Chiều cao hình chữ V là 5 cm, đáy chữ V là 10 cm, mỗi mét dài có 5 khe chữ, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm. Chiều cao mực nước h trong khe chữ V.
q0 = q5 = 1,1×510−3 = 1,4h52
h = 0,034 m = 3,4 m < 5 cm đạt yêu cầu. - Mương dẫn nước qua bể lọc:
+ Tiết diện mương dẫn nước: F = Qv = 1,750,7 = 2,5 m2
Q = 1,75 m3/s: Lưu lượng nước qua mương.
v = 0,7 m/s: Vận tốc nước chảy qua mương. + Chọn chiều rộng 1 m Chiều cao 2,5 m
Bảng 4.4 Thông số thiết kế bể lắng
Phân loại Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
Bể lắng Số bể lắng Bể 8 Diện tích 1 bể lắng m2 259 Chiều rộng 1 bể lắng m 5,7 Chiều dài 1 bể lắng m 45,5 Chiều cao vùng lắng m 3
Chiều cao vùng chứa cặn m 1
Chiều cao bảo vệ m 0,5
Tổng chiều cao bể lắng m 4,5
Vùng phân phối nước vào bể lắng
Bề rộng mương phân phối vào bể lắng m 1
Số cửa dẫn nước vào bể lắng Cửa 5
Kích thước cửa vào bể m 0,5
Máng thu nước vào 1 bể lắng
Số lượng máng thu nước trong 1 bể Máng 2
Chiều dài mỗi máng m 22,5
Chiều rộng máng thu m 0,2
Chiều cao máng thu m 0,5
Khoảng cách từ tim máng đến tường m 1
Khoảng cách giữa 2 máng m 3
Chiều cao hình chữ V của máng cm 5
Chiều cao đáy chữ V của máng cm 10
Khoảng cách giữa các đỉnh máng cm 20
Mương thu
nước Chiều cao mươngChiều rộng mương mm 2,51
4.5Bể lọc nhanh
4.5.1 Bể lọc
- Diện tích cần thiết của bể lọc:
F = Qv=625010mm/3h/h=625m2
+ Q: Lưu lượng nước xử lí trong 1 giờ (m3/h);
+ v: Tốc độ lọc của bể lọc nhanh 2–15 m/h (Trịnh Xuân Lai trang 210). Chọn v = 10 m/h. - Số bể lọc:
N=12√F=12√625=12(bể)
- Diện tích một bể lọc:
F=62512m2=52m2
- Lưu lượng nước vào 1 bể lọc:
Q = 625012m3/h = 520,8 m3/h
Đường kính ống thu nước lọc: D = 400 mm (Tra bảng tính toán thủy lực) - Kích thước bể lọc:
+ Chiều dài: 9 m + Chiều rộng: 6 m
- Kiểm tra tốc độ lọc khi lọc tăng cường + Vbt = 10 m/h: Vận tốc lọc bình thường;
+ Vtc = 12 m/h: Vận tốc lọc tăng cường (Trịnh Xuân Lai trang 221); + n = 12 bể: Số bể lọc;
+ i: Số bể lọc để rửa.
Vtc=Vbtn−ni=10 1212−1=11<12m/h Vtc=Vbtn−ni=10 1212−2=12=12m/h
Chọn rửa 2 bể lọc một ngày (Trịnh Xuân Lai, Bảng 7.2 trang 221) - Chiều cao bể lọc tính từ đáy đến mép bể:
H = h1 + h2 + h3 + h4 = 1,4 + 1,5 + 1,7 + (0,2 + 0,2) = 5 m
+ h1 = 0,3 m: Chiều cao phần đọc hệ thống phân phối và các lớp sỏi đỡ ở đáy bể lọc: 0,3 m lớp sỏi đỡ dày, 0,1 m sàn chụp lọc, 1m từ đáy bể đến sàn chụp lọc. Vậy h1 = 0,8 m + h2 = 1,5 m: Chiều cao lớp cát lọc
+ h3 = 1,7 m: Chiều cao lớp nước trên mặt cát lọc + h4: Chiều cao dự trữ + chiều cao bảo vệ = h’4 + h”4
h’4: Chiều cao dự trữ cho mực nước dâng lên trong bể lọc khi nhà máy có một bể ngừng để sửa chữa hoặc ngừng dể rửa lọc.
h’4 = n(niQ−i)f = 12.(122.625−2).52 = 0,2 m Q: Lưu lượng thô đưa vào n bể lọc (m3/h);
n: Số bể lọc trong nhà máy;
i: Số bể lọc ngừng để sửa chữa hoặc rửa; f: diện tích của bể lọc;
h”4: Chiều cao bảo vệ thường chọn 0,2 m. - Thể tích bể lọc:
V = F. H = 52 . 5 = 260 m3 + F = 52 m2: Diện tích một bể lọc
+ H = 5 m: Chiều cao bể lọc
4.5.2 Chu kỳ lọc
- Nước sau bể lắng, hàm lượng cặn còn 6,9 mg/l
- Các thông số của vật liệu lọc (Trịnh Xuân Lai trang 221): + Đường kính lớn nhất: dmax = 1,8 mm;
+ Đường kính nhỏ nhất: dmin = 0,9 mm; + Hệ số không đồng đều hạt: k= 1,4 + Đường kính tương đương d = 1,1 mm
+ Độ rỗng 40%, chiều dày lớp cát: 1,5 m, vận tốc lọc 10 m/h Thể tích chứa cặn 1 m3 cát lọc:
V=14.0,4 .1=0,1m3 - Trọng lượng cặn: 1 m3 cát lọc có thể giữ lại
Trọng lượng cặn chiếm 4%:
G=40kg/m3 × 0,1 m3 = 4 kg
- Tốc độ lọc 10 m3/h. Lớp cát dày 1,5 m, mỗi khối cách 1 giờ phải giữ lại được: 10 × 6,9 g/m3 = 69 g = 0,069 kg
- Để đảm bảo chất lượng, chu kỳ lọc là:
4.5.3 Hệ thống phân phối gió, nước rửa lọc
Rửa lọc bằng phương pháp gió nước kết hợp nhằm tăng hiệu quả rửa lọc. - Hệ thống phân phối nước rửa lọc:
+ Pha đầu gió nước đồng thời, lưu lượng nước cần thiết khi rửa 1 bể lọc:
Q = W × F = 7 × 52 = 364 m3/h =101 l/s F = 52 m2: Diện tích một bể lọc.
W = 7 m3/m2.h: Cường độ nước rửa lọc của bể (Trịnh Xuân Lai trang 229) + Pha hai nước thuần túy, lưu lượng nước cần thiết khi rửa 1 bể lọc:
Q = W × F = 15 × 52 = 780 m3/h = 216 l/s F = 52 m2: Diện tích một bể lọc.
W = 15 m3/m2.h: Cường độ nước rửa lọc của bể (Trịnh Xuân Lai trang 229) Đường kính ống phân phối nước rửa lọc: D = 450 mm (Tra bảng tính toàn thủy lực). - Hệ thống phân phối gió rửa lọc:
+ Lưu lượng gió cần thiết khi rửa lọc:
Qgió = W.F = 50.52 = 2600 m3/h = 0,72 m3/s = 720 l/s F: Diện tích một bể lọc (m 2).
W: Cường độ nước rửa lọc của bể. Chọn cường độ gió rửa lọc là Wgió = 50 m3/m2.h (Trịnh Xuân Lai trang 229).
+ Diện tích tiết diện ống gió:
f= Qv = 0,7220 = 0,036 m2 Q: Lưu lượng gió cho 1 bể lọc (m3/h)
Tốc độ trong ống dẫn gió chính chọn v = 20 m/s Đường kính ống gió: D = √4f
π = √4.0,036
3,14 = 0,22 m Chọn đường kính ống dẫn gió rửa lọc D = 250 mm.
Thời gian rửa lọc là 25 phút (thời gian rửa bể lọc 20-30 phút), nên tổng thời gian cần cho 1 lần rửa lọc: 5 phút khí, 4 phút khí nước kết hợp, 16 phút rửa nước. Bể thu nước rửa lọc:
- Bể thu nước rửa lọc có chức năng thu nước sau rửa lọc sau đó tuần hoàn lượng nước đó về bể trộn để xử lý tiếp.
- Dung tích nước sau rửa lọc trong 1 ngày.
WRL= WRLN × F × T × n × 60 = 15 × 52 × 25 × 2 × 60 = 2340000 l = 2340 m3 + WRLN = 15 l/s.m2: Cường độ nước rửa lọc của bể.
+ F = 52 m2: Diện tích 1 bể lọc.
+ T = 25 phút: Thời gian rửa lọc của 1 bể. + n = 2: Số bể lọc rửa trong 1 ngày. - Dung tích nước sau xả đầu
WXLĐ = Qngđ
24×60× N ×T × n=24150000×60×12×25×2=434m3.
+ Qngđ = 150000 m3/ngđ : Lưu lượng tính toán. + T = 25 phút: Thời gian rửa lọc của 1 bể. + n = 2: Số bể lọc rửa trong 1 ngày.
+ N = 12: Số bể lọc có trong nhà máy xử lý. - Dung tích bể chứa thu nước rửa lọc
W= WRL + WXLĐ = 2340 + 434 = 2774 m3. Áp lực của máy bơm rửa lọc:
H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5
+ Chọn h1 = 3,5 m: Chênh lệch cao độ giữa mép máng thu nước rửa trong bể lọc và mực nước thấp nhất trong ngăn chứa nước rửa lọc ở bể chứa, thường 3,5 – 4 m (Trịnh Xuân Lai trang 231);
+ h2 ~ 1 (Khi dùng sàn phân phối gắn chụp lọc với số lượng 36 – 50 cái trên một m2 sàn, Trịnh Xuân Lai trang 231): Tổn thất qua hệ thống phân phối nước rửa lọc.
+ h3: Tổn thất qua các lớp vật liệu lọc và lớp sỏi đỡ.
h3 = L + 0,061 HsW = 1,8 + 0,061 × 0,3 ×15 = 2,0745 m. L = 1,8 m: Chiều dày lớp vật liệu lọc;
Tổn thất qua các lớp sỏi đỡ: hs = 0,061.Hs.W (m)
Hs = 0,3 m: chiều dày các lớp sỏi đỡ.
+ h4: Tổn thất trên đường ống dẫn từ bơm đến bể lọc.
Với QRL= 216 l/s, DRL = 450 mm, iRL = 4,63 x 10-3,vRL= 1,27 m/s, chiều dài 200m h4= 0,2.4,63 = 0,926 m.
+ h5 = 1 m: Tổn thất ở đầu ống hút và đầu ống đẩy của máy bớm tại các chổ gây ra tổn thất cục bộ (Trịnh Xuân Lai trang 276).
Áp lực của bơm: H1 = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 3,5 + 1 + 2,0745 + 0,926 + 1 = 7,5 m. - Chiều cao hình học từ mép máng thu nước rửa lọc đến miệng thu nước của máy bơm rửa lọc trong bể chứa:
Hh = h’ + h” = 1,5 + 6 = 7,5 m.
+ h’ = 1,5 m: Chiều cao từ mép máng thu đến miệng ống tràn của bể chứa.
+ h” = 6 m: Chiều cao từ miệng tràn tới miệng ống thu nước của máy bơm rửa đặt trong ngăn chứa nước rửa lọc ở bể chứa ( lấy bằng chiều cao chứa nước của bể chứa).
Tổng áp lực cần thiết của bơm rửa : H= H1 + Hh = 7,5 + 7,5 = 15 m.
4.5.4 Tính toán máng phân phối nước và máng thu nước
- Bể có chiều rộng 6m.
- Chọn độ dốc đáy máng theo chiều nước chảy i = 0,01. - Bố trí 3 máng dọc theo chiều rộng bể.
- Khoảng cách từ tim các máng đến tường 1,5 m. - Khoảng cách giữa các tim máng sẽ là:
d=3+61 = 1,5 m - Lưu lượng nước rửa đi qua máng thu:
qm = w.a.b = 15 l/s.m2× 1,5 m × 9 m = 202,5 l/s = 0,2 m3/s. + w: Cường độ rửa lọc, chọn w = 15 l/s.m2 (Trịnh Xuân Lai, trang 242). + a: Khoảng cách giữa các trục máng = 1,5 m
+ b: Chiều dài của máng (m) (bằng với chiều dài bể).
- Do 1 bể bố trí 3 máng thu nên lưu lượng nước đi vào mỗi máng là: q1m = 0,23 =0,07 m3/s
- Máng có đáy hình tam giác, tỷ lệ chiều cao phần hình chữ nhật của máng đối với nửa chiều rộng lấy bằng C = 1,5; K = 2,1. - Chiều rộng máng: Bm = K√5 qm2 (1,57+c)3=2,1× 5 √ 0,072 (1,57+1.5)3=0,37m + qm: Lưu lượng nước đi vào 1 máng
+ C: Tỷ số giữa chiều cao phần hình chữ nhật của tiết diện ở đầu máng và một nửa chiều rộng của máng, chọn trong giới hạn 1 - 1,5m
+ K: Hệ số hình dạng đối với máng đáy nửa hình tròn k = 2, máng đáy tam giác k = 2,1 - Chiều cao của phần chữ nhật
h=1,5.Bm
2 =1,5. 0,372 =0,28m
- Chiều cao của toàn bộ máng
h = 1,25.0,28 = 0,35 m Máng có độ dốc 1 % về phía cuối
- Chiều cao đầu máng:
h = 0,35 - 1006 = 0,29 m - Chiều cao phần hình chữ nhật phía cuối máng:
h = 0,28 - 1006 = 0,22 m - Khoảng cách từ mép máng đến mặt cắt lọc:
∆ Hm=H × e100 +0,25 ¿1,8.30100 +0,25 = 0,79 m
+ H = 1,8 m: Chiều dày lớp vật liệu lọc.
+ e = 30 %: Độ giãn tương đối của lớp vật liệu lọc (Trịnh Xuân Lai trang 227).
- Do chiều cao của máng h = 0,35 m và chiều dày 0,08 m, ở mặt cắt cuối máng, chiều cao toàn bộ của máng H = 0,35 + 0,08 = 0,43 m.
- Máng thu nước đổ vào mương tập trung bố trí ở cạnh bể, chiều rộng mương chọn A = 0,7 m, khoảng cách từ đáy máng thu tới đáy mương:
hm=1,75 × 3 √ qm2 g. A+0,2=1,75× 3 √ 0,22 9,81×0,72+0,2=0,55m
+ Qm (m3/s) Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước + A= 0,7 m: Chiều rộng của máng tập trung.
+ G: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Hệ thống thu nước sau lọc:
- Lưu lượng nước trong đường ống thu nước sau lọc của 1 bể lọc:
Ql=QNgđ.1000
24.3600.N=150000.100024.3600 .12 = 144,67 l/s + QNgđ = 150000 m3/ngđ: Lưu lượng nước trong đường ống thu nước + N = 12 bể: Số bể lọc.
Tra bảng thủy lực Đường kính ống thu nước sau lọc: D = 350 mm, vận tốc v = 1,1 m/s, độ dốc 1000i = 4,92
4.5.5 Tính toán chụp lọc
Số chụp lọc:
- Tổng số chụp lọc trên 1 bể: NCL= nCL× F1 = 40 ×52 = 1872 chụp lọc
+ nCL: Số lượng chụp lọc từ 36 – 49 cái/m2 diện tích sàn (Trịnh Xuân Lai trang 243). Chọn 36 chụp lọc trên 1 m2
+ F1: Diện tích một bể lọc: F = 52 m2
- Sàn gắn chụp lọc làm bằng bê tông cốt thép được đúc sẵn với dưới dạng tấm hình vuông có kích thước 1000 x 1000 mm, dày 100 mm với hàng ngang được bố trí 6 chụp và hàng dọc 6 chụp.
- Khoảng cách từ đáy bể lọc đến mặt sàn bê tông: 1m (Trịnh Xuân Lai trang 246). Khoảng cách giữa các tim chụp lọc:
- Khoảng cách giữa các tim chụp lọc theo hàng dọc:
L1 = L−362−×a'1 =9−235×0,18 = 0,24 m + L = 9 m: Chiều dài của 1 bể.
+ a' = 0,18 m: Khoảng cách giữa các tim chụp lọc đến tường theo hàng ngang. - Khoảng cách giữa các tim chụp lọc theo hàng ngang:
+ B = 6 m : Chiều rộng của mỗi bể.
+ a" = 0,18 m: Khoảng cách giữa các tim chụp lọc đến tường theo hàng dọc.
Bảng 4.5 Thông số thiết bể lọc
Phân loại Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
Bể lọc
Diện tích 1 bể lọc m2 52
Số lượng bể lọc m 12
Chiều dài bể lọc m 9
Chiều rộng bể lọc m 6
Chiều cao hầm thu nước m 1
Chiều cao sàn bê tông m 0,1
Chiều cao lớp sỏi đỡ m 0,3
Chiều cao lớp cát lọc m 1,5
Chiều cao lớp nước m 1,7
Chiều cao bảo vệ của bể lọc m 0,2
Chiều cao dự trữ khi 2 bể rửa lọc m 0,2
Chiều cao bể lọc m 5
Hệ thống phân phối nước và gió rửa lọc
Đường kính ống dẫn nước rửa lọc từ bể
chứa đến bể lọc mm 450
Đường kính ống dẫn gió mm 250
Máng phân phối nước rửa lọc và thu nước rửa lọc
Số máng trong 1 bể Máng 3
Tim máng cách tường m 1,5
Chiều rộng máng m 0,37
Chiều cao phần hình chữ nhật của máng m 0,28 Chiều cao phần tam giác của máng m 0,7
Chiều cao toàn phần của máng m 0,35
lưu lượng nước cần thiết khi rửa 1 bể lọc l/s 216 Lưu lượng gió cần thiết khi rửa lọc l/s 720 Đường kính ống thu nước lọc từ bể lọc