CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
4.2 Tính toán lượng hóa chất
4.2.1 Tính lượng vôi cần dùng
- Tổng hàm lượng Fe: 4.9 mg/L.
4 + + 2 + 8O 4Fe(OH 224 136
4,9 mg/l 2,975 mg/l CaO + H2O Ca(OH)2
56 74
- Liều lượng CaO (70% tinh khiết) trong 1 ngày = 2,3 . = 3,3 mg/l.
- Khối lượng CaO (70% tinh khiết) trong 1 ngày = 3,3 mg/l . 150 000 m3/ngày = 495 000 g = 495 kg.
- Khối lượng CaO (70% tinh khiết) trong 30 ngày = 30.495 = 14850 kg = 14,85 tấn
4.2.2 Bể tiêu thụ vôi
Bể tiêu thụ vôi:
- Dung tích bể: W = = = 7,1 m3
+ Q = 150 000 m3/ngđ: Lưu lượng nước cần xử lý. + n = 24h: Thời gian giữa 2 lần hòa tan.
+ a = 3,3 g/m3: Liều lượng vôi cần thiết (70% tinh khiết). + p = 5 %: Nồng độ dung dịch vôi trong bể.
+ = 1,4 t/m3: Trọng lượng riêng của dung dịch vôi. - Bể tiêu thụ hình vuông: a x a x h = 1,5m x 1,5m x 3,2m - Chiều cao bể h = 3,7 (0,5m bảo vệ)
- Thế tích thực tế: W = 1,5.1,5.3,7 = 8,3 m3 - Dưới đáy bể lắp ống xả cặn D = 150 mm
- Thiết kế 2 bể: 1 bể hoạt động, 1 bể dự phòng luân phiên hoạt động. Công suất máy khuấy:
- Sử dụng bể tiêu thụ có máy khuấy cơ khí loại cánh quạt phẳng.
- Chọn số vòng quay của cánh quạt: 40 vòng/phút (với n = 30 - 40 vòng/phút, Trịnh Xuân Lai trang 91).
- Chiều dài cánh quạt tính từ trục quay lấy bằng 0,4 – 0,45 m chiều rộng (Trịnh Xuân Lai trang 91):
Lcq = 0,45 × 1,5 = 0,675 m. - Chiều dài toàn cánh quạt: Lcq= 0,675.2 = 1,35 m.
- Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,2 m2 (0,1 – 0,2m2 cho 1 m3 dung dịch, Trịnh Xuân Lai trang 91)
- Công suất động cơ của máy khuấy có cánh quạt phẳng nằm ngang: N = 0,5..h.n3.d4.z = 0,5..0,25.0,673.1,354.2 = 4,4 kW + = 1,4 t/m3 = 1400 kg/m3: Trọng lượng thể tích của dung dịch vôi.
+ h = 0,25 m: Chiều cao cánh quạt.
+ n = 0,67 vòng/s : Số vòng quay của cánh quạt trong một giây.
+ d = 1,35 m: Đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay. + z = 2: Số cánh quạt trên trục máy khuấy.
Bơm định lượng vôi:
- Lưu lượng sữa vôi 5% cần phải đưa vào nước trong 1h: 412,5 l/h
+ Q = 150 000 m3/ngđ = 6250 m3/h: Lưu lượng nước cần xử lý. + a = 3,3 mg/l: Liều lượng vôi cần thiết (70% tinh khiết). + P = 5 %: Nồng độ dung dịch vôi trong bể.
Chọn máy bơm định lượng kiểu màng. Trong trạm bố trí hai máy, một làm việc một dự phòng.
Nhà kho chứa vôi và bể tiêu thụ
- Khối lượng CaO (70% tinh khiết) trong 30 ngày = 30.495 = 14850 kg = 14,85 tấn - Thể tích vôi chiếm trong kho: W = = 10,6 m2
+ = 1,4 tấn/m3 là trọng lượng thể tích đổ đống của vôi - Vôi đổ cao 2 m
- Diện tích mặt bằng để đổ vôi: F = = 5,3 m2
- Khu vực chứa vôi thiết kế: Dài xRộng xCao = 1,8m x 1,5m x 2m - Tổng diện tích chưa vôi và bể tiêu thụ: 5,3 + 2,25.2 = 9,8 m2 - Kích thước nhà kho: 4m x 2,5m
- Chọn chiều cao nhà kho H = 4,5 m, chiều cao như vậy phù hợp cho quá trình vận chuyển của các loại xe mang vật liệu hóa chất vào kho.
Bảng 4.2 Thông số thiết kế bể tiêu thụ vôi
Phân loại Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
Lượng vôi cần dùng
Liều lượng CaO (70% tinh khiết) trong
1 ngày mg/l 3,3
Khối lượng CaO (70% tinh khiết) trong
1 ngày kg 295
Bể tiêu thụ vôi
Dung tích bể m3 7,1
Số lượng bể Bể 2
Chiều rộng bể m 1,5
Chều cao bể m 3,2
Chiều cao bảo vệ m 0,5
Chiều cao toàn bộ bể m 3,7
Thiết bị khuấy trộn
Số lượng cánh khuấy Cánh 2
Chiều dài cánh khuấy tính từ trục quay m 0,675
Chiều cao cánh khuấy m 0,25
Kho chứa vôi và bể tiêu thụ
Diện tích nhà kho m2 7,55
Chiều dài kho m 4
Chiều rộng kho m 2,5
Chiều cao kho m 4,5
4.3 Bể trộn đứng
4.3.1 Bể trộn
- Số lượng bể trộn đứng: 2 - Lưu lượng mỗi bể trộn là:
Q1 = = = 75000 (m3/ngđ) = 0,868 m3/s - Dung tích toàn phần của 1 bể trộn đứng:
W= Q1 0,868m3
+ t: thời gian lưu nước trong bể trộn. Chọn t = 3 phút khi trộn vôi (Trịnh Xuân Lai trang 113).
+ Chọn vận tốc nước dâng ở phần thân trên: Vd = 25 mm/s = 0,025 m/s.
- Bể trộn đứng được thiết kế với tiết diện vuông, đáy là hình chóp 4 cạnh đều với góc - Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của mỗi bể là:
St = m2 - Chiều dài mỗi cạnh là: a1 = m
- Chọn đường kính ống dẫn nước vào bể trộn là D = 900 mm - Diện tích đáy bể (chỗ nối với ống): = m2
- Phần dưới của bể trộn hình chóp với góc thì chiều cao của phần hình chóp là: h2 = - Thể tích phần đáy hình chóp của bể trộn: m3. - Thể tích phần trên của bể trộn: W1 = W – W2 = 156,24 – 76,35 = 79,89 m3 - Chiều cao phần trên của bể trộn:
h1 = m - Chiều cao toàn phần của bể trộn:
H = m (
4.3.2 Máng thu nước
Lưu lượng nước chảy vào máng là:
0,434 m3/s
Diện tích tiết diện của máng với tốc độ nước chảy trong máng 0,6 m/s (Trịnh Xuân Lai trang 113):
= 0,72 m2
Chọn chiều rộng máng = 0,8 m thì chiều cao lớp nước trong máng là: = 0,9 m
Bảng 4.3 Thông số thiết kế bể trộn đứng
Phân loại Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
Bể trộn đứng
Số lượng bể Bể 2
Dung tích 1 bể 156,24
Diện tích phần trên bể 34,72
Chiều dài cạnh bể m 5,9
Chiều cao phần trên bể m 2,3
Diện tích đáy bể 2,25
Chiều cao phần dưới bể m 5
Chiều cao bảo vệ m 0,3
Máng thu nước Chiều rộng máng m 0,8
Chiều cao máng m 0,9
4.4 Bể lắng ngang
4.4.1 Thiết kế vùng lắng
- Thông số thiết kế:
Dựa vào đường cong lắng của các hạt cặn keo tụ theo các chiều cao lắng khác nhau sách Xử lí nước cấp Trịnh Xuân Lai trang 163. Chọn:
+ Lưu lượng Q = 150 000 m3/ngđ = 6250 m3/h = 1,75 m3/s + Tốc độ lắng của hạt cặn u0 = 0,85.10-3 m/s, hiệu quả lắng 80% + Chiều cao H = 3m
- Diện tích bề mặt bể lắng:
m2 - Số lượng bể lắng: 8 bể
- Lưu lượng của 1 bể là: q = m3/ngđ = 781,25 m3/h = 0,22 m3/s - Diện tích 1 bể lắng: . - Chọn bể lắng hình chữ nhật: Chiều dài bể L = 8B B = = = 5,7 m + Chiều rộng bể B = 5,7 m + Chiều dài bể L = 45,5 m - Vận tốc xói cặn: v0 = = 0,0127 m/s = 12,7 mm/s ˂ 16,3 mm/s
Thỏa điều kiện không gây xói cặn. - Bán kính thủy lực:
R = = = 1,46 m
Re = = = 18358 < 20000
Trong bể có chế độ chảy tầng
- Hệ số Froude: Fr = 1,13 × 10-5 ≥ 10-5
Đảm bảo điều kiện ổn định dòng nước không gây ra sự xáo trộn cặn, lắng hiệu quả.
4.4.2 Thể tích bể lắng
- Chiều cao vùng lắng: 3m - Chiều cao vùng chứa cặn: 1m - Chiều cao bảo vệ: 0,5 m
- Tổng chiều cao bể lắng: 3 + 1 + 0,5 = 4,5 m - Thể tích 1 bể lắng:
V = L × B × H = 45,5 × 5,7 × 4,5= 1167,1 m3 - Thời gian lưu nước của bể lắng:
V = = 1,5 h
4.4.3 Vùng chứa cặn
Thể tích vùng chứa cặn:
W = = 155,25 m3
- T: Thời gian thu cặn giữa hai lần xả. Chọn xả cặn bằng phương pháp thủ công: T = 4 tháng = 4.120.24 = 11520 h (Trịnh Xuân Lai trang 159)
+ Khi cặn chứa đầy vùng thu cặn, để tháo cặn ra khỏi bể lắng, đóng van đưa nước vào bể, tháo cạn nước trong bể, dùng vòi phun nước cho cặn tan ra, chảy theo nước vào ống tháo cặn.
+ Đáy bể làm độ dốc về 2 phía: Độ dốc theo dọc bể về phía cửa xả id = 1 – 2 %, độ dốc ngang tập trung về tâm bể in = 2 – 4 %.
- Q: Lưu lượng nước vào bể lắng Q = 781,25 m3/h
- : Nồng độ cặn đã nén = 40 000 g/m3 (Dựa vào bảng nồng độ trung bình cặn đã nén, Trịnh Xuân Lai 159)
- Mc: Hàm lượng cặn trong nước xử lý đưa vào bể lắng (mg/l) hay (g/m3) Mc = Mo + KA + 0,25M + B = 0,69 mg/l
+ A = 0: Liều lượng phèn cho vào nước (g/m3)
+ K: Hệ số tính chuyển trọng lượng của phèn thành trọng lượng của cặn lắng trong bể lắng
+ M = 0: Độ màu của nước
+ B: Lượng cặn không tan trong vôi hoặc các chất kiềm hóa khác khi kiềm hóa nước (g/m3)
Lượng vôi sử dụng là 2,3 (g/m3 )
Lượng tạp chất không tan có trong vôi chiếm 30 % 30 % ×2,3 = 0,69 mg/l Chiều cao vùng chứa cặn: 1 m (Trịnh Xuân Lai trang 154)