CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.5 BỂ KEO TỤ TẠO BÔNG
4.5.1 Tính toán lượng phèn nhôm và lượng polimer cần thiết cho cụm bể keo tụ tạo bông
Ta thấy pH của nước chúng ta đang tiến hành xử lý là 5-9 nên ta sử dụng phèn nhôm hơn nữa phèn nhôm không gây ra nguy cơ ăn mòn như phèn sắt. Trước khi cho phèn vào ta điều chỉnh pH về 7 để phản ứng xảy ra tốt hơn.
Hàm lượng cặn của nước nguồn(mg/l)
Liều lượng phèn nhôm(Al2(SO4)3) không chứa nước (mg/l) 100 25÷35 101-200 30÷45 201-40 40÷60 401÷600 45÷70 601÷800 55÷80 801÷1000 60÷90 1001÷1400 65÷105 1401÷1800 75÷115 1801÷2200 80÷125 2201÷2500 90÷130 Bảng 4.4:Bảng lượng phèn để xử lý nước đục
Nước mà chúng ta xử lý có tổng hàm lượng cặn lớn nhất là TSS = 350 mg/l nên chọn hàm lượng phèn là 60mg/l (hay 60g/m3).
Lượng phèn cần cho vào nước trung bình trong 1 m3 nước cấp, Theo “Xử lí nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, Trịnh Xuân Lai)
Vậy lượng phèn Nhôm cần sử dụng trong 1 ngày là:
60g/m3 ×2500m3/ngày =150000(g/ngày)=150(kg/ngày) Dung tích bể hòa trộn phèn:
Wh = Q×n×Pp10000×bh×γ = 38.19×12×5510000×10×1.725 = 0.15 m3
Trong đó:
Q: Lưu lượng nước xử lí (m3/h)
n: Thời gian hòa tan phèn ta lấy n = 12h (công suất từ 1200-10000 m3/ngày. đêm) (Tiêu chuẩn TCVN, 08, 2006)
Pp: Liều lượng phèn cho vào nước (g/m3)
bh: Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hoà trộn (%) γ: khối lượng riêng dung dịch phèn Nhôm
Chọn bể kích thước: B×H×L = 1×1.3×1.4 (H+0.5 là chiều cao bảo vệ) Để hòa trộn phèn, ta sử dụng một bồn nhựa PE có dung tích 0.15(m3) hòa trộn dung dịch để dùng trong một ngày.
Theo quy phạm lấy cường độ khí nén thùng hoà trộn là 10 (l/m2) 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:
4.5.2 Bể keo tụ
a) Nhiệm vụ: Là nơi phản ứng keo tụ, tạo bông xảy ra hình thành những bông cặn lớn giúp quá trình lắng tại bể lắng I có hiệu quả cao hơn.
b) Tính toán bể keo tụ:
Thể tích bể trộn cần:
W = Q × t = 2500m3/ngày × 10
24×60 = 17.36 m3
Chọn: thời gian khuấy trộn, t = 10 phút ( t = 10 – 15phút), Nguồn: Điều 8.21.8 TCVN 7957 – 2008)
Chọn bể trộn vuông, kích thước bể: 3m * 3m * 2 m
Chiều cao xây dựng bể:
Hxd = h + hbv = 2 + 0.5 = 2.5m Thể tích thực của bể trộn: Wt = 3 * 3 * 2.5 = 22,5 m3
Đường kính cánh khuấy D <= ½ chiều rộng bể, chọn D=2.5 = 1.25m
2
Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng : h = D = 1.25m
Chiều rộng bản cánh khuấy =0.2× D=0.2× 1.25=0.25=250mm Chiều dài bản cánh khuấy=0.25×D=0.25× 1.25 = 0.31 = 310mm Vậy năng lượng cần truyền vào nước:
P = G2 x W x 𝜇
7957-2008)
W:Thể tích bể, W= 17.36m3
𝜇
:Độ nhớt động học của nước, ở 25oC 𝜇= 0,9x10-3Ns/m2 -> P = 2002 x 17.36 x 0,9.10-3 = 624.96 J/s Hiệu suất động cơ chỉ đạt H= 0.8 nên công suất động cơ:
N=624.96=781 J/s=0.781 kw
0.8
Xác định số vòng quay của máy khuấy:
Trong đó:
1
n =( P )3
K×ρ×D5
P:Năng lượng khuấy trộn, P= 624.96 J/s
K:Hệ số sức cản của nước, chọn cánh khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 45o, ta có K= 1.08
𝜌: Khối lượng riêng của nước, 𝜌 = 103kg/m3
D:Đường kính cánh khuấy, D = 1.25m
( 624.96 1/3
n =
1.08×103×1.255) = 1.22 vòng/s = 73 vòng/ phút
Kiểm tra số Reynold
Nr=D2×n×ρ= 1.252×1.22×10 = 21180 > 10000
μ 0.9×10−3
Vậy đường kính máy khuấy và số vòng quay đã chọn đạt chế độ chảy rối. Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể trộn
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0.7m/s Lưu lượng nước thải: Q = 104.2 m3/h.
Đường kính ống là:
4×Q 4×104.2
√ = √ = 0.23m
3600×v×π 3600×0.7×π
Chọn ống nhựa uPVC có đường kính Φ= 230mm
Thông
số Ký hiệu Đơn vị
Giá trị
Thời gian lưu nước bể trộn t phút 10
Kích thước bể trộn
Chiều dài L mm 2500 Chiều rộng B mm 2500 Chiều cao xây
dựng
H mm 2900
Đường kính ống dẫn nước khỏi bể
D mm 230
Thể tích bể trộn Wt m3 17.36
Bảng 4.5:Tổng hợp tính toán bể keo tụ
4.5.3 Bể tạo bông
a) Nhiệm vụ: Là nơi phản ứng keo tụ, tạo bông xảy ra hình thành những bông cặn lớn giúp quá trình lắng tại bể lắng I có hiệu quả cao hơn.
b) Tính toán bể keo tụ: Dung tích bể: Trong đó: W = Qt = 104.17 m3/h 30= 52 m3 60 D=
t: Thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30 phút (t = 20 30 phút)_(Nguồn: Điều 8.21.8 TCVN 7957 – 2008)
Theo chiều dài của bể ta chia làm 3 buồng bằng 2 vách ngăn hướng dòng dày 100mm theo phương thẳng đứng, kích thước chiều rộng và chiều cao của mỗi buồng là: 2.5m 2.4m
Tiết diện ngang của ngăn phản ứng:
f = b x h = 2.5 x 2.4 = 6m2
Chiều dài bể:
L =𝑊=52 = 8.6m
Chiều dài mỗi buồng: l = 2.8m.
𝑓 6
Dung tích mỗi buồng:
2.8m 2.5m 2.4m = 16.8m3
Tổng chiều cao bể ứng với chiều cao bảo vệ bằng 0,3m: Htc = 2.4 + 0.3 = 2.7m
Tổng chiều dài bể ứng với 3 vách ngăn 100mm và 1 ngăn thu nước 600mm: Ltc = + 30.1 + 0.6 = 9.5m
Thể tích thực của bể tạo bông:
Wt = 9.5 x 2.8 x 2.7 = 72m3
Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay, 4 cánh khuấy và 8 bản cánh đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng.
Chọn chiều dài bản cánh là: 1m Chiều rộng bản cánh: 0.1m
Cánh khuấy đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay là: R2 = 0.6m, R1 = 0.4m
Buồng phản ứng 1:
Dung tích 16.8 m3
Chọn tốc độ của guồng khuấy n = 12 vòng/phút. Tốc độ tương đối của bản khuấy so với nước:
v1 = 𝑛×2𝜋×𝑅1×0.75 = 12×2𝜋×0.4×0.75 = 0.37𝑚
60 60 𝑠
v2 = 𝑛×2𝜋×𝑅2×0.75 = 12×2𝜋×0.6×0.75 = 0.56𝑚
60 60 𝑠
Công suất cần thiết để quay cánh khuấy:
N= 51 × 𝐶 × 𝑓𝑐 × (𝑣13 + 𝑣23)
N= 51 × 1.2 × 0.8 × (0.373 + 0.563)=11W
Trong đó:
-N: Công suất, W
-fc : Tổng diện tích của bản cánh quạt, fc = 0.8m2
- C: Hệ số trở lực của nước phụ thuộc vào tỉ số dài/rộng C = 1.2 Gradient vận tốc trung bình:
G=10 × √ 𝑁
𝜇×𝑊 = 10 × √ 11
0.0092×16.8 = 84.36s-1<100s-1
Dung tích 16.8m3
Tốc độ quay của guồng khuấy n = 10 vòng/phút
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy so với nước:
V1=𝑛×2𝜋×𝑅1×0.75 = 10×2𝜋×0.4×0.75 = 0.314 m/s
60 60
V2=𝑛×2𝜋×𝑅2×0.75 = 10×2𝜋×0.6×0.75 = 0.471 m/s
60 60
Công suất cần thiết để quay cánh khuấy:
N = 51 1.2 0.8 (0.3143 + 0.4713 ) = 6.63(W) Gradient vận tốc trung bình: G =10 × √ 𝑁 𝜇×𝑊=10 √ 6.63 0.0092×16.8 =65.5(s-1) Buồng phản ứng thứ 3: Dung tích 16.8m3
Tốc độ quay của guồng khuấy n = 6 vòng/phút
Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy so với nước:
V1=𝑛×2𝜋×𝑅1×0.75 = 6×2𝜋×0.4×0.75 = 0.19 m/s
60 60
V2 = 𝑛×2𝜋×𝑅1×0.75 = 6×2𝜋×0.6×0.75=0.28 m/s
60 60
Công suất cần thiết để quay cánh khuấy:
N = 51 1.2 0.8 (0.193 + 0.283 ) = 1.41 (W)
G =10 × √ 𝑁
𝜇×𝑊=10 √ 1.41
0.0092×16.8 =30.2(s-1)
Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể keo tụ tạo bông Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0.7m/s Lưu lượng nước thải : Q = 104.2 m3/h.
Đường kính ống là:
𝐷 = √ 4 × 𝑄
3600 × 𝑉 × 𝜋= √
4 × 104.2
3600 × 0.7 × 𝜋 = 0.23𝑚
Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Thời gian lưu nước bể tạo bông
t Phút 30
Chiều dài Ltc mm 9500
Chiều rộng B mm 2500
Chiều cao xây dựng Htc mm 2700 Đường kính ống dẫn nước ra bể D mm 200 Thể tích bể keo tụ tạo bông Wt m3 72
Bảng 4.6:Tổng hợp tính toán bể tạo bông