CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT
a) Nhiệm vụ
3.4.1 Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng
a) Nhiệm vụ
Các hạt cặn sẽ va chạm vào nhau và kết hợp với nhau tạo thành cặn lớn hơn và theo lớp nước phía trên tường tràn đi sang bể lắng.
b) Tính tốn kích thước bể Diện tích mặt bằng của bể phản ứng: 𝐹 = 𝑄 𝑁 × 𝑣 (𝑚 2) Trong đó:
+ v: Tốc độ đi lên của dòng nước trong bể phản ứng ở phần trên. Ứng với hàm lượng của nước nguồn 55 mg/l, v = 1,6 mm/s;
+ N: Số bể phản ứng lấy bằng bể lắng ngang = 1 bể. 𝐹 = 𝑄 𝑁 × 𝑣 = 0,058 1 × 0,0016 = 36,25 (𝑚 2) = 36,3 ( 𝑚2) Lấy chiều rộng bể phản ứng bằng chiều rộng bể lắng ngang.
𝐵 = 3,3 𝑚 Chiều dài ngăn phản ứng:
𝐿 = 𝐹 𝐵 =
36,3
3,3 = 11 𝑚
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 76 𝑊 = 𝑄 × 𝑡 60 × 𝑁= 208,33 × 20 60 × 1 = 69,44 ( 𝑚 3)
+ Chiều cao bể phản ứng lấy bằng chiều cao bể lắng ngang H = 2,9 m. + Trong ngăn phản ứng đặt 3 tấm chắn hướng dòng, khoảng cách giữa các tấm chắn là 11
4 = 2,75 𝑚.
+ Đáy ngăn phản ứng đặt ống khoan lỗ để phân phối nước. Mỗi ngăn đặt 2 ống. Tốc độ nước chảy trong ống theo quy phạm v = 0,5 – 0,6 m/s. Lấy v = 0,6 m/s.
Tiết diện ống phân phối:
𝑓 = 𝑄 𝐵 × 𝑣 = 0,058 3,3 × 0,6 = 0,029 ( 𝑚 2) Bán kính ống phân phối 𝑟 = √𝑓 𝜋 = √ 0,029 𝜋 = 0,096 𝑚 = 0,1 𝑚 Trong đó: + Chọn d = 0,2 m = 200 mm.
+ Lấy tổng diện tích lỗ phân phối bằng 30% tiết diện ống. Tổng diện tích lỗ là:
∑ 𝑓 =0,029 × 30
100 = 0,0087 ( 𝑚
2) Ống khoan lỗ d = 25mm. Diện tích mỗi lỗ:
𝑓𝑙ỗ =𝜋 × 𝑑 2 4 = 𝜋 × 0,0252 4 = 0,00049 ( 𝑚 2) Tổng số lỗ: 𝑛 = ∑ 𝑓 𝑓𝑙ỗ = 0,0087 0,00049= 17,76 = 18 𝑙ỗ
Mỗi bên 9 lỗ khoan thành 2 hàng so le ở thành ống, lỗ hướng xuống phía dưới làm với phương đứng 1 góc 45o.
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 77
𝑒 =11.000 − 200
9 = 1.200 mm
Tổn thất áp lực qua giàn ống phân phối: ℎ = ( 2,2
𝐾2 + 1) ×𝑣
2
2𝑔(m) Trong đó:
+ K: Tỉ số tất cả các lỗ của ống phân phối trên tiết diện ngang của ống phân phối: 30% = 0,3.
ℎ = ( 2,2
0,32+ 1) × 0,6
2
2 × 9,81 = 0,47 (m)
Tốc độ nước từ ngăn phản ứng sang bể lắng 𝑣𝑡 = 0,05 𝑚/𝑠 chiều cao lớp nước trên vách tràn:
ℎ𝑡 = Q
B × N × 𝑣𝑡 =
0,058
3,3 × 1 × 0,05= 0,35 m
Khoảng cách giữa tường bể phản ứng và tấm ngăn bể lắng tính với tốc độ nước chảy ở đây là 𝑣𝑛 = 0,03𝑚
𝑠. 𝑙 = 0,058
3,3 × 1 × 0,03= 0,586 m = 0,59 m = 590 mm
c) Tính lượng polymer anion cần thiết cho q trình trợ keo tụ
+ Chọn lượng polymer anion cần sử dụng là 0,25 mg/l. Lượng anion cần dùng trong một ngày là:
𝑀𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟 = 0,25 × 5.000 × 10−3 = 1,25 (𝑘𝑔⁄𝑛𝑔à𝑦) + Lượng dung dịch polymer cần dùng là:
𝑀𝑑𝑑1% =𝑀𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟 𝐶% = 1,25 1% = 125 ( 𝑘𝑔 𝑛𝑔à𝑦 ⁄ )
+ 1 lít dung dịch có chứa 10g polymer, vậy thể tích dung dịch cần 1 giờ là:
𝑉𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟 =1,25 × 10
3
10 × 24 = 5,208 (𝑙 ℎ⁄ ) + Thùng chứa polymer:
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 78
+ Thể tích thùng chứa cần thiết là:
𝑉𝑡ℎù𝑛𝑔 𝑝𝑜𝑙𝑦𝑚𝑒𝑟 = 5,208 × 10 × 24 = 1.249,92 (𝑙)
Chọn thùng nhựa Bình Minh 1.500 lít loại đứng và thiết bị khuấy trộn pha hóa chất bằng cánh khuấy 2 cánh phẳng, moto Tunglee (Đài Loan) công suất 0,1 kW, tỷ số truyền 5 – 50.
Chọn 2 bơm định lượng để bơm dung dịch polymer hiệu OBL loại M 11 PPSV, lưu lượng max là 11 (𝑙/ℎ) hoạt động luân phiên.
3.4.2 Bể lắng ngang
a) Nhiệm vụ
Loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống đáy bể lắng bằng trọng lực.
b) Tính tốn kích thước bể
+ Ta sử dụng loại bể lắng ngang thu nước bề mặt với hệ thống xả cặn bằng thủy lực.
+ Kích thước vùng lắng:
Tổng diện tích mặt bằng của bể lắng ngang: (Cơng thức 6-13/ [1])
𝐹 = × 𝑄 3,6 × 𝑈0 = 1,3 × 208,33 3,6 × 0,5 = 150,5 (𝑚 2) Trong đó:
+ Q: lưu lượng nước đi vào bể lắng (m3/h);
+ : hệ số sử dụng thể tích của bể lắng lấy bằng 1,3; + Uo: tốc độ rơi của cặn trong bể lắng (mm/s);
Uo được xác định theo tài liệu thí nghiệm hay theo kinh nghiệm quản lý các cơng trình đã có trong điều kiện tương tự lấy vào mùa không thuận lợi nhất trong năm với yêu cầu hàm lượng cặn của nước đã lắng khơng lớn hơn 10mg/l. Do nước có hàm lượng cặn = 55 mg/l.
+ Nước đục vừa .
+ Chọn Uo = 0,5 (mm/s).
Bảng 3.10 Tốc độ rơi của cặn (Bảng 3-2/ 77/ [4])
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 79
- Xử lí nước có dùng phèn:
+ Nước đục ít (hàm lượng cặn <50 mg/l). + Nước đục vừa (hàm lượng cặn 50 ÷ 250 mg/l)
+ Nước đục (hàm lượng cặn 250 ÷ 2.500 mg/l) - Xử lí nước khơng dùng phèn, nước đục
0,35 ÷ 0,45 0,45 ÷ 0,5
0,5 ÷ 0,6 0,12 ÷ 0,15
Chọn chiều cao vùng lắng Htb = 2,5 m (Lấy trong giới hạn từ 2,5 – 3,5m) Số bể lắng: N = 1 bể, bể chia làm 2 ngăn.
Chiều rộng bể lắng:
Chọn vận tốc trung bình của dịng nước trong bể Vtb = 7 (mm/s) đối với nước đục vừa (Công thức 6-14/ [8]/ 6.72) 𝐵 = 𝑄 3,6 × 𝑉𝑡𝑏× 𝑁 × 𝐻 = 208,33 3,6 × 7 × 1 × 2,5= 3,31 (𝑚) => Chọn B = 3,3 m
Chiều dài hiệu dụng của bể lắng: (Công thức 6-14/ [8]/ 6.72) 𝐿ℎ𝑑 =𝑉𝑡𝑏 𝑈0 × 𝐻0 = 7 0,5× 2,5 = 35 (𝑚) Chiều dài thực tế bể lắng: 𝐿𝑡𝑡 =𝐹 𝐵 = 150,5 3,3 = 45,6 (𝑚) => Chọn chiều dài thực tế bể lắng là 46 m. Tính tốn vùng chứa nén cặn: 𝑊𝑐 =T × Q × (Cmax − C) N × δ (𝑚 3) Trong đó:
+ T: thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn. Chọn T = 3h; + Cmax: hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng;
+ C: hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng. Chọn C = 12 mg/l (quy phạm 10 – 12 mg/l);
+ 𝛿: Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, 𝛿 = 32.000 g/m3 = 32.000 mg/l. (Bảng 6.8/[8]);
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 80
Tính 𝐶𝑚𝑎𝑥
𝐶𝑚𝑎𝑥 = 𝐶𝑛 + 𝐾 × P + 0,25 × M + V (mg/l) (𝐶𝑇 6.11/ [8] /6.68) = 55 + 0,5 × 36,22 + 0,25 × 82 + 0 = 93,61 (mg/l) Trong đó:
+𝐶𝑛: hàm lượng cặn trong nước nguồn. 𝐶𝑛= 55 mg/l;
+ P: liều lượng phèn tính tốn theo sản phẩm khơng ngậm nước (g/m3). P = 36,22 mg/l;
+ K: phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng. Vì tính cho phèn sạch K= 0,5;
+ M: độ màu của nước nguồn, M = 82 Pt - Co; + V: liều lượng vơi (nếu có) cho vào nước (mg/l).
𝑊𝐶 = 3 × 208,33 × (93,61 − 12)
1 × 32.000 = 1,594(𝑚
3) Diện tích bề mặt của bể lắng: b = 46 × 3,3 = 151,8 m2 Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn:
𝐻𝐶 =𝑊𝑐
𝑏 =
1,594
151,8 = 0,011 𝑚
Chiều cao trung bình của bể lắng: Hb = H + Hc = 2,5 + 0,011 = 2,511 m. Chọn Hb = 2,6 m
Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,3m Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = Hb + Hbv = 2,6 + 0,3 = 2,9 m
Vậy thể tích thực của bể lắng:
𝑊𝑏 = 𝐿𝑡𝑡× 𝐻𝑥𝑑× 𝐵 = 46 × 2,9 × 3,3 = 440,22 𝑚3
c) Tính tốn đường kính ống nước vào, ra và ống dẫn bùn thải
Hệ thống xả cặn làm bằng ống đục lỗ và đặt dọc theo trục mỗi bể, thời gian xả cặn quy định t = 8 – 10 phút, lấy t = 10p. Tốc độ nước chảy ở cuối ống không nhỏ hơn 1m/s.
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 81 𝑞𝑐 =𝑊𝑐 𝑡 = 1,594 10 × 60 = 0,002 𝑚 3/s Đường kính ống xả cặn của bể: 𝑑 = √4 × 𝑞𝑐 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 0,002 𝜋 × 0,5 = 0,0714 𝑚 = 71,4𝑚𝑚 Với 𝑣 = 0,5 𝑚/𝑠: tốc độ nước chảy trong ống.
=> Chọn đường kính ống xả cặn d = 90 mm.
Chọn đường kính ống xả cặn tập trung D = 110 mm. Tổng diện tích lỗ trên ống xã cặn:
Với tốc độ nước qua lỗ bằng 1,5m/s (74/[6]). ∑ 𝑓1 =𝑞𝑐 𝑣1 = 0,002 1,5 = 0,001 𝑚 2 Đường kính lỗ chọn 𝑑𝑙 = 25 𝑚𝑚 ; 𝑑𝑙 ≥ 25𝑚𝑚 (6.84/[8]) Diện tích 1 lỗ: 𝑓1 =𝜋 × 𝑑 2 4 = 𝜋 × 0,0252 4 = 0,0005 𝑚 2 Số lỗ trên ống: 𝑛 = ∑ 𝑓𝑙 𝑓𝑙 = 0,001 0,0005= 2 𝑙ỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ:
𝑙 =𝐿 𝑛 =
46
2 = 13 𝑚
d) Tính tốn hệ thống máng thu nước cuối bể
Thiết kế hệ thống máng thu:
+ Cứ mỗi ngăn bố trí 2 máng thu. Vận tốc nước trong máng thu: vm = 0,6 m/s. (điều 6.84 [8], quy phạm vm = 0,6 – 0,8 m/s) Chiều dài máng: 𝐿𝑚 = 2 3× 𝐿 = 2 3× 46 = 30,7 (𝑚) Chọn chiều dài máng thu là 31 (m).
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 82
Bố trí 2 máng nên chiều dài mỗi máng là: L = 31
2 = 15,5 (𝑚) Tiết diện của máng thu:
𝐹𝑡 = 𝑄 𝑣𝑚 = 0,058 0,6 = 0,097 (𝑚 2) = 0,1 𝑚2 Chiều rộng máng: Chọn bm = 0,4 m Chiều sâu máng: ℎ𝑚 = 𝐹𝑡 𝑏𝑚 = 0,1 0,4= 0,25 (𝑚) Tốc độ nước chảy qua lỗ: vl = 1 (m/s) (6.84/ [8]) Diện tích lỗ trên một máng thu:
𝑓𝑙 = 𝑄 𝑣𝑙 = 0,058 1 = 0,058 (𝑚 2) Đường kính lỗ chọn dl = 40 mm = 40 x 10-3 m (6.84/[1] dl 25mm). 𝑓𝑙 = 𝑑2 4 = × (40 × 10−3)2 4 = 1,26 . 10 −3 𝑚2 Số lỗ trên máng: 𝑛 = 𝑓𝑙 𝑓𝑙 = 0,058 1,26 × 10−3= 46,03 𝑙ỗ + Chọn số lỗ là 48 lỗ
Mỗi máng bố trí n = 24 lỗ, mỗi bên của máng bố trí 12 lỗ. Các lỗ thường nằm ngang hai bên máng, lỗ của máng phải đặt cao hơn đáy máng 50 – 80 mm.
Khoảng cách giữa các tâm lỗ: e = 𝐿
𝑛 = 15,5
12 = 1,3 𝑚
Mép trên của máng, cao hơn mức nước cao nhất trong bể 0,1 m + Tính tốn mương nước tập trung:
Diện tích mương: 𝐹𝑛 =0,058 𝑉𝑛 = 0,058 0,5 = 0,116 𝑚 2 = 0,12 𝑚2
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 83
Trong đó:
+ Q: Lưu lượng nước tập trung Q = 0,058 m3/s; +𝑉𝑛: vận tốc cuối mương 𝑉𝑛 = 0,5 m/s;
+ Chọn chiều rộng mương Btt = 0,4 m; + Chiều cao mương:
𝐻𝑡𝑡 = 𝐹𝑛 𝐵𝑡𝑡 =
0,12
0,4 = 0,3𝑚
Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc: Lưu lượng của bể Q = 0,058 m3/s
Vận tốc nước chảy trong ống: v= 1 m/s 𝐷 = √4 × 𝑄
𝜋 × 𝑣 = √
4 × 0,058
𝜋 × 1 = 0,272 (𝑚) + Chọn đường kính ống dẫn nước vào bể lọc D = 280 mm.
e) Tính tốn cơng suất của bơm
𝑁14 = 𝑄𝑏14× 𝐻𝑏14 × 𝜌𝑏 × 𝑔 1.000 × 𝜂 × 𝑡𝑏𝑏14 = 0,002 × 86.400 × 8 × 9,81 × 1.006 × 0,125 1.000 × 0,7 × 10 × 60 = 4,06 (𝑘𝑊) Trong đó:
𝑄𝑏14: lưu lượng bùn 𝑄𝑏8 = 5,334 m3/ngày.
𝑡𝑏𝑏14: Thời gian bơm bùn, chọn bơm bùn 3 tiếng 1 lần, 1 lần bơm 10 phút 𝜌𝑏: Khối lượng riêng của bùn, 𝜌𝑏 = 1.006 (kg/m3).
g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2).
𝐻𝑏14: chiều cao cột áp, H = 8 – 10 (m). Chọn H = 8 (m). η: Hiệu suất chung của bơm, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,7.
+ Công suất thực của máy bơm lấy bằng 120% cơng suất lý thuyết: 𝑁𝑡𝑡14 = 𝑁14× 120% = 4,06 × 120% = 4,872 (𝑘𝑊).
Vậy chọn 2 máy bơm hút bùn Ebara, được thiết kế có cơng suất như nhau = 5,5 (kW). Trong đó 1 bơm hoạt động, bơm còn lại là dự phòng. Các bơm tự động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ cho thiết bị.
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 84
Bảng 3.11 Thơng số tính tốn bể lắng ngang
STT Tên thông số Số liệu thiết kế Đơn vị
1 Số lượng bể 1 Bể
2 Chiều rộng B 3,3 m
3 Chiều dài L 46 m
4 Chiều cao xây dựng Hxd 2,9 m
5 Thể tích 440,22 m3
Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, với thành dày a = 200mm
3.4.3 Bể lọc nhanh 2 lớp (BỂ LỌC NHANH/ [8])
a) Nhiệm vụ
Cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định để giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước cịn sót lại sau q trình lắng.
b) Tính tốn kích thước bể
Diện tích các bể lọc nhanh hai lớp được tính theo cơng thức sau: (Cơng thức 6-20/[8]) 𝐹5 = 𝑄 𝑇 × 𝑣𝑡𝑏 − 3,6 × 𝑎 × 𝑊 × 𝑡1− 𝑎 × 𝑡2× 𝑣𝑡𝑏 = 5.000 24 × 8 − 3,6 × 16 × 0,1 − 2 × 0,35 × 8= 27,7 𝑚 2 Trong đó:
+ Q: Cơng suất trạm xử lý, Q = 5.000 m3/ ngày; + T: Thời gian làm việc của trạm xử lý, T = 24h;
+ v5tb : Tốc độ lọc tính tốn ở chế độ làm việc bình thường. (Bảng 6.11/[8]). Chọn v5tb = 8 (m/h);
+ a: Số lần rửa một bể trong một ngày đêm ở chế độ bình thường, chọn a =2 (6.102/[8]);
+ W: Cường độ rửa lọc (6.115 và 6.124/[8]), W = 16 l/sm2; + t1: Thời gian rửa bể lọc (6.115 và 6.124/[8]), t1 =6 phút = 0,1h;
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 85
+ t2: Thời gian ngừng bể lọc để sữa chửa hoặc để rửa (6.102/[8]) , 𝑡2 = 0,35h. Số bể lọc cần thiết:
𝑁 = 0,5 × √27,7 = 2,63 Chọn N = 3 bể.
Kiểm tra tốc độ lọc khi làm việc tăng cường với điều kiện ngừng một bể để rửa lọc:
𝑣𝑡𝑐 = 𝑣𝑡𝑏× 𝑁
𝑁 − 𝑁1 = 8 × 3
3 − 1= 12 𝑚/ℎ Vận tốc tăng cường đạt yêu cầu từ 10 – 12 m/h.
Trong đó:
+ 𝑁1 : số bể ngừng khi tiến hành rửa lọc. + 𝑣𝑡𝑐: vận tốc lọc tăng cường (m/h) Diện tích mỗi bể: 𝑓5 =𝐹5 𝑁 = 27,7 3 = 9,2 𝑚 2 => Chọn kích thước mỗi bể lọc: 𝐿5 × 𝐵5 = 3,05 × 3,05
Vậy diện tích mỗi bể lọc thực tế sẽ lả 𝑓5𝑡𝑡 = 𝐿5 × 𝐵5 = 3,05 × 3,05 = 9,3 𝑚2 Chiều cao mỗi bể lọc: 𝐻5 = ℎđ+ ℎ𝑣+ ℎ𝑛+ ℎ𝑝
𝐻5 = 0,8039 + 0,5 + 0,8 + 2 + 0,5 = 4,6039 𝑚. 𝐻5 = 0,8039 + 0,5 + 0,8 + 2 + 0,5 = 4,6039 𝑚.
=> Chọn 𝐻5 = 4,6 𝑚 Trong đó:
+ ℎđ: Chiều cao lớp đỡ lớp vật liệu lọc. Chọn chiều cao lớp cỡ hạt 40 – 20 mm là 403,9mm (ống phân phối nước rửa có đường kính 323,9mm đặt cách đáy 80mm), chiều cao lớp cỡ hạt 20 – 10 mm là 100mm, do sử dụng hệ thống rửa bằng nước và khơng khí phối hợp nên 2 lớp vật liệu đỡ cỡ hạt 10 – 5mm và 5 – 2mm lấy bằng 150mm mỗi lớp. hđ = 0,4039 + 0,1 + 0,15 + 0,15 = 0,8039 m (6.10/[8]);
+ ℎ𝑣: Chiều cao lớp vật liệu lọc gồm 2 lớp. Lớp phía trên là lớp vật liệu lọc than antraxit nghiền nhỏ có cỡ hạt dtđ = 0,8 ÷ 1,8 mm, chiều dày lớp than h𝑣 = 0,5𝑚 (400 ÷
m/ngày.đêm.
SVTH: Trần Nguyễn Hải Yến
GVHD: ThS. Lê Thị Ngọc Diễm 86
500mm). Lớp phía dưới là lớp vật liệu lọc cát thạch anh có dtđ = 0,5 1,2mm, chiều dày lớp cát h𝑣 = 0,8 𝑚 (700 ÷ 800mm);
+ h𝑛: Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, h𝑛 = 2m; + h𝑝: chiều cao phụ, hp = 0,5 m.
c) Tính tốn hệ thống phân phối nước rửa lọc
Lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể lọc - dùng hệ thống phân ống phân phối