Đầu tiên,nước ngầm được hút dưới giếng lên nhờ trạm bơm cấp I và dẫn vào bể chứa. Nước từ bể chứa được dẫn vào hệ thống làm thống cưỡng bức thùng quạt gió,với mục đích chính là khử CO2 ,hịa tan oxy khơng khí vào nước ngầm để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ ,Mn2+ thành Mn4+ (nếu có) để dễ dàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao năng suất của các cơng trình lắng và lọc.
Sau khi làm thoáng nước tiếp tục sẽ được chuyển qua bể lắng ngang tiếp xúc, bể lắng ngang được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng x́ng dưới đáy bể bằng trọng lực. Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt có kích thước lớn (≥0.2mm) để loại trừ hiện tượng bào mịn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể.
Sau đó nước được đưa qua bể lọc nhanh . Tại đây, không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo đất, keo hữu cơ gây độ đục, độ màu.
Phần nước cịn lại trong q trình lọc nhanh sẽ được dẫn sang bể chứa nước rửa lọc để tách cặn và nước.
Còn cặn từ bể lắng, bể lọc nhanh và bể chứa nước rửa lọc sẽ được xả vào bể thu cặn và đem đi xử lý đúng quy định.
Nước sau khi ra khỏi bể lọc nhanh sẽ được chuyển vào bể chứa nước sạch,trong quá trình nước tự chảy từ bể lọc nhanh sang bể chứa nước sạch thì ngươi ta châm clo vào để clo được hòa trộn đều vào nước và khử trùng loại trừ những vi sinh vật tồn tại trong nước ngầm.
Sau đó nước được trạm bơm cấp II bơm vào hệ thống phân phối nước cho người dân sử dụng.
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
3.4.Tính tốn lượng hóa chất và cơng trình đơn vị. 3.4.1.Tính tốn lượng hóa chất.
*Lượng Clo cần dùng để khử trùng
-Sử dụng clo lỏng để khử trùng nước. Clo được nén với áp suất cao sẽ hóa lỏng và được chứa trong các bình thép.Tại trạm xử lý phải đặt thiết bị chuyên dụng để đưa clo vào nước (Clorator).
-Liều lượng clo tiêu thụ :
PClo=Q ×a
1000=5001000×3=1.5(kg/h)
Trong đó:
Q: cơng suất nhà máy, Q=500 m3/h.
a: lượng clo hoạt tính (theo mục 6.169 TCXDVN 33:2006),chọn a=3 mg/l. -Lượng clo tiêu thụ trong một ngày : 1.5 × 24 ¿ 36 kg.
-Đường kính ớng dẫn clo (theo cơng thức 6-30 – TCXDVN 33:2006).
Dclo=1.2√Q v
Trong đó:
Q: lưu lượng lớn nhất của clo lỏng lấy lớn hơn 3 lần lưu lượng trung bình. Trọng lượng riêng của clo lỏng : 1.4×103kg/m³.
v: vận tớc trong đường ớng , lấy bằng 0.8 m/s. Q =3× 1.5
1.4×103×3600=2.976×10
¿>Dclo=1.2√Q
v=1.2√2.976×10
0.8 =1m=1000mm. Vậy đường kính ớng dẫn clo Dclo=1000mm.
3.4.2. THÙNG QUẠT GIÓ a.Nhiệm vụ
Nhiệm vụ thùng quạt gió là khử CO2 ,hịa tan oxy khơng khí vào nước ngầm để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ ,Mn2+ thành Mn4+ (nếu có) để dễ dàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao năng suất của các cơng trình lắng và lọc.
Hình 5.1:Cấu tạo thùng quạt gió.
* Cấu tạo:thùng quạt gió gồm:
+Hệ thống phân phối nước (1). +Lớp vật liệu tiếp xúc (2). +Sàn thu nước có xiphơng (3).
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
+Máy quạt gió (4). +Ống dẫn nước ra (5). +Ống xả (6).
b. Tính tốn
Hàm lượng sắt của nước nguồn :26mg/l. Độ kiềm : K=5.5mgđl/l.
Theo giáo trình Xử lý nước cấp – TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 182 ta có: Diện tích thùng quạt gió.
F=qQ
m=50040 =12.5 ( m2 ). Trong đó:
Q = 12000m3/ngày.đêm = 500m3/h.
qm : cường độ mưa tính tốn.Chọn vật liệu tiếp xúc là sàn tre ,qm = 40m3/m2-h (Quy phạm 40÷50 m3/m2-h ).
Chia làm 6 thùng quạt gió, diện tích mỗi thùng là:
f=FN=12.56 =2.1(m2)
Đường kính mỗi thùng quạt gió là:
D=√4f
π =√4×2.1
3.14 =1.6(m). Chiều cao thùng quạt gió:
H=Hnt+Hvltx+Hfm (m) (1)
Trong đó:
Hnt:chiều cao ngăn thu nước ở đáy,Hnt≥0.5m, lấy Hnt=0.5m.
Hvltx:chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc , m.Căn cứ vào độ kiềm của nước nguồn là 5.5
mg/l,vật liệu tiếp xúc chọn là sàn gỗ,tra bảng (5-4) giáo trình Xử lý nước cấp –
TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 181, xác định được Hvltx=2.5m.
Hfm:chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc, lấy bằng 1 m.
(1)
⇒ H= 0.5 + 2.5 +1 =4 (m)
Lượng gió cần thiết đưa vào ứng với tiêu chuẩn 10m3 khơng khí cho 1m3 nước là: Q gió =10×Q = 10 × 500=5000(m3/h) =1.4( m3/s).
Áp lực gió:
Hgió=hvltx+hcb+hsàn+hmáng(m).
Trong đó:
hvltx: tổn thất qua lớp vật liệu tiếp xúc; hvltx=30×2=60(mm) (tổn thất áp lực qua lớp vật
liệu tiếp xúc lấy bằng 30mm/1m chiều cao của thùng quạt gió).
hcb : tổn thất cục bộ,hcb=15÷20mm cột nước , lấy hcb=15mm.
hsàn : tổn thất qua sàn phân phối lấy bằng 10 mm.
hmáng : tổn thất qua ớng phân phới gió, hmáng=15÷20mm ,
lấy hmáng=15mm.
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
Chọn cánh quạt theo các thơng sớ cơ bản:
Qgió=1.4(ms3).
Hgió=100(mm).
Bảng 3.4.. Tóm tắt các thơng số thiết kế thùng quạt gió
STT Tên thơng sớ Sớ liệu dùng thiết
kế Đơn vị
1 Diện tích thùng quạt gió,F 12.5 m2
2 Sớ thùng quạt gió,N 6 thùng
3 Đường kính mỗi thùng,D 1.6 m
4 Chiều cao của lớp vật liệu tiếp xúc
,Hvltx 2.5 m
5 Chiều cao ngăn thu nước ở đáy,
Hnt 0.5 m
6 Chiều cao phun mưa trên lớp vật
liệu tiếp xúc,Hfm 1 m
7 Chiều cao thùng quạt gió,H 4 m
9 Lưu lượng gió,Qgió 1.4 m3/s
3.4.3. BỂ LẮNG NGANG a. Nhiệm vụ
Lắng đọng cặn sinh ra trong các phản ứng, cặn vôi, cặn tạo ra trong q trình oxy hóa sắt và mangan.
Tăng thời gian để các phản ứng oxy xảy ra hoàn tồn. Bể lắng ngang thu nước ở ći.
Ngun lý hoạt động: nước được phân phối vào đầu bể lắng sau đó đi qua các lỗ trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng, tại đây các phản ứng oxy hóa tiếp tục xảy ra và tạo kết tủa rồi lắng xuống đáy bể. Nước sau khi từ đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua các lỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước ở cuối dẫn vào mương thu nước và phân phối nước đi vào các bể lọc. Cặn lắng được xả ra ngoài theo định kỳ bằng áp lực thủy tĩnh qua dàn ớng thu xả cặn.
b.Tính tốn:
Diện tích của bể lắng ngang.
W=Q ×t60 (m3).
Trong đó:
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
t: thời gian nước lưu lại trong bể từ 30÷45phút,chọn t=30 phút.
¿>W=500×6030=250(m2).
(Theo giáo trình Xử lý nước cấp – TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 178). Lấy chiều cao vùng lắng:
Hl=3m(Quy phạm ¿1.5÷3.5m.
Diện tích bể lắng tiếp xúc là:
F=W
Hl=2503 =83.3(m 2).
Chia làm 6 bể,kích thước mỗi bể :2×7=14¿). Tổng diện tích bể là:14×6=84(m2).
Theo chiều dài bể:L=7 m chia thành 2 ơ,kích thước mỗi ơ là: 3ì3.5
(Quy phm 2ữ4m).
Chiu cao nh nht ca b (cha k độ dớc đáy) là:
H=Hl + Hc+H1+H2. Trong đó:
Hl:chiều cao vùng lắng,Hl=3m.
Hc:chiều cao lớp cặn trong bể lắng,lấy Hc=1m.
H1,H2:chiều cao bảo vệ trên mức nước và dưới lớp cặn trong bể lắng. (lấy H1¿H2=0.5m).
Vậy H=3+1+0.5+0.5=5(m).
Diện tích cửa sổ hướng dịng lấy bằng 40% din tớch vỏch ngn (Quy phm 30ữ50).
Fcas=0.4ì3ì3.5=4.2(m2).
Tc dng nc qua cửa sổ là:
Vcửa sổ=N × F Q
cửa sổ×3600=6×4.2×5003600=0.0055(m/s) ¿5.5(mm/s)
3.4.4. BỂ LỌC NHANH a. Nhiệm vụ:
Nước từ bể lắng được bơm vào bề lọc nhanh.Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các hat cặn lơ lửng,bơng cặn có kích thước lớn hơn lỗ rỗng, hay các hạt keo có kích thước bé hơn lỗ rỗng nhưng có khả năng dính kết và hấp thụ lên trên bề mặt vật liệu lọc.
Bảng 3.5 :Cường độ rửa và thời gian rửa lọc ( Giáo trình Xử lý nước cấp của TS.
Nguyễn Ngọc Dung )
Bể lọc một lớp cát thạch anh với đường kính tương đương dtđ (mm)
Độ giản nở tương đới, (%)
Quy trình
rửa lọc bằng Cường độ rửa lọc,(l/s .m2¿ Thời gian rửa, (phút) 0.7-0.8 0.9-1.0 1.1-1.2 45 30 20 Nước Nước Nước 14-16 16-18 18-20 7-5 7-5 7-5
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
0.7-0.8 0.9-1.0 1.1-1.2 20 20 15 Gió Nước Gió Nước Gió Nước 15-20 8-11 15-20 9-12 15-20 10-13 6-5 7-5 6-5 7-5 6-5 7-5 0.7-0.8 0.9-1.0 20 Gió Gió Nước Nước 15-20 15-20 2-3 5-6 3-2 4-3 6-5 Bể lọc hai lớp 50 Nước 15-16 8-6
Bảng 3.6: Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường và tăng cường (Tiêu chuẩn
Kiểu bể lọc
Đặc trưng của lớp vật liệu lọc
Đường kính nhỏ nhất (mm) Đường kính lớn nhất (mm) Đường kính tương đương dtđ(mm) Hệ sớ khơng đồng nhất K Chiều dày của lớp vật liệu lọc (mm) Tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường vbt (m/h¿ Tớc độ lọc cho phép ở chế độ làm việc tăng cường vtc (m/h) Bể lọc nhanh một lớp vật liệu lọc với cỡ hạt khác nhau 0.5 0.7 0.8 1.25 1.60 2.0 0.7-0.8 0.8-1.0 1-1.2 2-2.2 1.8-2 1.5-1.7 Cát thạch anh 700- 800 1200- 1300 1800- 2000 5.5-6 7.0-8 8-10 6-7.5 8-10 10-12 Bể lọc nhanh có hai lớp vật liệu lọc 0.5 1.25 0.7-0.8 2-2.2 Cát thạch anh 700- 800 Ăngtraxit 8-10 10-12
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
0.8 1.8 1-1.2 2-2.2 400-500
Bảng 3.7: Chiều cao lớp đỡ (Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN- 33:2006 )
Cỡ hạt lớp đỡ (mm) Chiều dày các lớp đỡ (mm)
40-20
20-10 10-5 5-2
Mặt trên lớp này cao bằng mặt trên của ống phân phối nhưng phải cao hơn lỗ phân phới ít nhất 100 mm.
100-150 100-150 50-100
b. Tính tốn.
Tổng diện tích của các bể lọc của trạm xử lý.
F=T ×V Q
tb−3.6× w ×t1−a× Vtb×t2
¿24×6−3.6×1412000×0.1−2×6×0.35=89.047(m2). Trong đó:
T: thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày đêm,T=24h.
Vtb: tớc độ lọc tính tốn ở chế độ làm việc bình thường, lấy theo bảng 3,
Vtb=6m/h.
a : sớ lần rửa mỗi bể trong 1 ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường,a=2 lần. w: cường độ nước rửa lọc, lấy theo bảng 2,w=14l/s.m2.
t1: thời gian rửa lọc, lấy theo bảng 2, t1 = 0.1h.
t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa,t2=0.35h.
Trong bể lọc, chọn cát lọc có cỡ hạt dtđ=0.7÷0.8 mm , hệ sớ khơng đồng nhất,
K=2÷2.2 ,chiều dày lớp cát lọc L=0.8 m (lấy theo bảng 3).
Số bể lọc cần thiết :
N=0.5×√F=0.5×√89.047=4.7(bể).
Chọn N= 5 bể.
Kiểm tra lại tớc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 b ra:
Vtc=Vbtì N
NN1=6ì515 =7.5(m/h). Nm trong khong t6ữ7.5 m bo.
Din tích 1 bể lọc:
f=FN=89.0745 =17.8(m2). Chọn kích thước bể là:
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
L × B=5×3.6=18(m2).
Chiều cao tồn phần của bể lọc nhanh:
H=hd+hv+hn+hp. Trong đó:
hd: chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy theo bảng 4,hd=0.7m.
hv: chiều dày lớp vật liệu lọc,lấy theo bảng 3,hv=0.8m.
hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, hn=2m;hn≥2m .
hp: chiều cao phụ, hp=0.5m(hp≥0.3m).
Vậy H=0.7+0.8+2+0.5=4(m).
b.1. Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc:
Chọn phương pháp rửa bể bằng gió,nước kết hợp.Cường độ nước rửa lọc w=14l/s.m2
(Quy phạm là 14÷16l/s.m2 cho ở bảng 2 ứng với mức độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 45% . Cường độ gió rửa lọc Wgió=15l/s.m2 (Quy phạm cho phép
Wgió=15÷20l/s . m2 ).
Lưu lượng nước rửa của một bể lọc là:
Qr=f ×W
1000=181000×14=0.252(m 3/s). = 252 (l/s).
Chọn đường kính ớng chính là dc=400mm bằng thép thì tớc độ nước chảy trong ớng chính sẽ là: dc=√4× Qr π× vc=¿vc=4×Qr π× dc2= 4×0.252 3.14×0.42=2(m/s).
(Nằm trong giới hạn cho phép ≤2m/s).
Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.28 m,(Quy phạm cho phộp 0.25ữ0.3m),thỡ s
ụng nhỏnh ca mt b lc l:
m=0.28B ì2=0.283.6 ×2=25.7( ớng nhánh ).
¿>¿ Chọn m = 26 ớng nhánh.
Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là:
qn=Qr
m =25226 =9.7(l/s)=0.0097(m3/s).
Chọn đường kính ớng nhánh dn=80mmbằng thép, thì tớc độ nước chảy trong ớng nhánh là :
dn=√4×qn
π× vn=¿vn=4×qn
π × dn2= 4×0.0097
3.14×0.082=1.93(m/s).(Nằm trong giới hạn cho phép
1.8÷2m/s).
Với ớng chính 400mm,thì tiết diện ngang của ớng sẽ là: Ω¿π × dc2
4 =3.14×0.4 2
4 =0.1256(m
2).
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích ngang của ớng (Quy phạm cho phép 30÷35%
). Tổng diện tích lỗ tính được là: ω=0.35× Ω=0.35×0.1256=0.04396(m2). Chọn lỗ có đường kính 12 mm (Quy phạm 10÷12mm ). Diện tích 1 lỗ sẽ là: ωlỗ=π × dlỗ4 2 =3.14×0.0124 2=0.000113(m2). Tổng số lỗ sẽ là: n0= ω ωlỗ=0.0001130.04396 =389(lỗ).
Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.
Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng x́ng phía dưới và nghiêng 1 góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang.
Sớ lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: 152 =7.5 lỗ. Chọn số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: 12 lỗ. Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là:
a=6−0.5252×7.5 =0.365(m).
(0.525:đường kính ngồi của ớng chính (m)). Chọn 1 ớng thốt khí ∅32mm đặt ở ći ớng chính.
b.2. Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc.
Chọn cường độ gió rửa bể lọc là: Wgió=15(m/s) thì lưu lượng gió tính tốn là:
Qgió=Wgió× f
1000 =15×100018=0.27(m 3/s).
Lấy tớc độ gió trong ớng dẫn gió chính là 15 m/s (Quy phm 15ữ20m/s ). ng kớnh ng giú chớnh:
Dgiú=4ì Qgiú
ì vgió=√ 4×0.27
3.14×15=0.15(m).
=150 (mm). Sớ ớng gió nhánh cũng lấy bằng 26.
Lượng gió trong 1 ớng nhánh sẽ là:0.2726 =0.0104¿). Đường kính ớng gió nhánh là:
dgió=√4×0.0104
3.14×15 =0.03mm.
Đường kính ớng gió chính là 150mm,diện tích mặt cắt ngang của ớng gió chính sẽ là:
Ωgió=π ×d2
4 =3.14×0.15 2
4 =0.0177m
2.
Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% diện tích tiết diện ngang ng giú chớnh (Quy phm l 35ữ40%, s l:
giú=0.4ì0.0177=0.00708m2.
Chn đường kính lỗ gió là 3 mm (Quy phạm 2ữ5 mm),din tớch 1 l giú l:
fl giú=3.14ì0.0022
4 =0.000007(m2).