5 .1Nghiên cứu số liệu và lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước
5.2.1.4 .Chọn thiết bị định lượng phèn
Thiết bị định lượng phèn có nhiệm vụ điều chỉnh lượng phèn cần thiết đưa vào nước cần xử lý theo yêu cầu.
Dùng thiết bị định lượng không thay đổi để đưa dung dịch phèn công tác vào bể trộn.
Lượng phèn cần dùng cho 1 ngày = 4,4 (T/ngđ)
Lưu lượng dung dịch phèn 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ: = 3,67 (m3/h)
Trong đó:
Lp: Liều lượng phèn cho vào bể, Lp = 35 (g/m3) γ: Khối lượng riêng của dung dịch, γ = 1 T/m3 Các đường ống dẫn phèn phải làm bằng vật liệu chịu axit Thiết kế ống tự chảy từ bể hịa phèn đến bể tiêu thụ phèn. 5.2.1.5. Tính tốn kho dự trữ phèn Diện tích sàn kho: (m2) Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý, Q = 125 000(m3/ngđ) P: Liều lượng phèn tính tốn, P = 35 (g/m3)
T: Thời gian dự trữ hóa chất trong kho, T = 30 ngày α: Hệ số kể đến diện tích đi lại, α = 1,3
Pk: Độ tinh khiết của phèn thị trường, Pk = 35% h: chiều cao cho phép của lớp hóa chất, h = 2 (m) Go: Khối lượng riêng của hóa chất, Go = 1,1 (tấn /m3) Thay các giá trị vào ta có:
= =221,59(m2)
5.2.2. Cơng trình chuẩn bị dung dịch vơi sữa
5.2.2.1.Bể vơi tơi
Dung tích bể tơi vơi được xác định theo cơng thức: (m3) Trong đó:
G: Lượng vơi cục tiêu thụ trong 30 ngày. 41,55 = 45,3 ( tấn)
Với Lv: Liều lượng vơi cho vào để kiềm hóa, Lv = 41,55 (mg/l) Q : Cơng suất của trạm xử lý, Q = 125 000 (m3/ngđ)
q : Lượng nước cần thiết để tôi 1 tấn vôi cục (Theo Giáo trình Xử lý nước cấp –
Nguyễn Ngọc Dung, q = 3 ÷ 3,5m3/tấn vơi). Chọn q = 3,5 m3/tấn vôi Thay các giá trị vào công thức, ta được Wv như sau:
Wv =45,3 (m3)
Thiết kể bể có: L × B × H = 5,8 × 5,8 × 4,5 (m) (trong đó có chiều cao bảo vệ là 0,3m)
Bể tơi vơi được xây bằng bê tơng cốt thép có các ống đưa nước vào, xả nước vôi trong và xả kiệt.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 61 Ngành Cấp Thốt Nước
5.2.2.2.Bể pha vơi sữa a. Dung tích bể pha vơi sữa
Theo giáo trình xử lý nước cấp –Nguyễn Ngọc Dung, ta có cơng thức tính bể như sau: (m3)
Trong đó:
Qtt: Cơng suất trạm xử lý, Qtt = 125 000(m3/ngđ) = 5 208,33(m3/h)
n: Số giờ giữa 2 lần pha vơi sữa. Theo Giáo trình Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung, n = 6 ÷ 12 giờ → n = 8 giờ
bv: Nồng độ vôi sữa, bv = 5% (Theo mục 6.34 – TCXDVN 33 – 2006) γ : Khối lượng riêng của vôi sữa, γ = 1 (tấn/m3)
Lv: Liều lượng vôi cho vào nước, Lv = 41,55(mg/l) Thay vào công thức ta được kết quả sau:
= = 34,62 (m2)
Chọn 1bể có dung tích là 34,62 (m3), kích thước bể hình trịn, đường kính bể bằng chiều cao cơng tác của bể, d = h
d = = = 3,53 (m) Vậy ta có: D = H = 3,53(m)
Để giữ cho vôi không bị lắng và có nồng độ đều 5% phải liên tục khuấy trộn bằng máy khuấy.
b.Tính thiết bị pha chế vơi sữa
Dùng máy khuấy để pha vôi tôi thành vôi sữa và giữ cho dung dịch không bị lắng xuống đáy bể.
Theo mục 6.36 – TCXDVN 33 – 2006, tốc độ khuấy bằng máy khơng nhỏ hơn 40 vịng/phút . Máy khuấy đặt trên nóc của bể pha sữa.
Chọn máy khuấy có kiểu cánh phẳng có các thơng số sau: + Số vịng quay của cánh quạt là 40 vòng/phút = 0,67 vòng/s
+ Chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính bể, Theo mục 6.36 – TCXDVN 33 – 2006, chiều dài cánh quạt = 0,4÷ 0,5D
m)
+ Chiều dài tồn phần của cánh quạt: Ltp = 1,59× 2 = 3,18 (m)
+ Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế bằng 0.2 m2/1m3 vơi sữa trong bể (Theo TCXDVN 33-2006) diện tích mỗi cánh quạt = 0,1 0,2 (m2).
6,92 (m2)
+ Đường kính ống dẫn vơi sữa được xác định theo mục 6.37 – TCXDVN 33 – 2006 : Ống áp lực dẫn sản phẩm sạch D = 30 (mm), dẫn sản phẩm không sạch D = 50 (mm)
Ống tự chảy lấy D = 50 (mm). Tốc độ chảy trong ống vôi sữa là v = 1 (m/s) Chỗ ngoặt trên đường ống dẫn dung dịch vơi sữa có bán kính cong là: R= 5- với D là đường kính ống
Cơng suất động cơ khuấy được tính theo cơng thức: (W)
Trong đó:
: Trọng lượng của dung dịch vôi sữa, = 1000 (kg/m3);
h: chiều rộng của cánh khuấy, h = b = 1,09 (m);
n: Số vòng quay của cánh khuấy trong 1 giây = 0,67 (vịng/s);
d: đường kính vịng trịn đầu cánh khuấy tạo ra khi quay, d = 3,18 (m); z: Số cánh quạt trên trục máy khuấy, z = 2;
: Hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động, = 0,85
Vậy công suất động cơ khuấy: = 0,5=39440 (w)
Chọn động cơ có cơng suất phù hợp cơng suất tính tốn ở trên. c. Thiết bị định lượng vôi
Thiết bị định lượng vơi có nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng vơi cần thiết đưa vào nước cần xử lý theo yêu cầu.
Dùng bơm định lượng để bơm vô từ bể pha vôi vào bể trộn. Lượng vôi cần dùng cho một ngày là = = 5,19 (T/ngđ) Bơm định lượng phải bơm dung dịch vôi công tác 5% Lưu lượng bơm dung dịch trong 1 giờ là:
= 4,325 (m3/h)
γ: khối lượng riêng của dung dịch, γ = 1 T/m3. d. Tính tốn kho dự trữ hóa chất
Ta có cơng thức tính diện tích sàn kho: (m2)
Trong đó:
Q: Cơng suất trạm xử lí, Q = 125 000 (m3/ngđ);
Lv: Lượng vôi cần đưa vào ổn định nước. Lv = 41,55(mg/l); T: Thời gian giữ hóa chất trong kho, T = 15 ngày;
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 63 Ngành Cấp Thốt Nước
Pk: Độ tinh khiết của vơi thị trường, Pk = 80%;
h: Chiều cao cho phép của lớp hóa chất, h = 1,5 (m); Go: Khối lượng riêng của hoá chất 1,1 (tấn/m3). Thay các giá trị vào ta được:
= = 76,73 (m2)
Thiết kế Fkho= 7,7 (m) 10 (m) = 77(m2)
Chọn phương pháp dự trữ khô trong kho và tôi vôi bằng máy. Kho vôi xây tường bao quanh, có mái che và có cửa thơng sang phịng pha dung dịch. Vơi cục đưa sang phịng tơi vơi bằng xe đẩy.
5.2.3 Tính tốn ngăn tiếp nhận
Để điều hịa lưu lượng nước thô từ trạm bơm cấp một bơm về trước khi vào bể trộn nước thô được bơm vào ngăn phân phối nước được đặt đầu khối bể trộn. Nước thô từ ngăn tiếp nhận vào bể trộn theo phương thẳng đứng ưới lên qua tường phân phối.
Tính tốn bể tiếp nhận
Chọn ngăn tiếp nhận có kích thước hình vng là 4,2 × 4,2 m
Chọn thời gian lưu nước trong ngăn bằng thời gian lưu nước trong bể trộn là 60s Chiều cao ngăn tiếp nhận : H =
Chọn chiều cao an toàn là 0,3m
Vậy chiều cao xây dựng của ngăn tiếp nhận là Hxd = 5 +0,3 = 5,3m
Nguyên lý làm việc: Nước từ ngăn tiếp nhận và hóa chất đi vào từ đáy bể. Ở trong bể trộn dùng năng lượng của cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối trộn đều hóa chất với nước thơ. Sau đó đi ra 2 máng phân phối 2 bên và đi vào 2 lỗ ở máng phân phối dưới đáy máng để sang bể phản ứng.
5.2.4. Bể trộn cơ khí
5.2.4.1.Sơ đồ cấu tạo của bể
1. Nước nguồn 2. Ống dẫn hóa chất 4. Trục quay 3. Cánh khuấy 5. Bộ phận truyền chuyển động 6. Nước sang bể phản ứng 5.2.4.2.Tính tốn
tạo theo nhiều dạng khác nhau. Việc khuấy trộn được tiến hành trong các bể trộn hình vng hoặc hình trịn với tỉ lệ chiều cao và chiều rộng là H :2B
Nguyên tắc làm việc: nước và hóa chất được đi vào phía đáy bể sau khi hòa trộn đều sẽ được thu dung dịch ở trên mặt bể để đưa sang bể phản ứng.
Thông sơ tsinh tốn như sau : Lưu lượng xử lý : 125 000 ( m3/ngđ) Nhiệt độ: 25 0C
a. Kích thước bể
Theo mục 6.58 TCVN 33-2006
Thời gian lưu nước trong bể từ 45 đến 90 giây -> chọn thời gian lưu nước t= 60s
Cường độ khuấy trộn theo gradient tốc độ từ 500-1500 s-1 ta có bảng chọn cường độ khuấy trộn như sau:
Bảng 5.4 các giá trị G cho bể trộn
Thời gian trộn t (s) Gradien G (s-1) 0,5 (trộn đường ống) 3500
10 – 20 1000
20 – 30 900
30 – 40 800
> 40 700
(Nguồn: Cấp nước tập 2, Trịnh Xuân Lai) Do đó với t = 60s chọn G =700 (s-1)
Dung tích bể trộn cơ khí được tính theo cơng thức : (m3)
Trong đó: Q là lưu lượng nước xử lý Q=125 000 (m3/ngđ) = 1,447 (m3/s) T là thời gian trộn T =60s
= 1,447 60 = 86,82 (m3)
Chọn số bể n= 2 (bể) khi đó dung tích mỗi bể là W1b = = = 43,41 (m3) Chọn bể hình vng , mỗi bể có kích thước là a (m)
Chiều cao xây dựng của bể trộn là Hxd =h + hbv= 5,6+0,5 = 6,1 (m) b.Cấu tạo cánh khuấy
Dùng cánh khuấy chân vịt 2 cánh làm bằng thép không gỉ. trục quay được đặt theo phương thẳng đứng, bộ phận truyền động đặt trên mặt bể.
Đường kính cánh khuấy D 1/2 chiều rộng bể, chọn D =1m
Chiều rộng bản cánh khuấy bằng 1/5 đường kính cánh khuấy, chiều dài bản cánh khuấy bằng ¼ đường kính cánh khuấy.
Bản cánh khuấy có kích thước : B = =0,2 (m)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 65 Ngành Cấp Thoát Nước
Thể tích vùng trộn : V= 1,18 (m3)
Theo giáo trình cấp nước – Trịnh Xuân Lai, NXB khoa học kĩ thuật ta có năng lượng cần truyền vào nước được xác định theo cơng thức:
(Kw) Trong đó:
G là gradien vận tốc (s-1), G =700 (s-1)
là độ nhớt động lực của nước (N.s/m2) ở nhiệt độ T= 250C thì độ nhớt động lực của nước = 0,89 (N.s/m2)
V là thể tích vùng trộn của mỗi bể trộn, V =43,41 (m3) = = 18931(J/s) = 18,931 (kw)
Với hiệu suất động cơ η = 0,8. Công suất động cơ là: (Kw) Xác đinh số vịng quay của cánh khuấy:
(vịng/phút) Trong đó:
P: Năng lượng cần thiết (W), P = 18931 (W) ρ : Khối lượng riêng chất lỏng, ρ = 1000 (kg/m3) D: Đường kính của cánh khuấy , D = 1 (m)
K: hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy. Lấy theo số liệu của Rushton, K = 1 (cánh khuấy chân vịt 2 cánh)
Vậy số vòng quay của cánh khuấy là: = 2,67 (vòng/s) =161 (vòng /phút)
Cấu tạo bể trộn gồm: Ống dẫn nước có van chặn, máy khuấy có động cơ N = 33,45 Kw (cánh khuấy, động cơ và bộ giảm tốc cho động cơ).
Để dự phòng, khi cần thiết phải ngừng hoạt động bể trộn, bảo dưỡng máy khuấy. Đặt hai đường ống dẫn từ tuyến nước thơ chạy thẳng đến bể phản ứng có D = 300 (mm), trong ống có đặt các ống đưa hóa chất vào để trộn với nước thô.
c.Xác định mương dẫn nước từ đường ống dẫn nước thô vào bể trộn cơ khí
Theo mục 6.59 – TCXDVN 33 – 2006, ta có vận tốc nước chảy trong mương dẫn hoặc đường ống dẫn nước từ bể trộn sang khâu xử lý tiếp theo là 0,8÷1 (m/s)
Diện tích mặt cắt mương là :
(m2) Với vm chọn bằng 0,8 (m/s)
5.2.5. Bể phản ứng cơ khí
Nguyên lý làm việc của bể là q trình tạo bơng kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dịng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí. Bể có bộ phận chính là các cánh khuấy. Cánh khuấy thường có dạng bản phẳng đặt đối xứng với nhau qua trục quay và có thể được đặt theo phương nằm ngang hoặc thẳng đứng. Bể phản ứng cơ khí được chia thành nhiều ngăn, mỗi ngăn có từ 3 – 4 buồng, mỗi buồng có một cường độ khuấy trộn khác nhau và giảm dần từ đầu đến cuối bể tương ứng với sự lớn lên của bơng cặn. 5.2.5.1. Sơ đồ cấu tạo
Hình 5.6. Cấu tạo bể phản ứng kiểu cơ khí 1:Hành lang 2: Ngăn phân phối nước vào bể 3: Máy khuấy cơ khí 4: Vách ngăn đục lỗ
5.2.5.2. Tính tốn bể phản ứnga. Kích thước bể: a. Kích thước bể:
Dung tích bể phản ứng cơ khí:
= = 1736,11 (m3) Trong đó:
Q : lưu lượng thiết kế, m3/h
t : Thời gian lưu nước trong bể (T = 10 30phút) . Lấy T = 20 phút
Chọn số bể N = 2 bể phản ứng, ta có dung tích mỗi bể là : (m3)
Xây dựng mỗi bể có 2 ngăn phản ứng, kích thước mỗi ngăn: rộng 4,2( m), sâu 4,2(m).
Dung tích mỗi ngăn là: = (m3)
Chiều cao xây dựng bể phản ứng H = h+hbv = 4,2+0,5=4,7m ( chiều cao bảo vệ là 0,5m)
Tiết diện ngang mỗi ngăn: = hb = 4,24,2= 17,64(m2).
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 67 Ngành Cấp Thốt Nước
Trong đó : n là số ngăn của bể phản ứng (n=2 ngăn)
Theo chiều dài ta chia mỗi ngăn làm 3 buồng bằng các vách ngăn hướng dòng nước theo phương thẳng đứng. Khoảng cách ở buồng thứ nhất là 8 m, buồng thứ hai là 8 m, và buồng cuối là 8,6 m. Dung tích buồng thứ nhất và buồng thứ hai là 141,12(m3). Dung tích buồng thứ ba là 151,7(m3 )
Cường độ khuấy trộn trong các buồng dự kiến đạt các giá trị gradien tốc độ 70 s-1, 50s1, 30 s-1 .
Mỗi bể chia làm 2 ngăn bởi các vách thẳng đứng, nước chuyển động theo chiều đứng. Mỗi ngăn chia làm 3 buồng, mỗi buồng đặt 1 máy khuấy, tổng số máy khuấy là
n = 12 máy (khi phải sửa chữa một máy ít ảnh hưởng tới chế độ làm việc của bể). Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh đặt đối xứng qua trục. Sử dụng bộ truyền động trục vít với một động cơ.
Ta có tổng diện tích bản cánh khuấy lấy bằng 15% diện tích mặt cắt ngang của bể (quy phạm 15- 20%)
Tổng diện tích bản cánh khuấy là : Diện tích một bản cánh là: = 0,66 (m2)
Chiều dài cánh lấy là: lc = 2 (m). Chiều rộng bản cánh là: b. Tính tốn kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn
Ta có:
Bản cánh đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoải đến tâm trục quay: R1 = 1,8 (m) và R2 = 1,3 (m)
Chọn tốc độ của guồng khuấy, sử dụng bộ truyền động trục vít với một động cơ điện kéo chung 3 guồng khuấy.
Tốc độ quay cơ bản ở buồng thứ nhất n = 5 (vòng/phút), buồng thứ hai n = 4 (vòng/phút), buồng thứ 3 là n = 3 (vòng/phút).
- Buồng phản ứng thứ nhất :
Dung tích buồng là : 141,12 (m3), thời gian lưu nước là : 20 phút. Tốc độ chuyển động tương đối của các bản cánh khuấy so với nước là : Bản cánh thứ nhất dài 1,8 (m)
m/s)
Bản cánh thứ hai dài 1,3 (m) : = 0,51 (m/s)
Năng lượng cần thiết để quay cánh khuấy là : (W)
F : Tiết diện bản cánh khuấy đối xứng, F = 1,33(m2)
Cb : Hệ số sức cản của nước, Cb phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài và chiều rộng của bản cánh khuấy → Cb = 1,5
Vậy năng lượng cần thiết để quay cánh khuấy là : = 5149,91 (W)
Khi đó:
Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: = 0,35 (w/m3)
Giá trị gradien vận tốc:
= 61,98(s-1)
Với μ : Hệ số nhớt động học của nước, ở 25oC, μ = 0,0092 kgm2/s Giá trị : P = G × T = 61,98 × 1200 = 74377
→ Giá trị gradient tốc độ tương đương với tốc độ dự kiến 70 (s-1) - Buồng phản ứng thứ hai:
Dung tích buồng 142,12(m3), thời gian lưu nước 20 (phút)
Tốc độ chuyển động tương đối của các bản cánh khuấy so với nước là : Bản cánh thứ nhất dài 1,8 (m)
(m/s) Bản cánh thứ hai dài 1,3 (m) :
(m/s) Năng lượng cần thiết để quay cánh khuấy là :
= 5124,88 (w) Trong đó :
F : Tiết diện bản cánh khuấy đối xứng, F = 1,33 (m2)
Cb : Hệ số sức cản của nước, Cb phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài và chiều rộng của bản cánh khuấy → Cb = 1,5
Khi đó:
Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: = 0,18 (w/m3)
Giá trị gradien vận tốc:
= 44,23(s-1)
→ Giá trị gradien tốc độ tương đương với tốc độ dự kiến là 50(s1) - Buồng phản ứng thứ ba :
Dung tích buồng : 151,7 (m3), thời gian lưu nước 13 (phút)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 69 Ngành Cấp Thoát Nước
Bản cánh thứ nhất dài 1,8 (m) (m/s)
Bản cánh thứ hai dài 1,3 (m) : (m/s)
Năng lượng cần thiết để quay cánh khuấy là : = 5110,56(w)
Trong đó :
F : Tiết diện bản cánh khuấy đối xứng, F = 1,33 (m2)
Cb : Hệ số sức cản của nước, Cb phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài và chiều rộng của bản cánh khuấy → Cb = 1,5
Khi đó:
Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: = 0,07 (w/m3)
Giá trị gradien vận tốc:
= 27,51(s-1)
=> Giá trị gradien tốc độ tương đương với tốc độ dự kiến là 30 (s1) c. Kết luận:
Kết quả điều chỉnh và kiểm tra các chỉ tiêu khuấy trộn cho thấy chúng đều nằm