5 .1Nghiên cứu số liệu và lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước
5.2 .Tính tốn thiết kế các cơng trình trong sơ đồ cơng nghệ xử lý nước
5.2.1. Bể hịa phèn và bể tiêu thụ
5.2.1.1.Cơng trình chuẩn bị dung dịch phèn cơng tác
Phèn cục thường có nhiều tạp chất và hịa tan chậm. Để đảm bảo cho phèn được hòa tan đều trong nước, ta pha phèn làm 2 bậc. Bậc 1, phèn cục được pha vào nước trong thùng hòa trộn. Bậc 2, dung dịch phèn đặc được pha loãng đến nồng độ yêu cầu trong bể tiêu thụ trước khi được bơm định lượng bơm vào bể phản ứng. Các cơng trình trong dây chuyền được thiết kế sao cho dung dịch phèn tự chảy xuống bể tiêu thụ.
Hình 5.1 Sơ đồ pha phèn 5.2.1.2.Bể hịa phèn
Bể hịa phèn có nhiệm vụ hịa tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Thơng số tính tốn:
+ Cơng suất : 125000(m3/ngđ) =5208,3 (m3/h) + Liều lượng phèn : Lp = 35 (mg/l)
Do đó ta dùng bể hịa phèn khuấy trộn bằng cách sục khí nén.
Sơ đồ cấu tạo bể hịa phèn
Nước Nước Phèn Thùng hòa trộn Thiết bị định lượng Thùng tiêu thụ Tự chảy xuống Bể Trộn
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 55 Ngành Cấp Thốt Nước
Dung tích của bể hịa phèn
Dung tích của bề hịa phèn được tính theo cơng thức sau: (m3)
Trong đó:
Q là lưu lượng xử lý nước (m3/h) Q = 125000 (m3/ngđ) = 5208,3 (m3/h)
n là số giờ giữa 2 giờ hịa tan đối với trạm cơng suất. theo TCVN 33-2006 mục 6.19 ta có
cơng suất Q > 50 000 (m3/ ngđ) thì n =6-8 giờ , chọn n =6 giờ
Lp là liều lượng hóa chất dự tính cho vào nước (g/m3) Lp =35 (mg/l) = 35(g/m3)
bh là Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa trộn (%), Theo mục 6.20 – TCXDVN 33 – 2006, nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn lấy bằng 10 – 17% → bh = 12%. γ : Là tỷ trọng của dung dịch phèn, γ = 1 tấn/m3
Thay các giá trị vào ta tính được Wh như sau: = =9,1 (m3) Thiết kế 2 bể hịa phèn có dung tích là 9,1(m3)
Dung tích của mỗi bể là : = 4,55 (m3)
Kích thước bể hình trịn, đường kính và chiều cao cơng tác của mỗi bể được tính như sau: Ta có đường kính bể bằng chiều cao công tác của bể, d = h
= 1,79(m)
Khi đó, ta có 2 bể hịa phèn, bể được xây bằng bê tông cốt thép. Mặt trong bể được bảo vệ bằng lớp xi măng chịu xit để chống ăn mòn của phèn. Sàn đỡ phèn gồm các thanh gỗ xếp cách nhau 12 (mm). Lớp sàn đỡ đặt cách đáy bể 0,5 (m). Ống dẫn khí làm bằng cao su. Tốc độ khơng khí trong ống lấy bằng 12 (m/s). Bên dưới sàn đỡ đặt dàn ống phân phối khí có khoan một hàng lỗ có nghiêng 450 hướng xuống dưới. Đường
kính lỗ d = 3(mm). Tốc độ khơng khí qua lỗ lấy bằng 30 (m/s), áp lực khơng khí lấy bằng 1,2 (at), cường độ sục khí lấy bằng 10 (l/s.m2). Bể hịa tan phèn được thiết kế với tường đáy 1 góc 450 so với mặt phẳng nằm ngang. Đáy bể phải đặt ống xả cặn và xả kiệt có đường kính bằng D = 200 (mm). Dung tích hịa phèn trong bể được đưa sang bể tiêu thụ bằng ống tự chảy (Mục 6.22 – TCXDVN 33 - 2006)
Tính tốn các đường ống kĩ thuật
Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể: (m3/phút)
Trong đó:
W1: Cường độ sục khí trong bể (l/s.m2) , (Theo mục 6.22 TCXDVN 33:2006) lấy W1 = 10 (l/s) F1: Diện tích bề mặt bể (m2), F1 = 1,8 × 1,8 = 3,24 (m2) Vậy : = 0,06 (m3/ngđ) Đường kính ống chính: (m) Trong đó:
là Lưu lượng gió thường xuyên thổi vào bể (m3/s)
v1 : Vận tốc của khí nén trong ống cấp khí chính (theo điều 6.22-TCXDVN 33-2006) thì v1 = 10÷15 (m/s), chọn v1 = 12 (m/s).
= = 0,058 (m) Chọn đường kính ống chính là
Kiểm tra lại vận tốc trong ống:
= 11,32 (m/s)
Vận tốc này đảm bảo (theo TCXDVN 33 – 2006) - Ống nhánh
Chọn 2 đường nhánh gió đến đáy thùng hịa trộn Đường kính ống nhánh là:
= 0,04 (m)
Trong đó: là vận tốc khơng khí trong ống nhánh, chọn là 12 (m) Chọn đường kính ống phân phối là Don = 40 (mm)
- Tính số lỗ khoan trên giàn ống gió ở bể hịa trộn: Lưu lượng gió trong một ống nhánh là:
Chiều dài của một ống nhánh là : lon = 1,8 (m), dl = 3 (mm), vl = 25 (m/s) Diện tích của một lỗ khoan là:
1 2 3 4 5 6 Hình 5.3: Bể tiêu thụ phèn khuấy trộn bằng khí nén. 1. Ống dẫn dung dịch phèn từ bể hòa phèn 2. Ống dẫn nước 3. Ống dẫn khí 4. Ống xả cặn
5. Ống phân phối gió 6. Bơm định lượng
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 57 Ngành Cấp Thốt Nước
Tổng diện tích lỗ khoan trên một ống nhánh là: Số lỗ trên một ống nhánh:
= 90,65 (lỗ)
chọn 90 lỗ
Khoan 2 hàng lỗ nên số lỗ của mỗi hàng là 45 lỗ, hướng xuống dưới và hợp với phương thẳng đứng 1 góc 450
Khoảng cách giữa tâm các lỗ của 1 hàng là: = 1800/45 = 40(mm)
5.2.1.3.Bể tiêu thụ phèn
Bể tiêu thụ phèn có nhiệm vụ pha lỗng dung dịch phèn đưa từ bể hịa trộn sang đến nồng độ cho phép. Theo TCXDVN 33 – 2006, nồng độ phèn trong bể tiêu thụ lấy bằng 4 ÷ 10% tính theo sản phẩm khơng ngậm nước. Để hòa trộn dung dịch phèn trong bể tiêu thụ cũng dùng khơng khí nén. Cường độ sục khí trong bể lấy 3 ÷ 5 (l/s.m2). a. Sơ đồ cấu tạo bể tiêu thụ
b.Dung tích bể tiêu thụ
Theo mục 6.19 – TCXDVN 33 – 2006, ta có cơng thức tính bể: (m3)
Trong đó:
Wh : Dung tích của bể hòa phèn, Wh = 9,1 (m3)
Thay các giá trị vào cơng thức, ta có W2 như sau: = = 13,65 (m3)
Theo mục 6.22 TCVN 33-2006 số bể tiêu thụ không được nhỏ hơn 2, ta chọn 2 bể tiêu thụ => dung tích mỗi bể là : = 6,8 (m3)
Bể hình vng có kích thước là: a × a × h = 1,8× 1,8 × 2 (m). Trong đó có chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 (m).
Khi đó, ta có 2 bể tiêu thụ bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, mặt trong của bể tiêu thụ được bảo vệ bằng lớp vật liệu chịu axit để chống tác dụng ăn mòn của phèn. Đáy bể tiêu thụ có độ dốc i = 5% về phía ống xả. Ống dẫn dung dịch đã điều chế phải đặt cách đáy 200 (mm). Ống xả có đường kính D = 200 (mm). Dung dịch phèn bão hòa được dẫn bằng ống tự chảy sang bể tiêu thụ sau đó dùng bơm định lượng đưa dung dịch phèn 5% từ bể tiêu thụ vào bể trộn.
c.Tính tốn đường ống kĩ thuật - Ống cấp khí chính
Lưu lượng gió cần phải thổi thường xun vào bể là: (m3/phút)
Trong đó:
W2: Cường độ sục khí trong bể (l/s.m2) , (Theo mục 6.22 TCXDVN 33:2006) lấy W2 = 4 (l/s)
F2: Diện tích bề mặt bể (m2), F2 = 2 × 2 = 4 (m2) Vậy: = 0,06 = 0,96 (m3/phút)
Đường kính ống gió chính: (m)
Là lưu lượng gió thường xuyên thổi vào bể, = 0,016 (m3/s)
v2 : Vận tốc của khí nén trong ống cấp khí chính (theo Điều 6.22-TCXDVN 33-2006) thì v1 = v2 = 10÷15 (m/s), chọn v2= 12 (m/s).
= = 0,04 (m)
Chọn đường kính ống cấp gió chính đến bể tiêu thụ là: =40 (mm) Kiểm tra lại vận tốc trong ống:
= 12,73 (m/s)
Vận tốc nằm trong giới hạn cho phép theo TCXDVN 33 – 2006 - Ống cấp khí nhánh:
Ta chọn 2 đường ống nhánh phân phối gió trong bể tiêu thụ Lưu lượng 1 nhánh là:
=0,008 (m2/s)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 59 Ngành Cấp Thốt Nước
=0,029 (m)
Trong đó: vận tốc khơng khí trong ống nhánh. Chọn 12 (mm) Vậy đường kính ống nhánh chọn bằng: (mm)
Chiều dài của một ống nhánh là: lon = 2 (m), dl = 3 (mm), vl = 25 (m/s) (Theo mục 6.22 - TCXDVN 33 – 2006)
Diện tích của một lỗ khoan là: = (m2)
Tổng diện tích lỗ khoan trên 1 nhánh là: Số lỗ trên một ống nhánh:
= 45,33 (lỗ) Chọn 46 lỗ
Khoan 2 hàng lỗ nên số lỗ của mỗi hàng là 23 lỗ, hướng xuống dưới và hợp với phương thằng đứng 1 góc 450
Khoảng cách giữa các tâm lỗ của 1 hàng là: = 2000/23= 86,95(mm)
Tổng lượng gió đưa vào bể hịa trộn phèn và bể tiêu thụ được cung cấp bởi một quạt gió. Tổng lưu lượng quạt gió cung cấp là:
=0,048 (m3/s)
Đường ống chính dẫn gió đến cụm bể là: =0,064 (m)
Trong đó: v là vận tốc khí trong ống chung, v = 15 (m/s) Chọn đường kính ống dẫn gió chung là: DOC = 70 (mm)
Vận tốc trong ống dẫn gió là: =12,47 (m/s)
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 hòa phèn đến bể tiêu thụ phèn. 5.2.1.5. Tính tốn kho dự trữ phèn Diện tích sàn kho: (m2) Trong đó: Q: Cơng 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 vơi 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 tôi vôi được xây bằng bê tơng cốt thép có các ống đưa nước vào, xả nước vơi 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 vơi khơng 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 vòng 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 vôi 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 Thoát Nước
Pk: Độ tinh khiết của vôi 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 thơ 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 hịa trộn đều sẽ được thu dung dịch ở trên mặt bể để đưa sang bể phản ứng.
Thơng 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 :