5. Nội dung luận văn
4.4.1 Bể hịa trộn vơi (Theo điều 6.19 TCXDVN 33:2006):
Trang 57 Trong đĩ:
- Q: lưu lượng nước cần xử lý = 125 (m3/h).
- n: thời gian giữa hai lần hịa tan vơi (lấy 12h với trạm cơng suất 1200 ÷ 10000 m3/ngày)
- p: lượng vơi cho vào nước (g/m3
), p = DK + 3 = 18,73 + 3 = 21,73 (g/m3).
- bh: nồng độ vơi sữa trong bể (lấy 5%).
- : khối lượng riêng của dung dịch (lấy 1 T/m3 ).
Thiết kế 1 bể hình trụ, đường kính bể bằng chiều cao cơng tác của bể:
Chọn D = H = 1 m. Tổng chiều cao bể: Hb = 1 + 0.5 = 1,5 m (chiều cao dự trữ 0,5m).
Thể tích xây dựng của bể
Bảng 4.4 Các thơng số thiết kế của bể hịa trộn vơi
Thơng số Số lƣợng Đơn vị Vật liệu
Bể hịa trộn vơi 1 bể Bê tơng cốt thép
Đường kính bể D 1 m - Chiều cao bể HXD 1,5 m - 4.4.2 Bể tiêu thụ vơi Dung tích bể tiêu thụ (6.19 – TCXDVN 33 : 2006): Trong đĩ:
Trang 58 - : dung tích bể tiêu thụ (m3
).
- b1: nồng độ dung dịch hĩa chất bể trộn (lấy 10%).
- b2 : nồng độ dung dịch hĩa chất trong bể tiêu thụ (lấy 5%).
Thiết kế 1 bể tiêu thụ vơi.
Bể được thiết kế hình trịn, đường kính bể bằng chiều cao cơng tác của bể
Chọn D = H = 1,2 m.
Tổng chiều cao bể: Hb = 1,2 + 0,5 = 1,7 m (chiều cao dự trữ 0,5m). Thể tích xây dựng của bể tiêu thụ
Bảng 4.5 Các thơng số thiết kế của bể tiêu thụ vơi
Thơng số Số lƣợng Đơn vị Vật liệu
Bể tiêu thụ phèn 1 bể Bê tơng cốt thép
Đường kính bể D 1,2 m -
Chiều cao bể HXD 1,7 m -
Để hịa trộn vơi ta dùng máy khuấy trộn cánh quạt phẳng cĩ:
+ Số cánh quạt là: 2 cánh
+ Chiều dài cánh quạt lấy = 0,6 đường kính bể Lcánh khuấy = 0,6 × 1 = 0,6 (m)
+ Chiều rộng mỗi cánh quạt: Bcánh khuấy = 100 mm
Trang 59
Cơng suất động cơ của máy khuấy
Trong đĩ:
- : Trọng lượng thể tích của dung dịch được khuấy trộn, = 1030 kg/m3.
- h : Chiều cao cánh quạt, h = 0.1(m)
- n : Số vịng quay của cánh quạt trong một giây, n = 2,5 (vịng/giây) - d : Đường kính vịng trịn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay, d = 0,6 (m) - z : Số cánh quạt trên trục cánh khuấy, z = 1
- : Hệ số hữu ích của động cơ truyền động, chọn = 80%
Chọn 2 máy khuấy trộn (1 hoạt động ở bể hịa trộn, 1 hoạt động ở bể tiêu thụ)
Dùng bơm định lƣợng để đƣa dung dịch vào bể trộn
Lưu lượng dung dịch vơi cần thiết để đưa vào nước trong một giờ:
Trong đĩ:
- Q: cơng suất nhà máy = 125 (m3 /h)
- a: Liều lượng vơi cần thiết, a = 18,73 mg/l. - p: Nồng độ vơi ở bể tiêu thụ (%), lấy bằng 5% Cơng suất bơm:
Trong đĩ:
- qb : lưu lượng bơm.
- : khối lượng riêng của dung dịch, = 997 kg/m3 - g : gia tốc trọng trường, g = 9.71 m/s2.
Trang 60 - : hiệu suất chung của bơm = 0.126 – 0.93. Chọn = 0.8.
Chọn 2 bơm định lượng phèn (1 hoạt động, 1 dự phịng)
4.5 Bể trộn cơ khí
4.5.1 Nhiệm vụ
Hịa trộn đều phèn nhơm 5% với nước. Quá trình xáo trộn được tiến hành rất nhanh trong khoảng thời gian ngắn, gây ra do cánh khuấy quay với tốc độ cao nhằm đảm bảo điều kiện phèn phân tán nhanh, đều vào tồn bộ khối lượng nước.
4.5.2 Tính tốn
Lưu lượng vào bể: Q = 1000 m3
/ngày = 41,67 m3/h = 0,0116 m3/s Thể tích bể trộn
Trong đĩ:
- Q : lưu lượng nước vào bể.
- T : thời gian lưu nước trong bể. T = 5 phút Chọn 1 bể cĩ tiết diện hình vuơng. Kích thước bể là:
Ống dẫn nước vào ở đỉnh bể, dung dịch phèn cho vào ngay ở cửa ống dẫn vào bể, nước được hịa trộn với phèn rồi được dẫn sang bể phản ứng.
Dùng máy khuấy tua bin 4 cánh nghiêng 450 hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống.
Điều kiện cánh khuấy: D 1/2 B = 1/2 × 1,5 = 0,75 m. D: là đường kính cánh khuấy. Chọn D = 0,75 m = 750 mm
Trong bể đặt 4 tấm chắn trên 4 cạnh của bể để gia tăng chuyển động xốy của nước Các thơng số của tấm chắn
Chiều rộng tấm chắn là : Wb = 0,1D = 0,1 × 0,75 = 0,075 m = 75 mm. Chiều cao tấm chắn: 2000 mm.
Trang 61 Kích thước bản cánh: L x B = 375 mm x 150 mm
Năng lượng cần truyền vào nước
Trong đĩ: - G : cường độ khuấy trộn, chọn G = 800 s-1 (Theo 6.58 [1]). - V : thể tích bể. - µ : độ nhớt động lực nước, µ = 0,001 (N.s/m2)
Hiệu suất động cơ : n = 0,8.
Cơng suất của động cơ : 2,3/0,8 = 2,88 Kw. Xác định số vịng quay của máy khuấy:
Trong đĩ:
- P: năng lượng cần truyền, W.
- D: đường kính cánh khuấy, D = 700 mm
- : khối lượng riêng của nước.
- K: hệ số sức cản của nước, K = 1,08 (trang 115 [2]).
Chọn Motor khuấy trộn
Đường kính ống dẫn nước nguồn vào bể
Với v = 1,2: vận tốc nước chảy trong ống (Theo 6.56 TCXDVN 33:2006, v = 1 ÷ 1,5 m/s).
Chọn ống dẫn nước vào là ống uPVC cĩ D = 110 mm
Chiều cao xây dựng của bể tính cả chiều cao bảo vệ (chọn chiều cao bảo vệ là 0,5 m theo quy pham từ 0,3 ÷ 0,5 m).
Trang 62 H = h + 0,5 = 2 + 0,5 = 2,5 m.
Đường kính ống dẫn nước từ bể trộn sang bể phản ứng
Với v là tốc độ chuyển động nước lúc ra khỏi bể, v = 0,8 ÷ 1 (m/s) (Theo 6.59 TCXDVN 33:2006).
Chọn ống dẫn nước ra là ống uPVC cĩ D = 140 mm.
Bảng 4.6 Các thơng số thiết kế bể trộn cơ khí
Chiều cao bể trộn 2,5 m Chiều dài bể trộn 1,5 m Chiều rộng bể trộn 1,5 m Đường kính ống dẫn vào bể 110 mm Đường kính ống ra khỏi bể 140 mm 4.6 Bể phản ứng cơ khí 4.6.1 Nhiệm vụ
Trong quá trình xử lý nước bằng các chất keo tụ, sau khi phèn đã được trộn đều với nước và kết thúc giai đoạn thủy phân sẽ bắt đầu giai đoạn hình thành bơng cặn. Cần xây dựng các bể phản ứng với mục đích đáp ứng các yêu cầu kết dính để tạo ra bơng cặn.
Nguyên lý làm việc của bể là quá trình tạo bơng kết tủa diễn ra nhờ sự xáo trộn của dịng nước trong bể bằng biện pháp cơ khí. Bộ phận chính của bể là các cánh khuấy, cánh khuấy thường cĩ dạng bản phẳng, đặt đối xứng qua trục quay. Kích thước bản cánh được tính với tỉ lệ tổng diện tích bản cánh với mặt cắt ngang bể là 15 ÷ 20%. Các cánh khuấy được lắp vào trục quay tạo thành guồng khuấy. Mỗi ngăn đặt một guồng khuấy. Lấy tốc độ lớn cho ngăn đầu và giảm dần ở những ngăn sau. Nhờ sự điều chỉnh tốc độ khuấy trộn này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các bơng cặn tạo thành ngày càng lớn.
4.6.2 Tính tốn
Lưu lượng vào mỗi bể: Q = 1000 m3
/ngày = 41,67 m3/h = 0,0116 m3/s.
Trang 63 Dung tích của bể được tính theo cơng thức sau:
Trong đĩ: - Q: Lưu lượng cần xử lý. Q = 1000 m3 /ngày = 41,67 m3/h = 0,0116 m3/s - t: Thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30 phút (qui phạm 10 - 30 phút)
(Theo trang 129 [2]) Tiết diên ngang của một bể:
f = h b = 2 x 1,5 = 3 m2 Chiều dài bể
Theo chiều dài bể, chia bể làm 3 buồng bằng các vách ngăn hướng dịng theo phương thẳng đứng. Chiều dài mỗi buồng:
Chọn chiều dài mỗi buồng là: l = 3 m.
Kích thước mỗi buồng là: L x B x H = 3m x 1,5m x 2 m
Với Hbv = 0,5 m. Kích thước thiết kế là: L x B x H = 3m x 1,5m x 2,5 m
Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay và bốn bản cánh khuấy đặt đối xứng qua trục, tồn bộ đặt theo phương ngang.
Tổng diện tích bản cánh lấy bằng 15% diện tích mặt cắt ngang bể (qui phạm: 15 ÷ 20%).
Diện tích một bản cánh là: fc/4 = 0,45/4 = 0,1125 m2
Chọn chiều dài cánh là: lc = 1,2 m; chiều rộng cánh là: bc = 0,12 m. D là đường kính guồng khuấy
D = B – 0,3 = 1,5 – 0,3 = 1,2 m (quy pham quy định D < B 0,3 – 0,4m) Các bản cánh đặt ở khoảng cách tính từ mép ngồi đến tâm trục quay là:
Trang 64 Chọn tốc độ quay của buồng khuấy sử dụng bộ truyền động trục vít với 1 động cơ điện kéo chung cho 2 buồng khuấy. Lấy tốc độ khuấy lớn cho buồng đầu, giảm dần ở buồng sau:
Buồng đầu: 10 vịng/phút Buồng thứ hai: 7 vịng/phút Buồng cuối cùng: 5 vịng/phút
Tốc độ chuyển động của bản cánh khuấy so với mặt nước bằng 75% vận tốc của bản thân đầu bản cánh. (trang 113 [2]).
Nhu cầu năng lượng cho xáo trộn:
Trong đĩ
- CD: Hệ số trở lực của nước, phụ thuộc vào tỉ lệ giữa chiều dài và chiều rộng bản cánh với l/b = 12 CD = 1,5 (trang 131[2])
- A: Diện tích cánh khuấy, A = fc = 0,45 m2
- : khối lượng riêng của dung dịch, = 1000 kg/m3 Với 2 bản cánh, R1 = 0,6 m và R2 = 0,4 m = 0,0457 n3 Vậy: P = 0,0457×n3 Ở buồng thứ nhất, n = 10 vịng/phút P1 = 0,0457 103 = 45,7 W Ở buồng thứ hai, n= 7 vịng/phút P2 = 0,0457 73 = 15,68 W Ở buồng cuối, n = 5 vịng/phút P3 = 0,0457 53 = 5,7 W Giá trị gradient vận tốc
Trang 65
Trong đĩ:
- P : Nhu cầu năng lượng (W)
- Vng: Thể tích của một ngăn tạo bơng, V = 1,5 x 1,5 x 3,1 = 6,975 m3. - µ : Độ nhớt động học của nước, ở 200C, = 1.002 10-3 N.s/m2. Vậy, ở buồng đầu tiên, P1 = 45,7 W, ta cĩ:
(giá trị G này nằm trong khoảng 80 ÷ 100 s-1 của buồng phản ứng đầu tiên, chấp nhận) Ngăn giữa, P2 = 6,9 W Ngăn cuối, P3 = 2,9 W
(giá trị G của buồng cuối nằm trong khoảng 20 ÷ 30 s-1, theo trang 129 [2]). Đường kính ống dẫn nước từ bể phản ứng sang bể lắng:
Với v là tốc độ chuyển động nước trong ống, lấy v = 0,2 m/s (theo trang 132 [2], vận tốc nước từ 0,15 ÷ 0,3 m/s).
Chọn ống dẫn nước từ bể phản ứng sang bể lắng là ống uPVC cĩ D = 225 mm Kiểm tra lại vận tốc:
Trang 66
Bảng 4.7 Các thơng số thiết kế bể phản ứng cơ khí
Số buồng phản ứng trên 1 bể 3 buồng/bể
Tiết diện 1 buồng phản ứng 3m x 1,5m x 2,5m
Đường kính ống dẫn vào bể 140 mm
Đường kính ống ra khỏi bể 225 mm
4.7 Bể lắng ly tâm
4.7.1 Nguyên tắc làm việc
Nước cần xử lý vào ống trung tâm của bể, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngồi và từ dưới lên trên. Ở đây, cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vịng và theo đường ống sang bể lọc.
So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm cĩ một số ưu điểm sau: nhờ cĩ thiết bị gạt bùn, nên đáy cĩ độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng, do đĩ chiều cao cơng tác của bể nhỏ, thích hợp xây dựng ở những khu vực cĩ mực nước ngầm cao. Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường.
4.7.2 Tính tốn
Hàm lượng cặn của nước nguồn: C = 210 mg/l. Lưu lượng vào bể: Q = 1000 m3/ngày.đêm = 41,67 m3
/h
Diện tích bề mặt bể xác định theo cơng thức:
Trong đĩ: - Q: lưu lượng xử lý, Q = 41,67 m3/h. - u0 : tốc độ lắng cặn tính tốn, uo = 0,8 (Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung, uo = 0,4 ÷ 1,5mm)
- f : diện tích vùng xốy của bể lắng, đây là phần diện tích nằm giữa bể do chuyển động xốy của dịng nước, cặn khơng lắng xuống được.
Trang 67 Với:
rx: bán kính vùng xốy, rx = rp + 1
rp: bán kính ngăn phân phối nước hình trụ, chọn rp = 2 m (qui phạm 2 4 m). rx = rp + 1 = 2 + 1 = 3 m. f = rx2 = 3,1432 = 28,25 m2. Bán kính của bể là: Chọn bán kính của bể: R = 4 m
Chọn chiều sâu tại thành bể là h = 2,5 m.
Thể tích phần lắng : V = F x h = 42,68 x 2,5 = 106,7 m3 Thời gian lưu nước của bề lắng:
Chọn độ dốc đáy bể là: i = 6% (qui phạm 5 8 %) Chiều cao của bể lắng sẽ là:
H = h + i.R = 2,5 + 40,06 = 2,7 m
Chọn chiều cao bảo vệ là 0,3m H = 2,7 + 0,3 = 3,0 m. Vậy chọn chiều cao xây dựng bể là : H = 3 m.
Kiểm tra lại tải trọng máng tràn:
Tính ngăn phân phối nƣớc:
Ngăn phân phối nước được thiết kế hình trụ cĩ khoan lỗ trên vách ngăn, mép dưới vách ngăn ngập dưới mực nước trong bể ở độ sâu bằng chiều sâu bể lắng tại thành bể (h = 1,5 m).
Trang 68 Diện tích xung quanh của ngăn phân phối là:
Tổng diên tích các lỗ trên vách ngăn:
Lấy vlỗ = 0,3 m/s Chọn đường kính lỗ dlỗ = 36 mm (qui phạm 36 40mm) flỗ = 0,00102 m2 Số lỗ:
Chọn số lỗ là : n = 40, xếp thành 4 hàng ngang so le nhau, mỗi hàng 10 lỗ Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều đứng là : a = 250 mm
Chu vi ngăn phân phối:
Khoảng cách giữa các tâm lỗ theo chiều ngang:
Lượng cặn lắng thu được sau một ngày đêm:
Trong đĩ :
- Q : Lưu lượng nước đưa vào bể (m3/ngày đêm). Q = 1000 m3/ngày đêm
- : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt lấy theo bảng 6.8 [1]. Chọn
.
- C : Hàm lượng cặn cịn lại trong nước sau khi lắng bằng 10 ÷ 12 mg/l. Chọn c = 12 mg/l
- Cmax : hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng. Cmax tính theo cơng thức 6-11 [1]:
Cmax = Cn + KP + 0.25M + v (mg/l) Trong đĩ:
Trang 69 Cn : Hàm lượng cặn nước nguồn; Cn = 210 mg/l
P : Liều lượng phèn tính theo sản phẩm khơng ngậm nước(g/m3 ). P = 0 (g/m3)
K : Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng. K = 0,55 M : Độ màu của nước nguồn.
v : liều lượng vơi kiềm hố nước. v = 15,23 mg/l. => Cmax = 210 + 0,55 x 0 + 0,25 x 60 + 15,23 = 240,23 mg/l. Vậy:
Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn là :
Lƣợng nƣớc dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lƣợng nƣớc xử lý, xác định nhƣ sau: Trong đĩ: Kp = Hệ số pha lỗng cặn bằng 1,2 ÷ 1,5. Lấy Kp = 1,5
Lượng nước dùng cho xả cặn: V = 1000 x 0,85% = 8,5 m3.
Theo tiêu chuẩn, đường kính ống xả cặn của bể lắng là 100 ÷ 200 mm. Chọn đường kính ống xả cặn là 200 mm. Bùn được đưa ra khỏi đáy bể lắng bằng hệ thống tự chảy. Ống xả cặn cĩ đặt van để điều chỉnh vận tốc và lưu lượng xả cặn. Chọn vận tốc xả là 0,8 m/s (theo quy chuẩn khơng được thấp hơn 0,7 m/s).
Lưu lượng xả cặn:
Trang 70 Thời gian xả cặn:
Máng thu nƣớc
Nước được thu bằng máng vịng quanh thành ngồi bể. Chiều dài máng thu nước:
Chiều rộng máng thu nước bằng 10% bán kính bể: