5. Nội dung luận văn
4.10Lọc than hoạt tính
4.10.1 Nhiệm vụ
Nước sau khi qua hệ thống lọc áp lực sẽ được dẫn qua bồn lọc than hoạt tính, than hoạt tính là một chất hấp phụ cĩ khả năng hấp phụ các chất hữu cơ, các chất sinh màu, mùi vị trong nước.
4.10.2 Cấu tạo của bồn lọc
Vật liệu chế tạo: thép khơng gỉ Vật liệu lọc: than NORIT GAC 830
Trang 88
Bảng 4.18 Thơng số than NORIT GAC 830
Thơng số Đơn vị Giá trị
Số iodine mg/g 920 min Cỡ hạt - > 2,36 mm - < 0,6 mm % % 8 max 4 max
Khối lượng riêng g/ml 0,51
Tỷ trọng sau rửa ngược g/ml 0,446
Đường kính hiệu quả mm 0,86
Hệ số đồng dạng (UC) 2
Hệ số % mài mịn % 75
Độ ẩm % 2
(nguồn catalogue)
4.10.3 Tính tốn bồn lọc than hoạt tính
Vận tốc vào vf = 5 ÷ 15 m/h (theo Meftcaf &Eddy, Wasterwater Engineering Treatment and Reuse), chọn vf = 15 m/h.
Chọn 3 cột lọc, lưu lượng vào mỗi cột là Q = 1000 m3/ngày.đêm = 41,67 m3 /h Thời gian tiếp xúc: EBCT = 5 ÷ 30 phút (theo Meftcaf &Eddy, Wasterwater Engineering Treatment and Reuse) → Chọn EBCT = 6 phút = 0,1 h.
Thể tích GAC trong cột: Diện tích bề mặt cột lọc: Đường kính cột lọc: Chọn D = 2 m.
Trang 89 Tính lại các thơng số: Diện tích bề mặt cột lọc: Vận tốc nước vào cột lọc:
v = 13,3 m/h thỏa điều kiện. Chiều cao lớp than:
Chọn hGAC = 1,3 m
Chiều cao cột lọc: H = hđ + hGAC + hn Trong đĩ:
- H: chiều cao tổng cộng bể lọc, m.
- hđ : chiều cao lớp sỏi đỡ, hđ = 0,15m (bảng 6.12, nguồn [1]). - hGAC : chiều cao lớp than, hGAC = 0,92 m.
- hn: khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến phễu thu nước rửa lọc, m. Theo điều 6.119 nguồn [1] ta cĩ:
Trong đĩ: e là độ giãn nở của than khi rửa ngược.
Giả sử chọn lưu lượng rửa ngược tối đa là 15 gpm/ft2 = 10,2 L/s.m2 = 36,72 m/h. Tra đồ thị hình 4.2 ta được độ giãn nở e = 30%.
Trang 90
Hình 4.2 Độ giãn nở của vật liệu lọc ứng với vận tốc rửa ngƣợc
Vậy chiều cao tổng cộng của cột lọc là:
H = hđ + hGAC + hn = 0,15 + 1,3 + 0,69 = 2,14m Chọn chiều cao thiết kế H = 2,2m
Thời gian hoạt động của than
Trong đĩ:
- t: thời gian hoạt động của than, h.
- mGAC : khối lượng than trong cột lọc, kg. - Q: lưu lượng nước vào, Q = 41,67 m3
/h - CUR: lượng than hoạt tính cần để xử lý 1 m3
nước, kg/m3 nước đã xử lý Khối lượng than trong cột lọc:
Trong đĩ
- Vb: Thể tích lớp than, Vb = 4,167 m3
- : Khối lượng riêng của GAC, = 510 kg/m3 Lượng than cần để xử lý 1m3
Trang 91 Trong đĩ:
Vsp: lượng nước mà 1 kg than xử lý được, Vsp = 50 ÷ 200 m3/kg (theo Meftcaf &Eddy, Wasterwater Engineering Treatment and Reuse) → Vsp = 150 m3/kg
Vậy Cƣờng độ rửa ngƣợc:
Chọn cường độ rửa ngược vrửa ngược =8 l/s.m = 28,8 m/h. Lưu lượng nước rửa lọc:
Tính tốn hệ thống phân phối nƣớc và thu nƣớc
Nước được dẫn vào bồn bằng ống dẫn nước rồi được phân phối đều trên bề mặt bồn lọc bằng phễu. Nước sau khi lọc được thu bằng hệ thống sàn chụp lọc rồi được dẫn ra khỏi bồn lọc bằng ống dẫn nước.
Nước rửa lọc được dẫn vào bồn lọc bằng ống dẫn nước rồi được phân phối đều qua hệ thống sàn chụp lọc sau đĩ tràn vào phễu thu nước và được dẫn ra ngịai bằng ống dẫn.
Ống dẫn nƣớc
Đường kính ống dẫn nước vào bồn lọc:
Trong đĩ:
- Q : lưu lượng nước vào bồn lọc. Q = 41,67 m3 /h.
Trang 92
Chọn ống dẫn nước vào bồn lọc là ống uPVC cĩ D = 125 mm Kiểm tra lại vận tốc
Ống dẫn nƣớc sau khi lọc
Chọn vận tốc nữa chảy trong ống: v = 1 m/s. (theo quy phạm 1 ÷ 1,5 m/s) Tương tự ta chọn ống dẫn nước khi lọc là ống uPVC cĩ D = 125 mm
Ống dẫn nƣớc rửa lọc
Đường kính ống:
Trong đĩ:
- Q : lưu lượng nước rửa lọc. Q = 90,4 m3 /h.
- v : vận tốc nước chảy trong ống (quy phạm 1,5 ÷ 2 m/s). Chọn v = 2 m/s.
Ta chọn đường kính ống dẫn nước rửa lọc là ống uPVC cĩ D = 125 mm. Kiểm tra lại vận tốc
Hệ thống phân phối nƣớc
Sử dụng phễu phân phối nước và thu nước rửa lọc. Vật liệu: thép khơng gỉ.
Hình dạng: hình nĩn cụt.
Đầu nĩn gắn manchon nhật cĩ ren để gắn ống dẫn nước vào. Chọn phễu cĩ kích thước:
Trang 93 Đường kính đáy lớn: 270 mm.
Chiều cao phễu: 200mm.
Hệ thống sàn chụp lọc
Thu nước lọc bằng chụp lọc.
Số chụp lọc trong bồn: Theo 6.112 TCXDVN 33:2006, số chụp lọc lấy khơng dưới 35 ÷ 50 cái cho 1m2 diện tích cơng tác của bể lọc. Chọn số chụp lọc trên 1m2 bể là 40 cái. Khoảng cách giữa các chụp lọc nằm trong khoảng từ 140 ÷ 180 mm.
Số chụp lọc trong bồn: Trong đĩ: - F : diện tích bề mặt bồn lọc. F = 3,14 m2 . Ta chọn N = 126 cái. Sàn gắn chụp lọc: Vật liệu: thép khơng gỉ dạng tấm. Đường kính: 2 m. Trên sàn cĩ đục 126 lỗ để gắn chụp lọc Lưu lượng nước rửa lọc qua mỗi chụp lọc:
Trong đĩ:
- Qr : lưu lượng nước rửa lọc Qr = 90,4 m3/h.
- N : số chụp lọc
Hệ thống rửa ngƣợc
Lưu lượng nước rửa ngược: Qr = 90,4 m3/h = 0,025 m3/s.
Cường độ rửa bề mặt: Qs = 0,061 x F = 0,061 x 3,14 = 0,19 m3/phút = 11,5 m3/h
Lƣợng nƣớc dùng cho rửa lọc:
Trang 94 Ban đầu, rửa bề mặt với lưu lượng Qs = 0,19 m3/phút trong thời gian 2 phút, thể tích nước rửa bề mặt: Vs = 0,19 x 2 = 0,38 m3.
Quá trình rửa ngược bắt đầu ở phút thứ 3 và kéo dài đến hết phút thứ 6, thể tích nước rửa: Vr = 1,5 x 4 = 6 m3.
Vậy lượng nước cho 1 lần rửa 1 bồn lọc là: V = Vs + Vr = 0,216 + 3,36 = 3,576 m3
Tính cơ khí
Bồn lọc làm việc ở áp suất trong Plv = 50 mH2O.
Chọn vật liệu làm bồn lọc là thép CT3. Các thơng số của thép:
- Ứng suất cho phép: = 146 N/mm2.
- Tốc độ gỉ: 0,1 mm/năm.
- Hệ số hiệu chỉnh: = 1.
- Hệ số bền mối hàn: h = 0,95.
Xác định chiều dày thân bồn lọc Áp suất tính tốn trong bồn lọc:
Trong đĩ:
- Plv : áp suất làm việc (N/mm2). Plv = 50 mH2O = 0,5 N/mm2.
- Pl : áp suất thủy tĩnh (N/mm2).
- h: chiều cao của bồn lọc. h = 2,2 m.
- : khối lượng riêng của nước. = 103kg/m3.
Xét : h P Trong đĩ:
- : ứng suất cho phép của thép CT3 (N/mm2
). = 146 N/mm2.
- P: áp suất tính tốn (N/mm2
). P = 0,52 N/mm2.
Trang 95
Do đĩ chiều dày thân thiết bị đƣợc xác định theo cơng thức sau:
Trong đĩ:
- Dt : đường kính trong của bồn lọc (mm). Dt = 2000 mm.
- : ứng suất cho phép của thép CT3 (N/mm2
). = 146 N/mm2.
- h : hệ số bền mối hàn. h = 0,95.
Chiều dày thực thân thiết bị:
Trong đĩ:
- C : hệ số bổ sung bề dày thiết bị. .
- Ca : hệ số chịu sự ăn mịn của mơi trường. Ca = 1 mm.
- Cb : hệ số kể đến bào mịn cơ học. Cb = 0.
- Cc : hệ số sai số do cấu tạo lắp đặt. Cc = 0.
- Co : hệ số làm trịn số. Co = 2,5 mm.
Chọn S1 = 8 mm.
Kiểm tra điều kiện bền:
Kiểm tra điều kiện áp suất:
Trong đĩ:
- : ứng suất cho phép của thép CT3 (N/mm2
). = 146 N/mm2.
Trang 96
- S1: chiều dày thực thân thiết bị. S1 = 8 mm.
- Ca : hệ số chịu sự ăn mịn của mơi trường. Ca = 1 mm.
- Dt : đường kính trong của bồn lọc (mm). Dt = 1500 mm.
Vậy thân bồn lọc cĩ bề dày S1 = 8 mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
Xác định chiều dày đáy và nắp thân bồn lọc
Chọn đáy và nắp cho bồn lọc là đáy và nắp elip tiêu chuẩn được hàn liền với thân, cĩ Rt = Dt = 2000 mm. Tính tốn áp suất: Xét : h P Trong đĩ:
- : ứng suất cho phép của thép CT3 (N/mm2
). = 146 N/mm2. - P: áp suất tính tốn (N/mm2 ). P = 0,52 N/mm2. - h: hệ số bền mối hàn. h = 0,95.
Do đĩ chiều dày tính tốn đáy và nắp thiết bị bồn lọc đƣợc tính theo cơng thức nhƣ sau:
Trong đĩ:
- Dt : đường kính trong của thiết bị (mm). Dt = 2 m.
- P: áp suất làm việc của bồn lọc. P = 0,52 N/mm2
- : ứng suất cho phép của thép CT3 (N/mm2
). = 146 N/mm2.
- h : hệ số bền mối hàn. h = 0,95.
- : tra bảng XIII.10 Sổ tay Quá Trình và Thiết Bị Cơng Nghệ Hĩa Chất tập 2, trang 382. ht = 500 mm = 0,5 m.
Trang 97
- k: hệ số khơng thứ nguyên. Do đáy và nắp cĩ lỗ nhưng được tăng cứng nên k = 1.
Chiều dày đáy và nắp thiết bị
Trong đĩ:
- C : hệ số bổ sung bề dày thiết bị. .
- Ca : hệ số chịu sự ăn mịn của mơi trường. Ca = 1 mm.
- Cb : hệ số kể đến bào mịn cơ học. Cb = 0.
- Cc : hệ số sai số do cấu tạo lắp đặt. Cc = 0.
- Co : hệ số làm trịn số. Co = 2,5 mm.
Chọn S2 = 8 mm. Kiểm tra điều kiện bền:
Kiểm tra điều kiện áp suất:
Trong đĩ:
- : ứng suất cho phép của thép CT3 (N/mm2
). = 146 N/mm2.
- h : hệ số bền mối hàn. h = 0,95.
- S2: chiều dày thực thân thiết bị. S2 = 10 mm.
- Ca : hệ số chịu sự ăn mịn của mơi trường. Ca = 1 mm.
- Dt : đường kính trong của bồn lọc (mm). Dt = 2000 mm.
Trang 98 Vậy đáy và nắp bồn lọc cĩ bề dày S2 = 8 mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
Tính chân đỡ
Để chọn chân đỡ thích hợp, trước tiên ta phải tính tải trọng của tồn bồn lọc. Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3 ( = 7,85 x 103 kg/m3).
Khối lƣợng thân:
Trong đĩ:
- Dn: đường kính ngồi của bồn lọc. Dn = 2000 + (10 x 2) = 2020 mm. - Dt: đường kính trong của bồn lọc. Dt = 2 m.
- H: chiều cao của bồn lọc. H = 2,2 m. - : khối lượng riêng của thép CT3.
Khối lƣợng đáy và nắp:
Tra bảng XIII.11 trang 373 Sổ tay quá trình và thiết bị (Tập 2). - Mđ = 364 kg.
- Mn = 364 kg.
Khối lƣợng lớp nƣớc trong bồn lọc:
Trong đĩ:
- Dt: đường kính trong của bồn lọc. Dt = 2 m. - n: khối lượng riêng của nước. n = 103 kg/m3. - hn: chiều cao lớp nước trong bồn lọc. hn = 1,95 m.
Khối lƣợng lớp than :
Trang 99 Trong đĩ:
- Dt: đường kính trong của bồn lọc. Dt = 2 m.
- c: khối lượng riêng của than. than = 510 kg/m3.
- hc : chiều cao lớp cát. hc = 1,3 m.
Khối lƣợng lớp sỏi đỡ:
Trong đĩ:
- Dt: đường kính trong của bồn lọc. Dt = 2 m.
- s: khối lượng riêng của sỏi. sỏi = 2650kg/m3.
- hs: chiều cao lớp sỏi. hsỏi = 0,15 m.
Tổng khối lƣợng của bồn lọc: sỏi than cát nước n đ T M M M M M M M M Trong đĩ:
- MT: khối lượng thân bồn lọc. MT = 1090 kg.
- Mđ: khối lượng đáy bồn lọc. Mđ = 364 kg.
- Mn : khối lượng nắp bồn lọc. Mn = 364 kg.
- Mnước: khối lượng lớp nước trong bồn lọc. Mnước = 6123 kg.
- Mcát: khối lượng lớp cát lọc. Mcát = 2082 kg.
- Msỏi : khối lượng lớp sỏi đỡ. Msỏi = 1248,15 kg.
Trọng lƣợng của tồn bồn lọc:
Trong đĩ:
- M: tổng khối lượng của bồn lọc. M = 11272 kg.
- g: gia tốc trọng trường. g = 9,81m/s2 .
Trang 100
Xác định chân đỡ
Chọn bồn lọc cĩ 3 chân đỡ.
Như vậy tải trọng lên 1 chân đỡ sẽ là:
Theo bảng XIII.35 trang 437 Sổ tay quá trình thiết bị và hĩa chất (Tập 2) ta chọn chân đỡ ứng với tải trọng 6 x 104
N.
Bảng 4.19 Các thơng số về chân đỡ
L B B1 B2 H h S I d
300 2400 260 370 450 226 18 110 34
(Nguồn: Sổ tay thiết bị và cơng nghệ)
Bảng 4.20 Các thơng số thiết kế bồn lọc
Đƣờng kính bồn lọc than 2 m
Chiều cao thân bồn lọc 2,2 m
Chiều cao đáy và nắp 500 mm
Ống dẫn nƣớc vào bồn lọc và sau lọc 125 mm
Ống dẫn nƣớc rửa lọc và sau rửa 125 mm
Số chụp lọc 126
4.11 Bể chứa nƣớc sạch
Bể chứa nước sạch dùng để điều hịa giữa lượng nước đưa vào mạng và chế độ làm việc của trạm xử lý. Bể chứa thực hiện quá trình tiếp xúc giữa nước với dung dịch Clo để loại bỏ vi trùng trước khi nước được cấp vào mạng lưới tiêu thụ. Ngồi ra, bể chứa cịn để dự trữ.
Thể tích của bể chứa nước sạch:
Trong đĩ:
- Q: lưu lượng nước vào bể. Q = 3000 m3/ngày.đêm = 125 m3 /h.
Trang 101
Chọn chiều cao của bể là 3,7 m. Diện tích của bể là :
Chọn kích thước bể : L x B = 13,2m x 9m. Với chiều cao bảo vệ : Hbv = 0,3 m.
Ta thiết kế bể với kích thước sau : L x B x H = 13,2m x 9m x 4m.
Bảng 4.21 Các thơng số xây dựng bể chứa
Kích thƣớc bể chứa 13,2m x 9m x 4m. Đƣờng kính ống dẫn nƣớc vào 225 mm Đƣờng kính ống dẫn nƣớc vào mạng lƣới cấp nƣớc 225 mm 4.12 Tính tốn khử trùng
Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng của quá trình xử lý nước cấp dùng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt. Mục đích của việc khử trùng là tiêu diệt hồn tồn vi trùng gây bệnh trong nguồn nước. Cĩ nhiều biện pháp khử trùng nước như khử bằng chất oxy hĩa mạnh, khử bằng tia vật lý, khử bằng siêu âm, khử bằng nhiệt, khử bằng các ion kim loại nặng…
Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng, cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hĩa mạnh để oxi hĩa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng.
Clo là một chất oxi hố mạnh, ở bất cứ dạng nào, đơn giản hay hợp chất, khi tác dụng với nước đều tạo thành phân tử HOCl cĩ tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình khử trùng xảy ra hai giai đoạn, đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi