5. Nội dung luận văn
4.13 Thiết kế bể thu cặn và sân phơi bùn
4.12.1 Bể thu cặn
Thể tích bể thu cặn được tính ứng với lưu lượng xả 1 bể lắng và lượng nước rửa 2 bể lọc. Khi nước từ bể lắng xả tới bể thu cặn thì đồng thời nước cũng được bơm lên hồ cơ đặc.
Thời gian xả hết cặn ở bể lắng, T = 76,8 phút = 4608 s. Lưu lượng rửa 1 bể lọc:
Thể tích bể cần thiết:
Với Qx = 0,025 m3/s là lưu lượng xả cặn của bể lắng. Chiều sâu hồ là: H = 3,5 m
Diện tích của hồ:
Trang 104 Chọn kích thước bể: L x B = 8m x 4,9m
Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,5 m.
Vậy kích thƣớc thiết kế bể: L x B x H = 8m x 4,9m x 4m
Nước từ bể thu cặn sau khi lắng thì được tuần hồn về hồ chứa nước thơ bằng van tự động đặt ở bể thu cặn để tiếp tục xứ lý. Lượng bùn thì được bơm lên sân phơi bùn bằng hệ thống bơm chìm đặt trong bể.
4.12.2 Sân phơi bùn
Lượng cặn khơ mỗi lần xả, được tính theo cơng thức:
Trong đĩ:
- Q: lưu lượng trạm xử lý, Q = 3000 m3/ngày.đêm.
- C1: hàm lượng cặn lớn nhất cho vào bể. C = 240,23 mg/l
- C2: hàm lượng cặn sau khi nước qua bể lắng. C2 = 12 mg/l.
Lượng bùn cần nén trong 1,5 tháng: Gt = 30 x 1,5 x 685 = 30825 kg Lượng cặn từ bể lọc trong 1,5 tháng: Diện tích hồ cần thiết: Với a = 120 kg/m2
là tải trọng nén bùn khơ trong thời gian 1,5 tháng.
Bùn chứa trong hồ 1,5 tháng, sau đĩ rút nước ra và bùn được phơi, nồng độ bùn khơ đạt 25%, tỷ trọng = 1,2 T/m3.
Trang 105
Chiều cao bùn khơ trong bể:
Trong lượng cặn xả ra hằng ngày cĩ nồng độ cặn 0,4%, tỷ trọng 1,011 T/m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả ra hàng ngày:
Thể tích bùn lỗng xả ra trong một ngày:
Chiều cao bùn lỗng trong sân:
Chiều cao phần chứa cặn: hcặn = 0,65 + 0,1 = 0,75 m Tổng chiều cao của hồ:
H = hđ + hcặn = 0,6+ 0,75 = 1,35 m Chọn Hbv = 0,3. Chiều cao xây dựng: H = 1,7 m
Chọn sân phơi bùn hình chữ nhật: chiều dài bằng 2 lần chiều rộng
Chọn B = 12 m, L = 24 m.
Chia ra làm 4 sân phơi bùn, kích thước mỗi sân: L x B = 6 m x 3 m
Tính hệ thống ống phân phối nƣớc vào sân phơi bùn
Lưu lượng xả cặn: Q = 0,025 m/s, nước từ bể thu cặn bơm lên sân phơi bùn với vận tốc vc = 2,1 m/s. Đường kính ống chính dẫn nước từ bể thu cặn đến sân phơi bùn.
Trang 106 Chọn ống dẫn chính là ống uPVC cĩ D = 140 mm
Tính hệ thống ống thu nƣớc bùn
Để thu nước bùn ta dùng hệ thống ống cĩ cấu tạo hình xuơng cá và trên các ống nhánh ta khoan các lỗ để thu nước bùn.
Lưu lượng nước trong ngăn, q = 0,025 m/s,vận tốc chảy trong ống chính cho phép vc = 1÷ 2 m/s, chọn vc = 1,5 m/s
Đường kính ống chính chính bằng đường kính ống dẫn vào D = 140 mm. Số ống nhánh của một sân phơi bùn:
Trong đĩ,
- L: Chiều dài của một sân phơi bùn, L = 6 m
- l: Khoảng cách giữa các ơng nhánh, l = (0,25 ÷ 0,35) m. Chọn l = 0,35m. Chiều dài một ống nhánh:
Chon ln = 1,4 m.
Lưu lượng nước bùn qua mỗi ống nhánh:
Vận tốc chảy trong ơng nhánh cho phép: vn = (1,8 ÷ 2,2) m/s, chọn vn = 1,8 m/s. Đường kính ống nhánh:
Chọn ống nhánh bằng nhựa uPVC, cĩ đường kính dn = 24 mm,
Để cĩ thể thu nước trên khắp diện tích của mỗi ngăn thu bùn, trên các ống nhánh ta khoan các lỗ cĩ đường kính dl = 5mm (quy phạm 5 ÷ 10 mm). Tổng diện tích các lỗ
Trang 107 này lấy bằng (30 ÷ 35 %) diện tích tiết diện ngang của ống chính. Chọn 35 %, tổng diện tích lỗ: Số lỗ cần thiết: Số lỗ trên mỗi nhánh:
Trên mỗi ống nhánh ta khoan 8 lỗ, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau hướng lên trên và nghiêng một gĩc 45o so với phương nằm ngang. Khoảng cách giữa các lỗ:
4.14 Hồ chứa nƣớc thơ 4.14.1 Nhiệm vụ
Hồ chứa nước thơ tiếp nhận nguồn nước từ cơng trình thu bơm về. Sau đĩ nước từ hồ được bơm lên bể trộn. Mục đích xây dựng hồ chứa nước thơ nhằm thuận lợi cho việc cung cấp nước cho cơng trình xử lý. Vì cơng trình thu được đặt khá xa nơi xử lý.
4.14.2 Tính tốn
Lưu lượng tính tốn: Q = 3000 m3/ngày.đêm = 125 m3 /h. Chọn thời gian lưu nước của hồ là: T = 11 h.
Thể tích hồ chứa: V = Q x T = 125 x 11 = 1375 m3.
Hồ chứa nước thơ được thiết kế là hình chĩp cụt (cĩ 2 đáy là hình chữ nhật). Chọn chiều cao của hồ là: h = 3 m.
Thể tích hình chĩp cụt:
Trong đĩ:
Trang 108 - S1: diện tích đáy hình chĩp.
- S2: diện tích mặt thống.
Ta chọn: Đáy S1 cĩ L x B = 32m x 11m
Mặt thống S2 cĩ L x B = 40m x 15m. Kiểm tra lại thể tích:
Chọn vận tốc dẫn nước ra khỏi hồ là: v = 1,2 m/s. Đường kính ống dẫn nước ra:
Vậy chọn đường kính ống dẫn nước ra khỏi hồ ống thép SS304 cĩ D = 200 mm.
4.15 Tính tốn chọn thiết bị
Bơm lọc
Tính tốn tổn thất áp lực
Tổng tổn thất áp lực của nƣớc khi đi vào bể lọc:
Hb = HO + Hl + Hgh (m) Trong đĩ:
- Hb: cột áp bơm, m.
- HO: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn từ bể chứa trung gian đến bể lọc, m.
- Hl: tổn thất áp lực ban đầu, m.
- Hgh: tổn thất áp lực giới hạn của bể lọc. Hgh = 6 m (theo điều 6.106 TCXDVN 33:2006).
Tổn thất áp lực trên đƣờng ống
HO = hd + hcb Trong đĩ:
- hd: tổn thất dọc đường trong đường ống, m.
Trang 109 Tổn thất dọc đƣờng trong đƣờng ống (hd) Áp dụng cơng thức Darcy: Trong đĩ: - L : chiều dài ống, L = 20 m. - D : đường kính ống, D = 0,125 m. - g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 . - v : vận tốc nước trong ống, v = 1 m/s. - : hệ số tổn thất. - Re : hệ số Reynolds.
Áp dụng cơng thức Cơnacốp (Re>100000)
Tổn thất cục bộ (hcb) Trong đĩ:
- v: vận tốc nước chảy trong ống, v = 1m/s
- : hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc loại tổn thất và thường xác định bằng thực nghiệm.
Tham khảo tài liệu “Ví dụ tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước” của Nguyễn Phước Dân, hệ số tổn thất cục bộ của cút, co, van được tính như sau:
Hệ số tổn thất do cút:
Hệ số tổn thất do tê:
Trang 110 Hệ số tổn thất do phễu phân phối nước:
Tổng hệ số tổn thất là: Vậy tổn thất áp lực do đƣờng ống dẫn nƣớc vào bể lọc: Tổn thất áp lực ban đầu Tổn thất áp lực qua lớp cát sạch:
Phương trình Carman – Kozeny:
Trong đĩ:
- hl: Tổn thất áp lực qua lớp cát, m.
- L: Chiều cao lớp vật liệu lọc. L = hvl = 1,3 m.
- : Hệ số hình học. = 0,73 (bảng 4.7).
- d: đường kính hiệu quả hạt vật liệu lọc. d = 0,8 mm = 0,8 x 10-3 m.
- e: độ rỗng. e = 0,53 (bảng 4.7).
- Vs: vận tốc rửa lọc.
- f: hệ số ma sát.
Hệ số ma sát là một hệ số theo Reynold, theo Ergun (1952):
Trong đĩ:
- : khối lượng riêng của nước, = 1000 kg/m3
- µ: độ nhớt của nước, µ = 10-3
N.s/m2 = 10-3 kg/m.s
- K = const = 1,75.
Trang 111 Vậy: Tổn thất áp lực qua lớp than: Hình 4.3 Đồ thị tra tổn thất áp lực qua vật liệu lọc Norit GAC 830 (nguồn catalogue Norit GAC 840) Với lưu lượng qua hệ thống lọc Q = 0,035 m3/s = 35 l/s = 26,8 gpm/ft2. Tra đồ thị hình 4.3 ta chọn áp lực qua lớp than là Hthan = 0,65 m Cột áp bơm dẫn nƣớc vào
Chọn Hb = 9 m. Vậy với:
- Lưu lượng vào mỗi bể lọc: Q = 41,47 m3
/h = 11,57 l/s
Trang 112 Ta chọn 4 bơm ly tâm trục ngang hiệu ABS, Model AFP 0841 4P M22/4 (3 hoạt động, 1 dự phịng) với các thơng số sau:
- Lưu lượng mỗi bơm: Q = 12 l/s
- Cột áp bơm: H = 9 m - Cơng suất: N = 2,9 kW - Điện thế 3 phase: 380V/3 Bơm rửa lọc Tổn thất áp lực do rửa lọc. Áp lực bơm rửa lọc Hr = hO + hL + hth + hđỡ + hC + hgh Trong đĩ: - Hr: cột áp bơm rửa lọc, m.
- hO: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước, m. - hL: tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ, m.
- Hth: tổn thất áp lực qua lớp than,m - hđỡ: tổn thất áp lực qua sỏi đỡ, m. - hC: tổn thất qua chụp lọc, m.
- hgh: tổn thất áp lực giới hạn, hgh = 6 m.
Tổn thất áp lực qua lớp cát lọc khi rửa lọc:
Trong đĩ:
- s: khối lượng riêng của vật liệu lọc, = 2650 kg/m3. - l: khối lượng riêng của nước, s = 1000 kg/m3. - L: chiều cao lớp vật liệu lọc, L = hvl = 1,3 m.
Tổn thất áp lực qua sỏi đỡ:
Trang 113 Trong đĩ:
- LS: chiều dày lớp sỏi đỡ. LS = 0,15 m.
- vb: vận tốc rửa ngược. Vb= 90,4 m/h.
Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng chụp lọc:
Tổn thất áp lực qua hệ thống phân phổi rửa bằng chụp lọc được xác định theo điều 6.112 của TCXDVN 33:2006.
Trong đĩ:
- v: vân tốc chuyển động của nước qua khe hở của chụp lọc, v ≥ 1,5 m/s, chọn v = 1,5 m/s.
- : hệ số lưu lượng của chụp lọc, chụp lọc khe hở
Cột áp bơm rửa lọc: Hr = 0,7 x 2 + 1 + 0,65+ 0,83 x 2 + 0,495 x 2 + 6 = 11,7 m. Chọn Hr = 12 m Vậy với:
- Lưu lượng rửa lọc: Q = 90,4 m3
/h = 25,11 l/s.
- Cột áp bơm: H = 12 m
Ta chọn 3 bơm ly tâm trục ngang hiệu ABS, Model AFP 834 2P M125/2 (2 hoạt động, 1 dự phịng) với các thơng số sau:
- Lưu lượng mỗi bơm: Q = 13 l/s
- Cột áp bơm: H = 12 m
- Cơng suất: N = 14,4 kW
- Điện thế 3 phase: 380V/3
Bơm cấp 1
Chọn 3 bơm (2 bơm hoạt động, 1 dự phịng) Lưu lượng mỗi bơm: Q = 62,5 m3
Trang 114 Cột áp bơm: H = 25,22 m
Ta chọn 3 bơm ly tâm trục ngang hiệu ABS, Model AFP 1047 4P M185/4 (2 hoạt động, 1 dự phịng) với các thơng số sau:
- Lưu lượng mỗi bơm: Q = 18 l/s
- Cột áp bơm: H = 26 m
- Cơng suất: N = 21,2 kW
- Điện thế 3 phase: 380V/3
Bơm chìm ở hồ chứa nƣớc thơ
Tổn thất áp lực trên đƣờng ống
HO = hd + hcb Trong đĩ:
- hd: tổn thất dọc đường trong đường ống, m.
- hcb: Tổn thất cục bộ trong đường ống, m Tổn thất dọc đƣờng trong đƣờng ống (hd) Áp dụng cơng thức Darcy: Trong đĩ: - L : chiều dài ống, L = 22 m. - D : đường kính ống, D = 0,2 m. - g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 . - v : vận tốc nước trong ống, v = 1,2 m/s. - : hệ số tổn thất. - Re : hệ số Reynolds.
Áp dụng cơng thức Cơnacốp (Re>100000)
Trang 115 Tổn thất cục bộ (hcb) Trong đĩ:
- v: vận tốc nước chảy trong ống, v = 1,2 m/s
- : hệ số tổn thất cục bộ, phụ thuộc loại tổn thất và thường xác định bằng thực nghiệm.
Tham khảo tài liệu “Ví dụ tính tốn thiết kế nhà máy xử lý nước” của Nguyễn Phước Dân, hệ số tổn thất cục bộ của cút, co, van được tính như sau:
Hệ số tổn thất do cút:
Hệ số tổn thất do tê:
Hệ số tổn thất do van:
Hệ số tổn thất do phễu phân phối nước:
Tổng hệ số tổn thất là: Vậy tổn thất áp lực do đƣờng ống dẫn nƣớc vào bể trộn: Vậy cột áp bơm là: H = ho + hgh = 0,42 + 6 = 6,24 m Ta chọn 3 bơm chìm (2 bơm hoạt động, 1 dự phịng). Lưu lượng mỗi bơm là: Q = 17,36 l/s
Cột áp bơm: H = 7m
Chọn bơm chìm là bơm của hãng GRUNFOS SE1.80.80.30.4.50D với các thơng số:
- Lưu lượng bơm: Q = 24,9 l/s
- Cột áp bơm: H = 7,37 m
- Cơng suất: N = 3,36 kW
Trang 116
Bơm nƣớc sạch
Chiều dài ống hút lh = 4 m, chiều dài ống đẩy lđ = 100 m.
Tổn thất áp lực trong ống hút:
Trong đĩ: - : hệ số tổn thất của van bơm nước vào,
- : hệ số tổn thất của các chỗ uốn ống hút, - : hệ số ma sát của ống. Chuẩn số Reynold: Trong đĩ: - : độ nhớt động học của nước ở 28o C,
Tra giãn đồ Moody: ta đc
Chân khơng trong máy bơm:
Hck nhỏ hơn trị số chân khơng cực địa cho phép trong máy bơm (6m). Tổn thất áp lực trong ống đẩy: Chuẩn số Reynold: Trong đĩ: - : độ nhớt động học của nước ở 28o C,
Trang 117
Áp dụng cơng thức Cơnacốp (Re>100000)
Cột áp bơm: Hb = hh + hđ + hhh Trong đĩ:
- Hhh: độ chênh hình học giữa bể chứa và mặt đất.
- hh: tổn thất áp lực trong ống hút.
- hđ: tổn thất áp lực trong ống đẩy.
Lưu lượng mỗi bơm là: Q = 17,36 l/s Cột áp bơm: H = 7,2 m
Ta chọn 3 bơm ly tâm trục ngang hiệu ABS, Model AFP 0841 4P M25/4 (2 hoạt động, 1 dự phịng) với các thơng số sau:
- Lưu lượng mỗi bơm: Q = 18 l/s
- Cột áp bơm: H = 8 m
- Cơng suất: N = 3,3 kW
- Điện thế 3 phase: 380V/3
Bơm bùn
Bơm bùn từ bể lắng về bể thu cặn
Chiều dài ống hút lh = 10 m, chiều dài ống đẩy lđ = 5 m.
Tổn thất áp lực trong ống hút:
Trang 118 Trong đĩ:
- : hệ số tổn thất của van bơm nước vào,
- : hệ số tổn thất của các chỗ uốn ống hút, - : hệ số ma sát của ống. Chuẩn số Reynold: Trong đĩ: - : độ nhớt động học của nước ở 28o C,
Áp dụng cơng thức Cơnacốp (Re>100000)
Chân khơng trong máy bơm:
Hck nhỏ hơn trị số chân khơng cực địa cho phép trong máy bơm (6m).
Tổn thất áp lực trong ống đẩy:
Tương tụ như trên, hệ số ma sát trong ống đẩy Cột áp bơm: Hb = hh + hđ + hhh Trong đĩ:
- Hhh: độ chênh hình học giữa bể lắng và bể thu cặn
Trang 119
- hđ: tổn thất áp lực trong ống đẩy.
Chọn 3 bơm ly tâm trục ngang.