Chương 5: TÍNH TOÁN CÁC HẠ MỤC TRONG DÂY CHUYỀN XỬ LÝ NƯỚC 5.1. TRẠM BƠM NƯỚC THÔ HÒA PHÚ
5.2. TRẠM XỬ LÝ NHÀ MÁY NƯỚC TÂN HIỆP
5.2.5. Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu
5.2.5.1. Công suất thiết kế
- Công suất nước thô thiết kế của nhà máy xử lý 315.000 m3/ngđ.
- Chia làm 2 đơn nguyên:
- Công suất thiết kế 1 đơn nguyên: Qđn = 315.000/2 = 157.500 m3/ngđ = 6.562,5 m3/h 1,823 m3/s.
5.2.5.2. Chức năng
Loại bỏ lượng cặn còn lại. Nước sau khi lắng, đi qua lớp vật liệu lọc và được giữ lại ở bề mặt lớp vật liệu.
5.2.5.3. Tính toán đường ống nối giữa cụm bể lắng và cụm bể lọc
Nước sau lắng được dẫn sang 8 bể lọc bằng 2 đường ống dẫn. Chọn vận tốc nước chảy trong ống v = 1,2 m/s ( lấy trong khoảng 0,8 1,2 m/s, theo điều 6.120, TCXDVN 33:2006).
Lưu lượng tính toán trong 1 ống Q Qđ
2
1,823
2 0,9115 m s⁄
Đường kính ống dẫn nước chính
D 4 Q
π v
4 0,9115
3,14 1,2 0,984 m Vậy đường kính ống dẫn nước chính vào bể lọc D = 1000 mm.
Đường kính ống nhánh vào mỗi bể lọc (xét 7 bể vận hành, 1 bể rửa)
d á 4 Q
π v7
4 1,823
3,14 1,27 0,526 m
Vậy đường kính ống nhánh dẫn nước vào bể lọc: dnhánh = 550 mm.
5.2.5.4. Xác định kích thước bể
Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý được xác định theo công thức 6.20 TCXDVN 33:2006.
F Q
T v 3,6 a W t a t v 157.500
24 9 3,6 1 15 0,12 1 0,35 9 763,19 m Trong đó:
Q: Công suất thiết kế cho 1 đơn nguyên (m3/ ngđ); Q = 157.500 m3/ ngđ T: Thời gian làm việc của trạm một ngày đêm T = 24 giờ
vbt: Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h), chọn vtb=9 m/h( lấy trong khoảng 7÷ 10m/h, theo bảng 6.11, TCXDVN 33:2006 ).
a: Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, chọn a=1 W: Cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), chọn W = 15 l/s.m2 (lấy trong khoảng 14 ÷ 16 l/s.m2, theo bảng 6.13 TCXDVN 33:2006)
t1: Thời gian rửa lọc (giờ) t1 = 7 phút = 0,12 giờ (lấy trong khoảng 7 ÷ 6 phút, theo bảng 6.13 TCXDVN 33:2006)
t2: Thời gian ngừng bể lọc để rửa( giờ) ,t = 0,35 giờ. (Theo điều 6.102, TCXDVN 33:2006)
Chọn số bể lọc là N = 8 bể
Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa,( theo TCXDVN 33:2006, bảng 6.11, tốc độ lọc tăng cường phải nằm trong khoảng 8,5 ÷12 m/h).
v v N
N N 9 8
8 1 10,29 m h⁄ Trong đó:
N1: Số bể đóng để rửa; N1 = 1 bể
Diện tích mặt bằng một bể lọc:
f F N
763,19
8 95,4 m Chọn kích thước bể là: f = L x B = 13,7 x 7 = 95,9 (m2) Vật liệu lọc
Theo bảng 6.11, TCXDVN 33:2006, trong bể lọc chọn các vật liệu có kích thước như sau:
Cát thạch anh có cỡ hạt dhd = 0,6 ÷ 0,65mm, hệ số không đồng nhất K = 1,5÷ 1,7, chọn chiều dáy lớp cát lọc hvl1 = 0,8m ( quy phạm 0,7 ÷ 0,8m).
Than antraxit có cỡ hạt dhd = 0,9 ÷ 1,1mm, hệ số không đồng nhất K = 1,5÷ 1,7, chọn chiều dáy lớp than hvl2 = 0,5m ( quy phạm 0,4 ÷ 0,5m).
Rửa nước và không khí kết hợp thì chọn, vật liệu đỡ bằng sỏi có cỡ hạt dhd = 10 ÷ 5mm, chọn chiều cao lớp vật liệu đỡ hsđ = 0,2m ( quy phạm 0,15 ÷ 0,2m; theo điều 6.110, TCXDVN 33:2006).
Chiều cao toàn phần của bể lọc
H= hbv + hn + hvl + hsđ + hsàn + hkg = 0,5 + 2,5 + 1,3 + 0,2 + 0,1 + 2,25 = 6,85 m.
Trong đó:
hbv: Chiểu cao dự trữ kể đến việc dâng nước khi đóng 1 bể để rửa (m); hbv = 0,5 m (quy phạm hbv 0,3 m).
hn: Chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc (m); hn = 2,5m ( quy phạm hn 2m).
hvl: Chều cao lớp vật liệu lọc (m); hvl = hvl1 + hvl2 = 0,8 + 0,5 = 1,3 m.
hsđ: Chiều cao lớp sỏi đỡ (m); hsđ = 0,2 m..
hsàn: Bề dày sàn gắn chụp lọc (m); chọn hsàn = 0,1 m.
hkg: Chiều cao phần không gian tính từ mép dưới sàn đỡ chụp lọc đến đáy bể lọc;
chọn hkg = 2,250m.
5.2.5.5. Hệ thống rửa lọc
Quy trình rửa lọc gồm 3 pha: khí, khí + nước, nước thuần túy.
Theo điều 6.123, TCXDVN 33:2006, phương pháp rửa lọc gió, nước kết hợp được quy đinh như sau:
Pha 1(Rửa gió): Thời gian 2 phút, cường độ Wg = 20 l/s.m2 ( quy phạm 15 ÷ 20 l/s.m2).
Pha 2 (Nước + gió): Thời gian 5 phút, cường độ nước Wn = 3 l/s.m2 (quy phạm 2,5
÷ 3 l/s.m2), cường độ gió Wg = 20 l/s.m2 ( quy phạm 15 ÷ 20 l/s.m2).
Pha 3 (Nước thuần túy): Thời gian 4 phút, cường độ Wntt = 8 l/s.m2 ( quy phạm 5 ÷ 8 l/s.m2).
Ứng với độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là 50%.
Ống cấp nước rửa lọc
Lưu lượng nước rửa ở pha 2 của một bể lọc là:
Q f W
1000
95,9 3
1000 0,288 m s⁄ Trong đó:
f: Diện tích của 1 bể lọc (m2); f = 95,9 m2
Wn: Cường độ nước rửa ở pha 2 (l/s.m2); Wn = 3 l/s.m2
Từ Q 0,288 m s⁄ , Chọn dn2 = 600mm bằng thép, thì vn2 =1,79(m/s) ( quy phạm 2,0 m/s).
Lưu lượng nước rửa ở pha 3 của một bể lọc là:
Q f W
1000
95,9 8
1000 0,767 m s⁄ 767 l s⁄ Trong đó:
Wntt: Cường độ nước rửa thuần túy ở pha 3 (l/s.m2); Wntt = 8 l/s.m2
Từ Q 0,767 m s⁄ , Chọn dn2 = 1100 mm bằng thép, thì vn2 =1,83(m/s) ( quy phạm 2,0 m/s).
Chọn ống xả kiệt đường kính DN200 (mục 6.121, TCXDVN, quy định 100÷200mm).
Ống cấp gió rửa lọc
Lưu lượng gió tính toán
Q f W
1000
95,9 20
1000 1,918 m s⁄ 1918 l s⁄ Trong đó:
Wg: Cường độ gió (l/s.m2); Wg = 20 l/s.m2
Đường kính ống gió
D ó 4 Q
π v
4 1,918
3,14 15 0,403 m
Chọn đường kính ống dẫn gió là: Dgió = 400 mm Trong đó:
vg: Tốc độ gió trong ống dẫn gió (m/s); vg = 15 m/s ( TCXDVN 33:2006 là 15 20 m/s).
Bảng 5.4: Quy trình rửa lọc, gồm 3 pha
Pha Mô tả Cường độ l/s.m2
Lưu lượng m3/s
Thời gian phút
Khối lượng m3
1 Sục khí 20 1,981 2 237,72
2
Khí + nước - Khí - Nước
20 3
1,981 0,288
5 5
594,3 86,4
3 Nước 8 0,767 4 184,08
Khối lượng nước sạch để rửa 1 bể:
86,4 + 184,08 = 270,48 m3
Khối lượng nước để rửa 8 bể lọc trong 1 ngày: Q rửa = 270,48 x 8 = 2163,84 m3/ngày Phần trăm nước dùng để rửa lọc so với công suất nước thô.
%Q Q ử
Q 100% 2163,84
157500 100% 1,37% công suất nước thô 5.2.5.6. Tính toán chụp lọc (theo mục 6.112 TCXDVN, 33:2006)
Sử dụng chụp lọc gắn trên sàn đỡ phân phối nước và gió khi rửa bể lọc, được làm bằng nhựa cứng, chiều rộng khe của chụp lọc lấy kèm kích thước của hạt vật liệu lọc nhỏ nhất.
Lấy diện tích khe chụp lọc bằng 0,8%, diện tích công tác của bể lọc. Tổng diện tích khe chụp lọc trong 1 bể.
f 0,8
100 f ể 0,8
100 95,9 0,7672 m
Thiết kế sàn chụp lọc bằng betong cốt thép đúc sẵn có kích thướng 1m x 1m, và có bề dày 100mm.
Do có lớp sỏi đỡ nên số chụp lọc lấy 49 cái ( quy phạm 35÷50 cái/1m2) và đặt khoảng cách giữ các chụp lọc đặt đều nhau.
Số chụp lọc trong 1 bể lọc: N =49 x fbể = 36 x 95,9= 4.699cái
Khoảng cách giữa các chụp lọc là:
e L B
N
13,7 7
4699 0,143 m Theo mục 6.122 TCXDVN 32:2006, quy định e =140 ÷180 mm
Diện tích khe hở của 1 chụp lọc:
f f
N
0,7672
4699 0,00016 m
Lưu lượng gió đi qua 1 chụp lọc
q Q
4699
1981
4699 0,421 l s⁄
Lưu lượng nước lớn nhất đi qua 1 chụp lọc ( pha rửa nước thuần túy)
q Q
4699
767
4699 0,163 l s⁄
Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc ( theo công thức 6.24 TCXDVN 33:2006)
h V
2 g à
1,5
2 9,81 0,5 0,46 m Trong đó:
: Hệ số lưu lượng của chụp lọc, vì dùng chụp lọc có khe hở, = 0,5.
V: Vận tốc nước qua khe hở 1 chụp lọc, chọn V = 1,5 m/s ( theo mục 6.112 TCXDVN, quy định V 1,5 m/s.
Ống thu nước sạch cho 1 bể
D ạ 4 Q
π v
4 0,228
3,14 1,2 0,49 m Vậy chọn Dsạch = 500mm.
Ống thu nước sạch chính
D 4 Q
π v
4 1,823
3,14 1,7 1,169 m Vậy chọn D = 1200mm
5.2.5.7. Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc:
Bể có kích thước cạnh là 7m, chọn mỗi bể bố trí 4 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác, khoảng cách giữa các tim máng sẽ là dm = 7/4 = 1,75m( quy phạm 2,2m, theo điều 6.117, TCXDVN 33:2006).
Lượng nước rửa thu vào mỗi máng: ( theo công thức 7.38 a, giáo trình “ Trịnh Xuân Lai, Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiêp”).
qm = W x d x lm = 15 x 1,75 x 13,7 = 359,6 (l/s).= 0,3596(m3/s) Trong đó:
W: cường độ rửa lọc; W = 15 l/s.m2
d: khoảng cách giữa các tâm máng; d = 1,75 m lm: chiều dài máng; lm = 13,7 m
Chiều rộng máng tính theo công thức:
B K . q
1,57 a 2,1 0, 3596
1,57 1,3 0,74 m . Trong đó:
a: Tỷ số giữa chiều cao của phần chữ nhật với nửa chiều rộng máng, Lấy a = 1,3 ( theo điều 6.117, TCXDVN 33:2006, quy phạm a = 1÷ 1,5).
K: Hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1( theo điều 6.117, TCXDVN 33:2006).
Chiều cao phần hình chữ nhật của máng thu nước rửa a hCN
B2
hCN B . a 2
0,74 1,3
2 0,481 m
Chiều cao phần đáy tam giác hđ B
2
0,74
2 0,370 m
Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0,01.(theo điều 6.117, TCXDVN 33:2006).
Chiều dày thành máng lấy là : 0,08 .
Chiều cao đầu máng thu nước rửa
H đ hCN hđ 0,481 0,370 0,851 m
Chiều cao cuối máng thu nước rửa
H H đ l 0,01 0,851 13,7 0,01 0,714 m
Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước(theo công thức 6.27, TCXDVN 33:2006).
∆H h e
100 0,3 1,3 50
100 0,3 0,95 m Trong đó:
lvl: Chiều dài lớp vật liệu, lvl = 1,3m.
e: Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, lấy e = 50 %.(theo bảng 6.13 TCXDVN 33:2006).
Theo TCXDVN 33:2006,quy định khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07.
Vậy Hm sẽ phải lấy bằng: ∆H H 0,07 0,95 0,07 1,02 m Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước.
Khoảng cách từ đáy máng thu nước đến đáy máng tập trung ( theo công thức 6.26, TCXDVN 33:2006).
h 1,73 qM
g. ∆ 0,2 1,73 0,3596
9,81 1 0,2 0,61 m Trong đó:
qM: Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s), qM = qm x 4 = 0,3596 x 4 =1,4384 (m3/s)
∆: Chiều rộng của máng tập trung. Chọn ∆ = 1m( quy phạm 0,6m) g: Gia tốc trọng trường bằng 9,81 m/s2.
Đáy máng tập trung có đặt ống xả nước rửa lọc, đường kính DN500
Mương thoát nước rửa lọc
Lưu lượng tính toán đảm bảo thoát nước rửa lọc cho 2 bể lọc.
Qmương = qM x 2 2,9 (m3/s)
Chọn kích thước mặt cắt ướt: B x H = 1,5 x 1,5 = 2,25 m3 Vận tốc nước trong mương: v = 2,9/2,25 = 1,3 (m/s) < 2 (m/s)
5.2.5.8. Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh
Tổn thất áp lực qua hệ thống phân phối lọc: ht =0,46 m
Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ:
hđ = 0,22 x LS x Wn = 0,22 x 0,15 x 8 = 0,264 (m) Trong đó:
LS: Chiều dài lớp sỏi đỡ, trên đầu chụp lọc LS = 0,15m Wn: Cường độ rửa lọc khi rửa thuần túy; Wn = 8 l/s.m2
Tổn thất áp lực ở lớp vật liệu lọc:
hvl=(a + b x W) x L x e = (0,76 + 0,017 x 8)x 1,3 x 0,5 = 0,582(m) Trong đó:
a,b: Hệ số phụ thuộc vào kích thước hạt d = 0,5 ÷ 1mm; a = 0,76 ;b = 0,017 L: Chiều cao lớp vật liệu (m), L = 1,3m
e: Hệ số giãn nở của vật liệu lọc, e = 50%
Áp lực để phá vở kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2m
Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là:
h h hđ h h 0,46 0,264 0,582 2 3,306 m 5.2.5.9. Chọn máy bơm rửa lọc và bơm gió rửa lọc:
Bơm gió rửa lọc
Cường độ gió rửa: Wg =20 l/s.m2. Đường kính ống dẫn gió: D = 400mm.
Lưu lượng: Qg = 1,918 (m3/s) = 115,08 (m3/phut).
Lắp đặt 3 máy bơm gió: trong đó 2 bơm làm việc, 1 bơm dực phòng.
Lưu lượng gió cung cấp của 1 máy: 115,08/2 = 57,54 (m3/phút).
Áp lực thiết kế:
Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước, ∆ 1,02 . Bề dày lớp vật liệu: h = hvl + hsd =1,3 + 0,2 = 1,5 m.
Vậy độ chênh lệch giữa miệng máng thu nước với mặt sàn đáy bể lọc là hcl = 1,02 + 1,5 = 2,52 (m)
Tổn thất áp lực dự phòng, chọn 1,5 m.
Vậy áp lực máy khí nén là: 1,5 + 2,52 4 m ( 400mbar).
Bơm nước rửa lọc:
Lưu lượng bơm nước rửa: Qn = 767 (l/s)
Áp dụng công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc xác định theo công thức H h hô hđ h h h h m Trong đó:
đ
Như trên đã tính được: 3,306
hhh: là độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa(m).
h 4,8 3,5 6,35 1,02 2,97 m 4,8: Chiều sâu mức nước trong bể chứa(m).
3,5: Độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa( m).
hn = 6,35 m Chiều cao lớp nước trong bể lọc( m).
∆ 1,02 Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m).
hô: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m); hô = 0,5 m.
hcb: tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa, xác định theo công thức
h ξv
2g m
Giả sử trên đường ống dẫn nước rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau: 4 cút 900, 8 van khóa, 8 ống ngắn.
Vậy:
h 4 0,98 8 0,26 8 2,0 1,83
2 9,81 1,3 m H 2,97 0,5 3,306 1,3 8,076 m
Với Qr = 767 l/s; Hr = 8,076m chọn được máy bơm nước rủa lọc phù hợp. Ngoài 3 máy bơm rửa lọc công tác phải chọn 1 máy bơm dự phòng.
Bảng 5.5: Thông số thiết kế bể lọc
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Số lượng n Bể 16
2 Kích thước thiết kế của bể lọc L x B m2 13,7 x 7
3
Chiều cao.
- Dự trữ
- Lớp nước trên vật liệu lọc - Lớp cát thạch anh
- Lớp than antraxit - Lớp sỏi đỡ
- Bể dày sàn chụp lọc - Phần không gian - Toàn phần
hbv hn hvl1 hvl2
hsđ hkg htp
m m m m m m m m
0,5 2,5 0,8 0,5 0,2 0,1 2,25 6,85
4
Ống dùng trong bể.
- Ống chính dẫn nước vào bể (4 ống) - Ống nhánh dẫn nước vào bể
- Ống dẫn nước rửa - Ống dẫn gió
- Ống xả nước rửa lọc - Ống xả kiệt
- Ống xả nước lọc đầu - Ống nhánh thu nước lọc
- Ống chính thu nước lọc sang bể chứa
mm mm mm mm mm mm mm mm mm
1000 550 1100
400 500 200 500 500 1200
5
Chụp lọc.
- Số chụp lọc trong 1 m2 - Số chụp lọc trong 1 bể
- Khoảng cách giữa các chụp lọc
n N e
Cái cái m
49 4699 0,143
6
Máng thu nước rửa lọc và phân phối nước lọc.
- Số lượng máng trong 1 bể - Kích thước máng
- Khoảng cách giữa 2 tim máng - Phần nhình chữ nhật
- Phần đáy tam giác - Chiều dày thành máng - Đầu máng
- Cuối máng
n L x B
dm
a hđ Hmđ
Hmc
máng m3
m m m m m m
4 13,7x 0,74
1,75 0,481 0,376 0,08 0,851 0,714 7 Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc
đến mép trên máng thu nước. ∆ m 1,02
8 Khoảng cách từ đáy máng thu nước đến
đáy máng tập trung. hm m 0,61
9 Mương thoát nước rửa lọc.
- Kích thước mặt cắt ướt B x H m2 1,5 x 1,5
10
Máy bơm gió rửa lọc.
- Số lượng (1 đơn nguyên) - Lưu lượng bơm
- Áp lực bơm
máy m3/phút m
3 57,54
4
11
Máy bơm nước rửa lọc.
- Số lượng (1 đơn nguyên) - Lưu lượng bơm
- Áp lực bơm
máy l/s
m
4 767 8,076