Đồ án Công nghệ môi trường – xử lý nước cấp

đã kết dính lại với nhau và tăng dần kích thước, cho đến khi có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ chuyển động của dòng nước sẽ rơi xuống. Như vậy lắng keo tụ trong bể lắng đứng có hiệu quả lắng cao hơn nhiều so với lắng tự nhiên. Tuy nhiên hiệu quả lắng trong bể lắng đứng không chỉ phu thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dong nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thì các hạt cặn mới kết dính với nhau được. Bể thường có dạng hình vuông hoặc hình tròn được xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép. Được sử dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn 3000m3/ ngàyđêm. Ống trung tâm có thể là thép cuốn hàn điện hay bê tông cốt thép. Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. Cấu tạo bể: vùng lắng có dạng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên và vùng chứa nến cặn ở dạng hình nón hoặc hinh chóp ở phía dưới, Cặn tích lũy ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kì bằng ống và van xả cặn . Nguyên tắc làm việc bể: đầu tiên nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi đi xuống dưới qua bộ phận hãm là triệt tiêu chuẩn động xoáy rồi vào bể lắng. Trong bể lắng đứng, nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể. Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc. Bể lắng lớp mỏng Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang nhưng khác với lang ngang là trong vùng lắng của bể được đặt thêm các bảnh vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 45o ÷ 60o so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau. Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất lắng cao hơn so với bể lắng ngang. Vì vậy kích thước bể lắng lớp mỏng nhỏ hơn bể lắng ngang, tiết kiệm diện tích đất xây dựng và khối lượng xây dựng công trình. Tuy nhiên do phải đặc nhiều bản vách ngăn song song ở vùng lắng, nên việc lắp ráp phức tạp và tốn vật liệu làm vách ngăn. Mặt khác do bể có chế độ làm việc ổn định, nên đòi hỏi nước đã hòa trộn chất phản ứng cho vào bể phải co chất lượng tương đối ổn định. Vì vậy, trước mắt nên xử dụng bể lắng lớp mỏng cho những trạm xử lý có công suất không lớn, khi xây mới, hoặc có thể sử dụng khi cần cải tạo bể lắng ngang cũ để nâng công suất trong điều kiện diện tích không cho phép xây dựng thêm công trình mới. Theo chiều của dòng chảy, bể lắng lớp mỏng được chia làm 3 loại: bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngang; bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiêng cùng chiều; bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngược chiều. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Nước cần xử lí sau khi đã trộn đều với chất phản ứng ở bể trộn ( không qua bể phản ứng) đi theo đường ống dẫn nước vào, qua hệ thống phân phối với tốc độ thích hợp vào ngăn lắng. Khi đi qua lớp cặn ở trạng thái lơ lửng, các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng và được giữ lại. Kết quả nước được làm trong. Thông thường ở lắng trong, tầng cặn lơ lửng gồm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn chứa nén cặn. Lớp nước ở phía trên tầng cặn lơ lửng gọi là tầng bảo vệ. Nếu không có tầng bảo vệ, lớp cặn lơ lửng sẽ bị cuốn theo dòng nước qua máng tràn làm giảm hiệu quả lắng cặn. Mặc khác để bể lắng trong làm việc được tốt, nước đưa vào bể phải có lưu lượng và nhiệt độ ổn định. Ngoài ra nước trước khi đưa vào bể lắng trong phải qua ngăn tách khí. Nếu không trong quá trình chuyển động từ dưới lên trên, các bọt khí sẽ kéo theo các hạt cặn tràn vào máng thu nước trong làm giảm chất lượng nước sau lắng. Bể lắng trong có ưu điểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn diện tích xây dựng hơn. Nhưng bể lắng trong có kết cấu phức tạp, chế độ quản lí chặc chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm và rất nhạy cảm với dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Bể lắng trong chỉ sử dụng cho các trạm xử lý có công suất đến 3000 m3/ngàyđêm Bể lắng li tâm Nước cần xử lí theo ống trung tâm vào giữa ngăn phân phối , rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài. Ở đây cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đường kính có thể tư 5m trở lên. Bể lắng li tâm thường được sử dụng sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao ( lớn hơn 2000mh/l) với công suất lớn hơn howcj bằng 30.000 m3/ngàyđêm và có hoặc không dùng chất keo tụ. Bể lắng li tâm là loại trung gian giữ bể lắng ngang và bể lắng đứng. Nước từ vùng lắng chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên trên. So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm có một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy bể có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng ( 5 ÷ 8%), do đó chiều cao công tác bể nhỏ (1,5 ÷ 3,5 m) nên thích hợp xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao. Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường. Nhưng bể lắng li tâm có kết quả lắng cặn kém hơn so với các bể lắng khác do bể có đường kính lớn, tốc độ dòng nước chuyển động chậm dần từ trong ra ngoài, ở vùng trong do tốc độ lớn, cặn khó lắng đôi khi xuất hiện chuyển động khối. Mặc khác nước trong chỉ có thể thu vào bằng hệ thống máng vong xung quanh bể nên thu nước khó đều. Ngoài ra hệ thống gạt bùn cấu tạo phức tạp và làm việc trong điều kiện ẩm ướt nên chống bị hư hỏng. Loc nước Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước. Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm trong nước triệt để. Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép. Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại làm tốc độ lọc giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Bể lọc luôn luôn phải hoàn nguyên. Chính vì vậy quá trình lọc nước được đặc trưng ởi hai thông số cơ bản là: tốc độ lọc và chu kì lọc. Phân loại bể lọc Theo tốc độ: Bể lọc chậm: có tốc độ lọc 1-0.5m/h Bể lọc nhanh: vận tốc lọc 5-15m/h Bể lọc cao tốc: vận tốc lọc 33-100 m/h Theo chế độ làm việc: Bể lọc trọng lực: hở, không áp Bể lọc có áp lực: lọc kín Các loại bể lọc Bể lọc chậm Nước từ máng phân phối di vào bể qua lớp cát lọc vận tốc rất nhỏ ( 0.1 - 0.5 m/h). Lớp cát lọc được đỏ trên lớp sỏi đỡ, dưới lớp sỏi đỡ là hệ thống thu nước đã lọc đưa sang bể chứa. Bể lọc chậm có dạng hình chữ nhật hoặc vuông, bề rộng mỗi ngăn của bể không được lớn hơn 6m và bề dày không lớn hơn 60m. Số bể lọc không được ít hơn 2. Bể lọc chậm có thể xây bằng gạch hoặc làm bằng bê tông cốt thép. Đáy bể thường có độ đốc 5% về phía xả đáy. Trước khi cho bể vào làm việc phải đưa nước vào bể qua ống thu nước ở phía dưới và dân dần lên, nhầm dồn hết không khí ra khỏi lớp cát lọc. Khi mực nước dâng lên trên mặt lớp cát lọc từ 20 ÷ 30 cm thìu ngừng lại và mở van cho nước nguồn vào bể đến ngang cao độ thiết kế. Mở van điều chỉnh tốc độ lọc và điều chỉnh cho bể lọc làm việc đúng tốc độ tính toán. Trong quá trình làm việc, tổn thất qua bể lọc tăng dần lên, hàng ngày phải điều chỉnh van thu nước một vài lần để đảm bảo tốc độ lọc ổn định. Khi tổn thất áp lực đạt đến trị số giới hạn ( 1÷2m) thì ngừng vận hành để rửa lọc. Bể lọc nhanh Theo nguyên tắc cấu tạo và hoạt động, bể lọc nhanh bbao gồm bể lọc một chiều và bể lọ 2 chiều. Trong bể lọc một chiều gồm 1 lớp vật liệu lọc hoặc hai hay nhiều lớp vật liệu lọc. Khi lọc: nước được được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu ọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa vào bể chứa nước sạch. Khi rửa: Nước rửa do bơm hoặc đài nước cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ , lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa, thu về máng tập trung, rồi được xả ra ngoaig theo mương thoát nước. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn, nên chất lượng nước lọc ngay sau khi rửa chưa đảm bảo, phải xả lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa. Hiệu quả làm việc của bể lọc phụ thuộc vào chu kì công tác của bể lọc, tức là phụ thuộc vào khoảng thời gian giữa 2 lần rửa bể. Chu kì công tác của bể lọc dài hay ngắn phụ thuộc vào bể chứa. Thời gian xả nước lọc đàu quy định là 10 phút. Bể lọc nhanh 2 lớp Bể lọc nhanh 2 lớp, có nguyên tắc làm việc, cấu tạo và tính toán hoàn toàn giống bể lọc nhanh phổ thông. Bể này chỉ khác bể lọc nhanh phổ thông là có 2 lớp vật liệu lọc: lớp phía dưới là cát thạch anh, lớp phía trên là lớp than Angtraxit. Nhờ có lớp vật liệu lọc phía trên có cỡ hạt lớn hơn nên độ rỗng lớn hơn. Do đó sức chứa cặn bẩn của bể lắng lên từ 2 ÷ 2,5 lần so với bể lọc nhanh phổ thông. Vì vậy có thể tăng tốc độ lọc của bể và kéo dài chu kì làm việc của bể. Tuy nhiên khi rửa bể lọc 2 lớp vật liệu lọc thì cát và than rất dễ xáo trộn lẫn nhau. Do đó chỉ dùng biện pháp rửa nước thuần túy để rửa bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc. Bể lọc sơ bộ Bể lọc sơ bộ còn được gọi là bể lọc phá được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để trong bể lọc chậm. Bể lọc sơ bộ có nguyên tắc làm việc giống như bể lọc nhanh phỏ thông. Số bể lọc sơ bộ trong 1 trạm không được nhỏ hơn 2. Bể lọc áp lực Bể lọc áp lực là một loại bể lọc nhanh kín, thường được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng ( cho công suất nhỏ) và hình trụ ngang ( cho công suất lớn). Bể lọc áp lực được sử dụng trong dây chuyền xử lí nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn đến 50mg/l độ màu đến 80o với công suất trạm xử lý đến 3000m3/ngàyđêm, hay dùng trong dây truyền khử sắt khi dùng ezecto thu khí với công suất nhỏ hơn 500m3/ngàyđêm và dùng máy nén khí cho công suất bất kì. Do bể làm việc dưới áp lực, nên nước cần xử lý được đưa trực tiếp từ trạm bơm cấp I vào bể, rồi đưa trực tiếp vào mạng lưới không cần trạm bơm cấp II. Bể lọc áp lực có thể chế tạo sẵn trong xưởng. Khi không có điều kiện chế tạo sẵn có thể dùng thép tấm hàn, ống thép … để chế tạo bể. Nước được đưa vào bể qua 1 phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và phát vào mạng lưới. Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớp cát lọc và qua phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa xuống mương thoát nước dưới sàn. Bể lọc tiếp xúc Bể lọc tiếp xúc được sử dụng trong dây truyền công nghệ xử lí nước mặt có dùng chất phản ứng đối với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150 mg/l, độ màu đến 150o (thường là nước hồ) với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lí có công suất đến 10.000 m3/ngàyđêm Khi dùng bể lọc tiếp xúc, dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sẽ không cần có bể phản ứng và bể lắng. Hỗn hợp nước phèn sau khi qua bể trộn vào thẳng bể lọc tiếp xúc, còn dây chuyền khử sắt sẽ không cần co bể lắng tiếp xúc, nước ngầm sau khi qua dàn mưa hoặc thung quạt gió vào thảng bể lọc tiếp xúc. Trong bể lọc tiếp xúc, quá trình lọc xảy ra theo chiều từ dưới lên trên. Nước đã pha phèn theo ống dẫn nước vào bể qua hệ thống phân phối nước lọc, qua lớp cát lọc rồi tràn vào máng thu nước và theo đường ống dẫn nước sạch sang bể chứa. Bể lọc tiếp xúc có thể làm việc với tốc độ không đổi trong suốt một chu kì làm việc hoặc với tốc độ lọc thay đổi giảm dần đến cuối chu kì sao cho tốc độ lọc trung bình phải bằng tốc độ lọc tính toán. Ưu điểm của bể lọc tiếp xúc: Khả năng chứa cặn cao, chu kì làm việc kéo dài. Đơn giản hóa dây truyền công nghệ xử lí. Nhược điểm: tốc độ lọc bị hạn chế nên diện tích bể lọc lớn. Hệ thống phân phối hay bị tắt, nhất lad trường hợp nước chứa nhiều sinh vật và phù du rong tảo. 1.4. MỘT SỐ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ NƯỚC MẶT HIỆN CÓ TẠI VIỆT NAM Nhà máy xử lý nước BOO Thủ Đức Phản ứng cơ khí Bể lắng ngang Bể Lọc nhanh Phèn, vôi Clo, flo Trạm bơm cấp 2 Bể chứa Bể hòa tan thứ cấp Mạng lưới Nước Sông Đồng Nai Trạm bơm cấp 1 Ngăn tiếp nhận Bể hòa tan Nhà máy xử lý nước Tam Hiệp Clo Phèn, vôi Bể trộn vách ngăn Bể lắng đáy phẳng có tầng cặn lơ lửng Bể lọc Aquazur Trạm bơm cấp 1 Ngăn tiếp nhận Bể phản ứng cơ khí Sông Sài Gòn Bể chứa Trạm bơm cấp 2 Mạng lưới CHƯƠNG II. LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 2.1. CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGUỒN VÀ SO SÁNH QCVN, TCXD Nguồn nước: Nước mặt Công suất: Q = 60000 m3/ngđ = 0.69 m3/s Bảng số liệu STT Thông số Đơn vị Giá trị TCXD 33 - 2006 QCVN 02:2009/BYT QCVN 08:2009/ BTNMT Đánh giá 1 Nhiệt độ 0C 28 ­ ­ ­ 2 pH ­ 6,8 6,5 – 8,5 6,0 – 8,5 6,0 – 8,5 3 Độ màu NCU 10 ≤ 15 15 ­ 4 Độ đục NTU 210 ≤ 2 5 ­ XL 5 TS mg/l 420 ­ ­ 20 XL 6 SS mg/l 350 ­ ­ ­ XL 7 Sắt mg/l 0,2 ≤ 0,3 0,5 0,5 8 Amoni mg/l 0,05 ≤ 1,5 3 0,1 9 Mangan mg/l 0,1 ≤ 0,2 ­ ­ 2.2. ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Căn cứ vào chất lượng nước nguồn, có thể đưa ra 2 phương án lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ cho việc thiết kế trạm xử lý nước như sau: Nguồn tiếp nhận Trạm bơm cấp 1 Bể trộn đứng bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Lắng nước rửa lọc Bể lọc nhanh bể lắng ngang Sân phơi bùn Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Phèn , vôi vôi clo Phương án 1: Phương án 2: Nguồn tiếp nhận Lắng nước rửa lọc Sân phơi bùn Trạm bơm cấp 1 Bể trộn đứng bể phản ứng có vách ngăn Bể lọc nhanh bể lắng li tâm Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp 2 Phèn, vôi clo Phân tích ưu nhược điểm: 2 phương án So sánh Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng :được chia thành nhiều ngăn dọc, đáy có tiết diện hình phễu với các vách ngăn ngang, nhằm mục đích tạo dòng nước đi lên đều, để giữ cho lớp cặn lơ lửng được ổn định. - cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng. Bể lắng ngang -Được sử dụng trong các trạm xử lí có công suất >3000 m3/ngày đêm đối với trường hợp xử lí nước có dùng phèn. -Bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt thường kết hợp với bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Bể phản ứng vách ngăn Nguyên lí cấu tạo cơ bản của bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước. Bể có ưu điểm là đơn giản trong xây dựng và quản lí vận hành Bể lắng ly tâm -Bể lắng dùng lực ly tâm tác dụng lên hạt cặn, tốc độ chuyển động của các hạt cặn theo hướng từ tâm quay ra ngoài sẽ lớn hơn rất nhiều so với vận tốc lắng tự do của hạt cặn trong khối nước tĩnh, do đó các hạt cặn có thể tách ra khỏi nước bằng các thiết bị ly tâm hay xiclon thủy lực. -có hiệu quả lắng cao Nhược điểm -Bể phản ứng vách ngăn khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và bể phải có đủ chiều cao để thoả mãn tổn thất áp lực trong toàn bể. -Bể lắng ly tâm cấu tạo phức tạp, quản lý khó khăn => Trên cơ sở so sánh trên ta chọn sơ đồ công nghệ dùng bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng và bể lắng ngang để đơn giản trong quá trình vận hành nhưng hiệu quả xử lý của 2 công nghệ tương đương nhau. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Nước được bơm lên trạm bơm cấp 1, đi qua song chắn rác để cản lại những vật trôi nổi trong nước. Sau đó nước được bơm lên bể trộn đứng. Tại bể trộn nước sẽ tiếp xúc với hóa chất phèn để tạo kết tủa. Nhờ có bể trộn mà hóa chất được phân phối nhanh và đều trong nước, nhằm đạt hiệu quả xử lý cao nhất. Sau khi nước được tạo bông cặn ở bể trộn sẽ được dẫn đến bể phản ứng. Tại đây các bông cặn tạo thành các bông cặn lớn hơn. Sau đó các bông cặn sẽ được lắng ở bể lắng ngang. Tiếp theo nước được đưa vào bể lọc nhanh. Những hạt cặn còn sót lại sau quá trình lắng sẽ được giữ lại trong lớp vật liệu lọc, còn nước sẽ được đưa sang các công trình xử lý tiếp theo. Nước rửa lọc được đưa vào bể lắng nước rửa lọc, tại đây các cặn lắng được lắng và đưa sang bể nén bùn, phần nước được đưa vào hệ thống thoát nước chung của khu vực. Nước sau khi làm sạch cặn lắng thì được khử trùng bằng clo để làm tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng trước khi đưa vào sử dụng. Sau khi khử trùng nước được đưa vào bể chứa. Sau đó nước được cung cấp ra mạng lưới sử dụng nước qua trạm bơm cấp 2 để đáp ứng nhu cầu của người dân. 2.4. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 2.4.1 Song chắn rác a. Song chắn rác Song chắn rác gồm các thanh thép có tiết diện tròn đường kính d = 10mm đặt song song nhau tại cửa thu nước của bể thu, cách nhau một khoảng a= 40 - 50 mm, chọn 40mm. Song chắn rác được nâng lên hạ xuống nhờ ròng rọc máy. Hai bên song có thanh trượt để thuận tiện cho quản lý và sử dụng. Hình dạng song chắn rác cần phù hợp với hình dạng cửa thu nước. Hình dạng của song chắn rác có thể là hình chữ nhật, hình vuông hoặc hình tròn. Diện tích công tác của song chắn rác được xác định theo công thức: (TCVN 33-1985) + Q: lưu lượng tính toán của công trình (m3/s). Q=0.69 (m3/s) + v: vận tốc nước chảy qua song chắn (m/s) Theo TCVN 33-85 vận tốc này nên lấy trong khoảng 0.4÷0.8 m/s. Khi sông nước đục và thu nước dùng ống tự chảy nên chọn vận tốc này nhỏ. Chọn v = 0.4m/s + K1: Hệ số co hẹp do các thanh thép, tính theo công thức: + a: Khoảng cách giữa các thanh thép chọn a = 40mm + d: Đường kính thanh thép. Chọn d= 10 + K2: Hệ số co hẹp do rác bám vào song. Thường lấy K2 = 1.25 + K3: Hệ số kể đến ảnh hưởng hình dạng của thanh thép, tiết diện tròn lấy K3 = 1.1; tiết diện hcn lấy K3 = 1.25 + n: số cửa thu nước. n = 2 b. Tổn thất cục bộ qua song chắn rác (m) Trong đó: ξ: Hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn được xác định bởi công thức : β: Hệ số hình dạng β = 1,25 k : Hệ số dự trữ, k = 3 vậy (m) Chọn 1 bể thu, 1 song chắn rác, diện tích song chắn rác = 1.48 (m2). Kích thước song chắn rác: Chọn chiều cao song chắn rác có H = 0.9 m Chiều rộng B =1.48 / 0.9 ≈ 1.64 m Bảng: các kích thước thiết kế song chắn rác Thông số Số lượng Đơn vị Số lượng ngăn thu n 02 Ngăn Chiều cao song H 0.9 m Chiều rộng song B 1.64 m Diện tích song chắn rác 1.48 m2 2.4.2. Tính toán ngăn thu- ngăn hút Trong ngăn thu bố trí song chắn rác, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa Trong ngăn hút bố trí lưới chắn rác, ống hút của máy bơm cấp 1, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa Tính toán ngăn thu Chiều rộng ngăn thu xác định theo công thức: Bt = B + 2.e (m) Trong đó: B : chiều rộng song chắn rác, B = 1.64 m. e : khoảng cách từ mép song đến tường bể thu, lấy e = 0.1 m. => Bt = 1.64 + 2x0.15 = 1.94 (m) => Chọn Bt = 2 (m) Chọn chiều dài bể thu Lt= 2.5m. Tính toán ngăn hút Tương ứng với hai ngăn thu ta thiết kế 2 ngăn hút. Tại mỗi ngăn hút hai bơm hút, một bơm hoạt động và một bơm dự phòng. Chiều rộng mỗi ngăn hút xác định theo công thức: Bh 3Df Df : đường kính phễu thu, Df= (1.3÷1.5)Dh , lấy Df= 1.3Dh Dh: đường kính ống hút. Ta có Q = 0.69 (m3/s) Tiêu chuẩn: Dh = 300 ¸ 800; vh = 0.8 ¸ 1.5 m/s. (TCXD 33-2006) Chọn Dh = 550mm, ống thép tương ứng ta có: (m/s) => Df = 1.3 x 0.55 = 0.715m . Chọn đường kính phễu Df = 0.72 m. => Bh 3x 0.72 = 2.16 (m). Do Bh, Bt tính toán chênh lệch nhau không nhiều, để đảm bảo chế độ dòng chảy và thuận tiện cho thi công ta lấy: Bh = Bt = B =2 (m) Chiều dài ngăn hút: Lh = Lt = 2.5(m). Khoảng cách từ mép dưới cửa thu nước đến đáy sông: h = 0.7m. Khoảng cách từ mép dưới đặt lưới đến đáy công trình thu: h = 0.5m. Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa thu: h = 0.5m. Bảng các kích thước thiết kế ngăn thu – ngăn hút Thông số Số lượng Đơn vị Ngăn thu Ngăn hút Số lượng ngăn N 1 1 Bể Chiều dài ngăn (L) 2,5 2,5 m Chiều rộng ngăn (B) 2 2 m 2.4.3 Tính toán liều lượng hóa chất, thiết bị định lượng hóa chất 2.4.3.1: Tính toán bể trộn phèn, bể tiêu thụ phèn Tính toán dựa trên các thông số sau: Q = 60000( m3/ngđ) = 0.69 (m3/s) Độ màu: 10 TCU – nước ít màu (theo TCXD 33:2006) Độ đục: 210 NTU Hàm lượng cặn (TS): 420 mg/l - nước đục ( theo TCXD 33:2006) Hàm lượng cặn của nước mặt là 420 mg/l, chọn liều lượng phèn cần để khử độ đục là 50mg/l (theo TCXD 33-2006) Độ màu của nước là 10 ta có liều lượng phèn cần để khử độ màu là: PAl = 4 = 4 = 12,65( mg/l) (6.11 trang 30-TCXD 33-2006) So sánh hàm lượng phèn cần để khử độ đục và hàm lượng phèn cần để khử độ màu thì ta chọn hàm lượng phèn là PAl = 50 mg/l Bể hòa trộn phèn Dung tích bể hòa trộn phèn: Wh = = = 8.75 m3 (6.19 trang 34-TCXD 33-2006) Trong đó: Q: Lưu lượng nước xử lý (m3/h). Q = 60000 m3/ngđ = 2500 m3/h PAl: Liều lượng hoá chất dự tính cho vào nước (g/m3) n: Số giờ giữa 2 lần hoà tan, đối với trạm công suất >50.000 m3/ngày; n = 6 - 8giờ , chọn n = 7 h bh: Nồng độ dung dịch hoá chất trong thùng hoà trộn tính bằng %. (theo TCXD 33- 2006 là 10 – 17 % chọn 10%) γ: Khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3 Ta thiết kế 1 bể hòa trộn phèn Bể hòa trộn có tiết diện hình tròn đường kính D = 1.4 m gồm 2 phần: phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0.2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ: (m) Chiều cao phần hình chóp: (m) Chiều cao dự trữ : Hdt = 0,3m (qui phạm 0,3 – 0,4m ). Tổng chiều cao bể hòa tan : H = Ht + Hdt + Hch = 5.7 + 0,3 + 1 = 7.0 (m). Thể tích xây dựng của bể: (m3) Bảng :Các thông số thiết kế bể hòa tan STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 1 2 Chiều cao m 7,0 3 Đường kính m 1,4 4 Thể tích m3 9,7 Bể tiêu thụ phèn Dung tích bể tiêu thụ : Wt = = = 17.5 m3 (6.19 trang 34 TCXD 33- 2006) Trong đó: Wt : Dung tích bể hòa trộn Wt = 8.75 m3. bh : Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (%) (qui phạm 10 – 17%). Chọn bh = 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. bt : Nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ bt = 5% (qui phạm 4 – 10%). Số bể tiêu thụ không được nhỏ hơn 2 => ta thiết kế 2 bể, mỗi bể có dung tích Wt2 = 8.75 (m3) Bể tiêu thụ có tiết diện hình tròn đường kính D = 1.4m, gồm 2 phần: phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ: Chiều cao phần hình chóp : Chiều cao dự trữ : Hdt = 0.3m (qui phạm 0.3 – 0.4m). Tổng chiều cao bể tiêu thụ: H = Ht + Hdt + Hch = 5.7 + 0.3 + 1 = 6.1(m). Thể tích xây dựng của bể: Bảng: Các thông số thiết kế bể tiêu thụ phèn : STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 2 2 Chiều cao m 6.1 3 Đường kính m 1.4 4 Thể tích m3 9.7 2.4.3.2. Tính toán hóa chất kiềm hóa và thiết bị pha chế vôi Chọn hóa chất dùng để kiềm hóa là CaO Sử dụng thiết bị pha trộn vôi là bể trộn đứng (Theo điều 6.52 - TCXD 33:2006). a) Tính toán bể hòa trộn vôi Lượng vôi cần để kiềm hóa được tính theo công thức sau (theo TCXD 33:2006) (mg/l) Trong đó: + Pp là hàm lượng phèn cần thiết dùng để keo tụ (mg/l) = 50 + K là đương lượng gam của chất kiềm hóa, K (CaO) = 28 + e là trọng lượng đương lượng của phèn. Vì sử phèn nhôm nên e = 57(mgđ/l) + k là độ kiềm của nước = 0,6(mgđ/l) Dung tích bể hòa trộn vôi Wh = = = 12 m3 (6.19 trang 34-TCXD 33-2006) Q: Lưu lượng nước xử lý (m3/h) ( Q = 60000 m3/ngđ = 2500 m3/h) PCaO: Liều lượng hoá chất dự tính cho vào nước (g/m3) n: Số giờ giữa 2 lần hoà tan đối với trạm công suất: >50.000 m3/ngày; n = 6 - 8giờ , chọn n =7 h bh: Nồng độ dung dịch hoá chất trong thùng hoà trộn tính bằng %.(theo TCXD 33- 2006 là 10 – 17 % chọn 10%) γ: Khối lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m3 Ta thiết kế 2 bể hòa trộn vôi Dung tích bể hòa trộn vôi: Wh1=Wh/N = 12/2 = 6(m3) Bể hòa trộn có tiết diện hình tròn đường kính D = 1.4 m gồm 2 phần: phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ: Chiều cao phần hình chóp: Chiều cao dự trữ: Hdt = 0,3m (qui phạm 0,3 – 0,4m ). Tổng chiều cao bể hòa tan: H = Ht + Hdt + Hch = 3,9 + 0,3 + 1 = 5,2 (m). Thể tích xây dựng của bể: Bảng :Các thông số thiết kế bể hòa trộn STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 2 2 Chiều cao m 5,2 3 Đường kính m 1,4 4 Thể tích m3 9 b) Bể tiêu thụ vôi Dung tích bể tiêu thụ Wt = = = 24 m3 (6.19 trang 34 TCXD 33- 2006 ) Trong đó: Wh: Dung tích bể hòa trộn Wh = 12 m3. bh: Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (%) (qui phạm 10 – 17%). Chọn bh = 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. bt: Nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ bt = 5% (qui phạm 4 – 10%). Số bể tiêu thụ không được nhỏ hơn 2 => ta thiết kế 4 bể, mỗi bể có dung tích Wt1 = 6 (m3) Bể tiêu thụ có tiết diện hình tròn đường kính D = 1,4m, gồm 2 phần : phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ: Chiều cao phần hình chóp: Chiều cao dự trữ: Hdt = 0.3m (qui phạm 0.3 – 0.4m ). Tổng chiều cao bể tiêu thụ : H = Ht + Hdt + Hch = 3.9 + 0.3 + 1 = 5.2(m). Thể tích xây dựng của bể: Bảng: Các thông số thiết kế bể tiêu thụ vôi: (chiều cao bảo vệ là 0,3m) STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 4 2 Chiều cao m 5.2 3 Đường kính m 1.4 4 Thể tích m3 9 2.4.4. BỂ TRỘN ĐỨNG 2.4.4.1 .Sơ đồ cấu tạo bể trộn đứng kiểu thu nước bằng máng 1- Ống dẫn nước vào 2-Ống đưa nước sang bể phản ứng 3- Ống dẫn hoá chất 4- Máng thu nước 5- Ống xả. (hình 5.3 - sách xử lý nước cấp của Trịnh Xuân Lai ) 2.4.4.2. Các thông số tính toán Công suất trạm xử lý là 60.000 m3/ngđ = 2500(m3/h) = 694(l/s) = 0,69(m3/s) Thời gian lưu nước lại trong bể, t = 2 phút Số bể thiết kế n = 2 Thể tích bể trộn đứng là: Ta chọn 2 bể trộn hoạt động đồng thời, dung tích mỗi bể là:W = 42 (m3). Đường kính ống dẫn nước vào bể: Lưu lượng nước vào mỗi bể: Q1 = Q/2 = 2500/2 =1250 m3/h = 0.35 m3/s. Chọn đường kính dẫn nước vào bể d=400mm => vận tốc nước chảy trong ống: Theo TCXDVN 33-2006 quy định vận tốc trong ống dẫn vào bể là v = 1 ¸ 1.5 (m/s) Diện tích đáy nhỏ là: Chọn mặt bằng đáy bể có dạng hình vuông. Chọn đường kính ngoài của ống dẫn là cạnh của đáy nhỏ: bđ = 0.4 (m) Diện tích đáy nhỏ: fd = bd2 = 0.4 2 = 0.16 m2 Diện tích đáy lớn Trong đó: + Q1: là lưu lượng nước vào 1 bể, Q1 = 0.35 m3/s + Vd: vận tốc nước dâng. Vd = 0.025 m/s Chọn mặt bằng phần trên của bể trộn dạng hình vuông. Chiều dài cạnh . bt = Chiều cao phần hình chóp Chọn góc ∝ =40o ; Chọn hd = 2m Dung tích hình chóp phía dưới (m3) Dung tích hình hộp bên trên Wt = W – W1 = 42 – 11 = 31 (m3) Chiều cao phần trên hình hộp Chiều cao toàn phần hay xây dựng của bể Hxd = hd + h2 + hbv = 2 + 2.2 + 0.4 = 4.6 (m) chọn Hxd = 4.6(m) (hbv: chiều cao mực trước mặt nước đến đáy nắp của bể, chiều cao bảo vệ lấy hbv = 0,3 m) Bảng các kích thước bể trộn đứng Thông số Số lượng Đơn vị Phần trên Phần dưới Số lượng bể n 2 2 Bể Kích thước bể 3.7 0.4 m Chiều cao bể (H) 2.2 2 m Chiều cao toàn phần(Hxd) 4.6 m 2.4.5. BỂ LẮNG NGANG Ta sử dụng loại bể lắng ngang thu nước bề mặt với hệ thống xả cặn bằng thủy lực. Hàm lượng cặn sau khi đưa hóa chất vào Cmax = 420(mg/l) Vận tốc trung bình của dòng nước trong bể vtb = 9 (mm/s) (6.72. TCXD 33 – 2006 ta có vtb = 9÷12 mm/s đối với nước đục). 2.4.5.1. Kích thước vùng lắng Tổng diện tích mặt bằng của bể lắng ngang (6.71. TCXD 33 – 2006) Trong đó: Q: lưu lượng nước đưa vào bể lắng (Q=2500 m3/h) ∝: hệ số sử dụng thể tích của bể lắng lấy bằng 1.3 (6.71. TCXD 33 – 2006) Uo Tốc độ rơi của cặn ở trong bể lắng (mm/s). Với nước đục xử lý bằng phèn Uo = 0.5÷0.6 (mm/s). (Bảng 6.9. TCXD 33 – 2006) Chọn Uo = 0.6(mm/s) Chọn số bể lắng ngang N = 6 bể Chọn chiều cao vùng lắng H = 3(m) (6.72. TCXD 33 – 2006: H = 3-4m) Chiều rộng mỗi bể Chọn B= 4.5 (m) Chiều dài bể lắng Chiều dài hiệu dụng của bể: Chiều dài tổng cộng của bể: Kiểm tra ảnh hưởng của dòng chảy rối Nước chảy tầng => lắng tốt Trong đó Q1: Lưu lượng mỗi bể lắng Q1 = 2500/ 6 = 417 m3/h ≈ 0.12 m3/s B: Chiều rộng bể, B =4.5 m H : Chiều cao bể, H = 3 m : Độ nhớt động học của nước. Nhiệt độ của nước nguồn t = 20oC => = 1.003 x 10-6 m2/s 2.4.5.2. Tính toán vùng chứa nén cặn Thiết kế hệ thống xả cặn của bể lắng bằng phương pháp thuỷ lực, với thời gian làm việc giữa 2 lần xả không lớn hơn 6h. (6.73. TCXD 33 – 2006) Thể tích vùng chứa nén cặn của 1 bể lắng (h) (6.68. TCXD 33 – 2006) Trong đó: q: Lưu lượng tính toán: q= 2500 m3/h T: Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn, chọn T = 6h. m: Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng, m = 10 mg/l. δ: Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, δ= 35000 g/m3. (Bảng 6.8. TCXD 33 – 2006) N : Số bể lắng, N = 6 c: Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, c tính theo công thức: c = Cn + KxP + 0.25M + V (mg/l) (6.68. TCXD 33 – 2006) + Cn: Hàm lượng cặn ở nước nguồn. Cn = 420 mg/l + P: Liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước. P = 50 mg/l + K: Hệ số với phèn sạch. K =0.5 + M: Độ màu của nước. M = 10 mg/l + V: Liệu lượng vôi cho vào nước. V = 70.5 mg/l c = 420 + 0.5x50 + 0.25x10 + 70.5 = 518 (mg/l) Diện tích mặt bằng một bể lắng là fb = F/N= 1504.6/6 = 250.8 (m2) chọn fb= 251 (m2) Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn Hc =Wc / fb = 36/251= 0.14 (m) Chiều cao trung bình của bể lắng: Hb= H + Hc = 3 + 0.14 = 3.14 (m). Chọn Hb = 3.2 (m) Chiều cao xây dựng của bể Chiều cao bảo vệ (0,3 – 0,5m) => Hbv = 0.5m Hxd = Hb + Hbv = 3.2 + 0.5 = 3.7 m Hệ thống xả cặn làm bằng ống đục lỗ và đặt dọc theo trục mỗi bể, thời gian xả cặn quy định t = 8 – 10 phút lấy t= 10 phút. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1m/s. Lưu lượng cặn ở một bể (m3/s) Đường kính ống xã cặn của 1 bể chọn D=250mm; Tốc độ nước chảy trong ống v = 1.2 m/s 2.4.5.3. Tính toán vách ngăn phân phối Để phân phối đều trên toàn bộ diện tích mặt cắt ngang của bể lắng cần đặt các vách ngăn có lỗ ở đầu bể, cách tường 1m (qui chuẩn: 1÷2 m). Vận tốc nước qua lỗ vách ngăn v lấy bằng 0,5 m/s. Đoạn dưới của vách ngăn trong phạm vi chiều cao 0.3 – 0.5 m kể từ mặt trên của vùng chứa nén cặn không cần phải khoan lỗ. (6.77. TCXD 33 – 2006) Diện tích công tác của vách ngăn phân phối được tính theo công thức: (m2) Trong đó: B: Chiều rộng mỗi ngăn của bể lắng, m. B = 4.5 m. H: Chiều cao vùng lắng, m. H = 3 m. a: Khoảng cách từ hàng lỗ cuối cùng của vách ngăn phân phối đến, mặt trên của vùng nén chứa cặn, m. Chọn a = 0,3 m. (6.77. TCXD 33 – 2006) Số lỗ phân phối trên vách ngăn: (lỗ) Trong đó: Q1: Lưu lượng mỗi bể lắng Q1 = 2500/ 6 = 417 m3/h ≈ 0.12 m3/s v: Vận tốc nước qua lỗ vách ngăn v lấy bằng 0,5 m/s. Sl: Diện tích lỗ phân phối. Các lỗ trên tấm phân phối được thiết kế hình vuông có diện tích như nhau và nghiêng về phía trên một góc 250. Cạnh của 1 lỗ d = 0,05 m. (qui phạm: d = 0,05 – 0,15 m). Sl = 0.05x0.05 = 2.5x10-3 (m2) Với 96 lỗ phân phối trên vách ngăn thành 16 cột 6 hàng. Khoảng cách giữa 2 hàng: Khoảng cách giữa 2 cột: 2.4.5.4. Tính toán hệ thống máng thu nước cuối bể Thiết kế hệ thống máng thu Chiều dài máng: Lm = L = x56 = 37 (m) Cứ mỗi ngăn bố trí 1 máng thu. Vận tốc nước trong máng thu: vm = 0.6 m/s. (6.84. TCXD 33-2006 vm = 0.6-0.8 m/s ) Tiết diện của máng thu: Ft = = 0.12/0.6= 0.2 (m2) Chiều rộng máng: Chọn bm = 0.4m Chiều sâu máng: hm = Ft / bm= 0.2/0.4 = 0.5 m Tốc độ nước chảy qua lỗ: vl = 1(m/s) Diện tích lỗ trên một máng thu =0.12/1 = 0.12 m2 Đường kính lỗ chọn dl= 25mm ( TCXDVN 33-2006 dl25mm ) => 0.0005 (m2) Số lỗ trên máng :n = = 0.12/0.0005= 240 lỗ Mỗi bên bố trí n = 120 lỗ. Các lỗ thường nằm ngang hai bên máng, lỗ của máng phải đặt cao hơn đáy máng 50 – 80mm. Khoảng cách giữa các tâm lỗ: e = Lm / n = 37/120 = 0.3 m. Mép trên của máng, cao hơn mức nước cao nhất trong bể 0.1m. Đường kính ống dẫn nước từ mỗi bể lắng sang bể lọc Lưu lượng của một bể Ql = 0.12 m3/s. Vận tốc nước chảy trong ống: v = 1m/s Chọn đường kính dẫn nước vào bể D400mm Bảng các kích thước thiết kế bể lắng ngang (06 bể lắng) Thông số Số lượng Đơn vị Số lượng bể N 06 m Chiều rộng bể B 4.5 m Chiều dài bể L 56 m Chiều cao bể Hxd 3.7 m 2.4.6. BỂ PHẢN ỨNG CÓ LỚP CẶN LƠ LỬNG Công suất trạm xử lý Q = 60000 m3/ngđ = 2500(m3/h) = 0.69(m3/s) Bể lắng ngang thu nước bề mặt hợp khối cùng bể phản ứng được chia làm 6 bể, N = 6. Bề rộng bể phản ứng bằng chiều rộng của bể lắng B = 4.5 (m) Diện tích mặt bằng của bể phản ứng Trong đó: v: vận tốc đi lên của dòng nước trong bể phản ứng ở phần trên, với hàm lượng cặn 420mg/l à v = 2.2(mm/s) = 0.0022(m/s) N: số bể phản ứng N = 6 Q: công suất trạm xử lý Lấy chiều rộng bể phản ứng bằng chiều rộng bể lắng B = 4.5 (m) Chiều dài của bể phản ứng: (m); Chọn L =12 (m) Thể tích bể phản ứng với thời gian lưu nước trong bể (m3) t: thời gian phản ứng t = 20 phút Chiều cao tổng cộng của bể phản ứng (m); Chọn H =2.7(m) Trong bể phản ứng đặt 3 tấm chắn hướng dòng Khoảng cách giữa các tấm chắn (m) Đáy bể phản ứng đặt ống khoan lỗ để phân phối nước. Mỗi bể đặt 2 ống. Tốc độ nước chảy trong ống theo TCXDVN 33 – 2006 v = 0.5 – 0.6(m/s). Lấy v = 0.6(m/s). Tiết diện ống nhánh phân phối nước vào 1 bể (m2) Đường kính ống nhánh: (m); Chọn D = 350(mm) Trên các ống nhánh đục lỗ phân phối nước. Đường kính lỗ chọn dl= 25mm (TCXDVN 33-2006 dl25mm ) => 0.0005 (m2) Tốc độ nước chảy qua lỗ: vl = 1(m/s) Diện tích lỗ trên một ống nhánh phân phối (m2) Số lỗ trên mỗi ống nhánh: (lỗ) Mỗi bên ống bố trí n = 58 lỗ. Hướng tâm lỗ tạo góc 450 so với phương thẳng đứng. Bảng các kích thước thiết kế bể phản ứng Thông số Số lượng Đơn vị Số lượng bể N 06 m Chiều rộng bể B 4.5 m Chiều dài bể L 12 m Chiều cao bể Hxd 2.7 m 2.4.7. BỂ LỌC NHANH Chọn bể lọc với 1 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và 1 lớp sỏi đỡ, tính toán với 2 chế độ làm việc là bình thường và tăng cường. 2.4.7.1. Nguyên tắc làm việc của bể lọc nhanh Nguyên tắc làm việc của bể: gồm 2 quá trình: Quá trình lọc: Nước được dẫn từ bể lắng sang, qua mương phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa vào bể chứa nước sạch. Quá trình rửa lọc: Nước rửa và khí được cấp vào bể lọc qua hệ thống phân phối nước và khí rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa, thu vào máng tập trung, rồi được xả ra ngoài heo mương thoát nước. Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngừng rửa. 2.4.7.2 Tính toán cho bể lọc a) Diện tích các bể lọc nhanh một lớp được tính theo công thức (6.103 TCXD 33 – 2006) (m2) Trong đó: Q: là công suất hữu ích của trạm (m3/ngày) Q = 60.000(m3/ngày đêm) T: là thời gian làm việc của trạm 1 ngày đêm (h) T = 24(h) Vtb: là tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường. Tra bảng 6.11 - TCXD33:2006 ta có lớp vật liệu lọc có dmax = 1,6 (mm); dmin = 0.7 (mm); dtương đương = 0,75 ¸ 0,8 (mm); Độ đồng nhất K = 1.3 – 1.5; Chiều dày L = 1300 - 1500 mm thì vbt = 8m/h a: là số lần rửa mỗi một bể lọc trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường, Chọn a = 2 W: Cường độ nước rửa W = 16(1/s – m2) t1: thời gian rửa (h) t1 = 6 phút = 0.1(h) (Bảng 6.13 TCXD 33 – 2006) t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa t2 = 0.35(h) Số bể lọc cần thiết: N = 0.5 x F = 0.5 x 343 = 9.2 bể . Chọn 10 bể Kiểm tra tốc độ lọc khi làm việc tăng cường với điều kiện ngừng 1 bể để rửa Vtc = Vtb . NN-N1 = 8 . 1010-1 = 8,9(m/h). Đạt yêu cầu quy phạm (7-9,5) Diện tích mỗi bể: f = FN = 34310 = 34.3(m2) Chọn kích thước mỗi bể lọc: LxB = 7x5 = 35(m2) b) Chiều cao của bể lọc nhanh :H = hd + hv + hp + hs + hc hd: chiều cao của lớp sỏi đỡ (lấy theo bảng 4.7 sách XLNC – Nguyễn Ngọc Dung) hd = 0.7m hv: chiều cao lớp vật liệu lọc hv = 1.4(m) (TCXD 33- 2006) hn: chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc: hn = 2m hp: chiều cao phụ hp = 0.5 hs: chiều cao từ đáy bể đến sàn đỡ chụp lọc hs = 1m hc: chiều cao sàn đỡ chụp lọc hc = 0.1m Chiều cao toàn phần của bể lọc là: H = hd + hv +hn + hp + hs + hc = 0.7 + 1.4 + 2 + 0.5 + 1 + 0.1 = 5.7(m) c) Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc: Chọn biện pháp rửa lọc bằng gió, nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc Wn = 16 l/s.m2 , độ trương nở của lớp vật liệu lọc là 25%. Cường độ gió rửa lọc Wgió = 16 l/s.m2. ( Sách xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung) Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc m3/s Nước rửa lọc được dẫn vào mỗi bể bừng 2 ống dẫn chính. Vận tốc chảy trong ống chính cho phép chọn v = 2 m/s.( TCVN 33:2006: v = 1.5-2m/s) Đường kính ống dẫn nước rửa lọc chính Chọn ống chính bằng thép không rỉ, có đường kính D = 400mm d) Xác định hệ thống dẫn gió rửa lọc Lưu lượng gió tính toán là: m3/s Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 16 m/s (quy phạm 15 – 20 m/s) Đường kính ống dẫn gió chính Chọn ống dẫn gió bằng thép không gỉ; Dgió = 200 mm e) Tính toán máng phân phối và thu nước rửa lọc Bể có chiều rộng là 5 m. Chọn mỗi bể bố trí 4 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác. Khoảng cách giữa các tim máng là d = 5/4 = 1.25 m (TCVN 33:2006: d = 2.2m). Lượng nước rửa thu vào mỗi máng là: qm = Wn x d x l (l/s)= 16 x 1.25 x 5 = 100 (l/s) = 0.1 (m3/s) Trong đó: + Wn = 16 l/s.m3 (cường độ rửa lọc) + d: khoảng cách giữa các tim máng + l: chiều dài của máng l = 5 m Chiều rộng máng tính theo công thức: (m) (theo 6.117 /TCXD 33-2006) Chọn Bm = 450 mm Trong đó: + a: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật với ½ chiều rộng máng. a = 1.5 (Theo TCVN 33:2006: a = 1 – 1.5) + k: hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác k = 2.1 Chiều cao phần hình chữ nhật Vậy chọn chiều cao máng thu nước là hcn = 0,3m lấy chiều cao của đáy tam giác hd = 0.2 m. Độ dốc của máng lấy về phía máng nước tập trung là i = 0,01; chiều dày thành máng là bm = 0,05 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa: Hm = hcn + hd + bm = 0.3 + 0.2+ 0.05 = 0.55 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức: ∆Hm = + 0.3 ( 6.119/TCXDVN 33:2006) Trong đó: H: chiều cao lớp vật liệu lọc H = 0.7 m e: độ giãn nở tương đối ở lớp vật liệu lọc (bảng 4-5) e = 30% ∆Hm = + 0.3 = 0.51 m Theo quy phạm khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu 0.07 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước là: Hm = 0.55 m. Vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0.01, máng dài 5 m → Chiều cao ở máng tập trung là: 0.55 + 0.01 5 = 0.6 m Vậy ∆Hm sẽ phải lấy bằng: ∆Hm = 0.51 + 0.6 ≈ 1 m Nước rửa lọc từ máng thu nước tập trung. Khoảng cách từ đáy máng thu đến máng tập trung xác định theo công thức: hm = + 0,2 (TCXDVN 33:2006) Trong đó: qm: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước qm = 0,14 = 0,4m3/s ∆: chiều rộng của máng tập trung ∆ = 0.8m (Theo TCVN 33:2006: chiều rộng máng tập trung không nhỏ hơn 0,6 m) g = 9.81 m/s2 gia tốc trọng trường → hm = + 0.2 ≈ 0.5 m *) Tính ống thu nước lọc Nước sau khi lọc được đưa về bể chứa dự trữ. Vận tốc nước của ống thu nước sạch chung là 1.2(m/s) Đường kính ống dẫn nước đã lọc tập trung sang bể chứa. (m) chọn D = 350mm Trong đó: Q: lưu lượng nước V: vận tốc nươc chảy trong ống v = 1,2(m/s) Đường kính ống xả rửa lọc Nước rửa lọc được xả qua 2 ống. Đường kính mỗi ống: 0.4 (m) Trong đó: Qc: lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể là Q = 0.56(m3/s) vc: vận tốc chảy trong ống. Chọn vc = 2(m/s) Chọn đường kính ống là Dc = 400(mm) bằng thép không rỉ. f) Tính toán số chụp lọc Sử dụng loại chụp lọc có đuôi dài, có khe rộng 1mm. Chọn 40 chụp lọc trên 1m2 sàn công tác (Theo TCXDVN 33:2006). Tổng số chụp lọc trong một bể là: N = 40 cái Lưu lượng nước đi qua 1 chụp lọc: Lưu lượng gió đi qua 1 chụp lọc: Tổn thất áp lực qua chụp lọc: Trong đó: V: tốc độ chuyển động của nước hoặc hỗn hợp nước và gió qua khe hở của chụp lọc ( lấy không nhỏ hơn 1,5m/s) chọn V= 2 (m/s) μ: hệ số lưu lượng của chụp lọc. Đối với chụp lọc khe hở =0,5 g) Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng ống khoan lỗ của bể lọc cần xác định theo công thức : m (theo 6.111 /TCXD 33- 2006) Trong đó : Vc : tốc độ ở đầu ống chính (m/s) vc= 1.6(m/s) Vn : tốc độ ở cuối ống nhánh (m/s) Vn= 1.7 (m/s) ε : hệ số sức cản Với kw là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống của máng và diện tích tiết diện ngang của ống chính máng (quy phạm 35%- 40%) chọn 35 % = 18,96 Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hd = 0,22.Ls.W= 0,22.0,716 = 2,464 m Trong đó: Ls: chiều dày của lớp sỏi đỡ: 0.7 m W: cường độ rửa lọc W = 16 l/s.m2 Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc Trong đó: a và b là hệ số phụ thuộc vào kích thước hạt vật liệu lọc. Ứng với kích thước hạt d = 0.5-1 mm; a = 0.76; b = 0.017 (Xử lý nước cấp – Nguyễn Ngọc Dung). e: độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc e = 0,25 L: chiều dày lớp cát lọc L = 0,8m Áp lực phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2 m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là Hn= hp + hvl+ hd +hbm = 5,3 +0,2064+2,464+2 =9,97 (m) Chọn máy bơm rửa lọc và bơm nước rước rửa lọc. Bảng: Các thông số thiết kế của bể lọc nhanh. Thông số Số lượng Đơn vị Số bể lọc N 10 Bể Chiều rộng bể B 5 m Chiều dài bể L 7 m Chiều cao bể Hxd 5.7 m Ống dẫn nước rửa lọc 400 mm Ống dẫn gió 200 mm Ống thu nước lọc 350 mm Ống xả nước rửa lọc 600 mm Số máng trong 1 bể 4 máng Chiều rông mángBm 0,45 m Chiều dài máng Lm 5 m Chiều sâu máng Hm 0,55 m 2.4.8. BỂ CHỨA NƯỚC SẠCH Chức năng của bể chứa nước sạch: điều hòa lưu lượng giữa trạm bơm cấp 1 và trạm bơm cấp 2, nó còn có nhiệm vụ dự trữ lượng nước chữa cháy, nước xả cặn bể lắng, rửa bể lọc và nước dùng cho nhu cầu khác của nhà máy nước Tại bể xảy ra quá trình tiếp xúc giữa nước cấp với dung dịch Clo (30 phút) để loại bỏ những vi trùng còn lại trước khi cấp nước vào mạng lưới cấp nước. Tính toán dung tích bể chứa Qua kiểm tra ta xác định được dung tích điều hòa của bể chứa (tính toán ở phần cấp nước) là: 20% Qngđ Thể tích bể chứa được tính theo công thức : WBC = WĐH + WCC + WBT Trong đó : WĐH : thể tích điều hòa của bể chứa (m3) WĐH = 20% Qngđ = 20% 60000 = 12000 (m3) WCC : dung tích dự trữ cho chữa cháy trong vòng 3 giờ liền (m3) WCC = n qcc 3h = = 108 (m3) (9.3 TCXD33-2006) qcc: tiêu chuẩn nước chữa cháy (m3), qcc = 10 l/s WBT : lượng nước dự trữ cho bản thân trạm xử lý WBT = (4 ÷ 6) % Qngđ chọn WBT = 6% Qngđ WBT = 6% 60000 = 3600 (m3) Vậy thể tích bể chứa : WBC = 12000 + 108 + 3600 = 15708 (m3) chọn W=16000(m3) Bố trí 8 bể chứa, mỗi bể có dung tích: W = 2000 m3. Chọn chiều sâu của bể chứa: h = 5 m. Diện tích mặt cắt ngang của bể chứa: Fbc = 2000/5 = 400 m2. Kích thước bể chứa: Chọn chiều dài: l = 25m. Chọn chiều rộng: b = 400/25 = 16 m. Chiều cao từ mực nước đến thành bể: 0,5 m. Chiều cao tổng cộng của bể chứa: Hbc = 5 + 0,5 = 5.5 m Chọn đường kính ống dẫn d = 300 mm Bảng: các kích thước thiết kế bể chứa nước sạch Thông số Số lượng Đơn vị Số lượng bể N 08 bể Chiều rộng bể B 16 m Chiều dài bể L 25 m Chiều cao bể HXD 5.5 m 2.4.9. TÍNH TOÁN KHỬ TRÙNG BẰNG CLO Lượng clo để khử trùng nước đạt tiêu chuẩn cấp nước, vừa đảm bảo liều lượng clo dư ở bể chứa nước sạch nằm trong khoảng 0.3 – 0.5 mg/l. Dùng phương pháp khử trùng nước bằng clo lỏng. Đối với nước mặt lượng clo cần dùng khoảng (2-3 mg/l), chọn mCl = 3mg/l (6.162 TCXD 33-2006) Liều lượng clo cần dùng (lấy bằng 1.3 lần so với lượng clo hoạt tính cần cho vào nước theo TCXD 33 – 2006) là: 1.3 x 3 = 3.9 mg/l Liều lượng Clo dùng trong 1 giờ: (kg/h). Thể tích Clo dùng trong 1 giờ: (l/h). Với : trọng lượng riêng của Clo là: 1.47 (kg/l). Lượng nước tính toán cho Cloratơ làm việc lấy bằng 0.6 (m3/kgClo). (6.169. TCXD33-2006) Lưu lượng nước cấp cho trạm clo Q = 0,6. Q= 0.6´9.75 = 5.85 (m3/h) =1.62x10-3 (m3/s) = 1.25 (l/s). Lượng Clo dùng cho 1 ngày: Q= Q´ 24 = 9.75 ´ 24 = 234 (kg/ngđ). Lượng Clo tiêu thụ trong ngày: Vcl =234 / 1.47 = 159 (l) Với trọng lượng riêng Clo bằng 1.47 (kg/l). Chọn số bình Clo dự trữ trong trạm đủ dùng tối thiểu là 30 ngày. Lượng Clo dùng trong 30 ngày : Vcl30 = 159 x 30 = 4770 (l/tháng) Cấu tạo nhà trạm Clo Trạm Clo xây cuối hướng gió Trạm được xây dựng 2 gian riêng biệt: 1 gian đựng Clorato, 1 gian đặt bình clo lỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng. Trạm được xây cách ly với xung quanh bằng các cửa kín, có hệ thống thông gió thường xuyên bằng quạt với tần suất bằng 12 lần tuần hoàn gió. Không khí được hút ở điểm thấp. Trong trạm có giàn phun nước áp lực cao, có bể chứa dung dịch trung hoà Clo, khi có sự cố dung tích bình đủ để trung hòa. 2.4.10. CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ (theo bảng 6.28 .TCXD33-2006) với Q= 60000(m3/ngđ) - Trạm biến thế: Diện tích = 16 m2 với kích thước (4 x 4) m . - Phòng bảo vệ cổng tường rào : Trạm có Q = 60000 m3/ngđ lấy Sbv = 15 m2, kích thước (5 x 3)m - Phòng trực ca : S = 20 m2 với kích thước (5x4)m - Phòng kho : Lấy S = 15 m2 . Kích thước là (5x3)m - Phòng thí nghiệm: Lấy theo quy phạm S = 40 m2 kích thước (10 x 4)m 2.4.11. SÂN PHƠI BÙN ( Theo hướng dẫn trang 500 – sách Trịnh Xuân lai có ) Sân phân bùn phải có dung tích đủ chứa lượng bùn từ nhà máy nước xả ra trong 4 đến 6 tháng mùa lũ. Đáy sân có độ dốc 1% về phía cửa tháo nước ra. Thành và đáy hồ lát đá hộc miết xi măng hoặc lát bê tông tấm, miết mạch bằng vữa xi măng atsfan để chống xói lở và ngăn không cho nước bẩn thấm vào nguồn nước ngầm. Đáy sân đổ lớp sỏi cỡ hạt 16 – 32 mm, dày 200 mm. Trên lớp sỏi đổ hai lớp sỏi nhỏ, lớp thứ nhất đường kính 4 – 8 mm, dày 100 mm; lớp thứ hai đường kính 1 – 2 mm, dày 100 mm. Xây dựng ít nhất 2 hồ ,chung quanh sân có đường ôtô đi lại để vận chuyển bùn,ít nhất cạnh hồ nên có bãi trung chuyển bùn , chiều rộng 1 làn xe tải là 5m. Lượng cặn khô cần xả ra hằng ngày (theo công thức trang 496- sách Trịnh Xuân Lai) G1 = = ≈ 30480( kg/ngđ) Trong đó G: trọng lượng cặn khô (kg) Q: lượng nước xử lý (m3/ngày); Q = 60000 m3/ngày C2: hàm lượng cặn trong nước ra khỏi bể lắng (g/m3); m = 10g/m3= 10 (mg/l) C1: hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng (mg/l) C1 =518 (theo tính toán phía mục 2.4.5.2) Số lượng bùn tích lại ở bể lọc sau một ngày được tính theo công thức: G2 = (kg) Trong đó: G2: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lọc sau một ngày, (Kg) Q: Lượng nước xử lý, Q = 60000 (m3/ngđ) C2 : Hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lọc, lấy bằng 3 (g/m3) (tiêu chuẩn là không lớn hơn 3 g/m3) C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lọc, lấy bằng lượng cặn đi ra khỏi bể lắng, C1 = 10 (g/m3) Vậy trọng lượng cặn khô là: G2 = = 420 (Kg) Tổng lượng cặn xả ra 1 ngày của trạm xử lý G = G1 + G2 = 30480 + 420 =30900( kg) Lượng bùn cặn nén trong vòng 4 tháng G3 = 4.30.30900= 3708000 kg - Diện tích mặt hồ cần thiết : F = = 30900 m2 Ta chọn 10 bể, mỗi bể có tiết diện 45x69 m luân phiên làm việc trong năm. Sau 4 tháng nước được rút khỏi hồ, để phơi bùn trong 3 tháng, nồng độ bùn đạt 25%, tỷ trọng của bùn là 1,2 tấn/m3 Thể tích bùn khô trong hồ :V = = 3105 m3 Chiều cao bùn khô trong hồ :H1 = = 0,25 m Lượng cặn khô xả ra hằng ngày G=31050 kg, nồng độ cặn khoảng 0,4%, tỷ trọng bùn 1,011 tấn/ m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả hằng ngày G4 = 7762500 kg = 7762,5 tấn Thể tích bùn loãng ra trong 1 ngày :V1 = =7678 m3 Chiều cao phần bùn loãng trong hồ :H2 = = 0,62 m Chiều cao hữu ích của bể :H0 = H1 + H2 = 0,25 + 0,62 = 0,87(m) Chọn chiều sâu hồ là 1,5 m Tổng chiều cao của bể là : Hh = Hđáy + Ho + Hdự trữ = 0.5+ 0,33+0,87=1,7 (m) Với Hđáy : đáy lót 3 lớp sỏi có chiều dày 0,5m Hdự trữ = 0,3 m Bảng: các kích thước thiết kế sân phơi bùn Thông số Số lượng Đơn vị Số lượng bể N 10 bể Chiều rộng bể B 45 m Chiều dài bể L 69 m Chiều cao bể Hh 1,7 m 2.5. BỐ TRÍ MẶT BẰNG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC CẤP Trạm xử lí với công suất xử lí 60.000m3/ngđ có diện tích mặt bằng là 2 ha (xử lí nước cấp của Nguyễn Lan Phương) Trên khu đất đã được phê duyệt để xây dựng trạm xử lý sẽ được sắp xếp, bố trí các công trình chính, các công trình phục vụ và các công trình phụ. Ngoài ra còn bố trí các đường ống kĩ thuật, đường ống cấp nước cho bản thân trạm, ống thoát nước, mương thoát nước, hệ thống cấp điện cho trạm bơm, điện chiếu sáng… Tất cả các công trình, thiết bị và đường ống cần sắp xếp hợp lý, đảm bảo các điều kiện kĩ thuật và mĩ quan công trình. Khi bố trí mặt bằng trong trạm xử lý nước cần dựa vào các nguyên tắc thiết kế sau: Cần ưu tiên bố trí các công trình chính trong dây chuyền công nghệ xử lý nước. Đảm bảo cho các công trình chính làm việc hợp lý và thuận tiện nhất. Các công trình cần được sắp xếp gọn gàng, chiếm ít diện tích và tiết kiệm đất. Triệt để lợi dụng địa hình, kết hợp bố trí mặt bằng với thiết kế cao trình trạm xử lý để giảm công tác đất, giảm chiều sâu công trình, tạo điều kiện thoát nước và xả cặn dễ dàng. Khi bố trí các công trình trên mặt bằng, phải dự kiến trước các vị trí các công trình sẽ được xây dựng ở giai đoạn sau, tạo điều kiện thuận lợi thiết kế mở rộng nhà máy, tránh đập phá công trình và đường ống phải đi đường vòng quá xa. Các công trình phụ trợ cần đặt ở gần các công trình chính mà nó phục vụ để giảm công tác vận chuyển. Các phòng quản lý, trực ban,… nên bố trí ở gần nơi làm việc, tránh tập trung đông người. Các công trình gây nhiễm bẩn, độc hại nên bố trí riệng biệt, xa các công trình chính, cuối hướng gió và ít người qua lại. Trong điều kiện địa chất cho phép nên bố trí hợp khối công trình để tiết kiệm đất xây dựng và giá thành. Trạm biến thế điện nên đặt gần nới sử dụng điện nhiều nhất và gần đường nội bộ. Bảo đảm điều kiện vệ sinh, hệ thống thoát nước phải đảm bảo thoát nước tốt, có biện pháp trồng cây xanh, hoa cỏ để đảm bảo không khí trong sạch. Các đường giao thông nội bộ phải bố trí hợp lý, thuận tiện đến từng công trình với chiều rộng đường ô tô có thể ra vào thuận tiện. Phải đảm bảo điều kiện mĩ quan toàn nhà máy.