Luận án Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho dân cư khu vực quận Cẩm Lệ của thành phố Đà Nẵng công xuất 15.000m3/ ngày.đêm

g tích bể trộn nhỏ, tiết kiệm vật liệu và diện tích xây dựng. Nhược điểm của bể trộn cơ khí là phải có máy khuấy và các thiết bị cơ khí và đòi hỏi người vận hành có trình độ. Tính toán bể keo tụ: Các thông số công nghệ: Gradien vận tốc G = 800 − 1000 s−1. Hiệu suất động cơ η = 0,8. Thời gian lưu nước trong bể t = 1 − 2 phút. Đường kính cánh khuấy D ≤ Chiều rộng cánh khuấy R = D. Chiều dài cánh khuấy L = D. Chiều rộng tấm chắn Các thông số tính toán: Dung tích bể, Wb. Kích thước bể H, A. Tính toán cánh khuấy: D, L, R, n, h. Công suất động cơ, P. Tính toán tấm ngăn chuyển động của nước. Tính toán đường ống dẫn nước. Tính toán: Tính dung tích bể: Dung tích yêu cấu của bể trộn là: W = Q ´ t. Chọn thời gian lưu nước trong bể là t = 60 s. Þ W = 0,174 ´ 60 = 10,44 (m3). Chọn 2 bể, dung tích mỗi bể là Wb = 5,22 m3. Công suất làm việc của mỗi bể là Qb = 312,5 m3/h. Tính kích thước bể: Chọn loại bể hình vuông có chiều rộng là A, chiều cao H. Chọn chiều cao công tác của bể là Hct = 2 m. Ta có: A2 ´ H = Wb. Þ A = = 1,62 (m). Chọn chiều cao bảo vệ của bể là 0,5 m. Chiều cao xây dựng của bể là: Hb = 2,5 m. Tính cánh khuấy: Dùng máy khuấy turbin 4 cánh nghiêng góc 45o hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. Chọn đường kính cánh khuấy D = 0,7 m. ( D ≤ ) Cánh khuấy đặc cách đáy một khoảng h = D = 0,7 m. Chiều rộng cánh khuấy R = 0,14 (m). (R = D). Chiều dài cánh khuấy L = 0,175 (m).(L = D). Tính công suất động cơ: Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2.V.µ , J/s. [12-102] Trong đó: P : Năng lượng cần thiết, J/s. G : Gradien vận tốc, s−1. V : Thể tích bể trộn, m3. µ : Độ nhớt động lực của nước, Nm2/s. Ở 25 oC, µ = 0,9005.10−3. Þ P = 10002 ´ 5,22 ´ 0,9005.10-3= 4701 (J/s). P = 4,701 KW. Chọn hiệu suất động cơ η = 0,8. Công suất động cơ là: P = = 5,875 (KW). Tốc độ của cánh khuấy: n = , (vòng/giây). [12-102] Trong đó: n : Tốc độ quay của cánh khuấy, vòng/phút. P : Năng lượng tiêu tốn, J/s. K : Hệ số cản của nước. Turbin 4 cánh nghiêng 45o, K = 1,08. ρ : Khối lượng riêng của nước, kg/m3. Ở 25 oC, ρ = 997,08 kg/m3. D : Đường kính cánh khuấy, m. Þ n = = 3 (vòng/giây). n = 180 vòng/phút. Tính tấm ngăn chuyển động xoáy của nước: Trong bể đặt 5 tấm ngăn chuyển động xoáy của nước. Chiều cao tấm chắn Ht = 2,5 m và chiều rộng mỗi tấm là Rt = 0,16 m (Rt = 1/10 A). Tính đường kính ống dẫn nước: Tiết diện ống dẫn nước được tính theo công thức: Trong đó: q: Lưu lượng nước xử lý, m3/s. v: Vận tốc nước trong ống, m/s. Chọn vận tốc nước ở ống dẫn nước vào là 1,5 m/s và vận tốc nước trong ống dẫn nước ra là 1 m/s. Tiết diện ống dẫn nước vào: - Đường kính ống dẫn nước vào là: Tiết diện ống dẫn nước ra là: - Đường kính ống dẫn nước ra là: III.3.2. Bể phản ứng (Bể tạo bông cặn) : [8-46] Nước và chất phản ứng sau khi đã được hòa trộn đều trong bể trộn sẽ được đưa sang bể phản ứng. Bể phản ứng có chức năng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các hạt keo và cặn bẩn trong nước để tạo nên những bông cặn đủ lớn và được giữ lại trong bể lắng. Việc chọn bể phản ứng đồng thời với việc chọn bể lắng và các chỉ tiêu kỹ thuật của chúng có ảnh hưỡng lẫn nhau. Hiện nay có nhiều loại bể phản ứng đang được sử dụng, thời gian lưu nước trong bể kéo dài từ 6 − 40 phút tùy theo từng kiểu bể. Các kiểu bể phản ứng Thời gian lưu (phút) Bể phản ứng xoáy Xoáy hình trụ Xoáy hình phễu Bể phản ứng có vách ngăn Vách ngăn ngang Vách ngăn đứng Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Bể phản ứng tạo bông kết tủa cơ khí 15 20 6 − 10 20 đối với nước đục 30 − 40 nước có màu Không nhỏ hơn 20 10 − 30 Bảng III.1. Các kiểu bể phản ứng và thời gian lưu nước trong bể. Lựa chọn bể phản ứng cho dây chuyền : Với hàm lượng chất rắn lơ lửng của nước thô là 117 mg/l và công suất xử lý là 15.000 m3/ngày đêm thì ta chọn bể phản ứng có vách ngăn ngang là thích hợp. Bể phản ứng trong có tầng cặn lơ lửng có sẵn cặn lơ lửng cho nên bông cặn được keo tụ ngay, bông cặn được chuyển trực tiếp sang bể lắng cho nên không bị phá vỡ liên kết do dòng chảy. Ưu, nhược điểm : Ưu điểm của bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng là hiệu quả cao, cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng. Nhưng nhược điểm là khởi đọng chậm, thường lớp cặn lơ lửng được hình thành và làm việc có hiệu quả chỉ sau 3 – 4 giờ làm việc. Tính toán bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng : Công suất trạm xử lý: 15.000 m3/ng.đ = 625 m3/h = 0,174 m3/s. - Độ đục =107 mg/l ứng với độ đục này thì tốc độ nước đi lên trong bể: V = 1,6 mm/s = 0,0016 m/s. Diện tích mặt bằng bể phản ứng tính theo công thức: F = ( m2) [8-58] Trong đó: N: số bể lấy = 2. F = m2. - Lấy chiều rộng một bể bằng chiều rộng một bể lắng ngang: B = 8 m. Mỗi bể chia làm 2 ngăn, chiều rộng mổi ngăn là 4m. - Chiều dài bể phản ứng: L = = m. Thể tích bể phản ứng với thời gian nước lưu lại trong bể: t = 20 phút . W = = m3. [8-58] Chiều cao bể phản ứng bằng chiều cao bể lắng: h = 3,75 m. Trong ngăn phản ứng đặt 3 tấm chắn hướng dòng khoảng cách giữa các tấm chắn là: = m. Dưới đáy bể đặt ống khoan lỗ phân phối nước vào bể, mỗi ngăn đặt 2 ống, tốc độ nước chảy trong ống theo qui phạm: V = 0,5 ÷ 0,6 m/s; Chọn V = 0,6 m/s. Thiết kế ống phân phối: f = = m2. m: Số ống trong mỗi ngăn = 2. n: Số ngăn = 2 ngăn. D = = m. Chọn D = 300 mm. Tổng diện tích lỗ phân phối bằng 30% tiết diện ống: lỗ = = = 0,0219 m2. Ống khoan lỗ d = 25 mm. Diện tích lỗ: flỗ = = m2. [8-59] Tổng số lỗ: = lỗ. Mỗi bên ống khoan 22 lỗ, hai hàng so le, lỗ hướng xuống dưới, hợp với phương đứng một góc 450. Khoảng cách giữa các tim lỗ: e = mm. [8-59] Trong đó: L: Chiều dài ngăn phản ứng: L = 6,8m = 6800 mm. 400: Khoảng cách từ hai ống đến thành bể. : Số lỗ ở mỗi hàng = 22 lỗ. e = mm. Tính tổn thất áp lực qua giàn ống phân phối: h = (m). [8-59] Trong đó: K: Là tỷ số tất cả cac lỗ của ống phân phối trên tiết diện ngang của ống phân phối K = 30% = 0,3. h = = 0,47 m. Tốc độ nước từ ngăn phản ứng sang bể lắng Vt = 0,05 m/s. Chiều cao lớp nước trên vách trên: ∆H = [8-59] Trong đó: Q = 0,174 m3/s B: Chiều rộng một bể phản ứng; B = 8 m. N: Số bể phản ứng; N = 2. Vt: Vận tốc nước tràn qua bể lắng; V = 0,05 m/s. ∆H = m. Khoảng cách giữa tường bể phản ứng và tấm ngăn bể lắng (Vận tốc ở đây: Vn = 0,03 m/s) l = = m. III.3.3. Bể lắng : [8-71] Lắng nước là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Trong công nghệ xử lý nước, quá trình xử lý nước xảy ra rất phức tạp, chủ yếu ở trạng thái động. Theo phương chuyển động của dòng nước, người ta chia thành các loại bể lắng sau: Bể lắng ngang: Nước chuyển động theo chiều ngang từ đầu bể đến cuối bể. Bể lắng đứng: Nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên. Bể lắng trung tâm: Nước chuyển động từ trung tâm bể ra phía ngoài. Bể lắng lớp mỏng: Gồm 3 kiểu tùy theo hướng chuyển động của lớp nước và cặn (dòng chảy ngang, dòng chảy nghiêng cùng chiều và dòng chảy nghiêng ngược chiều). Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: Lắng qua môi trường hạt, nước chuyển động từ dưới lên. Lựa chọn bể lắng cho dây chuyền : Chất lượng nước nguồn có sự thay đổi lớn giữa các mùa trong năm nên lựa chọn bể lắng rất quan trọng cho việc linh hoạt vận hành dây chuyền xử lý mà cụ thể là có hoặc không dùng chất keo tụ khi hàm lượng cặn trong nước lớn hay nhỏ nhằm giảm chi phí trong xử lý nước. Ta chọn bể lắng ngang thu nước cuối bể cho quá trình lắng sau keo tụ vì bể lắng ngang phù hợp với việc chọn bể phản ứng có có lớp cặn lơ lững đã chọn và công suất 15.000 m3/ngày đêm của trạm xử lý. Khi hàm lượng cặn trong nước nguồn nhỏ, chất lượng nước nguồn tốt thì quá trình xử lý có thể không dùng hóa chất keo tụ. Khi đó, có thể thực hiện quá trình ôxy hóa sơ bộ ở bể phản ứng, sau đó nước có thời gian tiếp xúc và phản ứng khi qua bể phản ứng. Khi qua bể lắng ngang thì quá trình ôxy hóa có điều kiện để xảy ra hoàn toàn và những cặn bẩn và những sản phẩm kết tủa của quá trình ôxy hóa sơ bộ được giữ lại bể lắng ngang. Ưu, nhược điểm : Ưu điểm của bể lắng ngang là cấu tạo và vận hành đơn giản, hiệu quả lắng cao. Nhược điểm của bể lắng ngang là chiếm nhiều diện tích và khó thu cặn. Tính toán bể lắng ngang: Các thông số công nghệ: [12] Hệ số Reynol : Re < 10.000. Hệ số Fruode : Fr = (0,5 − 1).105. Chiều cao vùng lắng: Ho = 2,5 − 3,5 m. Chiều rộng mỗi ngăn lắng: 3 − 6 m. Các thông số tính toán: Diện tích bề mặt vùng lắng. Chiều dài bể lắng. Chiều rộng bể lắng. Tính số ngăn trong bể lắng. Tính toán vách ngăn phân phối. Tính toán hệ thống máng thu cuối bể. Kiểm tra chế độ thủy lực. Xác định vùng chứa nén cặn. Hệ thống xả cặn. Đường ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc. Tính toán: Diện tích bề mặt vùng lắng: Tổng diện tích mặt bằng bể lắng ngang được tính theo công thức: , (m2). [8-77] Trong đó: α : Hệ số kể đến sự ảnh hưởng của thành phần vận tốc rối của dòng nước theo phương thẳng đứng. Q : Lưu lượng nước tính toán, m3/h. uo : Tốc độ rơi của hạt cặn, mm/s. Theo thực nghiệm: [8-76] Trong đó: ω : Tốc độ rối có thành phần đứng. vtb : Tốc độ trung bình của dòng nước trong bể, mm/s. Vì vậy, Ta có: [8-75] Trong đó: L : Chiều dài vùng lắng cặn, m. Ho : Chiều cao vùng lắng cặn, m. Thay biểu thức tính α vào biểu thức tính L và biến đổi, ta được: Þ Trong đó: K: Hệ số phụ thuộc vào tỉ số giữa chiều dài và chiều sâu vùng lắng. Thay giá trị vtb theo K, ta được: Trị số K và α phụ thuộc vào tỉ số L/Ho. Chọn L/Ho =10. Ta được K = 7,5, α = 1,33. [8-76] Nước có hàm lượng cặn từ 50 − 250 mg/l nên uo = 0,45 [8-77] Như vậy, diện tích vùng lắng là: = 513,117 (m2). Tính chiều dài vùng lắng: Chiều dài vùng lắng được tính theo công thức: Chọn Ho = 3,0 m. (Quy phạm Ho = 2,5 − 3,5 m) vtb = K.uo = 7,5 ´ 0,45 = 3,375 mm/s. Þ = 33,75 (m). Chiều rộng vùng lắng: Chiều rộng vùng lắng được tính theo: = 15,2 (m). Lấy B = 16 m và chọn số bể là 2. Chiều rộng mỗi bể là: Tính số ngăn lắng trong bể: Để giảm áp lực nước vào hai thành bể, người ta chia bể làm nhiều ngăn với chiều rộng mỗi ngăn từ 3 đến 6 m. Chọn chiều rộng mỗi ngăn lắng là 4 m. Số ngăn lắng trong mỗi bể là: (ngăn). Tính toán hệ thống máng thu nước: Chiều dài máng thu nước: = 22,5 (m). Khoảng cách giữa các máng thu rm,m £ 3 m. Khoảng cách từ tâm máng đến tường rm,t = 0,5 − 1,5 m. Chọn mỗi ngăn lắng đặt 2 máng thu nước. Các máng đặt cách nhau 2 m và máng cách tường 1 m. (rm,m = 2 m, rm,t = 1 m). Tiết diện của máng thu nước: (m2). Trong đó: qn : Lưu lượng nước qua mỗi ngăn, m3/s. qn = 0,043 m3/s. vm : Vận tốc nước trong máng, m/s. Chọn vm = 0,6 m/s. (Quy phạm vm = 0,6 − 0,8 m/s). Þ = 0,036 (m2). Chọn chiều rộng của máng rm = 0,25 m. Chiều sâu của máng thu nước là: = 0,144 (m). Lấy hm = 0,15 (m). Chọn vận tốc nước qua lỗ máng thu là 1 m/s. Diện tích yêu cầu của các lỗ trên máng thu là: (m2) Chọn đường kính lỗ trên máng thu nước có đường kính d2 = 0,03m. Diện tích mỗi lỗ là: = 0,0007 (m2). Số lỗ yêu cầu trên máng thu nước: n2 = 30 (lỗ). Các lỗ được bố trí nằm ngang hai bên máng (mỗi bên 15 lỗ). Hàng lỗ đặt cách đáy máng một khoảng 80 mm. (Quy phạm từ 50-80 mm). Khoảng cách giữa các lỗ: = 1,5 (m). Kiểm tra chế độ thủy lực trong bể: Để quá trình lắng đạt hiệu quả, các hệ số Reynol và Froude phải nằm trong giới hạn cho phép. Tính hệ số Reynol: Trong đó: vo: Vận tốc chuyển động ngang của nước, m/s. v: Độ nhớt động lực của nước, m2/s. R : Bán kính thủy lực, m. - R được tính theo công thức: (m). Với : B1n : Chiều rộng mỗi ngăn, B1n = 4 m. Ho : Chiều sâu vùng lắng, Ho = 3 m. Þ = 1,2 (m). - Vận tốc chuyển động ngang của nước: = 0,007 (m/s). - Độ nhớt động lực của nước: Ở 25oC, độ nhớt động lực của nước là 0,88.10-6 m2/s. Như vậy: = 9545 Tính hệ số Froude: = 0,416.10−5 Re 10 −5 nên điều kiện thủy lực trong bể lắng được đảm bảo. Tính toán vùng chứa nén cặn: Ta xả cặn theo phương pháp thủy lực. Dung tích chứa cặn của bể được xác định theo công thức: Trong đó: T : Thời gian giữa hai lần xả cặn. Tùy theo hàm lượng cặn của nước nguồn. Chọn T = 24 h. (Thường lấy T = 8 − 24 h). Q : Lưu lượng nước vào bể lắng, m3/h. N : Số bể lắng. N = 2. c : Hàm lượng cặn trong nước sau lắng. Chọn c = 12 g/m3. (Thường lấy từ 8 − 12 g/m3). dc : Nồng độ trung bình của cặn nén sau thời gian T = 24 h. Cn : Tổng hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng. Cn được xác định theo công thức: Cn = Co + K.P + 0,25.Mt + v (mg/l). Trong đó: Co : Hàm lượng cặn của nước sau xử lý sơ bộ. Co = 117 mg/l. P : Lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước, g/m3. P = 28,067 mg/l. K : Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng. Chọn K = 0,8. Mt : Độ màu của nước nguồn, Mt = 50. v : Liều lượng vôi cho vào trong quá trình xử lý nước, mg/l. v = M = 252,821 mg/l. Þ Cn = 117 + 0,8´28,067 + 0,25´50 + 252,821= 404,775 (mg/l). Như vậy, = 95,026 (m3). Chiều cao của vùng chứa cặn được tính theo: Trong đó: B: Chiều rộng bể lắng ngang, m. L : Chiều dài bể lắng ngang, m. Chiều cao của bể lắng ngang: Htb = Ho + Hc + h, m. Trong đó: h : Chiều cao bảo vệ. Chọn h = 0,4 m. (Thường lấy từ 0,3 − 0,5 m). Như vậy: Htb = 3 + 0,351 + 0,4= 3,751 (m). Tính toán hệ thống xả cặn: Hệ thống xả cặn bao gồm các ống đục lỗ và đặt dọc theo trục mỗi ngăn. Chọn mỗi ngăn đặt một ống xả cặn. Dung tích chứa cặn của mỗi ngăn lắng là: Lưu lượng nước xả ở mỗi ngăn lắng được tính theo công thức: Trong đó: W1n : Dung tích chứa cặn mỗi ngăn, m3. K : Hệ số pha loãng cặn. Chọn K = 1,8. (Thông thường từ 1,8 – 2,0). t : Thời gian xả cặn. Chọn t = 10 phút. (Thông thường từ 8 – 10 phút). Như vậy: Tiết diện ống xả cặn là: Trong đó: Q : Lưu lượng nước, cặn qua ống, m3/s. vo : Vận tốc nước, cặn qua ống, m/h. Chọn vo = 1 m/s. Nên: Đường kính ống xả cặn: Đường kính lỗ thu trên ống xả cặn lấy theo quy chuẩn là d1 = 30 mm. Tiết diện của lỗ là: = 0,7056.10-3 m2. Tổng diện tích các lỗ yêu cầu trên 1 ống xả cặn là: Trong đó: v1 : Vận tốc cặn qua lỗ, m/s. Lấy v1 = 1,5. qc : Lưu lượng cặn ở 1 ngăn, m3/s. Þ Tổng số lỗ trên 1 ống thu cặn là: (lỗ) Chọn n = 210 lỗ. Bố trí đều hai bên. Số lỗ mỗi bên của ống là: 105 lỗ. Khoảng cách giữa các lỗ: rl-l = 33,75/105 = 0,321 (m). (Thỏa mãn < 0,5 m). Tính toán ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc: Tiết diện ngang của đường ống dẫn nước: Với: qo: Lưu lượng nước xử lý, m3/s. vo : Vận tốc nước trong ống, m/s. Chọn vận tốc nước trong ống dẫn là 1 m/s. Đường kính ống là: = Tính ống tập trung nước từ hai bể lắng sang bể lọc: Tiết của ống: diện Trong đó: Q : Lưu lượng tập trung, m3/s. vtt : Vận tốc nước trong ống tập trung, m/s. Chọn vtt = 0,8 m/s. Þ Đường kính ống dẫn nước tập trung là: III.3.4. Bể lọc : [8-111] Lọc nước là quá trình cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hay các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước. Tốc độ lọc là lượng nước được lọc qua một đơn vị diện tích bề mặt của bể lọc trong một đơn vị thời gian, (m/h). Có thể chia ra các loại bể lọc như sau: Phân chia theo tốc độ lọc: Bể lọc chậm: Tốc độ lọc từ 0,1 − 0,5 m/h. Bể lọc nhanh: Tốc độ lọc từ 5 − 15 m/h. Bể lọc cao tốc: Tốc độ lọc từ 36 − 100 m/h. Phân chia theo chế độ dòng chảy: Bể lọc trọng lực: Là bể lọc hở, không áp. Bể lọc áp lực: Là bể lọc kín, quá trình lọc xảy ra nhờ tạo ra áp lực dương ở phía trên lớp vật liệu lọc hay áp lực âm dưới lớp vật liệu lọc. Phân chia theo chiều của dòng nước: Bể lọc xuôi: Là bể lọc cho nước chảy qua lớp vật liệu từ trên xuống dưới như bể lọc chậm, bể lọc nhanh phổ thông... Bể lọc ngược: Nước chảy qua lớp vật liệu lọc từ dưới lên như bể lọc tiếp xúc. Bể lọc hai chiều: Nước chảy qua lớp vật liệu lọc theo cả 2 chiều từ trên xuống và từ dưới lên như bể lọc AKX. Theo số lượng lớp vật liệu lọc: Bể lọc một lớp vật liệu lọc. Bể lọc hai hay nhiều lớp vật liệu lọc. Theo cỡ hạt vật liệu lọc (tính theo lớp trên cùng): Bể lọc có cỡ hạt nhỏ: d < 0,4 mm. Bể lọc có cỡ hạt vừa: d = 0,4 − 0,8 mm. Bể lọc có cỡ hạt thô: d > 0,8 mm. Theo cấu tạo lớp vật liệu lọc: Bể lọc có vật liệu lọc ở dạng hạt. Bể lọc lưới: Nước lọc đi qua lưới lọc kim loại hoặc vật liệu xốp... Bể lọc có màng lọc: Nước lọc đi qua màng lọc được tạo thành trên bề mặt lưới đỡ hay lớp vật liệu rỗng... Lựa chọn bể lọc cho dây chuyền : Công suất của dây chuyền công nghệ xử lý là khá lớn, hàm lượng cặn khá nhỏ và chỉ tiêu vi sinh vật của nguồn nước thô nhỏ nên ta chọn bể lọc nhanh phổ thông cho quá trình lọc nước. Chọn bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc. - Lớp phía dưới là lớp cát thạch anh, đường kính hạt d = 0,5 – 1,2 mm. Đường kính tương đương là dtđ = 0,70 – 0,75 mm. Hệ số đồng nhất K = 2. Chiều dài lớp cát lọc L2 = 700 – 800 mm. - Lớp phía dưới là lớp than anxatrit nghiền nhỏ, cỡ hạt d = 0,8 – 1,8 mm. dtđ = 1,1 – 1,2 mm. Hệ số đồng nhất K = 2. Chiều dài lớp than L1 = 400 – 500 mm và rửa lọc bằng nước thuần túy. Ưu, nhược điểm : Ưu điểm của bể lọc nhanh phổ thông là công suất lọc lớn, tổn thất áp lực nhỏ và hiệu quả làm sạch tương đối cao. Nhược điểm của bể lọc nhanh phổ thông là không lọc triệt để, hiệu suất khử vi sinh vật thấp. Vì vậy, những nguồn nước có chất lượng xấu, chỉ tiêu vi sinh vật cao thì cần phải sử dụng bể lọc chậm. Tính toán bể lọc nhanh: Các thông số tính toán: Diện tích bề mặt lọc. Số bể lọc. Kiểm tra tốc độ lọc của bể khi làm việc ở chế độ làm việc tăng cường. Tính chiều cao bể lọc. Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc. Tính hệ thống gió rửa lọc. Tính tổn thất áp lực khi rửa bể. Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc. Tính toán lượng nước rửa lọc. Các thông số công nghệ: Kích thước vật liệu lọc: Than anxatrit: Kích thước nhỏ nhất dmin = 0,8 mm. Kích thước lớn nhất dmax = 1,8 mm. Hệ số đồng nhất: K = 2,0 – 2,2. Chiều dày lớp than lọc: La = 400 – 500 mm. Cát thạch anh: Kích thước hạt nhỏ nhất: dmin = 0,5 mm. Kích thước hạt lớn nhất: dmax = 1,2 mm. Hệ số đồng nhất: K = 2,0 – 2,2 mm. Chiều dài lớp cát lọc Lt = 700 – 800 mm. Tốc độ lọc: Chế độ làm việc bình thường: vbt = 8 – 10 m/h. Chế độ làm việc tăng cường: vtc = 10 – 12 m/h. Tính toán: Diện tích bề mặt lọc. Diện tích bề mặt lọc được tính theo công thức: [8-140] Trong đó: Q : Công suất của trạm xử lý, m3/ngày đêm. T : Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm. Chọn T = 24 h. vtb : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ bình thường, m/h. vtb = 7 m/h. a : Số lần rửa bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường.Chọn n = 2. W : Cường độ nước rửa lọc, (l/s.m2). Chọn W = 18 l/s.m2. (W = 17 – 19 l/s.m2 đối với rửa lọc bằng nước thuần túy). t1 : Thời gian rửa lọc, h. Chọn t1 = 8 phút. (Thường lấy từ 6 – 8 phút). t2: Thời gian ngừng bể để rửa, h. t2 = 0,35 h. Þ = 97,42 (m2). Số bể lọc: Số bể lọc được tính theo công thức: (bể). Kiểm tra tốc độ lọc khi bể làm việc ở chế độ tăng cường: Tốc độ lọc khi bể làm việc ở chế độ tăng cường khi đóng 2 bể được tính theo công thức: [8-144] Quy phạm vtc = 10 – 12 m/h. Không đạt yêu cầu, nên chọn N=6 bể khi bể làm việc ở chế độ tăng cường. Diện tích bề mặt mỗi bể là: Chọn bể hình chữ nhật. Chiều rộng của bể là B = 3,8 m và chiều dài bể là L = 4,3 m. Tính chiều cao bể lọc nhanh: Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh được tính theo công thức: H = Hđ + Hv + Hn + Hp, m. [8-144] Trong đó: Hđ : Chiều cao lớp sỏi đỡ. Hđ = 0,15 m. [8-141] Hv : Chiều dày lớp vật liệu lọc. Hv = Ha + Hc Với Ha là chiều dày lớp than anxatrit, Ha = 0,4 m. Hc là chiều dày lớp các thạch anh, Ha = 0,7 m. Hn : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc. Hn = 2 m. Hp : Chiều cao phụ. Chọn Hp = 0,4 m. Þ H = 0,15 + 0,4 + 0,7 + 2,0 + 0,4= 3,65 (m). Tuy nhiên, khi xây dựng bể lọc nhanh thì cần xây dựng đáy thu nước lọc ở đáy bể. Chiều cao này thường được lấy khoảng 0,8 m và chiều dày lớp sàn đỡ là 0,1 m. Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc: Chọn biện pháp rửa lọc bằng nước thuần túy. Lưu lượng nước rửa của một bể là: [11-141] Trong đó: f : Diện tích một bể lọc, m2. W : Cường độ nước rửa lọc, lít/s.m2. Chọn W = 18 lít/s.m2. (Quy phạm từ 17 – 19 lít/s.m2) Vậy: - Đường kính ống dẫn nước chính rửa bể: [9-141] Trong đó: fo : Diện tích tiết diện ngang của ống dẫn chính, m2. Với vo là vận tốc nước trong ống chính, m/s. Chọn vo = 1,8 m/s. Þ Vậy: Chọn đường kính ống thép không gỉ có đường kính 500mm. Để phân phối nước rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc loại K1 có đường kính phía trên 70mm. Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc: Để thu nước đều, thường thiết kế một số máng thu đặt song song nhau và song song với thành bể. Đáy máng có độ dốc i = 0,01 về phía máng tập trung. Chọn máng thu nước làm bằng thép kiểu đáy hình tam giác. Mỗi bể đặt 3 máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc. Khoảng cách giữa các máng là: Lưu lượng nước rửa thu vào mỗi máng được tính theo công thức: Qm = W.d.l, lít/s. [8-132] Trong đó: W : Cường độ rửa lọc, lít/s.m2. d : Khoảng cách giữa các tâm máng, m. l : Chiều dài máng, m. Vậy: Qm = 18 ´ 2,15 ´ 3,8 = 147 (lít/s). Qm = 0,147 m3/s. Chiều rộng máng được tính theo công thức: [8-132] Trong đó: Qm : Lưu lượng nước tháo rửa qua máng, m3/s. a : Tỷ số chiều cao phần chữ nhật và nửa chiều rộng máng. Chọn a = 1,5. (Thường a = 1,0 – 1,5). K : Hệ số đối với máng có đáy kiểu tam giác, K = 2,1. Vậy: Chiều cao phần máng chữ nhật được tính theo công thức: . Chọn hcn=0,5 Lấy chiều cao trung bình phần đáy tam giác là hd = 0,15 m. Chiều dày thành máng là dm = 0,05 m. Chiều cao toàn phần của máng là: Hm = hcn + hd + dm Hm = 0,5 + 0,15 + 0,05 = 0,7 m. Máng có độ dốc bằng 0,01.Chiều cao phần cuối máng tập trung nước: Htt=hm + 0,01´lm= 0,7 + 0,01´3,8 = 0,74m. Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc trên cùng đến mếp trên của máng là: [8-133] Trong đó: L : Chiều dày các lớp vật liệu lọc, m. e : Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50%. Vậy: Tính ống phân phối nước lọc: Nước sau lắng được tập trung ở máng thu, sau đó nước được chảy qua ống phân phối nước lọc trước khi nước vào bể lọc. Ống có đường kính 250mm. Tính chụp lọc: Dùng sàn chụp lọc để rửa gió nước đồng thời, chụp lọc được làm bằng nhựa cứng, đầu xẻ các khe song song chiều rộng 1 mm để phân phối nước và gió. Nước rửa sau khi đi qua hệ thống giàn ống phân phối ở phía dưới sàn gắn chụp lọc sẽ được phân phối vào lớp cát lọc để rửa qua các khe hở của chụp lọc. Khoảng cách giữa các chụp lọc phải lấy trong giới hạn 140 – 180 mm [14]. Chọn khoảng cách giữa các chụp lọc ở mỗi bể lọc là: 160 mm. Vậy cần bố trí các chụp lọc như sau: Bố trí chụp lọc theo chiều ngang bể lọc: Bố trí chup lọc theo chiều dài bể lọc: Vậy: Tổng số chụp lọc trên mỗi bể lọc là: Số chụp lọc trên mỗi m2 là: Chọn n1 = 38 cái. (qui phạm: 36 – 40 cái) Áp lực gió ra khỏi lỗ hoặc khe hở của chụp lọc phải lấy bằng hai lần chiều cao cột nước trong bể lọc khi rửa tính từ tim lỗ. Tổn thất áp lực trong hệ thống ống phân phối gió phải lấy bằng 1 m. Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: Tổn thất áp lực được tính theo công thức: DH = h1 + h2 + h3 + h4, m. Trong đó: h1 : Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống lỗ khoan, được xác định theo công thức: [8-134] Trong đó: vo : Tốc độ nước chảy ở đầu ống chính, m/s. vn : Tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh, m/s. g : Gia tốc trọng trường. : Hệ số sức cản, được xác định theo công thức: [8-134] Trong đó: - Kw : Tỉ số tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính. Ta có Kw = 0,30 Þ Vậy: h2 : Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ, được tính theo công thức sau: h2 = 0,22.Ls. W, m. [8-135] Trong đó: Ls : Chiều dày lớp sõi đỡ, m. W : Cường độ nước rửa lọc, lít/s.m2. Vậy: h2 = 0,22 ´ 0,15 ´ 18 = 0,594 (m). h3 : Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc, được xác định theo công thức: h3 = (a + b. w).L.e, m. [8-135] Trong đó: a,b là các thông số phụ thuộc vào kích thước hạt. Kích thước hạt nằm trong khoảng 0,5 – 1,0 mm thì a = 0,76, b = 0,017. L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1,1 m. e : Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 50%. Vậy: h3 = (0,76 + 0,017´18) ´ 1,1 ´ 0,5 = 0,586 (m). h4 : Áp lực để phá vỡ liên kết ban đầu của lớp vật liệu lọc, lấy h4 = 2 m. [9-135] DH = 4,4 + 0,594 + 0,586 + 2 = 7,58 (m). Tính tỷ lệ nước rửa lọc và công suất xử lý: Tỷ lệ nước rửa lọc và công suất xử lý được tính theo công thức: [8-143] Trong đó: W : Cường độ rửa lọc, lít/s,m2. f : Diện tich một bể lọc, m2. N : Số bể lọc, bể. Q : Công suất trạm xử lý, m3/h. To : Thời gian công tác của bể giữa 2 lần rửa, giờ. Với: T là thời gian công tác của bể trong một ngày, T = 24 h. n : Số lần rửa bể lọc trong một ngày, n = 2. t1 : Thời gian rửa bể lọc, giờ, Chọn t1 = 8 phút (0,133 giờ). t2 : Thời gian xả nước lọc đầu, giờ. t3 : Thời gian chết của bể, giờ. Chọn t2 + t3 = 0,4 giờ. Þ Vậy: III.3.5. Bể chứa nước sạch: Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ điều hòa và cung cấp nước sạch cho trạm bơm cấp 2 để cấp cho mạng lưới cấp nước. Bể chứa nước sạch còn có nhiệm vụ cung cấp nước cho rửa lọc và các hoạt động trong nhà máy xử lý nước. Bể chứa nước sạch thường được xây dựng chìm hoặc nửa chìm nửa nổi có đắp đất lên trên để ổn định nhiệt độ nước. Dung tích bể chứa nước sạch được tính theo công thức: Wb = Wđh + Wbt + Wcc3h (m3). Trong đó: Wđh : Dung tích điều hòa của bể chứa, m3. Wbt : Lượng nước dùng cho nhà máy, m3. Wcc3h : Dung tích dự trữ chữa cháy trong 3 giờ, m3. Chọn Wđh = 10 % công suất xử lý của nhà máy. Wcc3h = 0,10 ´ 1500 = 1500 (m3). Chọn Wbt = 2 % công suất xử lý của nhà máy. Wbt = 0,02 ´ 15000 = 300 (m3). Chọn Wcc3h = 2 % công suất xử lý của nhà máy. Wcc3h = 0,05 ´ 15000 = 300 (m3). Vậy, dung tích bể chứa nước sạch là: Wb = 1500 + 300 + 300 = 2100 (m3) Chọn 2 bể, dung tích mổi bể :1050(m3) Chọn cách xây dựng bể nửa chìm hình chữ nhật. Chọn chiều cao chứa nước của bể là Hc = 5 m. Diện tích mổi bể chứa là: Vậy, kích thước của bể chứa nước sạch là: 15 ´ 14 ´ 5(m). Với dung tích bể chứa nước sạch như trên thì thời gian lưu của nước sạch trong mổi bể là: (giờ). Trong đó: Wb : Dung tích bể chứa, m3. Q : Công suất của nhà máy, m3/giờ. Vậy: 3,36(giờ). Vì thời gian lưu của nước sạch trong bể chứa lớn hơn so với thời gian cho quá trình khử trùng và ổn định nước nên quá trình khử trùng và ổn định nước được thực hiện trong bể chứa nước sạch mà không cần xây dựng bể khử trùng và ổn định nước. Ta thiết kế bể gồm những vách ngăn hướng dòng nước trong bể để đảm bảo cho quá trình hòa trộn hoá chất vào nước và tránh những điểm chết của nước trong bể. Ta xây dựng những vách ngăn để hướng dòng nước chuyển động zích zắc trong bể. Các thông số của vách ngăn được tính toán tương tự như bể phản ứng tạo bông kiểu vách ngăn ngang. Tính hành lang dẫn nước: Chiều rộng các hành lang: [8-55] Trong đó: b : Chiều rộng hành lang dẫn nước, m. Q : Lưu lượng nước qua bể, m3/h. v : Vận tốc dòng nước trong bể, m/s. Hb : Chiều cao của bể, m. Chọn vận tốc nước trung bình trong bể là vtb = 0,05 m/s. Þ Số hành lang: [8-55] Trong đó: n : Số hành lang. L : Chiều dài bể chứa nước sạch, m. btb : Chiều rộng trung bình của các hành lang, m. d : Chiều dày của vách ngăn, m. d = 0,15 − 0,20 m. [8-55] Chọn d = 0,20 m. Þ (hành lang) Lấy n = 29 hành lang. III.3.6. Hệ thống pha chế và định lượng phèn: Tính toán lượng phèn tiêu thụ: Lượng phèn thô tiêu thụ trong một ngày được tính theo công thức: (tấn). [13-33] Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lý, m3/ngày đêm. a : Lượng phèn cho vào nước tính theo sản phẩm tinh khiết, tấn/m3.(28,067 mg/l). b : Tỷ lệ phèn tinh khiết trong phèn thô, %. Vậy: (tấn/ngày) Sơ đồ chuẩn bị dung dịch phèn: [8-20] Nước Nước Phèn Thùng tiêu thụ Bơm định lượng Thùng hòa trộn Thuyết minh: Phèn cục được đưa vào thùng hòa trộn. Ở thùng hòa trộn, phèn được hòa tan vào nước nhờ hệ thống sục khí nén trong bể. Phèn hòa tan được dẫn sang bể tiêu thụ. Để nồng độ phèn trong bể tiêu thụ ổn định thì cũng cần có hệ thống sục khí nén nhưng lưu lượng khí nén cần thiết nhỏ hơn nhiều so với bể hòa trộn phèn. Từ thùng tiêu thụ, dung dịch phèn với nồng độ xác định sẽ được bơm định lượng bơm đến bể keo tụ. Tính toán bể hòa phèn: Bể hòa phèn có nhiệm vụ hòa tan phèn cục và lắng cặn bẩn. Nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn thường cao nhưng không được vượt quá nồng độ bão hòa. Theo TCXD – 33 : 1985, có thể lấy nồng độ dung dịch phèn trong bể hòa trộn trong khoảng 10 – 17 %. Để hòa tan phèn và trộn đều trong bể, có thể dùng không khí nén, máy khuấy trộn hoặc bơm tuần hoàn. Đối với trạm có công suất nhỏ thì có thể khuấy trộn bằng biện pháp thủ công. Công suất xử lý của dây chuyền là 15000 m3/ngày đêm là tương đối lớn nên ta chọn bể hòa trộn phèn kiểu khí nén Tính toán: Các thông số của bể hòa trộn và bể tiêu thụ phèn: Dung tích bể hòa trộn phèn được tính theo công thức: [8-23] Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lý, m3/h. n : Thời gian giữa 2 lần hòa phèn, giờ. Chọn n = 8 h. Pp : Liều lượng phèn dự tính cho vào nước, g/m3. bh: Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa trộn, % . Chọn bh = 10 % . γ : Khối lượng riêng của dung dịch, tấn/m3.γ = 1. Vậy: Chọn kích thước bể là 1 ´ 1 ´ 1,4(m). Diện tích của bể hòa trộn là F = 1 m2. Dung tích bể tiêu thụ được tính theo công thức: [8-25] Trong đó: bt : Nồng độ dung dịch phèn trong thùng tiêu thụ, % . Tính lưu lượng gió và ống dẫn khí nén: Theo quy phạm, lấy cường độ khí nén ở thùng hòa trộn là 10 lít/s.m2 và ở bể tiêu thụ là 5 lít/s.m2. Lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hòa trộn được tính theo công thức: Qh = 0,06.W.F (m3/phút). [8-22] Trong đó: W : Cường độ sục khí trong bể, lít/s.m2. F : Diện tích bề mặt bể hòa trộn, m2. Vậy: Qh = 0,06 ´ 10 ´ 2,25 = 1,35 (m3/phút). Lượng gió cần thiết ở bể tiêu thụ là: Qt = 0,06 ´ 5 ´ 4,5 = 1,35 m3/phút. Như vậy, tổng lưu lượng gió đưa vào 1 bể hòa trộn và 2 bể tiêu thụ là 2,7 m3/phút. Tính toán ống gió và hệ thống phân phối khí: Đường kính ống gió chính: Trong đó: Qg : Lưu lượng gió, m3/h. v : Vận tốc gió trong ống chính, m/s. Chọn v = 15 m/s. (Quy phạm 10 – 15 m/s). Vậy: Thử lại tốc độ: Vận tốc khí trong ống chính nằm trong phạm vi cho phép. Đường kính ống dẫn gió đến bể hòa trộn là: Đường kính ống dẫn gió đến đáy thùng hòa trộn: Lưu lượng khí vào nhánh thùng hòa trộn: Chọn 3 nhánh: Đường kính ống nhánh vào thùng hòa trộn là: Tính số lỗ khoan trên giàn ống: Theo quy phạm: dl = 3 – 4 mm, vl = 20 – 30 m/s. Chiều dài ống nhánh: ln = 1,3 m. Chọn dl = 3mm, vl = 25 m/s. Diện tích mỗi lỗ là: Diện tích yêu cầu của các lỗ trên một nhánh là: Số lỗ trong một nhánh là: (lỗ) Trên ống khoan một hàng lỗ, khoảng cách giữa các lỗ là: III.3.7. Thiết bị pha chế và định lượng vôi: Xác định lượng vôi cho quá trình làm mềm và ổn định nước: Liều lượng vôi dùng để ổn định và làm mềm nước là: (tấn). [12-31] Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lý, m3/ngày đêm. av : Liều lượng vôi cần dùng tính theo sản phảm tinh khiết, g/m3. Liều lượng vôi của quá trình làm mềm và ổn định nước: ( Lấy tổng liều lượng vôi cần thiết cho quá trình làm mềm và ổn định nước là 200 mg/lít.) P : Phần trăm vôi tinh khiết trong vôi cục, % . γ : Trọng lượng riêng của dung dịch, tấn/m3. γ = 1. Vậy: (tấn/ngày). Tính toán bể hòa vôi: Trong dây chuyền công nghệ, vôi dùng để làm mềm nước và xử lý ổn định nước. Vôi cho vào nước có thể ở dạng vôi sữa hay bão hòa. Vôi có độ hòa tan trong nước rất thấp. Ở 20 oC, độ hòa tan của vôi chỉ bằng 0,123 %. Trong khi đó, độ hòa tan của phèn là 100%. Vì vậy, trạm xử lý đòi hỏi lượng vôi lớn thì phải dùng vôi sữa (tức là vôi ở dạng huyền phù). Trước tiên, vôi sống phải được đêm tôi. Sau đó, vôi sữa đặc được đưa sang bể pha vôi. Lượng vôi yêu cầu của dây chuyền là tương đối lớn nên ta dùng các thùng tôi vôi cơ nhiệt. Tính toán: Tính toán các thông số của bể: - Dung tích bể được tính theo công thức: [8-30] Trong đó: Qtt : Lưu lượng nước tính toán, m3/h. n : Số giờ giữa 2 lần pha vôi, (6 – 12 h). Pv : Liều lượng vôi cho vào nước, mg/l. bv : Nồng độ vôi sữa, 5%. γ : Khối lượng riêng của vôi sữa, tấn/m3. Vậy: - Thiết kế bể hình tròn, đường kính bể lấy bằng chiều cao công tác của bể. Vậy, ta có: Nên : - Chọn số vòng quay của cánh quạt là 50 vòng/phút. (Quy phạm là ³ 40 vòng/phút). - Chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính bể. (Quy phạm lcq = 0,4 – 0,45 d). lcq = 0,45 ´ 2,94= 1,323 (m). - Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,1 m2 cánh quạt/ 1m3 vôi sữa trong bể. (Quy phạm từ 0,1 – 0,2 m2). fcq = 0,1 ´ 20 = 2(m2). Tính công suất động cơ: Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2.V.µ , J/s. [12-102] Trong đó: P : Năng lượng cần thiết, J/s. G : Gradien vận tốc, s−1. Lấy G = 500 s-1. V : Thể tích bể trộn, m3. µ : Độ nhớt động lực của nước, N.m2/s. Ở 25 oC, µ = 0,9005.10−3. Þ P = 5002 ´ 20 ´ 0,9005.10-3= 4502 (J/s). P = 4,5 KW. Chọn hiệu suất động cơ η = 0,8. Công suất động cơ là: P = III.3.8. Thiết bị pha chế và hòa trộn clo: Xác định lượng clo: Liều lượng clo dùng để khử trùng là 2 mg/l. Lượng clo tiêu tốn trong một giờ là: [12-28] Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lý, m3/ngày đêm. a : Liều lượng clo, g/m3. Vậy: Lượng clo tiêu tốn trong một ngày là: Cn = 4,583 ´ 24 = 30 (kg/ngày). Lượng clo tiêu tốn trong một tháng là: Ct = 110 ´ 30 = 900 (kg/tháng). Vậy, thể tích clo dùng trong một tháng là: Vtháng = Ct/0,51 = 1764 (lít). Với lượng clo cần dùng như trên thì trong một tháng cần dùng 3 bình clo lỏng với dung tích mỗi bình là 600 lít/bình. Công suất thiết bị hòa chế clo: Với lượng clo tiêu thụ trong một giờ là 1,25 kg/h, ta chọn 2 clorator với công suất mỗi clorotor là 2 kg/h. Trong đó một hoạt động và một để dự phòng. Thiết bị hòa trộn clo: Quá trình khử trùng diễn ra trong bể chứa nước sạch nhờ thời gian lưu của nước trong bể chứa nước sạch đủ lớn. Vì vậy, ta có thể đưa clo khử trùng và sữa vôi vào đường ống dẫn nước để hòa trộn vào nước trước khi vào bể chứa nước sạch. Xác định kích thước trạm khử trùng: Clo có tính độc cao nên trạm xử lý phải đặt cách ly với khu vực xung quanh bằng các cửa kín và có hệ thống thông gió riêng. Bình chứa clo lỏng được đặt trên bàng cân. Theo tiêu chuẩn: Diện tích để quản lý 1 clorator là 3 m2. Vậy, Diện tích cần để quản lý 2 clorator là F1 = 6 m2. Diện tích đặt một bàn cân là 4 m2. Vậy, diện tích cần thiết để đặt 2 bàn cân là F2 = 8 m2. Diện tích công tác của các bình và các clorator là: F = F1 + F2 = 14 m2. Diện tích của trạm clorator là: Ftrạm = 2F = 28 m2. Diện tích kho chứa clo: Dự trữ clo cần thiết cho một tháng thì cần dự trữ 3 bình clo lỏng 600 lít. Kích thước của mỗi bình clo là 700 ´ 2000 mm. Đặt bình nằm ngang thành 1 dãy, khoảng cách giữa 2 bình là 400 mm, khoảng cách từ bình đến tường là 1000 mm. Chiều dài của kho chứa là: L = (2 ´ 0,4 + 2 ´ 1 + 3 ´ 0,7) = 4,9 (m). Chiều rộng của kho chứa là: B = (1 ´ 0,4 + 2 ´ 1 + 1 ´ 2) = 4,4 (m). Vậy, diện tích kho chứa là: Fkho = 4,9 ´ 4,4 = 21,56 (m2). Như vậy, tổng mặt bằng của trạm clo khử trùng là: F = Ftrạm + Fkho = 49,56 (m2). III.3.9. Hệ thống xử lý nước thải: Mục đích: Xử lý bùn thải và nước thải từ các quá trình xả cặn, rửa lọc, nước thải vệ sinh theo tiêu chuẩn vệ sinh đã qui định. Nước thải từ nhiều công đoạn khác nhau nên mức độ ô nhiễm khác nhau. Vì vậy, ta chọn giải pháp phân luồng dòng thải. Khi phân luồng dòng thải, ta cần chú ý rằng nước thải từ công đoạn xả cặn và rửa lọc có mức độ nhiễm bẩn cao nên ta phải cho vào bể lắng tập trung và bùn lắng được chuyển đi làm khô trước khi đi chôn lấp. Nước thải sinh hoạt của nhà máy Bể lắng chung các loại nước thải Cống thải chung của thành phố Bể lọc Nước rửa lọc Nước thải Sơ đồ xử lý nước thải: Bể keo tụ Hầm chứa bùn cặn Bể lắng Sân phơi bùn Cặn bùn của bể lắng Cặn lắng bùn III.3.10. Tính toán trạm bơm cấp I: Trạm bơm cấp I được thiết kế với 2 tổ máy (1 hoạt động và 1 dự phòng) mỗi tổ máy gồm 2 máy bơm. Vậy lưu lượng bơm của mỗi máy là 625 m3/h. Tính toán đường kính ống: Đường kính ống hút và đẩy của máy bơm được tính theo công thức: Trong đó: V: Lưu lượng thể tích, m3/s. V = 0,07 m3/s. ω: Tốc độ trung bình của nước chảy trong ống, m/s. Tính được đường kính ống như sau: ωh = 0,6 m/s ¨ dh = 0,4 m. ωd = 1,0 m/s ¨ dd = 0,3 m. Áp suất toàn phần do bơm tạo ra: Tính công suất của bơm với lưu lượng: Q = 625 m3/h = 0,174m3/s. Ống hút: d = 0,4 m; L = 7 m. λ = 0,022; ξ = 5,5. Ống đẩy: 0,3 m; L = 27 m. λ = 0,022; ξ = 6,6. Áp suất toàn phần do máy bơm tạo ra được tính theo công thức sau: Trong đó: rPd: Áp suất động lực học, là áp suất cần thiết để tạo ra tốc độ dòng chảy khi ra khỏi ống dẫn. rPm: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng. rPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ. rPH: Áp suất câng thiết để năng chất lỏng lên cao. Với: ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm, kg/m3. ρ = 997,08 kg/m3 (ở 250C). g: Gia tốc trọng trường, m/s2. g = 9,81 m/s2. L: Chiều dài ống dẫn, m. dtd: Đường kính tương đương của ống, m. ξ: Hệ số trở lực cục bộ. H0: Chiều cao nâng chất lỏng hình học, m. H0 = 9,15 m. λ: Hệ số ma sát. Tính toán ta được suất toàn phần của máy bơm là: H=9,15 + 19,07 = 28.27m Công suất yêu cầu trên trục của bơm: η: Hiệu suất chung của bơm, chọn η = 0,90. Q: Năng suất của bơm. Q = 0,174 m3/s. Công suất của động cơ điện: Trong đó: ηtr: Hiệu suất truyền động. Chọn ηtr = 0,85. ηdc: Hiệu suất động cơ điện. Chọn ηdc = 0,9. Thường chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán: Chọn β = 1,2 [18] . Lựa chọn các thông số làm việc của máy bơm: Dựa vào đường đặc tuyến của bơm, xác định được các thông số làm việc của bơm: Kiểu bơm : LT 280 – 29 Q (m3/h) : 500 - 700 m3/h. H (m) : 31,5 – 21 m Số vòng (vòng/phút) : 1450 NPSH : 5,8 m Ndc : 40 kW III.3.11. Tính toán trạm bơm cấp II Lưu lượng bơm: Trạm bơm được thiết kế với công suất 15000m3/ngđ . Làm việc 2 chế độ: - Chế độ I : Bơm với lưu lượng nhỏ: QMin = 1,9 % Qngđ = x 15000 = 285 m3/h = 79,17 l/s - Chế độ II : Bơm với lưu lượng lớn: QMax = 5,3 % Qngđ = x 15000 = 795 m3/h = 220,9 l/s * Trong trạm bố trí 4 bơm song song 3 bơm làm việc và 1 bơm dự phòng - Vào giờ Min hoạt động 1 bơm - Vào giờ Max hoạt động 3 bơm : Lưu lượng 1 bơm là : Q1b =x 0,93 = 79,17 x 0,93 = 73,63 l/s Trong đó: 0,93 là hệ số giảm lưu lượng khi 3 bơm hoạt động đồng thời - Lưu lượng 3 bơm làm việc đồng thời là: 73,623 x 3 = 220,88 l/s » QMax = 220,9 l/s Áp lực toàn phần của máy bơm H tp = Hyc + (ZTXL - ZMNTNBC) + åh (m) Trong đó: Hyc : là áp lực yêu cầu tại nhà máy từ bảng tính thuỷ lực cho giờ dùng nước lớn nhất có cháy = 25,69 m. ZTXL : Lấy mặt đất tại trạm xử lý (Khu vực xây dựng trạm bơm cấp 2) = 7,5 m ZMNTNBC : Là mực nước thấp nhất trong bể chứa trong giờ dùng nước lớn nhất: ZMNTNBC = ZMNCNBC - hSH (m) Trong đó: ZMNCNBC : Là cốt mực nước cao nhất bể chứa = 9 m hSH : Chiều cao lớp nước dùng cho sinh hoạt trong bể chứa hSH = Trong đó: WH : Dung tích điều hoà của bể chứa : WH = 2100 m3 N : Số bể chứa : N = 2 Kích thước của bể chứa nước sạch:15 x 14 x 5 Þ ZMNTNBC = 9- 5 = 4 m åh : Tổng tổn thất nội bộ trạm bơm (Gồm : Tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ trên ống hút và ống đẩy) (1¸ 3 m) chọn 3m. Þ Htp = 25,69 + (7,5 – 4,0) + 3 = 32,19 m Chọn bơm cấp II. Ta có : QB = 73,63 l/s Htp = 32 m CHƯƠNG IV DỰ TOÁN CHI PHÍ ĐẦU TƯ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG IV.1. Chi phí đầu tư và xây dựng: Chi phí đầu tư xây dựng công trình ban đầu bao gồm : - Chi phí xây dựng máy móc, thiết bị. - Chi phí xây dựng công trình thu và nhà máy bơm cấp I. - Chi phí xây dựng nhà máy xử lý (bao gồm cả bể chứa). - Chi phí xây dựng nhà máy bơm cấp II. Bảng IV.1. Bảng dự toán chi phí xây dựng công trình và thiết bị hệ thống xử lý. Stt Tên công trình Thể tích(hay số lượng) Đơn vị Đơn giá (triệu VNĐ) Thành tiền (triệuVNĐ) 1 Bể trộn cơ khí 10,44 m3 1,7 30 2 Bể phản ứng 104,17 m3 1,7 300 3 Bể lắng ngang 1539 m3 1,0 2199 4 Bể lọc nhanh 350,712 m3 3,5 3070 5 Bể chứa nước sạch 2100 m3 1,0 2100 6 Trạm bơm cấp I và công trình thu 1 cái 0,15 11250 7 Trạm bơm cấp II 1 cái 0,15 11250 8 Chi phí xây dựng các công trình khác 3780 Tổng cộng 33979 IV.2. Chi phí vận hành quản lý của nhà máy nước: IV.2.1. Chi phí điện năng, hóa chất, nhân công: Stt Loại chi phí Số lượng Đơn giá Thành tiền (Triệu đồng) 1 Clo 10950(kg/ năm) 40000 (đồng / kg). 438 2 phèn 307330(kg/ năm) 3000 (đồng / kg). 922 3 vôi 288715(kg/ năm) 1500 (đồng / kg). 433 4 Điện năng 1854167 (Kw/năm) 1200(đồng/Kwh) 2225 5 Chi phí lương công nhân 30 người 3.0730000 946 Tổng cộng 4946 IV.2.2.Chi phí sữa chữa nhỏ: Ước tính bằng 1% tổng chi phí trên: GSCN = 1% 4946 = 50 (triệu đồng/năm) IV.2.4. Chi phí khấu hao hằng năm: Công trình được tính kháo hao trong 25 năm: GKH = =1432 (triệu đồng) IV.2.5. Các chi phí khác: Các chi phí khác bao gồm chi phí sữa chữa lớn, chi phí quản lý hằng năm. Chí phí khác ước tính bằng 10% của các chi phí trên: GK= 0,1(4964 + 50 + 1432) = 645(triệu đồng/ năm). Tổng chi phí quản lý trong một năm GQL = GĐ + GHC + GL-BH+ GSCN + GKH + GK GQL =2225 +1793 +946 +50 +1432 + 645 = 7039 (triệu đồng) IV.3. Giá thành 1m3 nước: Giá thành xây dựng 1m3 nước tính 10 năm sau hoàn vốn: GXD = (đồng/m3) Giá thành quản lý 1m3 nước. gQL = = 1286 (đồng/ m3). Giá thành 1m3 nước : g = gXD + gQL= 654 + 1286 = 1940 (đồng/ m3). Giá bán 1m3 nước có tính thuế : gb = g ( 1 + L + T ) L : lãi định mức của nhà máy, L = 5%. T : thuế VAT đối với kinh doanh nước sạch, T = 5%. gb = 1940 ( 1 + 0.05 + 0.05) = 2134(đồng/ m3). Lấy tròn gb = 2200 (đồng/ m3). Vậy giá bán 1 m3 nước có thuế là 2200 (đồng /m3). KẾT LUẬN Bắt nguồn từ nhu cầu cấp nước của khu vực quận Cẩm Lệ , em đã chọn đề tài tốt nghiệp cho mình là “Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho dân cư khu vực quận Cẩm Lệ của thành phố Đà Nẵng công xuất 15.000m3/ ngày.đêm”. Để có cơ sở thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình, em đã có đợt thực tập tốt nghiệp bổ ích tại Nhà Máy Nước Cầu Đỏ trong khoảng thời gian từ ngày 01/02/2010 đến ngày 12/03/2010. Trong quá trình thực tập tốt nghiệp, em đã chuẩn bị đầy đủ những số liệu và thông tin cần thiết cho việc làm đồ án và đến ngày 15/06/2010, em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp. Qua quá trình tính toán và thiết kế, em đã rút ra những nhận xét về những vấn đề xoay quanh công việc thiết kế một dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp: Đồ án đã nêu ra hiện trạng cấp nước của Việt Nam nói chung và quận Cẩm Lệ. Nêu ra tính cấp thiết của vấn đề nước sinh hoạt đối với đời sống con người. Đánh giá được khả năng cung ứng nước của quận Cẩm Lệ và nhu cầu dùng nước của khu vực này trong những giai đoạn tới. Tìm được giải pháp cấp nước cho khu vực này trong những giai đoạn tiếp theo. Đó là giải pháp từ nguồn nước thô là sông Cẩm Lệ. Đây là một công trình thủy lợi có ý nghĩa to lớn đối với khu vực, sông có dung tích lớn và chất lượng nước thô từ nguồn này là tương đối tốt. Đưa ra được cơ sở lý thuyết để lựa chọn và thiết kế các thiết bị trong dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp. Trên cơ sở số liệu có được từ nguồn nước sông Cẩm Lệ, tôi đã đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý để cấp cho quận Cẩm Lệ đến năm 2020. Từ đó, tôi đã tính toán, thiết kế dây chuyền công nghệ xử lý nước với công suất là 15000 m3/ngày đêm. Dây chuyền công nghệ tôi thiết kế được là những hạng mục, công trình và thiết bị chính cho một nhà máy xử lý nước cấp với nguồn nước thô sông Cẩm Lệ. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian, thiếu các quá trình thực nghiệm và với kinh nghiệm ít ỏi nên trong quá trình làm đồ án này, em không thể tránh khỏi những sai sót. Bản thân em đánh giá những sai sót đó như sau: Quá trình tính toán và thiết kế hoàn toàn dựa vào lý thuyết, không có quá trình thí nghiệm để hỗ trợ cho việc thiết kế. Khi công việc thiết kế hoàn thành thì không có thiết bị pilot để kiểm nghiệm. Không nghiên cứu, tìm hiểu về mặt bằng hiện tại của quận Cẩm Lệ để thiết kế mặt bằng nhà máy và đề xuất phương án nâng công suất cho nhà máy trong giai đoạn tiếp theo. Chưa tính toán cụ thể những trạm bơm cấp 1 và cấp 2 cho dây chuyền. Chưa tính toán những thiết bị phụ cho dây chuyền cũng như việc đưa ra khả năng tự động hóa một số công đoạn của dây chuyền. Bản vẽ chỉ mang tính minh họa, chưa đầy đủ để thi công một dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp. Chưa quan tâm nhiều đến vấn đề chất thải. Chưa có đánh giá tác động môi trường khi xây dựng dây chuyền và nâng công suất của nhà máy nước tại quận Cẩm Lệ. Chưa đưa ra phương án dự phòng cho trường hợp không thể dùng nguồn nước thô từ sông Cẩm Lệ. Đề xuất: Xuất phát từ nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt thực tế của quận Cẩm Lệ trong những giai đoạn tới, việc nghiên cứu và triển khai dự án cấp nước cho khu vực là điều tất yếu. Vì vậy, cần có thêm quá trình nghiên cứu tiếp theo và những công trình nghiên cứu khác để tìm ra giải pháp cấp nước tốt nhất. Đồng thời phải phát triển mạng lưới cấp nước để nâng cao khả năng đáp ứng và mở rộng phạm vi cấp nước quận Cẩm Lệ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội . TS Nguyễn Ngọc Dung (2003), Cấp nước đô thị, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội. “Cấp nước sinh hoạt nông thôn”, Hiện trạng, thách thức và các giải pháp, Tạp chí Thuỷ lợi số 03/04/2001. Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2003, Môi trường nước. Nguyễn Bin và các cộng sự, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất ,Tập I, NXB KHKT Hà Nội. Niên giám thống kê Quận Cẩm Lệ năm 2007. PGS.TS. Nguyễn Thị Thu Thuỷ (2005), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. TS. Nguyễn Ngọc Dung (2005), Xử lý nước cấp, Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội,. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, Nhà xuất bản thanh niên, Hà Nội. Trịnh Xuân Lai (1998), Tính toán, thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật,Hà Nội. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2004), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp “Tính toán thiết kế công trình” , Nhà xuất bản ĐHQG TP.Hồ Chí Minh . Trịnh Xuân Lai, Đồng Minh Thu (1998), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, Tập 2, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. Trịnh Xuân Lai, Đồng Minh Thu (1998), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp, Tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. PHỤ LỤC Tiêu chuẩn vệ sinh nước sạch. Tiêu chuẩn nước ăn uống Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt. Mặt bằng tổng thể nhà máy xử lý nước. Sơ đồ cấu tạo bể trộn cơ khí (bể keo tụ). Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng (bể phản ứng tạo bông). Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang. Sơ đồ cấu tạo bể lọc nhanh. TIÊU CHUẨN VỆ SINH NƯỚC SẠCH (Ban hành kèm theo Quyết định số 09/2005/QĐ-BYT ngày 11 tháng 3 năm 2005 của Bộ trưởng Bộ Y tế) I. Giải thích từ ngữ: Nước sạch quy định trong tiêu chuẩn này là nước dùng cho các mục đích sinh hoạt cá nhân và gia đình, không sử dụng làm nước ăn uống trực tiếp. Nếu dùng trực tiếp cho ăn uống phải xử lý để đạt tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống ban hành kèm theo Quyết định số 1329/QĐ - BYT ngày 18/4/2002 của Bộ trưởng Bộ Y tế. II. Bảng các giá trị tiêu chuẩn: TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa Phương pháp thử 1 Màu sắc TCU 15 TCVN 6187 -1996 (ISO 7887 -1985) 2 Mùi vị Không có mùi vị lạ Cảm quan 3 Độ đục NTU 5 TCVN 6184 -1996 4 pH 6.0-8.5 TCVN 6194 - 1996 5 Độ cứng mg/l 350 TCVN 6224 -1996 6 Amoni (tính theo NH4+) mg/l 3 TCVN 5988 -1995 (ISO 5664 -1984) 7 Nitrat (tính theo NO3- ) mg/l 50 TCVN 6180 -1996 (ISO 7890 -1988) 8 Nitrit (tính theo NO2- ) mg/l 3 TCVN 6178 -1996 (ISO 6777 -1984) 9 Clorua mg/l 300 TCVN 6194 -1996 (ISO 9297 -1989) 10 Asen mg/l 0.05 TCVN 6182-1996 (ISO 6595-1982) 11 Sắt mg/l 0.5 TCVN 6177 -1996 (ISO 6332 -1988) 12 Độ ô-xy hoá theo KMn04 mg/l 4 Thường quy kỹ thuật của Viện Y học lao động và Vệ sinh môi trường 13 Tổng số chất rắn hoà tan (TDS) mg/l 1200 TCVN 6053 -1995 (ISO 9696 -1992) 14 Đồng mg/l 2 TCVN 6193-1996 (ISO 8288 -1986) 15 Xianua mg/l 0.07 TCVN 6181 -1996 (ISO 6703 -1984) 16 Florua mg/l 1.5 TCVN 6195-1996 (ISO 10359 -1992) 17 Chì mg/l 0.01 TCVN 6193 -1996 (ISO 8286 -1986) 18 Mangan mg/l 0.5 TCVN 6002 -1995 (ISO 6333 -1986) 19 Thuỷ ngân mg/l 0.001 TCVN 5991 -1995 (ISO 5666/1 -1983 ISO 5666/3 -1989) 20 Kẽm mg/l 3 TCVN 6193 -1996 (ISO 8288 -1989) 21 Coliform tổng số vi khuẩn /100ml 50 TCVN 6187 - 1996 (ISO 9308 - 1990) Tiêu chuẩn nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định của Bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/2002/BYT/QÐ ngày 18/4/2002) STT Chỉ tiêu Đơn vị Giới hạn tối đa 1. Màu sắc TCU 15 2. Mùi vị Không có mùi, vị lạ 3. Ðộ đục NTU 2 4. pH 6,5 - 8,5 5. Ðộ cứng mg/l 300 6. Tổng chất rắn hoà tan (TDS) mg/l 1000 7. Hàm lượng Nhôm mg/l 0,2 8. Hàm lượng Amoni, tính theo NH4+ mg/l 1,5 9. Hàm lượng Antimon mg/l 0,005 10. Hàm lượng Asen mg/l 0,01 11. Hàm lượng Bari mg/l 0,7 12. Hàm lượng Bo tính chung cho cả Borat và Axit Boric mg/l 0,3 13. Hàm lượng Cadimi mg/l 0,003 14. Hàm lượng Clorua mg/l 250 15. Hàm lượng Crom mg/l 0,05 16. Hàm lượng Ðồng mg/l 2 17. Hàm lượng Xianua mg/l 0,07 18. Hàm lượng Florua mg/l 0,7 - 1,5 19. Hàm lượng Hydro Sunfua mg/l 0,05 20 Hàm lượng Canxi mg/l 100 21. Hàm lượng Sắt mg/l 0,5 22. Hàm lượng Chì mg/l 0,01 23. Hàm lượng Mangan mg/l 0,5 24. Hàm lượng Thuỷ ngân mg/l 0,001 25. Hàm lượng Molybden mg/l 0,07 26. Hàm lượng Niken mg/l 0,02 27. Hàm lượng Nitrat mg/l 50 28. Hàm lượng Nitrit mg/l 3 29. Hàm lượng Selen mg/l 0,01 30. Hàm lượng Natri mg/l 200 31. Hàm lượng Sunphat mg/l 250 32. Hàm lượng Kẽm mg/l 3 33. Ðộ oxy hoá mg/l 2 33. Fecal Coli MPN 0