Tính toán bể lắng lamella cho trạm xử lý nước thiên nhiên công suất 80.000 m3/ngày đêm

Aquazur – nuoc.com.vn Page 1 TÍNH TOÁN BỂ LẮNG LAMELLA CHO TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN CÔNG SUẤT 80.000 M3/NGĐ a) Cơ sở tính toán:  Bể lắng lamen cũng giống như bể lắng thường và cũng gồm 3 vùng: - Vùng phân phối nước, - Vùng lắng - Vùng tập trung và chứa cặn  Đặc điểm bể lắng Lamen: Vùng lắng được chia thành nhiều lớp mỏng với khoảng không gian nhỏ hẹp, nhờ các tấm được đặt nghiêng. Khi dùng các tấm lượn sóng hoặc tấm phẳng thì tiện lắp ráp và quản lý hơn. Dùng các ống thì chắc chắn hơn và đảm bảo kích thước được đồng đều hơn và tốc độ dòng chảy có thể tăng hơn nhưng lại chóng bị lắng cặn, tăng khối lượng công tác tẩy rửa. Ở đây dùng các tấm có dạng nửa lục giác và khi ghép các tấm lại thì sẽ tạo thành khối ống có mặt cắt ngang như những ống lục giác ghép lại. Như vậy sẽ vừa đảm bảo được tính linh động trong thi công cũng như độ bền xây dựng khi hợp khối các tấm. Khu vực lắng được lắp các mô-đun dạng khối hộp chữ nhật. Các mô đun này tạo nên bởi sự lắp ghép của các tấm Lamella nghiêng ( 60o ). Những tấm Lamella này bằng nhựa PVC chất lượng cao. Hai tấm Lamel ghép lại với nhau sẽ cho ra những ống hình lục giác ( dạng giống như tổ ong ) (Hình 5.9)  Tác dụng và cơ chế của quá trình lắng: Nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽ chuyển động giữa các bản vách ngăn nghiêng theo hướng từ dưới lên và cặn lắng xuống đến bề mặt bản vách ngăn nghiêng sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và ở dạng tập hợp lớn tập trung về hố thu cặn, từ đó theo chu kỳ xả đi. Chất nổi được tập trung về khoang trống giữa các tầng và dẫn đi theo máng chìm. Khi giảm chiều cao lắng thì giảm độ chảy rối của dòng chảy tự do, giảm được dao động của thành phần tốc độ thẳng đứng của dòng nước. Kết quả là tăng hệ số sử dụng dung tích và giảm được thời gian lắng( chỉ cần một vài phút).  Tính toán bể Lamen Theo sơ đồ tính toán, trong khoảng thời gian lắng T, hạt cặn chuyển động từ A đến B. Quỹ đạo AB có thể phân tích thành chuyển động từ A đến C với tốc độ vtb của dòng nước và từ C đến D với tốc độ rơi cặn u0. Có thể xác lập các tương quan: Hình 5.9 Tấm lắng Lamella Aquazur – nuoc.com.vn Page 2 Hình 5.10 Sơ đồ tính toán ống lắng Tv tg hH AC tb .sin 0   Tu h CD . cos 0   Do đó:  cos.cotcot0 0 gg h H u vtb  Hay )cos(cot 0 0   h H g u vtb Nếu gọi diện tích bề mặt lắng là F và lưu lượng nước xử lý là Q, tốc độ của dòng nước đi lên theo phương thẳng đứng v0 là: sin0 tbv F Q v  vtb: Tốc độ trung bình của dòng nước đi lên theo vách ngăn nghiêng. Vậy : sinF Q vtb  Thay vtb vào công thức trên ta có: F Q hH h u . )cos(cos 0 0    Trong đó h có giá trị bằng 0,05 - 0,15m và H0=1-1,5m. Từ phương trình trên cho thấy cùng với lưu lượng nước xử lý và vùng tốc độ lắng cặn u0, bể lắng lamella với dòng chảy ngược chiều sẽ có diện tích bề mặt bé hơn so với bể lắng ngang. Khi tính toán bể lắng Lamella cũng dựa trên 2 chỉ tiêu cơ bản ban đầu là tốc độ lắng cặn u0 và góc nghiêng của các vách ngăn song song (thường lấy từ 45 0-600). Để đảm bảo đủ không gian phân phối nước đều vào các ô lắng, khoảng cách phần dưới các vách ngăn lấy là 1,0-1,2m. Chiều cao vùng chứa cặn thường lấy từ 1,0-1,5m. Lớp nước trên bề mặt tính từ mép các vách ngăn nghiêng lấy lớn hơn 0,5m để đảm bảo thu Aquazur – nuoc.com.vn Page 3 nước đều. Nước bể lắng có diện tích mặt lớn cần phải thiết kế hệ thống thu nước bề mặt bằng các máng hoặc ống. b) Tính toán kích thước công trình:  Chọn các thông số cơ bản: - Tấm mỏng: Chọn loại tấm nhựa, có phần lượn sóng hình lục giác, khi ghép các tấm lại với nhau thành khối sẽ tạo thành các hình ống. Với chiều cao h= 52mm, d=60mm. Chiều dài mỗi tấm L =1m. - Tiết diện hình ống: f= 52×30 + 52×15=2340 (mm2) = 0,00234(m2) - Chu vi ướt: c = 6×30 = 180 mm = 0,18m - Chiều dài ống: Lo = 1m. - Góc nghiêng α chọn α = 600. - Vận tốc lắng Uo chọn theo bảng 6.9 (TCXDVN33-06) chọn Uo = 0,45 mm/s. - Chiều cao khối trụ lắng: H= L.sin α = 1×0,867 = 0,867(m) Theo đó, ta có:  Công suất nước đi vào bể lắng: LQ Q  Trong đó: -QL : Công suất nước vào bể lắng -Q: Công suất thiết kế. Q = 80.000 m3/ngđ. -α: Hệ số dự phòng. Chọn α = 1,05 Vậy ta có QL = 1,05 × 80.000 = 84.000 m 3/ngđ = 0,9722 m3/s;  Diện tích mặt bằng bể lắng: 2 h H.cos + h.coso Q u F     Trong đó: uo : Tốc độ lắng của hạt cặn; uo = 0,45mm/s = 4,5.10 -4m/s; h: Kích thước tiết diện ống lắng. H: Chiều cao khối trụ lắng α = 60o; cos α = 0,5; Ta có: 2 2 4 2 h 0,9722 0,052 255( ) H.cos + h.cos 4,5.10 0,867.0,5 + 0,052.0,5o Q F m u          Chọn số bể lắng là 2 đơn nguyên. Diện tích mặt bằng 1 bể là F1 = 127,5 m2; Chọn chiều rộng 1 bể là 6 m.  Chiều dài bể lắng: L1 = 127,5 / 6 = 21,25 m. Làm tròn L1 = 21,5m Diện tích thực tế của bể lắng: F 1 = 6×21,5 = 129 (m 2) Hình 5.11 Kích thước ống lắng(mm) Aquazur – nuoc.com.vn Page 4  Chiều dài phần phân phối nước đầu bể và khu vực bố trí máy gạt cặn cuối bể, chọn theo cấu tạo và kích thước máy gạt cặn. Chọn chiều dài phần phân phối L 2 = 2m; phần cuối bể L3 = 3m (vùng thu cặn)s. Tổng chiều dài xây dựng của bể lắng L = L1+L2+L3 = 21,5 + 2 + 3 = 25,5 (m)  Phần đầu bể bố trí máng thu bọt và rong tảo (nếu có). Chiều rộng máng B= 0,5 m.  Tốc độ Uo thực tế của các hạt cặn: 4 2 2 h 0,9722 0,052 4,4 10 ( / ) H.cos + h.cos 2 129 0,867.0,5 + 0,052.0,5o Q u m s F           Vận tốc nước chảy trong các ống lắng: 30,9722 4,4.10 ( / ) .sin 255.0,867o Q v m s F     - Bán kính thủy lực: R 0,00234 0,0013( ) 0,18 f m c    Trong đó: f: Tiết diện ống lắng c: Chu vi ướt ống lắng.  Hệ số Reynold: oe v R R   Trong đó: vo - Vận tốc nước chảy trong ống lắng. R - Bán kính thủy lực;  - Hệ số nhớt động học của nước. Lấy  = 1,31.10-6. Vậy 3 6 4,4 10 0,0013 4,36 500 1,31 10 o e v R R           Nước trong ống lắng chảy ở chế độ chảy tầng.  Chuẩn số Froude: 2 3 2 5 5(4,4 10 )r 15,1.10 10 9,81 0,0013 ovF G R         Như vậy dòng chảy trong ống lắng là ổn định.  Chiều cao bể lắng: - Chiều cao phần nước trong trên các ống lắng: h1 = 1,2 m; - Chiều cao đặt tấm lắng nghiêng: h2 = 0,867 ~ 0,9 m - Chiều cao phần không gian phân phối nước dưới các ống lắng nghiêng: h 3 = 2,5 m (lắp đặt thiết bị gạt cặn cơ khí.  Xả cặn: Ta dùng phương pháp gạt cặn bằng cơ khí và xả cặn bằng thuỷ lực. Thể tích vùng chứa cặn của 1 bể được xác định theo công thức: Wc = N mCQT . ).(. max   (m3). Trong đó: T: Chu kỳ giữa hai lần xả cặn, lấy T = 8(h). Q: lưu lượng nước vào bể lắng (m3/h). Q = 80.000 (m3/ngđ) = 3333,33 (m3/h). Cmax = 106,45 (mg/l). Đây là hàm lượng cặn của nước nguồn sau khi đã cho hoá chất vào. Aquazur – nuoc.com.vn Page 5 m: Lượng cặn còn lại sau bể lắng. Theo quy phạm lấy m = 10 (mg/l). : Nồng độ trung bình của cặn khi được gạt về hố thu cặn. Với T = 8h ta lấy = 10000 (g/m3). N: Số lượng bể lắng. N=2.  Wc = 8 3333,33 (106, 45 10) 10000.2    = 128,6(m3). Tại mỗi bể lắng sẽ bố trí 02 hình chóp để thu cặn. Thể tích hữu ích mỗi hình chóp Wc = 128,6/2 = 64,3(m 3). Kích thước đáy mỗi hình chóp chọn là 3× 3m(dễ hợp khối với bể lắng). - Chiều cao vùng chứa cặn: Hc = 64,3 2 (3 3) 2 (3 3) nW      = 3,6(m). Với hố thu cặn đáy có kích thước 3×3×3,6 m.  Chiều cao xây dựng bể lắng: - Phần cuối bể : HXD = h1+ h2+ h3+ Hc+ HDT = 1 + 0,9 + 1,5 + 3,6+0,5 = 7,5 (m) Trong đó: h1 : Chiều cao phần nước trong trên các khối tấm lắng lamella. h2 : Chiều cao khối tấm lắng lamella. h3 : Chiều cao vùng lắng dưới các tấm lamella. Hc : Chiều cao vùng chứa cặn bể lắng HDT : chiều cao dự trữ, lấy bằng 0,5 (m). - Phần đầu bể: HXD = h1+ h2+ h3+ HDT = 1 + 0,9 + 1,5 +0,5 = 3,9 (m)  Tính toán lưu lượng nước xả cặn bể lắng: - Lượng nước dùng cho việc xả cặn 1 bể lắng tính bằng phần trăm lưu lượng nước xử lý, được xác định theo công thức:     P cK W NP 100% q T Trong đó: + Wc: Thể tích vùng chứa và nén cặn. W c = 128,6 (m 3). + KP: Hệ số pha loãng cặn. Gạt cặn bằng cơ khí chọn Kp = 1,2. + N: số lượng bể lắng. N = 2. + T: thời gian giữa 2 lần xả cặn (h). T= 6 (h). + q: Lưu lượng nước tính toán (m3/h). q = 3333,33 (m3/h). 128,6 1,15 8       1,2 2P 100 % 3333,33 - Vậy lưu lượng nước dùng cho việc xả cặn 2 bể lắng, tính theo thể tích nước giữa các lần xả (6h) là: 1,15 8 926  XC 3BLV % 0000 (m ). Vậy lưu lượng nước dùng cho việc xả cặn 2 bể lắng trong một ngày đêm là: 926 24 2778 8  XC 3BLV (m ). Chọn thời gian xả cặn của bể lắng là t = 30 phút, Aquazur – nuoc.com.vn Page 6 Lưu lượng một lần xả là: Q1ngănXả= XA ngan XA t V · 1 = 926 2 30 60  = 0,257(m3/s). - Đường kính ống xả cặn là : Dxả= 14 4 0,257 0,22 1,5 NGAN XA XA Q V       (m). (Chọn vận tốc xả Vxả=1,5m/s). Chọn Dxả= 250(mm). Đảm bảo yêu cầu D>150mm Vận tốc xả thực tế là : V xă = 2 14 D Q N    =1,45 (m/s).