CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ SƠ BỘ CÁC TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THIÊN NHIÊN
7.3 TUẦN HOÀN NƯỚC RỬA LỌC VÀ XẢ BÙN CẶN RA SÂN PHƠI BÙN
Nước rửa lọc chiếm khoảng 3% lượng nước thô. Với trạm có công suất lớn như yêu cầu thiêt kế thì số lượng nước rửa lọc chiếm một phần công suất đáng kể.
Trong nước rửa lọc chứa nhiều bông cặn nhỏ được tách ra từ bề mặt của các hạt lọc có khả năng keo tụ tốt, lắng nhanh, có nhiều nhân keo tụ. Sau 1÷2 tiếng để lắng tĩnh, độ đục có thể giảm từ 210 NTU xuống còn 5 NTU. Nếu tuần hoàn lại bể trộn, các nhân này sẽ góp phần đẩy nhanh quá trình hình thành bông cặn trong bể phản ứng. Để tiết kiệm lượng nước thô và giảm thiểu lượng nước thải của trạm xử lý, phải thiết kế hệ thống tuần hoàn nước rửa lọc.
Các công trình gồm:
+ Bể chứa để thu hồi điều hòa lượng nước xả khi rửa lọc
+ Máy bơm chìm đặt trong bể điều hoà bơm nước rửa lọc từ bể điều hòa lên bể lắng đứng + Bể lắng đứng
+ Sân phơi bùn.
Đối với nhà máy nước Cẩm Thượng ta tính toán các công trình này cho phần mở rộng của cả 2 giai đoạn có công suất tổng cộng là 50000 (m3/ngđ). Đối với nhà máy nước Minh Tân ta tính cho tuần hoàn nước rửa lọc của cả nhà máy cũng có công suất là 50000 (m3/ngđ).
7.3.1 Bể điều hòa nước rửa lọc a) Lưu lượng nước rửa lọc:
Quy trình rửa lọc:
- Thổi khí với cường độ 60 m3/m2.h trong 2 phút.
- Thổi khí (50 m3/m2.h) kết hợp nước (10 m3/m2.h) trong vòng 5 phút.
- Rửa nước thuần túy (20 m3/m2.h) có kết hợp quét bề mặt (6 m3/m2.h) trong vòng 5 phút.
Tổng lưu lượng nước rửa qr = (t1×Wr1 + t2×Wr2 + t2×Wr3 )×L
Với Wr1 =10 m3/m2.h - Cường độ rửa kết hợp thổi khí.
Wr2 =20 m3/m2.h - Cường độ rửa nước thuần túy.
Wr3 =6 m3/m2.h - Cường độ quét bề mặt.
t1 = 5’ Thời gian rửa nước, gió kết hợp.
t2 = 5’ Thời gian rửa nước thuần túy.
L= 35 (m2) Diện tích một bể lọc.
Vậy qr = (5×10+5×20+5×6) ×35/60 = 105 (m3)
- Tổng lượng nước rửa lọc trong 1 ngày (mỗi bể lọc được rửa 1 lần, rửa 10 bể) Qr = 105×10 = 1050 (m3)
b) Hàm lượng cặn nước rửa lọc:
= ×
r
h c
max
G 1000 (mg/l) C Q
Trong đó: Qr: Lưu lượng nước rửa bể.
G
c
: Hàm lượng cặn đưa vào bể. Với
Với:
Cv: Hàm lượng cặn của nước vào bể lọc. Cv = 10 (mg/l) = 10 (g/m3).
Cr: Hàm lượng cặn ra khỏi bể lọc Cr= 0 (mg/l) Q: Công suất nhà máy.
c) Lưu lượng bơm tuần hoàn: Để đảm bảo bơm hết nước rửa lọc trong vòng 1 ngày và không ảnh hưởng đến chế độ thủy lực của các công trình xử lý khác, lưu lượng bơm tuần hoàn phải thỏa mãn:
qth ≤ 5% Q = 5%.50000 = 2500 (m3/ngđ)= 104,17 (m3/h) = 29 (l/s)
> 3 = =35 3
Th
W 834
q (m /h) (m /h) = 9, 7(l/s)
24 24
Chọn bơm tuần hoàn có Q =25 (l/s)= 90 (m
3
/h) d) Thể tích bể điều hòa lưu lượng rửa:
V = n× Vr1 bể − n× qth× t
- n - Số bể lọc cần rửa trong một ngày, n= 10(Do chu kỳ lọc T = 1 ngày nên mỗi ngày rửa cả 10 bể)
- qth - Lưu lượng bơm tuần hoàn, qth = 90 (m3/h)
- t - Thời gian giữa hai lần rửa các bể kế tiếp nhau. Chọn t = 1h - Vr - Thể tích nước rửa một bể lọc
Vậy V = 10×105 - 10×90×1 = 150 m3
Chọn bể hình vuông, kích thước
bể a×a×h =7,1×7,1×3 m.
7.3.2 Tính toán bể lắng
đứng xử lý nước sau lọc
Hình 7.7: Sơ cấu tạo bể lắng đứng Chú thích:
1 - Ngăn phản ứng xoáy 2 - Vùng lắng
3 - Vùng chứa cặn 4 - Ống nước vào 5 - Vòi phun
6 - Tấm hướng dòng 7 - Máng thu
8 - Ống nước ra 9 - Ống xả cặn
Diện tích bể lắng đứng được tính theo công thức F = α×
u0
N Q
× (m2) Trong đó:
- Q : Lưu lượng nước đến bể lắng từ bể điều hoà:
Q = 90(m3/h) = 0,025 (m3/s) - u0: Tốc độ lắng cặn, lấy bằng 0,001 (m/s).
- N : Số bể lắng đứng
- α : Hệ số dự phòng kể đến việc phân phối nước không đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể. Lấy tỷ số giữa kích thước và chiều cao vùng lắng là D/H = 1,5 thì α = 1,5
⇒ F = 1,5×
1
×× -3
25 10
0,001= 37,5 (m
2)
- Diện tích bề mặt ngăn phản ứng, f = 60 H1 N t Q
×
× × Với H1 : chiều sâu vùng lắng nước, lấy bằng 3 (m) N : Số bể lắng =2 bể
t: Thời gian lưu nước trong bể, lấy t = 30 phút (theo quy phạm là 15÷30 phút)
Đường kính ngăn phản ứng là :
Chọn bể hình vuông, kích thước cạnh
Chiều cao vùng chứa cặn của bể:
H2= 0,3 2 D−
tg 600 = 4,3 0,3 2
− tg 600=3,5(m).
Chiều cao tổng cộng của bể: H= H1+H2 = 3+3,5 = 6,5(m) Kích thước bể: A=5,1m ; H = 6,5m. Số bể N = 2
- Xác định đường kính ống dẫn vào bể:
Với Q= 0,015 (m3/s).
- Vận tốc trong ống là v = 0,9 (m/s) 4 0,015 D 0,9
π
⇒ = ×
× =0,15 (m) => Chọn D = 150 (mm) - Đường kính miệng phun xác định theo công thức :
f
f M v
d Q
= 1 , 13 ×
Trong đó :
- M : Hệ số lưu lượng đối với miệng phun hình nón có góc nón β = 25o thì M = 0,908.
- vf : Vận tốc qua vòi phun lấy vf = 2,5 (m/s)
⇒ 0,015
1,13 1,13
0,908 2,5
f
f
d Q
= M v =
× × =0,1 (m). Lấy df = 100 (mm) - Chiều dài miệng hút :
100 25
.cot cot 112
2 2 2 2
f o f
l = d g β = g = mm
+ Xác định hệ thống thu nước sau lắng::
- Để thu nước đã lắng dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể.
Nước được chảy theo 2 chiều, diện tích mặt cắt ngang của máng vòng được xác
định 0,015
0,001
2 2 2 2 0,6
f Q
= v = =
× × × × (m2)
=> thiết kế máng chính có tiết diện : 0,1×0,1 (m) .
7.3.3 Sân cô đặc, nén và phơi khô bùn
Số lượng bùn tích lại ở bể lắng sau một ngày được tính theo công thức:
G1 =
1000 ) (C1 C2
Q× −
(kg) Trong đó:
- G1: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lắng sau một ngày, (kg) - Q: Lượng nước xử lý, Q = 50000 (m3/ngđ)
- C2 : Hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lắng, lấy bằng 10 (g/m3)
- C1 : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng, sau bể phản ứng hàm lượng cặn trong nước là: C1 = 379,06 (mg/l)
Vậy nên G1 =
1000
) 10 379,06 (
50000× −
= 18453 (kg)
Số lượng bùn tích lại ở bể lọc sau một ngày được tính theo công thức:
G2 =
1000 ) (C1 C2
Q× −
(kg) Trong đó:
- G2: Trọng lượng cặn khô tích lại ở bể lọc sau một ngày, (kg) - Q: Lượng nước xử lý, Q = 50000 (m3/ngđ)
- C2 : Hàm lượng cặn trong nước đi ra khỏi bể lọc , lấy bằng 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 nên G2 =
1000 ) 3 10 ( 50000× −
= 350 (kg)
Vậy tổng lượng cặn khô trung bình xả ra trong một ngày là G = G1 + G2= 18803 (kg/ngày)
Tính sân phơi bùn có khả năng giữ bùn lại trong vòng 3 tháng.
Lượng bùn khô tạo thành sau 3 tháng là:
Gnén = 18803 × 90 = 1692270. Chọn diện tích là 3600 (m2).
Sau khi phơi, bùn đạt đến độ ẩm 40% nên khối lượng bùn khô sau khi phơi là:
gkhô = 100 60
1692270
× = 2820450 (kg)
Lấy tỷ trọng bùn ở độ ẩm 40% là 1,2 (t/m3), thể tích bùn khô là:
Vkhô =
khô
gkhô
γ = 2 , 1
45 ,
2820 = 2350,375 (m3) Chiều cao bùn khô trong sân là:
hkhô = F Vkhô
= 3600 2350,375
= 0,653 (m)
Lượng bùn hàng ngày đưa ra sân phơi nằm trong hỗn hợp với nước có độ ẩm 95% nên tổng lượng bùn loãng xả ra từ khối bể lắng và lọc trong một ngày là:
gloãng = 5 18803
× 100 = 376060 (kg/ngđ)
Lấy tỷ trọng bùn ở độ ẩm 95% là 1,02 (t/m3), thể tích bùn loãng xả ra trong một ngày là:
Vloãng =
loãng loãng
g
γ = 02 , 1
06 ,
376 = 313,383 (m3) Chiều cao bùn loãng trong sân là:
hloãng = F Vloãng
= 3600 313,383
= 0,087 (m) Vậy chiều dày của lớp bùn trong sân phơi là:
Hsân= hkhô + hloãng = 0,653 + 0,087 ≈ 0,74 (m)
Lấy chiều cao dự trữ = 0,2 (m), chiều dày lớp sỏi ở đáy hđáy = 0,3 (m) khi đó chiều cao thành máng của sân phơi là 0,74 + 0,2 + 0,3 = 1,24 (m).
Thiết kế 18 sân phơi bùn có chiều cao 1,3 (m), chiều dài bằng 2 lần chiều rộng, diện tích mỗi sân 200 (m2), kích thước: 20× 10(m2).