TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI

 

Chương Ii

TíNH TOáN THIếT Kế TRạM Xử Lý

 

iI.1.  Vị TRí Và SƠ Đồ DÂY CHUYềN TRạM Xử Lý NƯớC hiện tại

            Nhà máy nước được đặt ngay gần trung tâm thị xã với diện tích mặt bằng là 90 (m) x 150 (m). Sơ đồ dây chuyền xử lý nước:

Các công trình xử lý được xây dựng hợp khối bằng BTCT

            Các công trình phục vụ khác: nhà kho, xưởng, nhà để hóa chất là nhà cấp 4 được xây dựng từ những năm 80, các hạng mục phụ trợ khác đều có thời gian sử dụng từ những năm 80.   

            Theo dự kiến quy hoạch, nhà máy nước sẽ phải di chuyển đến vị trí mới tại phía Đông của thị xã vì vị trí cũ là nút giao thông nên không phù hợp trong quy hoạch chung thị xã. Mặt khác vị trí cũ không đủ rộng để xây các công trình đơn vị phục vụ xử lý nước với công suất là 36.000 (m³/ngđ), đòi hỏi áp lực bơm rất lớn (do sự mở rộng của thị xã về phía Bắc), đồng thời vị trí của nhà máy cũng có thể bị ảnh hưởng bởi hệ thống thoát nước thải của thị xã trong tương lai.

            Tại vị trí mới mặt bằng rộng, giảm bớt áp lực của trạm bơm II, thuận lợi cho việc xây dựng và bố trí các công trình xử lý cũng như các công trình phục vụ nhà máy mới. Do đó việc di chuyển nhà máy nước thị xã AyunPa đến vị trí mới là cần thiết.

 

Ii.2. chất lượng nước nguồn

II.2.1. Chất lượng nước nguồn

 Qua kiểm tra xét nghiệm mẫu nước Sông Ba tại vị trí đặt công trình thu, ta có được kết quả sau đây:

Các chỉ tiêu phân tích	Đơn vị	Kết quả	ghi chú
- pH		7.2
- Độ cứng tổng hợp	(°dH)	1.45
- Hàm lượng cặn lơ long
+ Hàm lượng cặn lớn nhất	mg/l	420
+ Hàm lượng cặn nhỏ nhất	mg/l	260
- Độ màu (theo thang màu coban)	độ	40
- Độ kiềm tổng	mgđl/l	1.45
- Nhiệt độ của nước	°C	23
- Cation:
+ Ca2+	mg/l	40
+ Mg2+	mg/l	16.9
+ Na+	mg/l	12.5
+ K+	mg/l	6.02
+ Fe2+	mg/l	0.1
+ NH4+	mg/l	0,04
- Anion :
+ HCO3-	mg/l	187.8
+ SO42-	mg/l	1.25
+ Cl-	mg/l	1.62
+ NO3-	mg/l	0.09
+NO2-	mg/l	0.1
+ PO43-	mg/l	0.16
- Êcôli	N/100 ml	100

II.2.2. Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt

Nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt phải không màu, không mùi vị, không chứa các chất độc hại, các vi trùng và tác nhân gây bệnh. Hàm lượng các chất hoà tan không được vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Theo tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt phải có các chỉ tiêu chất lượng như trong bảng dưới đây.

Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống (Ban hành kèm theo Quyết định của Bộ trưởng Bộ Y tế số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18 - 4 - 2002)

A. Giải thích thuật ngữ

1. Nước ăn uống dùng trong tiêu chuẩn này là nước dùng cho ăn uống, chế  biến thực phẩm, nước từ các nhà máy nước ở khu vực đô thị cấp cho cho ăn uống và sinh hoạt.

2. Chỉ tiêu cảm quan là những chỉ tiêu ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của nước, khi vượt quá ngưỡng giới hạn gây khó chịu cho người sử dụng nước.

B. Phạm vi điều chỉnh

Nước dùng để ăn uống, nước dùng cho các cơ sở sản xuất, chế biến thực phẩm, nước cấp theo hệ thống đường ống từ các nhà máy nước ở khu vực đô thị, nước cấp theo hệ thống đường ống  từ các trạm cấp nước tập trung cho 500 người trở lên.

C. Đối tượng áp dụng

Các nhà máy nước, cơ sở cấp nước cho ăn uống sinh hoạt, cơ sở sản xuất, chế biến thực phẩm.

Khuyến khích các trạm cấp nước tập trung quy mô nhỏ cho dưới 500 người và các nguồn cấp nước sinh hoạt đơn lẻ áp dụng tiêu chuẩn này.

D. Bảng tiêu chuẩn

Bảng 1.3

STT	Tên chỉ tiêu	Đơn vị tính	Giới hạn tối đa	Phương pháp thử	Mức độ giám sát
1	2	3	4	5	6
I. Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ
1	Màu sắc (a)	TCU	15	TCVN 6185 - 1996	A
2	Mùi vị (a)		Không có mùi, vị lạ	(ISO 7887 - 1085) Cảnh quan	A
3	Độ đục (a)	NTU	2	TCVN 6184 - 1996 (ISO 7027 - 1990)	A
4	pH(a)		6,5 - 8,5	AOAC hoặc SMEWW	A
5	Độ cứng (a)	mg/l	300	TCVN 6224 - 1996	A
6	Tổng chất rắn hoà tan (TDS)(a)	mg/l	1000	TCVN 6053 - 1995 (ISO 9696 - 1992)	B
7	Hàm lượng nhôm(a)	mg/l	0,2	ISO 12020 - 1997	B
8	Hàm lượng amoni, tính theo NH+4(4)	mg/l	1,5	TCVN 5988 - 1995 (ISO 5664 - 1984)	B
9	Hàm lượng antimon	mg/l	0,005	AOAC hoặc SMEWW	C
10	Hàm lượng asen	mg/l	0,01	TCVN 6182 - 1996 (ISO 6595 - 1982)	B
11	Hàm lượng bari	mg/l	0,7	AOAC hoặc SMEWW	C
12	Hàm lượng bo tính chung cho cả borat và axit boric	mg/l	0,3	ISO 9390 - 1990	C
13	Hàm lượng cadimi	mg/l	0,003	TCVN 6197 - 1996 (ISO 5961 - 1994)	C
14	Hàm lượng clorua(a)	mg/l	250	TCVN 6194 - 1996 (ISO 9274 - 1989)	A
15	Hàm lượng crom	mg/l	0,05	TCVN 6222 - 1996 (ISO 9174 - 1990)	C
16	Hàm lượng đồng (Cu)(a)	mg/l	2	TCVN 6181 - 1996 (ISO 6703/1 - 1984)	C
17	Hàm lượng xianua	mg/l	0,07	TCVN 6195 - 1996 (ISO 6703/1 - 1984))	C
18	Hàm lượng florua	mg/l	0,7 - 1,5	TCVN 6195 - 1996 (ISO 10359/1 - 1992)	B
19	Hàm lượng hydro  sunfua(a)	mg/l	0,05	ISO 10530 - 1992	B
20	Hàm lượng sắt (a)	mg/l	0,5	TCVN 6177 - 1996 (ISO 6332 - 1988)	A
21	Hàm lượng chì	mg/l	0,01	TCVN 6193 - 1996 (ISO 8286 - 1986)	B
22	Hàm lượng mangan	mg/l	0,5	TCVN 6002 - 1995 (ISO 6333 - 1986)	A
23	Hàm lượng thuỷ ngân	mg/l	0,001	TCVN 5991 - 1995 (ISO 5666/1 - 1983 ¸ ISO 5666/3 - 1983)	B
24	Hàm lượng molybden	mg/l	0,07	AOAC hoặc SMEWW	C
25	Hàm lượng niken	mg/l	0,02	TCVN 6180 - 1996 (ISO 8288 - 1986)	C
26	Hàm lượng nitrat	mg/l	50(b)	TCVN 6180 - 1996 (ISO 7890 - 1988)	A
27	Hàm lượng nitrit	mg/l	3(b)	TCVN 6178 - 1996 (ISO 6777 - 1984)	A
28	Hàm lượng selen	mg/l	0,01	TCVN 6183 - 1996 (ISO 9961/1 - 1993)	C
29	Hàm lượng natri	mg/l	200	TCVN 6196 - 1996 (ISO9964/1 - 1984)	B
30	Hàm lượng sunfat(a)	mg/l	250	TCVN 6196 - 1996 (ISO 9280 - 1990)	A
31	Hàm lượng kẽm(a)	mg/l	3	TCVN 6193 - 1996 (ISO 8286 - 1989)	C
32	Độ ôxy hoá	mg/l	2	Chuẩn độ bằng KMnO4	A
II.Hàm lượng của các chất hữu cơ a. Nhóm alkan clo hoá
33	Cacbontetraclorua	mg/l	2	AOAC hoặc AMEWW	C
34	Diclorometan	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
35	Dicloroetan	mg/l	30	AOAC hoặc AMEWW	C
36	1,1,1 – tricloroetan	mg/l	2000	AOAC hoặc AMEWW	C
37	Vinyl clorua	mg/l	5	AOAC hoặc AMEWW	C
38	1,2 – dicloroeten	mg/l	50	AOAC hoặc AMEWW	C
39	Tricloroeten	mg/l	70	AOAC hoặc AMEWW	C
40	Tetracloroeten	mg/l	40	AOAC hoặc AMEWW	C
b. Hyđrocacbua thơm
41	Benzen	mg/l	10	AOAC hoặc AMEWW	B
42	Toluenm	mg/l	700	AOAC hoặc AMEWW	B
43	X6ylen	mg/l	500	AOAC hoặc AMEWW	B
44	Etybenzen	mg/l	300	AOAC hoặc AMEWW	C
45	Styren	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
46	Benzo (a) pyren	mg/l	0,7	AOAC hoặc AMEWW	B
c. Nhóm benzen clo hoá
47	Monoclorobenzen	mg/l	300	AOAC hoặc AMEWW	B
48	1,2 – diclorobenzen	mg/l	1000	AOAC hoặc AMEWW	C
49	1,4 – diclorobenzen	mg/l	300	AOAC hoặc AMEWW	C
50	Triclorobenzen	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
d. Nhóm các chất hữu cơ phức tạp
51	Di (2 - 3lylhexy) adipate	mg/l	80	AOAC hoặc AMEWW	C
52	Di (2 - 3tyhexyl) phatalat	mg/l	8	AOAC hoặc AMEWW	C
53	Acrylamide	mg/l	0,5	AOAC hoặc AMEWW	C
54	Epiclohydrin	mg/l	0,4	AOAC hoặc AMEWW	C
55	Hexacloro butadien	mg/l	0,6	AOAC hoặc AMEWW	C
56	Axit adetic (EDTA)	mg/l	200	AOAC hoặc AMEWW	C
57	Axit nitrilotraiaxetic	mg/l	200	AOAC hoặc AMEWW	C
58	Tribytyt oxit	mg/l	2	AOAC hoặc AMEWW	C
III. Hoá chất bảo vệ thực vật
59	Alachlor	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
60	Aldicard	mg/l	10	AOAC hoặc AMEWW	C
61	Aldrin/Dieldrin	mg/l	0,03	AOAC hoặc AMEWW	B
62	Atrazine	mg/l	2	AOAC hoặc AMEWW	C
63	Bentazone	mg/l	30	AOAC hoặc AMEWW	C
64	Carbofuran	mg/l	5	AOAC hoặc AMEWW	B
65	Clodane	mg/l	0,2	AOAC hoặc AMEWW	C
66	Clorotoluron	mg/l	30	AOAC hoặc AMEWW	C
67	DDT	mg/l	2	AOAC hoặc AMEWW	B
68	1,2 - ibromo vaf 3 - cloropropan	mg/l	1	AOAC hoặc AMEWW	C
69	2,4 – D	mg/l	30	AOAC hoặc AMEWW	C
70	1,2 – dicloropropan	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
71	1,3 – dichloropropen	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
72	Heptaclo vaf hepltaclo epoxit	mg/l	0,03	AOAC hoặc AMEWW	B
73	Haxaclorobenzen	mg/l	1	AOAC hoặc AMEWW	B
74	Isoproturon	mg/l	9	AOAC hoặc AMEWW	C
75	Lindane	mg/l	2	AOAC hoặc AMEWW	B
76	MCPA	mg/l	2	AOAC hoặc AMEWW	C
77	Methoxychlor	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
78	Mrthachlor	mg/l	10	AOAC hoặc AMEWW	C
79	Molinate	mg/l	6	AOAC hoặc AMEWW	C
80	Pendimetalin	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
81	Pentaclorophenol	mg/l	9	AOAC hoặc AMEWW	C
82	Permethein	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
83	Propanil	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
84	Pyridate	mg/l	100	AOAC hoặc AMEWW	C
85	Simazine	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
86	Trifuralin	mg/l	20	AOAC hoặc AMEWW	C
87	2,4 đảM BảO	mg/l	90	AOAC hoặc AMEWW	C
88	Dichloprop	mg/l	100	AOAC hoặc AMEWW	C
89	Fenoprop	mg/l	9	AOAC hoặc AMEWW	C
90	Mecoprop	mg/l	10	AOAC hoặc AMEWW	C
91	2,4,5 – T	mg/l	9	AOAC hoặc AMEWW	B
IV. Hoá chất khử trùng và sản phẩm phụ
92	Monocloramin	mg/l	3	AOAC hoặc AMEWW	B
93	Clodư	mg/l	0,5	AOAC hoặc AMEWW	A
94	Brimat	mg/l	25	AOAC hoặc AMEWW	C
95	Clorit	mg/l	200	AOAC hoặc AMEWW	C
96	2,4,6 – triclorophenol	mg/l	200	AOAC hoặc AMEWW	B
97	Focmaldehyt	mg/l	900	AOAC hoặc AMEWW	B
98	Bromofoc	mg/l	100	AOAC hoặc AMEWW	C
99	Dibromclorometan	mg/l	100	AOAC hoặc AMEWW	C
100	Bromofoc	mg/l	60	AOAC hoặc AMEWW	C
101	Dibromclorometan	mg/l	200	AOAC hoặc AMEWW	C
102	Axit dicloroaxetic	mg/l	50	AOAC hoặc AMEWW	B
103	Axit tricloroaxetic	mg/l	100	AOAC hoặc AMEWW	C
104	Cloral hydrat (tricloroaxetadehyt)	mg/l	10	AOAC hoặc AMEWW	C
105	Dicloroaxetonitril	mg/l	90	AOAC hoặc AMEWW	C
106	Dibromoaxetonitril	mg/l	100	AOAC hoặc AMEWW	C
107	Tricloroaxetonitril	mg/l	1	AOAC hoặc AMEWW	C
108	Xyano clorit (tinhs theo CN)	mg/l	70	AOAC hoặc AMEWW	C
V. Mức nhiễm xạ
109	Tổng hoạt độ a	Bq/l	0,1	TCVN 6053 - 1995 (ISO 9696 - 1992)	B
110	Tổng hoạ độ b	Bq/l	1	TCVN 6291 - 1995 (ISO 9697 - 1992)	B
VI. Vi sinh vật
111	Coliform tổng số	Khuẩn lạc/100ml	0	TCVN 6187 - 1 - 1996 (ISO 9308 - 1 - 1990)	A
112	E.Coli hoặc colidorm chịu nhiệt	Khuẩn lạc/100ml	0	TCVN 6187 - 1 - 1996 (ISO 9308 - 1 - 1990)	A

 

Giải thích:

1. A: bao gồm những chỉ tiêu sẽ được kiểm tra thường xuyên, có tần suất kiểm tra một tuần (đối với nhà máy nước) hoặc một tháng (đối với cơ quan y tế cấp tỉnh, huyện). Những chỉ tiêu này là chỉ tiêu chịu sự biến động của thời tiết và các cơ quan cấp nước cũng như các trung tâm y tế dự phòng tỉnh, thành phố làm được. Việc giám sát chất lượng nước theo các chỉ tiêu này giúp cho việc theo dõi quá trình xử lý nước của trạm cấp nước để có biện pháp khắc phục kịp thời.

2.B: Bao gồm các chỉ tiêu có trang - thiết bị khá đắt tiền và ít biến động theo thời tiết hơn. Tuy nhiên đây là những chỉ tiêu rất cơ bản để đánh giá chất lượng nước. Các chỉ tiêu này cần được kiểm tra trước khi đưa nguồn nước vào sử dụng và thường kỳ mỗi năm một lần (hoặc khi có yêu cầu đặc biệt), đồng thời với một đợt kiểm tra các chỉ tiêu theo chế độ A bởi cơ quan y tế địa phương hoặc khu vực.

3. C: Đây là những chỉ tiêu cần có trang - thiết bị hiện đại đắt tiền, chỉ có thể xét nghiệm được bởi các viện ở Trung ương, viện khu vực hoặc một số trung tâm y tế dự phòng tỉnh, thành phố. Các chỉ tiêu này nên kiểm tra hai năm một lần (nếu có điều kiện) hoặc khi có yêu cầu đặc biệt bởi cơ quan y tế Trung ương hoặc khu vực.

4. AOAC: Vết tắt của Association of Official Analytical Chemists (hiệp hội các nhà hoá phân tích chính thống).

SMEWW: Vết tắc của Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water (Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải) của Cơ quan Y tế công cộng Hoa Kỳ xuất bản.

Do Việt Nam chưa xây dựng được phương pháp xét nghiệp cho các chỉ tiêu này, cho nên đề nghị các phòng xét nghiệm nước sử dụng các phương pháp của các tổ chức này.

^(a) Chỉ tiêu cảm quan.

^(b) Khi cómặt cả hai chất nitrit và nitrat trong nước ăn uống thì tổng tỷ lệ nồng độ của mỗi chất so với giới hạn tối đa của chúng không lớn hơn 1 (Xem công thức sau đây):

Cnitrat/GHTĐ nitrat + Cnitrit/GHTĐ nitrit £ 1, trong đó C - nồng độ đo được;

GHTĐ - giới hạn tối đa theo quy định trong tiêu chuẩn này.

II.2.3. Đánh giá chất lượng nước nguồn

Mẫu nước gửi kiểm nghiệm ở đây là loại nước mềm, độ khoáng thấp, có hàm lượng cặn trung bình, nước đục vừa, có màu, hàm lượng chất hữu cơ cao không đảm bảo vệ sinh. Về phần phương diện vệ sinh không đạt tiêu chuẩn vệ sinh, cần phải xử lý nước nguồn trước khi sử dụng. Do vậy việc xử lý nước chủ yếu là giảm hàm lượng cặn bằng phương pháp keo tụ.

Ii.3. Lựa chọn sơ đồ dây truyền công nghệ xử lý

II.3.1. Các chỉ tiêu còn thiếu của nước nguồn

Tổng hàm lượng muối P (mg/l).

Công thức tính toán:

P = åMe⁺ + åAe^- + 1,4 [Fe²⁺] + 0,5 [HCO₃^-]

Trong đó :

+ åMe⁺ = Ca²⁺ + Na⁺ + K⁺ + NH₄⁺ + Mg²⁺

              = 40 + 12,5 + 6,02 + 0,04 + 16,9 = 75,46 (mg/l)

+ åAe^- = NO^2- + NO^3- + SO₄^2- + PO­₄^3- + Cl^-

             = 0,1 + 0,09 + 1,25 + 0,16 + 1,62 = 3,22 (mg/l)

+ [Fe²⁺] = 0,1 (mg/l)

+ [HCO₃^-] =187,8 (mg/l)

Þ P = 75,46 + 3,22 +1,4 ´ 0,1 + 0,5 ´ 187,8 = 172,72 (mg/l)

II.3.2. Tính toán liều lượng hóa chất đưa vào

II.3.2.1. Xác định hàm lượng Clo hoá sơ bộ

  Từ bảng thống kê chỉ tiêu chất lượng nước nguồn ta thấy trong nước có NH₄⁺ = 0,04 mg/l do vậy ta phải clo hoá sơ bộ, Clo hoá sơ bộ có tác dụng làm giảm độ màu, Amoniac, và hàm lượng chất hữu cơ có trong nước.

 Liều lượng clo để clo hoá sơ bộ được xác định theo công thức:

L_cl = 6[NH₄⁺] + 1.5[NO₂^-] +2 (mg/l)

L_cl: Liều lượng Clo hoá cần thiết để keo tụ.

NH₄⁺ = 0,04 mg/l

NO₂^- = 0,1 mg/l

Þ L_cl =  6 ´ 0,04 + 1,5 ´ 0,1 + 2 = 2,39 (mg /l)

II.3.2.2. Xác đinh hàm lượng phèn cần keo tụ

Căn cứ vào độ màu của nước nguồn, căn cứ theo TCVN 33-06 ta có công thức xác định lượng phèn nhôm như sau:

P_P: Hàm lượng cần thiết xác định theo độ màu (mg/l).

M: Độ màu của nước nguồn M = 40 (Co)

Căn cứ vào hàm lượng cặn của nguồn nước ta thấy hàm lượng cặn lớn không ổn định thay đổi theo mùa, vì vậy trước khi keo tụ cần lắng sơ bộ để khống chế hàm lượng cặn.

Hàm lượng cặn lớn nhất là:  C = 420 (mg/l),

Theo TCVN 33-06 thì lượng phèn nhôm cần thiết keo tụ P_p = 50 (mg/l).

So sánh giữa liều lượng phèn nhôm tính theo hàm lượng cặn và theo độ màu   Þ Chọn liều lượng phèn tính toán P_p = 50 (mg/l).

II.3.2.3. Xác định hàm lượng chất kiềm hoá

- Kiểm tra độ kiềm của nước theo yêu cầu keo tụ:

 Lượng vôi đưa vào kiềm hoá được xác định theo công thức:

(mg/l)

Trong đó:    

+ P_k: Liều lượng hoá chất để kiềm hoá (mg/l)

+ e: Đương lượng của phèn không chứa nước:

              Đối với Al₂(SO₃) thì e = 57 (mgđl/l)

            + P_p: Liều lượng phèn dùng để keo tụ = 50 (mg/l)

            + K: Hệ số đối với vôi (theo CaO) = 28 (mgđl/l)

            + K_t: Độ kiềm của nước nguồn = 3,08 (mgđl/l)

 (mg/l)

P_k < 0  Þ  Không phải kiềm hoá.

II.3.3. Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi xử lý

Sau khi cho phèn nhôm vào để keo tụ thì độ PH của nước giảm, do đó khả năng nước có tính xâm thực.

II.3.3.1. Kiểm tra độ kiềm của nước sau khi keo tụ

 (mgđl/l)

Trong đó:

               + K_i^*: Độ kiềm của nước sau khi keo tụ.

               + K_io: Độ kiềm ban đầu của nước nguồn =3,08 ( mgđl/l)

 (mgđl/l)

II.3.3.2. Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi keo tụ

Độ ổn định của nước được đánh giá bằng chỉ số J.

Theo TCVN 33 – 06 , Nếu J < - 0,5: Nước có tính xâm thực.

                                            J > 0,5 : Nước có tính lắng đọng.

Chỉ số J được xác định như sau:

J = PH₀ - PH_S

Trong đó:

+ PH₀: Độ PH của nước sau khi keo tụ.

+ PH_S: Độ PH của nước ở trạng thái bão hoà CaCO₃ sau khi keo tụ.

* Xác định các chỉ tiêu còn thiếu của mẫu nước:

- Xác định lượng CO₂ của nước sau khi keo tụ:

 (mg/l)

Trong đó:

               + CO₂^* : Lượng CO₂ của nước sau khi keo tụ.

               + CO₂⁰: Lượng CO₂ của nước nguồn.

Với P = 172,72 (mg/l)

       T⁰ = 23⁰C

       K_io = 3,08 (mg/l)

       PH = 7,4

Tra biểu đồ Langlier hình 6-2 trong TCVN 33-06 ta có:

CO₂⁰ = 10 (mg/l)

Do đó:

 (mg/l)

Với: CO₂^* = 48,6 (mg/l)

K_i⁰ = 2,2 (mgđl/l)

T⁰ = 23⁰C

P = 172,72 ( mg/l)

Tra biểu đồ Langlier ta có PH₀ = 6,68

- Xác định PH_S theo hàm số sau:

PH_s = f₁(t⁰) - f₂(Ca²⁺) - f₃(K_i^*) + f₄(P )

Trong đó:

+f₁(t⁰): Hàm số của nhiệt độ t⁰

+f₂(Ca²⁺): Hàm số của nồng độ ion Ca²⁺

+f₃(K_i^*): Hàm số của độ kiềm K_i^*

+f₄(P): Hàm số của tổng hàm lượng muối P

Tra biểu đồ hình 6-1 trong TCVN 33-06 ta được:

+ t⁰ = 23^oC  Þ f₁(t⁰) = 2,04

+ (Ca²⁺) = 40 (mg/l) Þ f₂(Ca²⁺) = 1,6

+ K_i^* = 2,2 (mgđl/l) Þ f₃(K_i^*) = 1,32

+ P = 172,72 (mg/l)  Þ f₄(P) = 8,76

Þ PH_s = 2,04 - 1,6 - 1,32 + 8,76 = 7,88

Þ  J = PH₀ - PH_s = 6,68 – 7,88 = - 1,2

Þú Jú = 1,2 > 0,5

Kết luận: Nước không ổn định, có hàm lượng CO₂ lớn hơn giá trị cân bằng. Nước có tính xâm thực, cần phải kiềm hoá.

* Xác định liều lượng vôi đưa vào kiềm hoá:

+ Ta thấy pH^* < pH_S < 8,4, do đó hàm lượng vôi đưa vào kiềm hoá được xác định theo công thức sau ( theo TCVN 33-06):

D_K = b ´ K (mg/l)

Trong đó:

+ b: hệ số phụ thuộc vào J và pH₀, tra biểu đồ với |J| = 1,2, pH₀ = 6,68

=>  b = 0,42

                 + K: độ kiềm của nước trước khi xử lý ổn định, K = 2,2 (mgđl/l)       

D_K = 0,42 ´ 2,2 = 0,924 (mg/l)

=> (mg/l)

    + Xét hàm lượng vôi cho vào theo công thức:

(mg/l)

               + CO₂^* : Lượng CO₂ của nước sau khi keo tụ.

 (mg/l)

=> (mg/l)

Vậy: D_K^’’ (= 108,5) > D_K^’ (= 32,34)

Þ Không cần xử lý ổn định nước bằng 2 hoá chất (vôi và sôđa).

II.3.3.3. Hàm lượng cặn lớn nhất trong nước sau khi đưa hoá chất vào để kiềm hoá và keo tụ

C_max = C⁰_max +K x P_AL + 0,25M +0,2D_K  (mg/l)

Trong đó:

+ C⁰_max: Hàm lượng cặn lớn nhất của nước nguồn, C⁰_max = 420 (mg/l)

+ M: Độ màu của nước nguồn theo thang độ Platin-Coban, M = 40

+ D_K: Liều lượng vôi đưa vào để kiềm hoá = 32,34 (mg/l)

+ P_Al : Liều lượng phèn đưa vào để keo tụ  = 50 (mg/l)

+ K: Hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng. Lấy K = 0,55

C_max = 420 + 0,55x 50 + 0,25 x 40 +  0,2´ 32,34 »  464 (mg/l)

II.3.4. Lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý

II.3.4.1. Đề xuất các phương án xử lý

Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước là công việc rất quan trọng, nó không chỉ ảnh hưởng đến giá thành xây dựng, quản lý, vận hành hệ thống cấp nước mà còn ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý, chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước dựa vào các tiêu chí cơ bản sau:

-          Chất lượng của nước nguồn.

-          Yêu cầu chất lượng nước sau xử lý.

-          Qui mô công suất trạm cấp nước.

-          Điều kiện kinh tế, kỹ thuật.

 Dựa trên các số liệu tính toán và khả năng phải đưa hoá chất vào, ta có:

-          Q = 36000 (m³/ngđ)

-          C_max = 464 (mg/l)

-          M = 40 ( độ pt/C_o)

-          PH₀ = 7,4

*) Chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước theo 2 phương án sau:

Phương án 1:

Phương án 2:

II.3.4.2. Đánh giá lựa chọn dây chuyền công nghệ

Với yêu cầu xử lý nước nguồn thì đây là 2 dây chuyền hợp lý. Tuy nhiên để có một dây chuyền công nghệ hoàn chỉnh đạt hiệu suất xử lý cao nhất, phải có sự đánh giá lựa chọn.

a. Phương án I: Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng kết hợp bể lắng ngang thu nước bề mặt.

* Ưu điểm:

        + Có khả năng chạy quá tải cao, hiệu quả xử lý ổn định khi có sự biến động đột ngột về công suất , về chất lượng nguồn nước thô; vận hành đơn giản.

+ Ngăn tách khí bể phản ứng và bể lắng ngang có thể xây dựng hợp khối để quản lý vận hành đơn giản, dễ dàng.

        + Xây dựng hợp khối với ngăn tách khí và bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng nên giải pháp kết cấu đơn giản , chiều cao xây dựng thấp.

+ Thi công đơn giản vì ít có những kết cấu phức tạp.

 * Nhược điểm:

+ Có khối tích xây dựng công trình lớn hơn, tốn diện tích, hiệu quả xử lý thấp hơn, không đIều chỉnh được cường độ khuấy trộn trong bể phản ứng.

+ Khởi động chậm, thường lớp cặn lơ lửng được hình thành và làm việc có hiệu quả chỉ sau 3-4 giờ làm việc, yêu cầu không được dao động về lưu lượng trong khoảng  15% trong 1 giờ và nhiệt độ nước đưa vào không quá 1 ⁰C..

b. Phương án II: Bể phản ứng cơ khí kết hợp bể lắng Lamen

* Ưu điểm:

        + Có khối tích xây dựng công trình nhỏ, tiết kiệm được diện tích, hiệu quả xử lý cao,hiệu suất lắng của bể Lamen cao hơn bể lắng ngang.

+ Giảm được lượng hoá chất sử dụng trong quá trình xử lý .

         + Bể phản ứng cơ khí có khả năng đIều chỉnh cường độ khuấy trộn theo ý muốn nên thời gian hoà trộn ngắn và tăng hiệu quả của quá trình khuấy trộn.

        + Mức độ cơ giới hoá cao nên giảm bớt sức lao động của công nhân.

* Nhược điểm:

+ Cần có máy móc thiết bị cơ khí chính xác và đIều kiện quản lý vận hành phức tạp, tốn nhiều đIện năng.

     + Với bể lắng Lamen vịêc lắp đặt nhiều tấm Lamen song song ở vùng lắng phức tạp, dễ bị cong vênh, việc xả rửa cặn chưa nghiên cứu kĩ.

* Từ những so sánh trên ta lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý theo phương án II để thiết kế trạm xử lý.

II.4. Tính toán các công trình Đơn vị trong dây chuyền công nghệ - Phương án chọn

II.4.1. Thiết kế hệ thống pha chế - định lượng dự trữ hoá chất

II.4.1.2. Thiết bị pha chế - định lượng dự trữ phèn

      + Với công suất Q = 36 000 (m³/ngđ), ta sử dụng hoà trộn phèn bằng cơ giới kết hợp khí nén.

      + Để quá trình keo tụ có hiệu quả, phèn phải được pha đều vào nước cần xử lý với liều lượng chính xác trong thời gian ngắn nhất. Do việc định lượng phèn và pha chế phèn khô trực tiếp vào nước khá phức tạp nên ta chọn phương pháp pha thành dung dịch trước khi cho vào nước là có hiệu quả nhất.

a. Sơ đồ tính toán:

 

b. Chọn thông số tính toán:

Theo mục 6.22 - TCN 33 – 06 chọn:

Cường độ khí nén trong bể hoà phèn U_kn =10 (l/s-m²)

Cường độ khí nén trong bể tiêu thụ U_kn = 5 (l/s-m²)

Để phân phối khí dùng ống đục lỗ bằng vật liệu chịu được axit nên ta dùng ống nhựa có khoan hai hàng lỗ so le nhau hướng xuống phía dưới tạo với phương đứng một góc 45°.

Tốc độ không khí trong ống v = 15 (m/s)

Tốc độ không khí qua lỗ v = 25 (m/s)

Đường kính lỗ d =3 (mm)

áp lực không khí ép p = 1,2 (at)

c. Tính toán bể hoà phèn:

Sơ đồ cấu tạo chung:

Theo mục 6.19 – TCN 33 – 06, dung tích bể hoà phèn được xác định theo công thức:

W_h =  (m³)

Trong đó:

Q: lưu lượng nước cần xử lý, Q = 36 000 (m³/ngđ) = 1500 (m³/h)

L_P: liều lượng phèn, L_P = 50 (mg/l)

n: thời gian giữa hai lần hoà phèn, theo mục 6.19 – TCN 33 – 06

Với Q = 36 000 (m³/ngđ) chọn n = 10 (h)

g: tỷ trọng của dung dịch phèn, g = 1 (T/m³)

b_n: nồng độ dung dịch, b_n = 10%

            Þ W_h =  = 7,5 (m³)

Thiết kế 2 bể hoà phèn, mỗi bể có dung tích là:

W_H = 2,5 ´ 1,5 ´ 1,0 = 3,75 (m³)

d. Tính toán bể tiêu thụ:

Sơ đồ cấu tạo chung bể tiêu thụ phèn:

Theo mục 6.19 – TCN 33 – 06, dung tích bể tiêu thụ được xác định theo công thức:

            W_t =  (m³)

Trong đó:

W_t: dung tích bể tiêu thụ (m³)

W_h: dung tích bể hoà phèn (m³)

b_n: nồng độ dung dịch hoá chất trong bể hoà phèn

b_t = 5%: nồng độ dung dịch hoá chất trong bể tiêu thụ

            W_t =  = 15 (m³)

Ta thiết kế 2 bể, mỗi bể có dung tích: W_T  = 2,5 ´ 2,0 ´ 1,5 = 7,5 (m³)

Lấy chiều cao an toàn ở hai bể là: 0,4 (m)

e. Chọn máy quat gió và tính toán ốmg dẫn khí:

+ Có 2 bể hoà trộn làm việc đồng thời. Tổng diện tích của 2 bể là:

2 ´ 2,5 ´ 1,5 = 7,5 (m²)

+ Lưu lượng gió phải thổi thường xuyên vào bể hoà trộn tính theo công thức:

Q_h = 0,06 ´ W ´ F = 0,06 ´ 10 ´ 7,5 = 4,5 (m³/ph)

+ Có 2 bể tiêu thụ làm việc, diện tích tổng cộng của 2 bể là :

2 ´ 2,5 ´ 2,0 = 10 (m²)

+ Lưu lượng gió cần thiết trong bể tiêu thụ là :

Q_t = 0,06 ´ W ´ F = 0,06 ´ 5 ´ 10 = 3,0 (m³/ph)

+ Tổng lưu lượng gió đưa vào 2 bể tiêu thụ và bể hoà trộn là:

Q_gió = Q_h + Q_t = 4,5 + 3,0 = 7,5 (m³/ph)

Chọn máy quạt gió (1 máy làm việc, 1 máy dự phòng) ứng với Q = 7,5 (m³/ph)

+ Đường kính ống gió chính:

D_c =  = = 0,103 (m)

         Chọn đường kính ống chính  D_c  = 125 (mm)

        Thử lại tốc độ : v= =  = 10,19 (m/s)

                 nằm trong phạm vi tốc độ cho phép ( qui phạm 10 ¸ 15 m/s)

+ Đường kính ống dẫn gió đến thùng hoà trộn:

D_h =   =    » 0,08 (m) = 80 (mm)

+ Đường kính ống dẫn gió đến đáy thùng hoà trộn:

D_dh =  = = 0,056 (m) » 60 (mm)

+ Đường kính ống nhánh vào thùng hoà trộn: thiết kế 3 nhánh

Q_nh =  = 0,0125 (m³/s) = 12,5 (l/s)

D_nh = = 0,033 (m) = 40 (mm)

+ Tính số lỗ khoan trên giàn ống gió ở bể hoà trộn:

                  Theo qui phạm:  d_l = 3 (mm)

                                               V_l = 25 (m/s)

                  Chiều dài ống nhánh: l_n = 1,5 (m)

+ Diện tích lỗ:           f_l =  =  (m²)

+ Tổng diện tích các lỗ trên một ống nhánh:

F_l = =  (m²)

+ Số lỗ trên môt nhánh:  n =   =  » 71 (lỗ)

+ Khoan hai hàng lỗ thì khoảng cách giữa các lỗ là:

L = = » 42 (mm)

f. Cấu tạo thiết kế:

Bể hoà trộn thiết kế có tường đáy ngiêng so với mặt phẳng ngang một góc 45°.

Bể tiêu thụ thiết kế đáy có độ dốc 0,005 về phía ống xả.

Đường kính ống xả cặn của bể hoà phèn là D = 150 (mm).

Đường kính ống xả cặn của bể tiêu thụ là D = 100 (mm).

Sàn đỡ phèn trong bể hoà trộn phải đặt ghi để có thể tháo dỡ được, khe hở giữa các ghi là 15 (mm).

Mặt trong và đáy bể hoà trộn cũng như bể tiêu thụ phải được phủ một lớp ximăng chống axit hoặc ốp gạch men chịu axit.

Bơm dung dịch phèn dùng ejector hoặc bơm chịu axit.

Các đường ống dẫn phèn phải làm bằng vật liệu chịu axit.

Kết cấu ống dẫn hoá chất phải bảo đảm xúc rửa nhanh.

Thiết kế ống tự chảy từ bể hoà phèn đến bể tiêu thụ.

g. Thiết bị định lượng

Thiết bị định lượng có nhiệm vụ điều chỉnh tự động lượng phèn cần thiết để đưa vào nước cần xử lý theo yêu cầu quản lý.

Lắp đặt 2 máy bơm định lượng phèn (1 công tác, 1 dự phòng) có thông số kỹ thuật:

- Lưu lượng dung dịch phèn 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 h:

II.4.1.2. Thiết bị pha chế định lượng và dự trữ vôi

+ Liều lượng vôi cần đưa vào là:

L_V = 32,34 (mg/l) = 32,34 (g/m³)

Þ Liều lượng vôi dùng trong ngày:

V =  = 1164,24 (kg/ngđ) = 1,17 (T/ngđ)

Þ Do đó ta sử dụng vôi ở dạng vôi sữa để làm ổn định nước.

Sơ đồ cấu tạo thiết bị pha chế vôi sữa:

Vôi cục được tôi trong các bể thành vôi sệt, sau đó dùng gầu ngoạm vận chuyển bằng cẩu palăng đưa vào các bể có đáy hình côn và có lắp máy khuấy cơ khí để pha loãng thành vôi sữa. Sau mỗi lần pha, mở van xả ở đáy hình côn và cho cặn chưa tôi chảy vào rọ thép, rồi dùng palăng đưa rọ này ra ngoài xưởng.

a. Xác định lượng vôi trong bể tôi vôi

Bể tôi vôi thường có dung tích đủ cho 30 ¸ 45 ngày tiêu thụ của nhà máy và được chia làm nhiều ngăn để tiện việc thau rửa. Thông thường 1 (tấn) vôi cho từ 3 đến 3,5 (m³) nước. Lượng vôi trong bể phải đủ cho dự trữ 30 ngày được xác định theo công thức sau:

 

 (tấn)

     Trong đó:          + n: Số ngày sử dụng, n = 15 (ngày)

+ Q: Công suất trạm xử lý nước, Q = 36000 (m³/ngđ)

+ D_v: Lượng vôi cần để ổn định, D_v = 32,34 (mg/l)

+ P: Tỷ lệ lượng vôi CaO₃ tinh khiết trong vôi cục, P = 80%

+ g : Khối lượng riêng vôi sữa, g = 1 (tấn/m³)

Thể tích bể cần thiết: V’ = 3 ´ 43,66 » 131 (m³)

    Kho chia làm 2 ngăn hình vuông bằng tường ngăn chịu lực ở giữa. Kích thước 1 ngăn: 4,5x4,5x3,3 (m). Cao 3,3 m tính từ mặt sàn đỡ đến mép bể.

b. Dung tích bể pha chế vôi sữa được tính theo công thức

W_V =  (m³)

Trong đó:

Q: Công suất trạm xử lý, Q = 36 000 (m³/ngđ) =1500 (m³/h)

n: Thời gian giữa hai lần pha vôi, n = 8 (h)

b_V: Nồng độ dung dịch vôi sữa, b_V = 5%

D_V: liều lượng vôi đưa vào, D_V = 0,97 (g/m³)

g: Là tỷ trọng của dung dịch, g = 1 (T/m³)

Þ W_V =  = 7,76 (m³)

c. Cấu tạo bể pha chế vôi sữa

Khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt, tính toán như sau:

Bể được thiết kế hình tròn, đường kính của bể phải lấy bằng chiều cao công tác của bể d = h

W_V  =    =

Þ d = =» 2,15 (m)

Chọn số vòng cánh quạt là 40 vòng/phút (Quy phạm   40 vòng/phút), chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,45 đường kính bể (Quy phạm = 0,40,5d).

               L_cq = 0,45´d = 0,452,15 » 0,97 (m)

Chiều dài toàn phần của cánh quạt là: 1,94 (m)

Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 (m) cánh quạt/1m³ vôi sữa trong bể

(Quy phạm = 0,10,2m² )

              F_cq = 0,157,76 = 1,16 (m²)

Chiều rộng mỗi cánh quạt: b_cq =  » 0,3 (m)

Công suất động cơ để quay cánh quạt lấy là: 3,0 kW.

Dùng bơm định lượng (1 làm việc, 1 dự phòng) để đưa vôi sữa vào nước.

Công suất của bơm định lượng:

II.4.1.3. Xác định lượng hóa chất dự trữ

a. Xác định lượng phèn dự trữ

Đối với trạm xử lý nước có công suất vừa và lớn thì lượng phèn phải dự trữ để đủ sử dụng trong 15 ngày.

Lượng phèn khi tiêu thụ trong 15 ngày được tính như sau:

P = n x(tấn)

Trong đó:

            - n = 15 ngày, số ngày sử dụng

            - Q: Công suất trạm xử lý Q = 36.000 (m³/ngđ)

            - P_p : Lượng phèn cho vào nước tính theo sản phẩm tinh khiết

                        P_p = 50 (mg/l)

                  - b: Tỷ lệ phèn tinh khiết trong phèn khô, ở Việt nam tỷ lệ phèn tinh khiết trong phèn khô là: 35 ¸ 55%, lấy b = 50% (tính theo sản phẩm không ngậm nước)

P =  (tấn)

Diện tích mặt bằng chứa phèn:

Trong đó:

-             a : Hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho, lấy a = 1,3

                 - b : Tỷ lệ phèn tinh khiết trong phèn khô, ở Việt nam tỷ lệ phèn tinh khiết trong phèn khô là: 35 ¸ 55%, lấy b = 50% (tính theo sản phẩm không ngậm nước)

       - h : Chiều cao cho phép của lớp hóa chất. Với phèn nhôm cục ta có     h = 2 (m)

                                    - T : Thời gian giữ hóa chất. T = 15 ngày.

Vậy: F₁ = 32 (m²)

b. Xác định lượng vôi dự trữ

Lượng vôi cục tiêu thụ trong 1 ngày:

 (Tấn/ngày)

Khi lượng vôi cần dự trữ cho 15 ngày thì chọn biện pháp dự trữ khô trong kho và tôi bằng máy.

Tổng lượng vôi chứa trong kho:

M = 151,46 = 21,9 (T)

Diện tích mặt bằng chứa vôi:

Vậy: F₁ = 17,2 (m²), chiều cao của vôi cục chứa trong kho là 1,5m. Kho vôi xây tường bao quanh, có mái che và có cửa thông sang phòng pha dung dịch. Vôi cục được đưa sang phòng tôi vôi bằng xe đẩy.

Để thuận tiện cho quản lý và vận hành toàn bộ hệ thống pha vôi và phèn ta sắp xếp chung vào một nhà kho, trong bố trí cửa để xe vận chuyển hoá chất vào thuận tiện. Các máy bơm đặt chung vào 1 buồng.

II.4.2. Bể trộn đứng

Do trong dây chuyền công nghệ xử lý có sử dụng vôi sữa để kiềm hóa nước nên ta sử dụng bể trộn đứng thu nước bằng máng. Vì chỉ có bể trộn đứng mới đảm bảo giữ cho các phần tử vôi ở trạng thái lơ lửng làm cho quá trình hòa tan vôi được diễn ra triệt để.

a. Sơ đồ cấu tạo chung bể trộn đứng

Thiết kế bể trộn đứng có dạng mặt bằng là hình vuông, phần dưới có cấu tại hình tháp với góc ở đáy a = 30 ¸ 40^o, chọn a = 40^o

Bể trộn đứng làm việc theo nguyên tắc sau:

Nước đưa vào xử lý được đưa từ dưới lên, với tốc độ dòng nước đưa vào dưới đáy lúc ra khỏi ống là 1 ¸ 1,5 (m/s). Với tốc độ này sẽ không tạo nên dòng chảy rối, làm cho nước trộn đều với dung dịch chất phản ứng. Tốc độ ở chỗ thu nước phía trên là 25 (mm/s)

b. Xác định cấu tạo của bể trộn đứng

v      Xác định kích thước của bể:

Diện tích tiết diện ngang ở phần trên của bể trộn tính với vận tốc nước dâng v_d = 25 mm/s = 0,025 m/s (theo TCN 33-06):

Trong đó:

            - Q: Công suất của trạm xử lý = 36000(m³/ngđ)

Chọn hai bể trộn đứng, diện tích của mỗi bể là: (m²)

Xây dựng bể hình vuông, chiều dài mỗi cạnh là:

b_t = . Chọn b_t = 3 (m)

Chọn đường kính ống dẫn nước vào bể d = 450 mm

Đường kính ngoài của ống dẫn nước sẽ là 470 mm.

ứng với Q = 208,5 (l/s) thì v = 1,22 (m/s) tức là nằm trong vận tốc cho phép theo TCN 33-06  từ 1 ¸ 1,5 (m/s)

    Diện tích đáy bể, chỗ nối với ống dẫn sẽ là: f_đ = 0,47 ´ 0,47 = 0,22 (m²)

Chọn góc hình nón a = 40⁰, thì chiều cao phần hình tháp (phần dưới bể) sẽ là:

Thể tích phần hình tháp của bể trộn được tính theo công thức sau:

Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu lại của nước trong bể t = 1,5 phút sẽ là:

 (m³)

Thể tích phần trên (phần hình hộp) của bể sẽ là:

W_t = W - W_đ = 18,75 – 12,33 = 6,42 (m³)

Chiều cao phần trên của bể:

Chiều cao toàn phần của bể:      h = h_t + h_đ + 0,3 = 0,7 + 3,48 + 0,3

                                                Þ h = 4,48 (m) (0,3 m là chiều cao bảo vệ)

v  Tính toán máng thu nước:

Dự kiến thu nước bằng máng vòng có lỗ ngập trong nước. Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau, vì lưu lượng nước tính trong máng sẽ là:

 (m³/h)

Diện tích tiết diện máng với tốc độ nước chảy trong máng sẽ là:

 (m²)

Trong đó:

            - V_m = 0,6 m/s (theo TCN 33-06)

Chọn chiều cao lớp nước trong máng h_m = 0,3 m thì chiều rộng của máng sẽ là:

Độ dốc của máng về phía ống tháo nước ra lấy là 0,02. Tổng diện tích các lỗ ngập thu nước ở thành máng với tốc độ nước chảy qua lỗ V_l = 1 m/s (theo TCN 33-06) sẽ là:

 (m²)

Chọn đường kính lỗ d_l = 40 mm thì diện tích của mỗi sẽ là:

Tổng số lỗ trên thành máng sẽ là:  (lỗ)

Các lỗ được bố trí ngập trong nước 70 mm (tính đến tâm lỗ). Chu vi phía trong của máng là: P_m = 4 ´ b_t = 4 ´ 3 = 12 (m)

Khoảng cách giữa các tâm lỗ:

 

Khoảng cách giữa các lỗ:

e - d_l = 0,07 - 0,04 = 0,03 (m)

Với Q = 208,3 l/s chọn đường kính ống dẫn sang ngăn tách khí D = 500 mm có V = 0,99 (m/s) (theo quy phạm là 0,8 ¸ 1 m/s).

II.4.3. Tính toán bể lắng Lamen kết hợp bể phản ứng cơ khí

II.4.3.1. Bể phản ứng cơ khí

Chọn bể phản ứng tạo bông cơ khí dùng cánh khuấy tuabin trục đứng,

4 cánh nghiêng 45⁰, quạt nước xuống đáy bể để xới và tải cặn lắng đọng ở đáy khi động cơ phải ngừng hoạt động.

    Nhiệt độ nước t =23⁰C, thời gian keo tụ T= 20 phút. Cường độ khuấy 3 bậc:

G₁ = 70, G₂ = 50, G₃ = 30.

Lưu lượng nước xử lý Q = 36000 (m³/ngđ) = 0,417 (m³/s)

    Thiết kế 2 bể tạo bông cặn cơ khí, dung tích mỗi bể:

V =  = 250,2 (m³)

   Chọn chiều sâu mực nước trong bể: H = 3,2 (m)

   Chiều sâu bể là: 3,5 m (tính cả chiều cao bảo vệ 30 cm)

   Diện tích bể:          

F =  (m²)

   Bể chia làm 3 ngăn bởi các tấm chắn khoan lỗ D100, mỗi ngăn 2 buồng (như hình vẽ), vận tốc nước qua lỗ trên vách ngăn v = 0,1 (m/s).

   Mỗi ngăn đặt 2 máy khuấy, tổng số máy khuấy n = 6 (khi phải sửa chữa 1 máy ít ảnh hưởng đến chế độ làm việc của bể).

   Cách bố trí máy ,tấm chắn và kích thước bể xem hình.

   Thể tích nước khuấy trộn của 1 máy:

V= 3,6 ´ 3,6 ´ 3,2 = 41,47 (m³)

a)       Công suất tiêu thụ cần thiết của máy khuấy bậc 1:

Trong đó:

P: Công suất của máy khuấy (J/s)

G: Cường độ khuấy trộn cần thiết, G = 70

m: Độ nhớt động lực của nước, đối với nước ở t = 23⁰C ta có m = 0,001 (Ns/m²)

V: Thể tích khuấy trộn, V = 41,47 (m³)

Chọn máy khuấy đường kính D =1 (m), tuabin 4 cánh nghiêng 45⁰ hướng xuống dưới.Vòng quay của động cơ:

Trong đó:

n: Số vòng quay trong 1 giây (vg/s)

P: Năng lượng cần thiết, P = 203,2 (W)

K: Hệ số sức cản của nước

     Đối với tuabin 4 cánh nghiêng 45⁰ ta có K = 1,08

r: Khối lượng riêng của chất lỏng, r = 1000 (kG/m³)

D: Đường kính cánh khuấy, D = 1,0 (m)    

Lấy tròn 35 (vg/ph).

Hiệu suất động cơ: h = 0,75

Þ Công suất động cơ:

b)      Công suất tiêu thụ cần thiết của máy khuấy bậc 3:

            

Trong đó:

P: Công suất của máy khuấy (J/s)

G: Cường độ khuấy trộn cần thiết, G = 30

m: Độ nhớt động lực của nước, đối với nước ở t = 23⁰C ta có m = 0,001 (Ns/m²)

V: Thể tích khuấy trộn, V = 41,47 (m³)

 Chọn máy khuấy đường kính D = 1 (m), tuabin 4 cánh nghiêng 45⁰ hướng xuống dưới. Vòng quay của động cơ:

Trong đó:

n: Số vòng quay trong 1 giây (vg/s)

P: Năng lượng cần thiết, P = 37,32 (W)

K: Hệ số sức cản của nước

     Đối với tuabin 4 cánh nghiêng 45⁰ ta có K = 1,08

r: Khối lượng riêng của chất lỏng, r = 1000 (kG/m³)

D: Đường kính cánh khuấy, D = 1,0 (m)    

Lấy tròn 20 (vg/ph).

Hiệu suất động cơ: h = 0,75

Þ Công suất động cơ:

Máy khuấy thiết kế với hợp số 3 nấc vòng quay:

n₁ = 35 (vg/ph), n₂ = 28 (vg/ph), n₃ = 20 (vg/ph).

Động cơ đặt trên hành lang máy khuấy đặt cách đáy » 1/3 chiều sâu bể :

h= 1,1 m (h > D).

 

II.4.3.2. Tính toán bể lắng Lamella (bể lắng lớp mỏng có dòng chảy xiên)

Cấu tạo bể lắng Lamella có dạng tương tự như bể lắng ngang nhưng đặt thêm các vách ngăn hướng dòng ở trong vùng lắng nước để tăng cường hiệu suất lắng, giảm kích thước xây dựng bể. Các vách ngăn làm bằng các tấm nhựa cứng chiều dài 1(m) đặt song song và cách nhau 0,05(m), nghiêng với đáy bể 1 góc a= 60⁰ .

Chiều cao khối trụ lắng: H = l ´ sina = 1 ´ 0,866 = 0,866 (m)

Với hàm lượng cặn C_max = 464 (mg/l), nước đục và xử lý bằng phèn, trong bể lắng lớp mỏng chọn u_o = 0,25 (mm/s).

Công suất nước đi vào bể lắng: Q = 36000 (m³/ngđ) = 0,417 (m³/s)

Diện tích mặt bằng cần thiết của bể lắng:

Trong đó:

u_o: tốc độ lắng của hạt, u_o = 0,25 (mm/s)

Q: Lưu lượng nước đưa vào bể lắng, Q = 0,417 (m³/s)

F: Diện tích mặt bằng bể lắng (m²)

W: Khoảng cách giữa các khối trụ, W = 0,05 (m)

H: Chiều cao khối trụ lắng, H = 0,866 (m)

a: Góc nghiêng giữa khối trụ với đáy bể, a= 60⁰

Diện tích mặt bằng bể lắng:

                                                          Trong nhà máy xây dựng 2 bể lắng. Diện tích mặt bằng 1 bể:

F₁ =  (m²).

Chọn chiều rộng 1 bể B = 7,2 (m) bằng chiều rộng của bể phản ứng.

Chiều dài 1 bể: L = (m). Lấy L = 13,2 (m).

 Diện tích thực tế của mỗi bể lắng:

F_l = 7,2 ´ 13,2 = 95,04 (m²).

- Tốc độ lắng của các hạt:

- Vận tốc nước chảy trong ống lắng:

        

Hệ số Reynold của bể lắng tính theo công thức sau:

Trong đó:

v₀: Vận tốc nước chảy trong ống lắng, v₀ = 2,53 ´ 10^-3 (m/s)

R: Bán kính thuỷ lực của ống lắng (m)

 (m)

n: Độ nhớt động học của nước, ở nhiệt độ 20^oC ta có n = 1,01´10^-6 (m²/s)

Þ Nước trong ống lắng chuyển động theo chế độ chảy tầng.

- Chuẩn số Froude:

  Dòng chảy trong ống lắng là dòng ổn định.

Qua kiểm tra chế độ thuỷ lực của bể lắng trong lớp mỏng có dòng chảy xiên

ta kết luận bể lắng làm việc trong điều kiện dòng chảy ổn định ở chế độ chảy tầng. Vì thế có thể đảm bảo được hiệu quả lắng thiết kế.

*) Hệ thống phân phối nước:

     Nước từ bể phản ứng sang bể lắng chảy qua tường tràn ngăn cách giữa bể lắng và bể phản ứng. Theo quy định, tốc độ nước tràn qua vách ngăn lấy bằng:

v = 0,04 (m/s).

     Lưu lượng nước tràn qua tính cho 1 ngăn:

q =  (m³/s)

     Chiều cao lớp nước trên tường tràn cần:

Trong đó:

+ q : Lưu lượng qua 1 ngăn, q = 0,209 (m³/s)

+ b: Chiều rộng 1 ngăn, b = 7,2 (m)

+ v: Vận tốc nước chảy qua thành tràn, v = 0,04 (m/s)

     Sau tường tràn đặt 1 vách ngăn treo lơ lửng để hướng dòng đi xuống phía dưới. Tốc độ nước chảy giữa tường tràn và vách ngăn lửng v= 0,02 (m/s).

      Khoảng cách cần thiết giữa tường tràn và vách ngăn là:

*) Hệ thống thu nước sau lắng:

   Phần thu nước sau lắng dùng hệ thống máng xẻ khe chữ V đặt theo suốt chiều dài bể lắng (l = 13,2 m), tải trọng thu lấy q’ = 2 l/s.m dài mép máng,  máng thu cả 2 phía, tổng chiều dài máng là:

Số máng đặt trong bể là:  (máng)

    Khoảng cách tim máng là 1,8 (m) (chiều rộng mỗi bể lắng là 7,2 m)

    Tim máng cách tường dọc là 0,9 (m).

     Để đảm bảo thu đều nước trên toàn bộ chiều dài máng, cấu tạo phía ngoài thành máng phải gắn các tấm điều chỉnh chiều cao mép máng bằng thép không gỉ, xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90⁰. Chiều cao hình chữ V là 5 cm, đáy chữ V là 10 cm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V, khoảng cách giữa các đỉnh là 20 cm.

     Lưu lượng nước qua 1 khe chữ V:

     Trong đó: h: Chiều cao mực nước trong khe chữ V (m)

    Chiều cao mực nước h trong khe chữ V:

    Þ h = 0,038 (m) =3,8 (cm) < 5 (cm) Þ đạt yêu cầu.

*) Tính chiều cao bể lắng:

      + Chiều cao phần nước trong trên các ống lắng h₁ = 1,1 (m)

      + Chiều cao đặt ống lắng nghiêng h₂ = 0,866 (m)

      + Chiều cao phần không gian phân phối  h₃ = 1,0 (m)

      + Chiều cao phần chứa cặn: cặn thu vào đáy hình chóp có cạnh xiên 1 góc 60⁰ so với phương ngang. Bể có chiều rộng 7,2 m, dài 13,2 m, mỗi bể làm 6 hình chóp thu cặn, cạnh đáy hình chóp 3,6 ´ 4,4 m.

Chiều cao hình chóp: h₄ =  ´ tg60⁰  » 3,8 (m).

 - Tổng chiều cao bể lắng:

H = h₁ + h₂ + h₃ + h₄ = 1,1 + 0,866 + 1,0 + 3,8 = 6,8 (m)

   Xả cặn bằng thuỷ lực theo 6 ống tháo từ mỗi chóp chứa cặn.

 - Xả cặn bể lắng bằng phương pháp thuỷ lực, thể tích vùng chứa cặn của 1 bể, tính theo công thức:

 (m³)

Trong đó:

              + C_max: Hàm lượng cặn trong nước trước khi vào bể lắng,

                           C_max = 464 (mg/l).

              + C: Hàm lượng cặn sau khi lắng, theo điều 6.61 - TCN33 – 06,

                      ta có: C = 10 (mg/l)

              + N: Số lượng bể lắng, N = 2 (bể)

              + T: Thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn, T = 12 (h)

              + Q: Lưu lượng nước đưa vào bể, Q = 1500 (m³/h)

              + : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt (g/m³), đối với hàm lượng cặn của nước nguồn 464 (mg/l) ứng với chu kì xả cặn T = 12 (h) tra bảng 6.8 TCN 33 – 06 ta có: d = 50000 (g/m³).

 (m³)

Theo cấu tạo ta có thể tích vùng chứa cặn của mỗi bể (ứng với 6 chóp thu cặn) là:               

                     + B: chiều rộng bể lắng, B = 7,2 (m)

                     + L: chiều dàI bể lắng, L = 13,2 (m) 

                     + h₄: chiều cao phần chứa cặn, h₄ = 3,8 (m)

     Vậy cấu tạo vùng chứa cặn đủ khả năng chứa cặn.

     Thời gian xả cặn quy định t = 10 ¸ 20 phút, lấy t = 10 phút.

     Dung tích chứa cặn mỗi nửa chóp thu cặn là:

 (m³)

     Lưu lượng cặn ở mỗi nửa chóp là:

     k: là hệ số pha loãng cặn lấy k =1,5 (theo 6.76 TCN 33- 06)

   - Để thu cặn đều ở mỗi chóp ta đặt 1 ống xả cặn, n = 1 (ống), với tốc độ xả cặn v = 2 (m/s) (vận tốc của cặn ở cuối ống cần lấy không nhỏ hơn 1 m/s), suy ra mỗi ống có tiết diện như sau:

    - Đường kính ống xả cặn :

 (m)

        Chọn đường kính D = 200 (mm)   

  - ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc:

 với Q = 1500 (m³/h) = 0,417 (m³/s), v = 0,9 (m/s) chọn theo TCVN33-06,         Tiết diện ống của mỗi bể là:

   k=1,2: là hệ số tính đến ống dẫn nước ra khỏi bể lắng phải đủ khả năng dẫn được lưu lượng nước lớn hơn lưu lượng tính toán từ 20 – 30% theo TCVN33-06 (lấy 20% ứng với k = 1,2).

Đường kính ống: . Chọn D = 600 (mm)

   - Mương thu cuối bể lắng:

       Tiết diện mương:

Trong đó:

              + v: Vận tốc nước chảy trong mương, v = 0,2 (m/s)

   Chọn kích thước mương: H ´ B = 0,8 ´ 1,3 (m)

- Tỷ lệ hao hụt nước khi xả cặn bằng phương pháp thuỷ lực:

 Trong đó:

          + k: Hệ số pha loãng cặn, k = 1,5

          + W_c: Thể tích cặn của một bể, W_c = 81,72 m³

          + N: Số bể lắng, N = 2 (bể)

          + Q: Lưu lượng nước đưa vào bể lắng, Q = 1500 (m³/h)

 

 

 

II.4.4. Bể lọc nhanh trọng lực

Với công suất và chất lượng nước nguồn nêu trên ta sử dụng bể lọc nhanh trọng lực.

* Sơ đồ cấu tạo:

Ghi chú:

1. ống dẫn nước từ bể lắng sang         

2. Mương phân phối nước vào bể

3. Máng thu nước rửa lọc

4. Lớp vật liệu lọc

5. ống xả nước rửa lọc

6. ống dẫn nước rửa lọc

7. ống thu nước sạch

8. Chụp lọc

* Ta tính toán với bể lọc 1 lớp vật liệu lọc, vật liệu lọc là cát thạch anh có:

- d_min = 0,5 (mm)

- d_max = 1,25 (mm) 

- d_td = 0,6 ¸ 0,65 (mm)

- Độ nở tương đối: e = 45%.

- Hệ số không đồng nhất: K = 1,5 ¸ 1,7

- Chiều dày lớp vật liệu lọc là: l = 0,7 ¸ 0,8 (m)

-Tốc độ lọc khi làm việc bình thường: v_bt = 5 ¸ 6 (m/h)

-Tốc độ lọc khi làm việc tăng cường: v_tc = 6 ¸ 7,5 (m/h)

* Phương pháp rửa lọc là nước và gió kết hợp:

- Rửa gió với cường độ W_g =  17 (l/s. m²) trong thời gian 2 (phút).

- Rửa kết hợp nước + gió, với cường độ gió 17 (l/s.m² ) và cường độ nước 3 (l/s.m²) sao cho cát lọc không bị trôi vào máng thu nước rửa trong thời gian 4 (phút).

- Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần tuý với cường độ W_n = 8 (l/s. m²) trong thời gian 4 (phút).

- Thời gian ngừng bể để thực hiện các thao tác rửa lọc là: t₂ = 0,35 (h).

II.4.4.1. Xác định các kích thước cơ bản

- Tổng diện tích mặt bằng các bể lọc được tính như sau:

Trong đó:

+ Q: Công suất trạm xử lý, Q = 36000 (m³/ngđ)

+ T: Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm, T = 24 (h)

+ v_bt:: Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường

          v_bt = 6 (m/h)

+ W_n: Cường độ nước rửa, W_n = 8 (l/s.m²)

+ t₁ : Thời gian rửa lọc bằng nước, t₁ = 0,067 (h)

+ t₂ : Thời gian ngừng bể lọc để thực hiện các thao tác rửa,

          t₂ = 0,35 (h)

+ a: Số lần rửa mỗi một bể lọc trong một ngày đêm, a = 1

Thay số ta có:

- Số bể lọc là:

 (bể)

Chọn N = 8 (bể), bố trí 2 hàng song song mỗi hàng 4 (bể).

- Kiểm tra tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa:

Trong đó : : là tốc độ lọc ở chế độ làm việc bình thường  = 6 (m/h).

Þ nằm trong khoảng v_tc = 6 ¸ 7,5 (m/h) Þ đảm bảo yêu cầu.

Vậy số bể lọc N = 8 là hợp lý.

- Diện tích mỗi bể là:

Þ Chọn kích thước bể hình vuông: B ´ B = 6,0 ´ 6,0 = 36 (m²)

- Kiểm tra tốc độ lọc:

+ Tốc độ lọc thực tế là: v_tt =  (m/s)

+ Tốc độ lọc tăng cường thực tế ứng với diện tích bể đã chọn là:

 (m/s).

  II.4.4.2. Chiều cao xây dựng bể lọc nhanh xác định theo công thức

Trong đó:        

h₁: Chiều cao tầng hầm thu nước lọc,

h₂: Chiều cao sàn gắn chụp lọc,

h₃: Chiều dày lớp sỏi đỡ,

h₄: Chiều dày lớp vật liệu lọc,

h₅: Chiều cao lớp nước trên mặt lớp vật liệu lọc,

h₆: Chiều cao bảo vệ bể,

Vậy chiều cao xây dựng bể là: H_B  = 4,5 (m)

 II.4.4.3 Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc

- Bể có chiều dài mỗi cạnh là 6,0 (m), chọn mỗi bể bố trí 3 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác, vậy khoảng cách giữa các tim máng là:

d =  = 2,0 (m) (Theo quy phạm không được lớn hơn 2,2 m)

Khoảng cách từ tim máng tới thành bể là: 1,0 (m)

- Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức:

Trong đó:        

W_n: Cường độ nước rửa lọc, W_n = 8 (l/s.m²)

d: Khoảng cách giữa các tim máng, d = 2,0 (m)

l: Chiều dài của máng, l = 6,0 (m)

- Chiều rộng máng tính theo công thức:

Trong đó:        

a: Tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (h_CN) với nửa chiều rộng của máng.

Lấy a = 1,5 (quy phạm a = 1 ¸ 1,5)

q_m: Lưu lượng nước vào máng, q_m = 0,096 (m³/s)

K: hệ số phụ thuộc vào hình dạng máng,

     đối với tiết diện của máng hình tam giác K = 2,1

Ta có:

Vậy chiều cao phần chữ nhật của máng là: h_CN = 0,32 (m)

Chiều cao phần đáy tam giác của máng là: h_đ = 0,5 ´ B_m =0,5 ´ 0,42 = 0,21 (m) Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là: i = 1%

Chiều dày thành máng lấy là: d_m = 0,08 (m)

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là:

                 H_m = h_CN + h_đ + _m = 0,32 + 0,21 + 0,08 = 0,61 (m)

- Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước được xác định theo công thức:

Trong đó:        

L: Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 0,8 (m)

e: Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e = 45%

Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 (m).

Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là 0,61 (m), vì máng dốc về phía máng tập trung i = 1%, mà máng dài 6,0 (m) nên chiều cao của máng ở phía máng tập trung là: 0,61 + 0,01 ´ 6,0 = 0,67 (m).

Vậy  DH_m sẽ phải lấy bằng:

Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước.

- Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung được xác định theo công thức:

 (m)

Trong đó:        

q_M: Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m³/s),

A: chiều rộng của máng tập trung, chọn A = 0,85 (m) (theo tiêu chuẩn thì không được nhỏ hơn 0,6 (m))

g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s²)

- Chiều cao lớp nước trong máng tập trung lấy bằng 0,4 (m).

- Diện tích mặt cắt ướt của máng tập trung là:

- Vận tốc nước chảy trong máng tập trung là:

Theo tiêu chuẩn TCN 33-06 thì  Þ thoả mãn.

Vậy kích thước máng chọn là hợp lý.

- Diện tích mặt cắt ướt của mương phân phối:

Trong đó:

            + Q_TXL: Công suất của trạm xử lý, Q_TXL = 36000 (m³/ngđ) = 0,417 (m³/s)

            + v: Vận tốc nước chảy trong mương, v = 0,4 (m/s)

Vậy:

 (m²)

- Chiều cao mực nước trong mương phân phối:

 (m)

II.4.4.4. Tính toán hệ thống phân phối bằng chụp lọc

Bể lọc được thiết kế sử dụng chụp lọc dài đuôi có khe hở, hệ thống này được tính để áp dụng biện pháp rửa bể lọc bằng gió nước kết hợp.

Cấu tạo chụp lọc:

1.       Khe phân phối gió và nước

2.       ống phân phối nước rửa lọc

3.       Khe thu khí

4.       Ren lắp chụp lọc

5.       Sàn gắn chụp lọc

a. Quy trình rửa bể:

- Rửa gió với cường độ W_g = 17 (l/s. m²) trong thời gian 2 (phút).

- Rửa kết hợp nước + gió, với cường độ gió 17 (l/s.m² ) và cường độ nước 3 (l/s.m²) sao cho cát lọc không bị trôi vào máng thu nước rửa trong thời gian 4 (phút).

- Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần tuý với cường độ W_n = 8 (l/s. m²) trong thời gian 4 (phút).

- Thời gian ngừng bể để thực hiện các thao tác rửa lọc là: t₂ = 0,35 (h).

b. Tính toán chụp lọc đuôi dài:

- Sử dụng hệ thống phân phối nước rửa bằng chụp lọc dài đuôi, được gắn trên sàn bê tông cốt thép, với phần đầu chụp lọc là các lỗ phân phối nước có d₁ = 4(mm).

- Số lượng chụp lọc lấy bằng 50 cái/1m² sàn (theo TCN 33-06 số lượng chụp lọc/1m² sàn lấy không dưới 35 ¸ 50 cái).

- Số lượng chụp lọc trong một bể  lọc là:

(cái)

Tổng số chụp lọc sử dụng cho khối bể lọc nhanh là: 1800  8 = 14400 (cái)

- Số chụp lọc được bố trí theo một cạnh của bể là:

(cái). Chọn n₁ = 42 (cái).

Do đó số lượng chụp lọc trong một bể lọc là: (cái)

- Kiểm tra lại số chụp lọc trên 1 m² diện tích công tác bể:

(chụp lọc/m²)

Þ thoả mãn điều kiện.

Khoảng cách giữa các chụp lọc là 122 (mm), khoảng cách từ chụp lọc đến thành bể là 72 (mm).

- Tổng diện tích của các lỗ bằng (0,6 ¸ 0,8)% diện tích công tác của bể lọc. Ta có:

- Diện tích của lỗ là:

f_1lỗ =

- Số lỗ trên bể lọc là:

(lỗ)

 

- Với số lượng chụp lọc là:m = 1764 (cái), ta có số lỗ trên chụp lọc là:

(lỗ)

Vậy số lỗ trên chụp lọc là 12 (lỗ), được bố trí so le thành 2 hàng trên chụp lọc.

II.4.4.5. Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc

Với số bể lọc ta thiết kế = 8 (bể), tuy nhiên mỗi lần rửa ta chỉ rửa lần lượt từng bể một, do vậy lưu lượng nước rửa tính tối đa là một bể. Theo TCN 33-06 vận tốc nước trong ống dẫn nước rửa lọc v_r = 2 (m/s).

- Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc tính theo công thức:

- Đường kính ống dẫn nước rửa lọc tính theo công thức sau:

Chọn D = 450 (mm)

Với D = 450 (mm) ta có:

Þ thoả mãn điều kiện (v_r = 1,5 ¸ 2 m/s).

Vậy đường kính ống dẫn nước rửa lọc là: D = 450 (mm)

II.4.4.6. Tính toán hệ thống cấp khí rửa lọc

- Cường độ rửa gió thuần tuý là: W_g = 17 (l/s.m²)

- Chọn vận tốc gió trong ống gió là: v_g = 20 (m/s)

Lưu lượng gió của 1 bể cần rửa lọc là:

Đường kính ống dẫn gió là:

        Chọn D_g = 200 (mm)

-Vận tốc thực tế trong ống:

 (m/s)

Þ thoả mãn điều kiện (v_g = 15 ¸ 20 m/s).

II.4.4.7. Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh

- Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng chụp dài đuôi được xác định theo công thức:

, (Theo TCN 33-06)

Trong đó:

: Hệ số lưu lượng của chụp lọc, đối với chụp lọc có lỗ  = 0,62.

 v: Tốc độ chuyển động của hỗn hợp không khí và nước qua lỗ của chụp lọc, lấy không nhỏ hơn 1,5 m/s.

Trong đó:

W_hh: Cường độ của hỗn hợp nước và không khí khi rửa (m³/s.m²)

W_hh = W_g + W_n = 17 + 3 = 20 (l/s.m²) = 0,02 (m³/s.m²)

F_1b: Diện tích 1 bể lọc, F_1b = 36 (m²)

åF_lo: Tổng diện tích các lỗ trong 1 bể lọc, åF_lo = 0,252 (m²).

            Do đó:    

>1,5 (m/s) Þ Thoả mãn TCN 33-06

Vậy:

- Tổn thất áp lực qua lớp sõi đỡ:

h_đ  = 0,22 ´L_S ´W_n (m)

Trong đó:

L_S: Chiều dày lớp sỏi đỡ, L_S = 0,15 (m)

W_n: Cường độ nước rửa lọc, W_n = 8 (l/s.m²)

- Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc bằng cát thạch anh:

h_vl = (a + b´W_n)´L´e (m)

Trong đó:

a,b là các thông số phụ thuộc kích thước hạt.

Với kích thước hạt d = 0,6 ¸ 0,65(mm), thì a = 0,76; b = 0,017.

W_n: Cường độ nước rửa lọc, W_n = 8 (l/s.m²)

L: chiều cao lớp vật liệu lọc, L = 0,8(m).

e: độ giãn nở của lớp vật liệu lọc khi rửa, e = 45%.

- áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lọc khi rửa lấy h_bm = 2 (m)

- Vậy tổn thất áp lực trong bể lọc khi rửa lọc là:

h_t = h_p + h_đ + h_vl + h_bm = 1,09 + 0,27 + 0,32 + 2 = 3,68 (m)

II.4.4.8. Tính toán kỹ thuật và chọn máy bơm rửa lọc

- áp lực công tác cần thiết của máy bơm nước rửa lọc được xác định theo công thức sau :

Trong đó:

h_t: Tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc, h_t = 3,68 (m)       

h_hh: Chiều cao hình học đưa nước vào tính từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m).

Với chiều cao lớp nước trong bể chứa nước sạch là:

Độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa là: h₁ = 3,5 (m)

Chiều cao lớp nước trong bể lọc là: .

Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép trên của máng là: .

Þ .

åh₁: Tổng tổn thất áp lực chiều dài và cục bộ trên đường ống từ bơm rửa lọc đến bể lọc, lấy sơ bộ åh₁ = 3,0 (m)

Vậy:

Lấy: H_r = 13 (m)

- Với , ta chọn 2 máy bơm rửa lọc phù hợp (trong đó có 1 máy làm việc và 1 máy dự phòng).

-  Với Q_g = 720 (l/s), H_g = 3 (m) ta chọn được máy bơm gió phù hợp.

II.4.4.9. Tính toán các loại đường ống kỹ thuật khác trong bể lọc

- ống dẫn nước từ bể lắng tới bể lọc:

Thiết kế 8 bể lọc thành hai dãy nên có hai ống dẫn nước từ bể lắng sang.

Lưu lượng nước qua 1 ống:

q_l =  = 750 (m³/h) = 0,208 (m³/s)

Với Q là công suất trạm xử lý, Q = 36000 (m³/ ngđ) = 1500 (m³/h)

Vận tốc nước chảy trong ống v = 1,0 (m/s). (Quy phạm là 0,8 ¸ 1 m/s)

Đường kính ống:

D = = 0,515 (m)

Chọn D_l = 500 (mm)

- Vận tốc thực tế trong ống:

V = » 1,06 (m/s), đạt yêu cầu.

- Đường ống cấp nước rửa lọc

Ta có:    .

- ống xả nước rửa lọc đầu:

Với lưu lượng Q = 36000 (m³/ngđ) =1500(m³/h) = 0,417 (m³/s)

Q_1bể =  » 0,052 (m³/s)

Vận tốc trong ống xả nước lọc đầu v = 1 ¸ 1,5 (m/s)

Chọn D = 250 (mm).

Vận tốc thực tế trong ống:

V_x =  = < 1,3 (m/s), đạt yêu cầu.

- ống dẫn nước lọc ra khỏi bể:

Với lưu lượng Q = 36000 (m³/ngđ) =1500(m³/h) = 0,417 (m³/s)

                       Q_1bể =  » 0,052 (m³/s)

Vận tốc trong ống dẫn nước lọc v = 1 ¸ 1,5 (m/s)

Chọn D = 250 (mm).

Vận tốc thực tế trong ống:

V_l =  = < 1,3 (m/s), đạt yêu cầu

- ống dẫn nước sạch chung sang bể chứa:

Với lưu lượng Q = 36000 (m³/ngđ) = 1500(m³/h) = 0,417 (m³/s)

                       q_l = 0,417 / 2 = 0,208 (m³/s)

Vận tốc trong ống dẫn chung v = 1 - 1,5 (m/s)

Chọn D = 450 (mm)

Vận tốc thực tế trong ống:

V_l =  = < 1,5 (m/s), đạt yêu cầu.

Chọn ống D = 450 (mm)

- ống xả kiệt bể lọc D = 200 (mm). Đáy bể lọc tạo độ dốc i = 0,005 về phía ống xả này, đầu ống xả lắp khoá.

- Cửa thăm bể lọc: bố trí ống thép D750, bắt mặt bích đặc.

- Đường ống cấp gió rửa lọc:

Ta có:   

- ống thu nước lọc và dẫn sang bể chứa:

Hệ thống ống thu nước sau khi lọc gồm 2 tuyến ống chạy song song, mỗi tuyến gồm 5 đoạn ống với đường kính khác nhau phụ thuộc vào lưu lượng chảy trên chúng. Sau khi ra khỏi bể lọc, nước từ hai tuyến ống được dẫn vào một ống chung chảy tới bể chứa.

II.4.4.10. Tính toán sân phơi vật liệu lọc

Thể tích vật liệu lọc trong 1 bể:

V_l = F_b ´ h_l =36 ´ 0,8 = 28,8 (m³)

 Thiết kế sân phơi vật liệu lọc với chiều cao phơi bằng h_p = 0,2 (m)

Þ Diện tích sân phơi:

 (m²)

Thiết kế 2 sân phơi Þ diện tích 1 sân:

 (m²)

Kích thước sân: 24 ´ 3 (m)

II.4.5. Dung tích bể chứa 

        Có 2 bể, kích thước mỗi bể sẽ là: 30 (m) x 30 (m) x 4,5 (m), kể cả chiều cao dự phòng 0,5 (m).

II.4.6. Trạm khử trùng

Chọn phương pháp khử trùng bằng Clo lỏng.

Clo được đưa vào nước 2 lần :

- Lượng Clo hoá sơ bộ:

L_{Clo sơ bộ} = 2,39 (mg/l)

- Nước sau khi ra khỏi bể lọc được khử trùng bằng Clo. Lượng Clo dùng để khử trùng là  L_{Clo khử trùng} = 2,5 (mg/l) (đối với nước mặt ) để đảm bảo nồng độ Clo tự do còn lại trong nước tại bể chứa nước sạch không được nhỏ hơn 0,3(mg/l) và không lớn hơn (0,5mg/l).

- Lượng clo dùng cho trạm xử lý trong 1 ngày đêm:

 (kg/ngày)

Trong đó:

+ L_clo : Liều lượng clo cần sử dụng (g/m³)

L_clo = L_{clo sơ bộ} + L_{clo khử trùng} = 2,39 + 2,5 = 4,89 (mg/l) = 4,89 (g/m³)

Þ

- Lượng nước tính toán cho Cloratơ làm việc lấy bằng 0,6 (m³/kg clo) (Theo 6.169 TCN 33-06).

Lưu lượng nước cấp cho trạm clo:

Q = 0,6 ´ Q_h^cl = 0,6 ´ 7,34 » 4,4 (m³/ h) » 1,22 (l/s)

Vận tốc nước chảy trong ống V = 0,6 (m /s)

 Đường kính ống thép dẫn nước kỹ thuật cho Cloratơ:

D_cl =    =  » 0,05 (m)

Chọn đường kính ống dẫn D_cl = 50 (mm).

Với trọng lượng riêng clo bằng 1,40 (kg/ l).

Lượng clo tiêu thụ trong 1ngày

V_cl = 176,04 / 1,4 » 125,74 (l/ngđ)

* Ta chọn số bình clo dự trữ trong trạm đủ dùng tối thiểu là 30 (ngày).

 Lượng clo dùng trong 30 ngày

V_cl³⁰ = 125,74 ´ 30 = 3772,2 (l)

Chọn 5 bình clo loại 1000 (l), 4 bình cung cấp Clo cho trạm bơm và 1 bình dự trữ.

- Từ lượng clo dùng trong 1 giờ Q_h^cl = 7,34 (kg/h) ta chọn thiết bị định lượng loại PC.5, 2 Cloratơ công suất 1,28 ¸ 20,5 (kg/l) trong đó có 1 chiếc dự trữ.

  * Cấu tạo nhà trạm:

- Trạm được xây dựng ở cuối hướng gió.

- Trạm clo xây dựng 2 gian riêng biệt, 1 gian đặt cloratơ, 1 gian đặt bình clo lỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng.

- Trạm được xây dựng cách ly với xung quanh bằng các cửa kín có hệ thống thông gió và được 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 và có bể chứa dung dịch trung hoà clo, khi có sự cố dung tích bình đủ để trung hoà.

- Đường kính ống cao su dẫn clo:

d_cl = 1,2 ´

Trong đó:         

                     + Q: lưu lượng giây lớn nhất của khí clo lỏng.

Theo 6.172 TCN 33-06: lấy lớn hơn lưu lượng trung bình giờ 3 ¸ 5 lần, chọn 4 lần, ta có:

Q =  = » 5,82 . 10^-6 ( m³/ s)

            + V: Vận tốc trong đường ống, lấy V = 0,8 (m/s).

 d_cl = 1,2 ´  = 0,0032(m)

- Chọn ống cao su có đường kính 3,5 (mm), ống cao su được đặt trong ống lồng có độ dốc 0,01 đến thùng đựng clo lỏng, ống không có mối nối.

II.4.7. Hệ thống thoát nước trong trạm xử lý

Nước thải trong trạm xử lý gồm 3 loại :

+ Nước mưa

+ Nước thải sinh hoạt

+ Nước thải công nghệ

Toàn bộ nước mưa và nước thải sinh hoạt được thu bằng hệ thống mương rãnh và đường ống dẫn ra mạng lưới thoát nước của thị xã.

Nước thải công nghệ bao gồm:

+ Nước thải rửa lọc từ các bể lọc nhanh.

+ Nước xả kiệt từ các bể khi thau rửa.

+ Nước thải có chứa bùn cặn từ bể lắng Lamella.

Các loại nước thải này tập trung và thu lại để tiến hành xử lý trước khi xả ra mạng lưới thoát nước của thị xã.

II.4.7.1. Nước thải từ trạm xử lý

a.       Lưu lượng nước thải

Theo tính toán trạm xử lý có 8 bể lọc nhanh. Mỗi ngày 1 lần rửa bể lọc, khi rửa lọc thì rửa luân phiên từng bể (mỗi lần rửa một bể).

* Lượng nước rửa một bể lọc nhanh:

+ Quy trình rửa bể:

- Bơm gió với cường độ 20 (l/s.m²) trong thời gian 2 phút (giai đoạn 1).

- Bơm gió kết hợp nước, với cường độ gió 15 (l/s.m²) và cường độ nước 3 (l/s.m²) sao cho cát lọc không bị trôi vào máng trong thời gian 4 phút (giai đoạn 2).

- Cuối cùng ngừng bơm gió và tiếp tục bơm nước thuần tuý với cường độ 8 (l/s.m²) trong thời gian 4 phút (giai đoạn 3).

+ Lượng nước cần thiết để rửa bể lọc bao gồm nước rửa thuần tuý và nước rửa kết hợp với gió rửa. Lưu lượng nước cần thiết để rửa 1 bể lọc được tính theo công thức:

 (m³/ngày)

Trong đó:

-             W₁, W₂: Cường độ các pha rửa lọc lần lượt là: 3 (l/s.m²), 8 (l/s.m²)

-             t₁,t₂: Thời gian rửa lọc của hai pha : t₁ = t₂ = 4 (phút)

-             F_b: Diện tích một bể lọc, F_b = 36 (m²)

Þ  (m³/ngày)

Lượng nước cần để rửa 8 bể là: 95 ´ 8 = 760 (m³/ngày)

b.       Hàm lượng cặn trong nước thải

* Hàm lượng cặn từ bể lọc nhanh

Hàm lượng cặn có trong nước trước khi vào bể lọc nhanh là: C₁ = 10 (mg/l)

Hàm lượng cặn có trong nước sau khi ra khỏi lọc nhanh là: C₂ = 2 (mg/l)

Hàm lượng cặn bị giữ lại trong bể lọc nhanh là: C_GL = 10 - 2 = 8 (mg/l)

- Lượng cặn tích lũy trong 1 ngày của bể lọc nhanh:

 (kg/ngày)

Trong đó:

-             G_GL: Hàm lượng cặn tích lũy trong 1 ngày của 1 bể lắng (kg/ngày)

-             T: Thời gian làm việc của bể lắng T = 24 (giờ)

-             Q_b: Lưu lượng nước của một bể Q_b = 187,5 (m³/h)

-             C_GL : Hàm lượng cặn bị giữ lại trong bể (mg/l)

Þ  (kg/ngày)

- Hàm lượng cặn trong nước xả ra của bể lọc nhanh là:

Q_Lọc: Lưu lượng nước cần thiết để rửa một bể lọc là: 95,04 (m³/ngày).

II.4.7.2. Dây chuyền công nghệ xử lý nước rửa lọc và bùn cặn từ bể lắng

a.       Xác định dung tích bể điều hòa lưu lượng

- Thể tích bể điều hòa được xác định theo công thức :

V = W – q_th.t (m³)

Trong đó :

-             W: Lưu lượng nước từ bể lọc thải ra.

W = 760 (m³/ngđ)

-             q_th: Lưu lượng bơm tuần hoàn (m³/h)

-             t: Thời gian giữa 2 lần rửa các bể kế tiếp nhau lấy bằng 1 (h).

- Lưu lượng nước tuần hoàn tính để đảm bảo khi bơm làm việc không bị gián đoạn không ảnh hưởng đến chế độ làm việc của các công trình xử lý.

q_th ≤ 5%.Q ≤ 5%´1500 = 75 (m³/h)

- Để đảm bảo bơm hết nước rửa lọc trong 24 h

q_th ³  (m³/h) ³   (m³/h)

      Chọn lưu lượng bơm tuần hoàn q_th = 75 (m³/h)

- Vậy dung tích bể điều hòa là:

V = 760 – 75 = 685 (m³)

Chọn hai bể điều hòa lưu lượng nên dung tích một bể là 342,5 (m³). Chọn bể có dạng hình trụ có chiều cao là 4,0 m, bán kính của bể là 5,2 m.

  - Xác định hàm lượng hóa chất sử dụng:

Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ dùng thêm hóa chất là phèn nhôm.

    Hàm lượng cặn trong nước xả ra của bể lọc nhanh là:  C = 378,9 (mg/l),

Theo TCN 33-06 thì lượng phèn nhôm cần thiết để keo tụ P_p = 45 (mg/l)

Hàm lượng phèn nhôm cần sử dụng trong 1 giờ là:

P =  = 3,375  (kg/h)

Hàm lượng phèn nhôm cần sử dụng trong 1 ngày là:

P = 3,375 ´ 24 = 81 (kg)

Dùng bơm định lượng để bơm cung cấp phèn đã hòa trộn cho bể lắng.

b.       Tính toán thiết kế bể keo tụ và bể lắng

* Xác định kích thước của bể:

- Diện tích một ngăn phản ứng xoáy là:

 (m²)

Trong đó:

-             t: Thời gian nước lưu lại trong bể. Chọn t = 16 phút (theo TCN 33-06, t = 15’ ¸ 20’)

-             Q: Lưu lượng nước xử lý 75 (m³/h)

-             H_f: Chiều cao bể phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng của bể lắng theo TCN 33-06 chiều cao vùng lắng 2,6 ¸ 5 (m). Chọn chiều cao vùng lắng là 4 (m) thì H_f = 0,9´4 = 3,6 (m).

-             n: Số bể phản ứng, n = 2.

 (m²)

- Đường kính của ngăn phản ứng:

 (m)

* Xác định tiết diện bể lắng:

- Thể tích công tác của bể lắng được xác định bằng công thức:

Trong đó:

- t: Thời gian nước lưu lại trong bể lấy t = 0,75 h

- k_h: Hệ số không điều hòa giờ. Lấy k_h = 1

Þ

- Diện tích tiết diện ngang của vùng lắng được xác định theo công thức sau:

(m²)

Trong đó :

-             Q: Lưu lượng tính toán, Q = 75 (m³/h)

-             V_h: Tốc độ tính toán của dòng nước đi lên. Theo TCN 33-06 chọn V_h = 0,6 (mm/s)

-             N: Số bể lắng đứng, N =2

-             b: Hệ số sử dụng dung tích bể chọn b = 1,5

Þ  (m²)

- Đường kính bể lắng xác định theo công thức (Giáo trình “Xử lý nước cấp của TS. Nguyễn Ngọc Dung”)

 (m)

* Xác định đường kính ống dẫn nước vào bể:

Với  Q = 75 (m³/h) » 20,83´10^-3 (m³/s)

    - Vận tốc trong ống là v = 0,9 (m/s) (theo TCN 33-06 )

 Chọn D = 150 (mm)

    - Miệng phun đặt cách thành luồng phản ứng là:

0,2 ´ D_b = 0,2 ´ 1,9 = 0,38 (m)

- Đường kính miệng phun xác định theo công thức:

Trong đó :

-             M : Hệ số lưu lượng đối với miệng phun hình nón có góc nón b = 25^o thì M = 0,908.

-             v_f: Vận tốc qua vòi phun lấy v_f = 2,5 (m/s) (theo TCN 33-06 )

Þ  (m). Lấy d_f = 100 (mm) 

- Chiều dài miệng hút:

 (mm)

Để thu nước đã lắng dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể và nước được chảy theo 2 chiều, diện tích mặt cắt ngang của máng vòng được xác định:

 (m²)

Tiết diện máng thiết kế  0,13 ´ 0,13 (m)

Việc xả cặn theo định kỳ, với thời gian là 24 (h)

- Thời gian xả cặn được xác định theo công thức:

Trong đó:

- W_c: Dung tích cặn xả ra trong một ngày (m³)

Chọn a = 50^o

d = 500 (mm)

Þ

-             Q = 75 (m³/h)

-             N: Số bể lắng N = 2

-             C_max: Hàm lượng cặn lớn nhất đưa vào bể  C_max = 378,9 (mg/l)

-             C: Hàm lượng cặn sau khi xử lý C = 10 (mg/l)

-             s  Theo TCN 33-06 thì chọn s = 40000 (g/m³)

Þ

Þ Thoả mãn (Thời gian xả cặn đã chọn là 24h < 98h)

Cặn sau bể lắng được bơm lên xe rồi vận chuyển đến công trình xử lý cặn tập trung. Nước sau khi lắng cho tự chảy ra mạng lưới thoát nước thị xã.

* Xác định chiều cao xây dựng bể lắng

H = h₁ + h₂ + h₃ (m)

Trong đó:

-             h₁ : Chiều cao phần chứa cặn, h₁ = 3,3 (m)

-             h₂ : Chiều cao vùng lắng, h₂ = 4 (m)

-             h₃ : Chiều cao bảo vệ h₃ = 0,3 (m)

Þ H = h₁ + h₂ + h₃ = 3,3 + 4,0 + 0,3 = 7,6 (m)

II.4.8. Các công trình phụ trợ khác

II.4.8.1. Nhà để hoá chất và pha trộn phèn vôi

- Diện tích kho để phèn và vôi là: 49,2 (m²). Diện tích bể pha phèn, bể tiêu thụ, bể tôi vôi và bể pha chế vôi sữa là: 61,63 (m²). Vậy diện tích tổng cộng nhà để hóa chất và pha trộn là 111 (m²). Lấy kích thước nhà là 6 ´ 21 (m) 

- Trạm Clo: 4,5 x 6 (m)

II.4.8.2. Các công trình khác

-             Nhà hành chính : 6´30 = 180 (m²)

-             Phòng bảo vệ : 4,5´4,5 = 12 (m²)

-             Phòng thí nghiệm : 6´12 = 60 (m²)

-             Trạm biến áp : 12´6 = 24 (m²)

-             Nhà để xe ô tô : 6´21 = 126 (m²)

-             Kho chứa vật liệu : 9´15 = 135 (m²)

-             Xưởng cơ khí và sửa chữa : 6´21 = 126 (m²)

-             Nhà để xe đạp – xe máy : 4,5´20 = 90 (m²)

II.4.9. Xác định cao trình cho các công trình xử lý

II.4.9.1. Cao trình bể chứa nước sạch

         Nước thô sau khi xử lý được dẫn vào bể chứa nước sạch (gồm 2 bể xây dựng bằng bêtông cốt thép). Chiều cao xây dựng bể là 4,5 m.

       Trước và sau bể chứa đều có van điều tiết nước đảm bảo nước lưu thông trong thời gian không quá 48 giờ (Điều 9.10 TCN 33-06). Bể chứa có các ống đưa nước vào, dẫn nước ra, ống tràn, ống xả cặn, thang lên xuống, cửa thăm, lỗ thông hơi và thiết bị đo mực nước.

       Sơ bộ chọn tổn thất áp lực trong các công trình cũng như trong các đường ống nối giữa chúng theo 6.352 TCN 33-06.

+ Cốt mặt đất xây dựng trạm xử lý bằng: 163,5 (m).

+ Bể chứa nước sạch đã xác định xây 2 bể với kích thước 1 bể = 30 x 30 x 4,5 (m), trong đó chiều cao lớp nước trong bể là 4,0 (m)

Bố trí bể chứa nửa chìm nửa nổi với chiều cao nổi trên mặt đất là 1,5 (m), do đó chiều cao chìm dưới đất là: 4,5 – 1,5 = 3 (m)

a, Cốt mực nước bể chứa:

Z_bc^nuoc = 163,5 + (4 – 3) = 164,5 (m)

b, Cốt đáy bể chứa:

Z_bc^đáy = 163,5 – 3 = 160,5 (m)

c, Cốt đỉnh bể chứa:

Z_bc^đỉnh = 163,5 + 1,5 = 165 (m)

II.4.9.2. Cao trình bể lọc nhanh trọng lực   

    *) Cốt mực nước tại bể lọc nhanh:

        Trong đó:

                   h_l: tổn thất áp lực trong bể lọc, h_l = 3,0 m.

                   : Tổng tổn thất áp lực trong đường ống kể từ bể lọc đến bể      chứa nước sạch là 0,5 m.

     *) Cốt đỉnh bể lọc:

 (0,45 m chiều cao bảo vệ)

     *) Cốt đáy bể lọc:

           H_tp: chiều cao toàn phần của bể lọc (m)

II.4.9.3. Cao trình bể lắng Lamen

- Tổn thất từ bể lắng sang bể lọc: h_bl = 0,5 m

* Cốt mực nước trong mương thu cuối bể lắng:

=+ h_BL = 168 + 0,5 = 168,5 (m)

            * Cốt mực nước trong mương phân phối đầu bể lắng:

=+ 0,5 = 168,5 + 0,5 = 169 (m)

     * Cốt đỉnh bể lắng:

Z_{đinh lắng} = + h_bv

                              = 169 + 0,3 = 169,3 (m)

          * Cốt đáy bể lắng:

Z_{đáy lắng} = - h_bể

                                                                  = 169 – 6,8 = 162,2 (m)

II.4.9.4. Cao trình bể phản ứng cơ khí

       - Tổn thất trong bể phản ứng cơ khí lấy h_Bepu  = 0,2 m

* Cốt mực nước trong mương thu cuối bể phản ứng:

= = 169 (m)

            * Cốt mực nước trong mương phân phối đầu bể phản ứng:

=+ h_Bepu  = 169 + 0,2 = 169,2 (m)

     * Cốt đỉnh bể phản ứng:

Z_{đinh pu} = + h_bv

                                                                 = 169,2 + 0,3 = 169,5 (m)

          * Cốt đáy bể phản ứng:

Z_{đáy pu} = - h_bể

                                                                 = 169,2 – 3,2 = 166 (m)

II.4.9.5. Cao trình bể trộn đứng

            * Cốt mực nước tại bể trộn đứng:

        Trong đó:

              h_{bể trộn}: Tổn thất áp lực trong bể trộn đứng lấy bằng 0,5 m.

              : Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn từ bể trộn đứng sang bể phản ứng cơ khí, lấy bằng 0,3 m.

 (m)

             * Cốt đỉnh bể trộn đứng:

 (0,3 m chiều cao bảo vệ)

             * Cốt tại đáy bể trộn đứng:

           H_tp : chiều cao toàn phần của bể trộn cơ khí (m).

II.4.9.6. Cao trình bể điều hoà tập trung lưu lượng

- Thiết kế bể điều hòa lưu lượng kiều nửa nổi nửa chìm với chiều cao phần chìm trong đất là 3,0 (m), phần nổi là 0,5 (m). Chiều cao lớp nước trong bể là 3,0 (m). 

- Cao trình đáy bể điều hòa là: 160,5 (m)

- Cao trình mực nước trong bể điều hòa là: 163,5 (m)

- Cao trình đỉnh bể điều hòa là: 164 (m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Chương Iii

TíNH TOáN THIếT Kế CÔNG TRìNH THU - TRạM BƠM

III.1. thiết kế Công trình thu nước mặt

III.1.1. Thông số tính toán

Lưu lượng tính toán của trạm bơm cấp I:

Q_I = 36000 (m³/ngđ) = 1500 (m³/h) » 0,417 (m³/s) = 417 (l/s)

Các số liệu cơ bản:

            - Chế độ bơm của trạm bơm I liên tục 24/24 h tức chiếm 4,17% Q_ngđ.

            - Cốt mặt đất tại vị trí xây dựng TB I là: Z_đ^TBI = 163,5 (m)

            - Chiều dài tuyến dẫn từ TBI đến trạm xử lý: L = 100 (m)

        - Chiều rộng phần bãi sông: L_B = 16 (m)

Số liệu về thuỷ văn:

            - Cốt mực nước cao nhất về mùa lũ: Zⁿ_max = 162,5 (m)

            - Cốt mực nước thấp nhất về mùa khô: Zⁿ_min = 158,5 (m)

            - Cốt đáy sông: Z_{đáy sông} = 156 (m)

III.1.2. Chọn giải pháp thu nước

Từ các tài liệu phân tích về khu vực đặt công trình thu, ta nhận thấy rằng:

-    Chiều rộng bãi sông lớn L_B = 16 (m).

-    Bờ sông thoải.

     - Cấu tạo địa chất ở bờ sông (nơi chọn xây dựng công trình thu) tương đối      ổn định, cường độ chịu nén tốt phù hợp cho việc xây dựng công trình thu.

-    Nước ở gần bờ có chất lượng không tốt.

-    Nguồn nước dao động giữa các mùa tương đối lớn.

-    Lòng sông rộng, ít bị thu hẹp.

Qua những đặc điểm ở trên ta thấy rằng chiều rộng bãi sông lớn, bờ sông ổn định, có đủ cường độ chịu tải không có khả năng sụt lún. Mặt khác, nguồn nước dao động giữa các mùa tương đối lớn, chất lượng nước ở ven bờ không tốt, bờ sông thoải…

Do đó tại khu vực bãi sông này phù hợp để xây dựng công trình thu kiểu kết hợp thu nước xa bờ.

            * Đặc điểm của CTT nước xa bờ kiểu kết hợp:

- Ngăn thu và ngăn hút đặt ở bờ sông còn đầu thu nước đặt ở lòng sông. Nước được thu qua họng thu rồi theo ống tự chảy chảy về ngăn thu.

            * ưu điểm:

- Thu được lưu lượng theo yêu cầu và ổn định.

- Chất lượng nước thu được tương đối tốt.

            * Nhược điểm:
- Thi công khó khăn.

- Quản lý phức tạp.

III.1.3. Tính toán họng thu nước - đường ống tự chảy

III.1.3.1. Tính toán họng thu nước

Họng thu nước là bộ phận đầu tiên của công trình thu nước xa bờ. Nó có nhiệm vụ thu đủ lưu lượng nước yêu cầu với chất lượng bảo đảm để dẫn qua ống tự chảy về ngăn thu.

Sử dụng họng thu nước kiểu họng thu thường xuyên ngập, họng được bố trí nằm thấp hơn cả mực nước min của sông.

Cấu tạo của họng thu nước: miệng thu có đặt song chắn rác nối với ống tự chảy và bộ phận cố định bảo vệ miệng thu. Miệng thu nước được bố trí hướng xuôi theo dòng nước chảy.

a. Tính toán song chắn rác

          Diện tích công tác của song chắn rác:

f =   ´ K₁ ´ K₂ ´ K₃ (m²)

Trong đó:

             + Q: Lưu lượng tính toán của trạm bơm (m³/h)

                    Q = 1500 (m³/h) = 0,417 (m³/s)

             + n: Số họng thu, n = 2

             + V: Vận tốc nước chảy qua song chắn: V = 0,2 ¸ 0,6 (m/s) (TCN 33-06), chọn V = 0,4 (m/s)

             + K₁: hệ số kể đến sự thu hẹp tiết diện do chiều dầy các thanh song chắn.

K₁ =  (Theo TCN 33-06)

                        a: khoảng cách giữa 2 song chắn liền kề: a = 40 (mm)

                        d: đường kính song chắn: chọn thép tròn có đường kính d=10 (mm)

=> K₁=  =  = 1,25

             + K₂: Hệ số co hẹp do rác bám vào song, K₂= 1,25

          + K₃: Hệ số kể đến ảnh hưởng do tiết diện của thanh thép, K₃ =1,1

Vậy:    

f = ´1,25´1,25´1,1 » 0,9 (m²)

b. Chọn kích thước song chắn rác

         Vì diện tích song chắn rác lớn nên ta có thể chế tạo song chắn rác với các kích thước phù hợp với kích thước của họng thu như sau:

 

Kích thước cửa  LC ´ Hc (mm)	Kích thước song chắn (mm)
	H	H1	h	h1	L
1000 ´ 1200	1620	1320	80	50	1020

                              

Khoảng cách giữa 2 song chắn bằng 40 mm, chiều dầy mỗi thanh là 10mm, chiều rộng của cửa thu nước bằng 1000 mm, số thanh song chắn cần dùng là:

1000/40 - 1 = 24 (thanh)

     Chiều dài một thanh bằng 1,2 m.

Vậy diện tích cản nước của một thanh bằng:

f = 1,2 ´ 0,01 = 0,012 (m²)

Tổng diện tích cản nước của 24 song chắn rác là:

åf = 24 ´ f = 24 ´ 0,012 = 0,288 (m²)

Diện tích thông thuỷ của song chắn rác là:

F = 1 ´ 1,2 – 0,288 = 0,912 (m²)

Vận tốc nước qua song chắn bằng:

v =  = » 0,46 (m/s)

Vận tốc nước qua song chắn nằm trong khoảng 0,2 ¸ 0,6 (m/s), thoã mãn với yêu cầu thiết kế.

c. Tổn thất cục bộ qua song chắn rác

Xác định theo công thức:

h_SC  (m)

Trong đó:

         + h_SC: Tổn thất cục bộ qua song chắn (m)

         + K: Hệ số dự trữ, K = 3

         + v: Vận tốc nước chảy qua song chắn (m/s), v = 0,46 (m/s)

         + g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s²)

         + x: Hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn: 

x = b´

             d: Đường kính thanh chắn d = 10 (mm)

             a: Chiều rộng khe hở a = 40 (mm)

             b- Hệ số phụ thuộc loại thanh đối với thanh tròn b = 1,79

=> x =  1,79 ´ (10/40)^3/4 = 0,633

Vậy:

h_SC(m)

III.1.3.2. Tính toán ống tự chảy

ống tự chảy là công trình quan trọng của công trình thu nước xa bờ. Vì vậy, việc tính toán ống tự chảy cần phải đảm bảo sao cho công trình làm việc chắc chắn, cấp nước an toàn và tổn thất mực nước qua ống là nhỏ nhất.

a. Chọn đường kính ống

Lưu lượng tính toán: Q = 0,417 (m³/s) = 417 (l/s).

Chọn ống tự chảy bằng thép, thiết kế có 2 tuyến ống tự chảy từ họng thu đến ngăn thu: lưu lượng mỗi tuyến là: Q_1ống =  (l/s)  

Vận tốc cho phép trong ống tự chảy là: v = 0,741,5 (m/s) (Theo TCN 33-06)

Lấy sơ bộ vận tốc chảy trong ống tự chảy bằng 1,5 (m/s) thì đường kính ống tự chấy được xác định bằng công thức:

Chọn đường kính ống tự chảy bằng 450 (mm), với lưu lượng bằng 209 (l/s), tra bảng tra thuỷ lực của Sevelep ta được: v = 1,22; 1000i = 4,29

Tổn thất dọc đường trên đoạn ống tự chảy dài 10 m là:

                                h_TC = 10 ´ i =10 ´ 4,33.10^-3 = 0,043 (m)

b. Kiểm tra khả năng tự làm sạch của ống

Kiểm tra theo công thức A.C.Obradopxki: C_o­¢r

Trong đó:

            + C_o: Hàm lượng cặn của nước sông, C_o = 0,42 (kg/m³)

            + r: Khả năng vận chuyển của dòng chảy trong ống tự chảy, xác định theo công thức:

r = 0,11(1- )^4,3. (Kg/m³)

     Với:

                        - Độ lớn thủy lực trung bình của hạt cặn,  = 0,1(mm/s) = 0,0001 (m/s)

                        U: Vận tốc lắng cặn, xác định theo công thức: U =

                        C: Hệ số Sêdi phụ thuộc vào vật liệu làm ống, xác định bằng công thức sau:

C =

                        : là hệ số sức cản dọc đường. Có thể xác định  theo công thức:

Þ

C =  =  = 61,13

             v: Vận tốc trong ống tự chảy, v = 1,22 (m/s)

U =  » 0,076 (m/s)

Vậy: r =  » 449,9 (Kg/m³)

Ta thấy C_o­ < r  ống tự chảy có khả năng tự làm sạch.

c. Kiểm tra khả năng xảy ra sự cố

           - Theo tiêu chuẩn thiết kế 20 TCN 33-85, khi xảy ra sự cố trên 1 tuyến ống thì vẫn phải đảm bảo cung cấp dủ 70% lưu lượng của trạm bơm.

          - Lưu lượng yêu cầu khi một ống hút bị sự cố.

Q_SC = 70% Q = 0,7 ´ 0,417 » 0,292 (m³/s)

          - Vận tốc lúc này của ống sẽ là:

V_SC = =

           Vận tốc cho phép của ống tự chảy khi xảy ra sự cố: v_CP = 2 (m/s)

           Như vậy khi bị sự cố, vận tốc làm việc của một ống vẫn đảm bảo.

III.1.4. Tính toán lưới chắn rác          

Lưới chắn rác được đặt ở ngăn hút trên cửa nối ngăn thu và ngăn hút.

Lưới có cấu tạo gồm: Một tấm lưới căng trên 1 khung thép. Lưới đan bằng các dây thép có đường kính d = 1,0 mm; mắt lưới 4,5 x 4,5 mm.

a. Diện tích công tác của lưới chắn rác

f =   .K₁.K₂.K₃ (m²)

Trong đó:

          + Q: Lưu lượng tính toán của trạm bơm (m³/h);

Q = 1500 (m³/h) = 0,417 (m³/s)

          + n: Số ngăn hút, n = 2

          + v: Vận tốc nước chảy qua lưới chắn phẳng: v = 0,2 0,4 (m/s) (TCN 33-06), chọn v = 0,4 (m/s)

          + K₂: Hệ số co hẹp do ảnh hưởng của rác bám vào song: K₂= 1,5

          + K₃: Hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng: K₃ = 1,15

          + K₁: Hệ số kể đến sự thu hẹp diện tích do chiều dày lưới chắn rác.

K₁ = ´ (1+p)

                      a: Khoảng cách mắt lưới: a = 4,5 (mm).

                      d: Đường kính thanh thép  d = 1,0 (mm).

p: Hệ số thu hẹp P = S₂/S₁. Chọn sơ bộ p = 0,05.

=> K₁ = ´ (1+0,05) » 1,57

Vậy: 

f = ´1,57´1,5´1,15 » 1,41 (m²)

b. Chọn kích thước lưới chắn rác

Chọn kích thước lưới chắn rác như sau:

 

Kích thước cửa B x H (mm)	Kích thước lưới chắn(mm)
	L (mm)	H (mm)
10001500	1130	1630

 

Số thanh thép theo chiều thẳng đứng của cửa là:

+1 » 183 (thanh)

Mỗi thanh dài 1,5 m. Diện tích cản nước của các thanh thẳng đứng của cửa thu nước là:

183 ´ 1,5 ´ 0,001 = 0,275 (m²)

Số thanh thép theo chiều ngang của cửa thu:

+1 » 274 (thanh)

Chiều dài mỗi thanh là 1,0 m. Diện tích cản nước của các thanh ngang là:

274 ´ 1,0 ´ 0,001 = 0,274 (m²)

Tổng diện tích cản nước của lưới chắn rác là:

F_lưới = 0,275 + 0,274 = 0,549 (m²)

Diện tích thông thuỷ của lưới chắn rác là:

F = 1,0 1,5 – 0,549  = 0,951 (m²)

Vậy vận tốc qua lưới chắn rác là:

Vận tốc qua lưới chắn rác đảm bảo theo tiêu chuẩn thiết kế không quá 4 m/s.        

c. Tổn thất cục bộ qua lưới chắn rác

Xác định theo công thức:

h_LC  (m)    

Trong đó:

            + h_LC: Tổn thất cục bộ qua lưới chắn

            + K: hệ số dự trữ, K = 3

            + v: Vận tốc nước chảy qua lưới chắn, v = 0,22 (m/s)

            + g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s²

            + x : Hệ số tổn thất cục bộ qua lưới chắn:

                        Xác định theo công thức x =   b(d/a)^3/4

                        d: Đường kính thanh chắn: d = 1,0 mm.

                        a: Chiều rộng mắt lưới: a = 4,5 mm.

                        b: Hệ số phụ thuộc loại thanh đối với loại lưới tròn b = 1,79

=> x =   1,79 ´ (1,0/4,5)^3/4 » 0,58

Vậy:

h_LC » 4,3.10^-3 (m)

III.1.5. Tính toán ngăn thu, ngăn hút

III.1.5.1. Xác định đường kính ống hút

Với lưu lượng Q = 0,417 (m³/s) = 417 (l/s). Chọn ống hút bằng thép, số tuyến ống n = 2.

Lưu lượng một tuyến ống là:

Q_ống (l/s) = 0,209 (m³/s)

Theo TCN 33-06 vận tốc cho phép trong ống hút là (141,3) (m/s), chọn vận tốc v = 1,3 (m/s)

D_h =  = = 0,453 (m) = 450 (mm)

 Lấy D_h = 450 (mm) với Q = 209 (l/s)  v_h = 1,22 (m/s) ; 1000i = 4,29.

Vận tốc trong ống hút chung thoả mãn với tiêu chuẩn thiết kế.

* Kiểm tra vận tốc ống hút khi một ống có xảy ra sự cố:

            Trạm bơm cấp 1 có độ an toàn bậc 1 nên khi có sự cố xảy ra một trong 2 ống thì ống còn lại phải đảm bảo 70% công suất tính toán trở lên (Theo TCN 33 - 06).

            Lưu lượng yêu cầu của ống còn lại là:

Q_sc = 70%Q = 0,7´0,417» 0,292 (m³/s)

            Vận tốc của ống khi đó sẽ là:

v_sc =  =  » 1,84 (m/s)

          Theo TCN 33-06 thì vận tốc cho phép khi xảy ra sự cố là: v_sc  2 (m/s)

          Như vậy ta thấy khi xảy ra sự cố, vận tốc trong ống nằm trong giới hạn cho phép.

III.1.5.2. Kích thước mặt bằng ngăn thu, ngăn hút

a. Xác định kích thước mặt bằng ngăn hút

* Tính chiều rộng ngăn hút:

      Tra bảng kích thước Crêpin như sau:

            ống hút: D_h = 450 (mm) Þ D_CR= 675 (mm); H = 800 (mm); h = 560 (mm)

                       => B_h ³ 3 ´ D_CR = 3 ´ 675 = 2025 (mm) » 2,03 (m)

Chọn B_h = 2,05 (m)

* Chiều dài ngăn hút:

                        A_h ³ 3 D_CR = 3 ´ 675 = 2025 (mm) » 2,03 (m). Chọn  A_h = 2,3 (m)

A_h xB_h = 2,3 (m) ´ 2,05 (m)

b. Xác định kích thước mặt bằng ngăn thu

- Chiều rộng :              B₁ = B_L + 2.e

     Trong đó:

            +B_L: Chiều rộng lưới chắn rác, B_L = 1130 (mm) = 1,13 (m)

            +e = (0,440.6) (m), Lấy e = 0,4

Do đó: B₁ = 1,13 + 2´0,4 = 1,93 (m), chọn 2,05 (m)

 - Chiều dài: A₁ = (1,643) (m). Chọn A₁= 2,3 (m)

Vậy: A_l x B_l = 2,3 (m) ´ 2,05 (m)

III.1.5.3. Kích thước mặt đứng công trình thu

+ Khoảng cách từ mép dưới của ống tự chảy của ngăn thu đến đáy sông là:

h₁ = 0,741 (m). Chọn h₁ = 1 (m)

+ Khoảng cách từ  mép dưới cửa đặt lưới đến đáy công trình thu, h₂= 0,541(m). Chọn h₂= 0,7 (m)

+ Khoảng cách từ MNTN đến mép trên cửa đặt lưới, h₃ / 0,5 (m).

Lấy h₃ = 0,5 (m)

+ Khoảng cách từ MNTN đến miệng vào phễu hút:

            h₆/ 1,5´D_f = 1,5´ 0,675 » 1,01 (m)

            và h₆/ 0,5 (m)

Lấy h₆ = 1,4 (m)

+ Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phễu hút:

            h₅/ 0,8D_f = 0,8 ´ 0,675  = 0,54 (m)

và h₅/ 0,5 (m)

            Lấy h₅= 0,6 (m)

+ Khoảng cách từ MNCN đến sàn công tác h₄/ 0,5 (m). Lấy h₄ = 1,0 (m)

III.1.5.4. Vị trí đặt họng thu nước

+ H₁ = 0,4 (m)  : Chiều cao từ mực nước thấp nhất đến mép song chắn rác.

+ H₂ = 0,2 (m) : Chiều cao bảo vệ.

+ H₃ = 1,32 (m) : Chiều cao song chắn rác.

+ H₄ = 0,77 (m) : Chiều cao từ đáy ống dẫn nước đến đáy sông.

Sơ đồ bố trí họng và ống thu nước :

 

III.1.6. Cao độ công trình thu

          a. Cao trình mực nước tính toán trong ngăn thu

Z_t = Z_min - Sh (m)

Trong đó:

           + Z_t: Cao độ mực nước thấp nhất ở ngăn thu (m)

          + Z_min: Cốt mực nước thấp nhất ở sông,  Z_min = 158,5 (m)

          + Sh: Tổn thất nước ở cửa thu (m)

Sh = h_SC+ h_TC  = 0,021 + 0,043 = 0,064 (m)

Vậy:

Z_t = 158,5 - 0,064 = 158,436 (m)

         b. Cao trình mực nước tính toán trong ngăn hút

Z_h = Z_min - Sh (m)

Trong đó:

            Z_h      - Cao độ mực nước thấp nhất ở ngăn hút (m)

            Z_min  - Cốt mực nước thấp nhất ở sông,  Z_min = 158,5 (m)

            Sh   - Tổn thất nước ở cửa thu (m)

Sh = h_SC+ h_TC + h_LC = 0,021 + 0,043 + 0,004 = 0,068 (m)

Vậy:

Z_h = 158,5 - 0,068 = 158,432 (m)

        c. Cốt sàn công tác công trình thu

Z^S_CTT = Z_max + h₄ (m)

Trong đó:

            Z^S_CTT : Cao độ công trình thu, hay cốt sàn công tác CTT (m)

            Z_max: Cốt mực nước cao nhất, Z_max = 162,5 (m)

            h₄: Khoảng cách từ mặt nước cao nhất đến sàn công tác, h₄ = 1,0 (m)

Vậy:

Z^S_CTT = 162,5  + 1,0 = 163,5 (m)

         d. Cốt đáy công trình thu

Z^Đ_CTT = Z_h - (h₂ + h₃ + h_l + h_c) (m)

Trong đó:

            Z_h: Cốt mực nước thấp ở ngăn hút (m)

            h₂: Khoảng cách từ mép dưới cửa đặt lưới chắn đến đáy công trình thu, h₂ = 0,7 (m).

h₃: Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa đặt lưới, h₃ = 0,5 (m).

h_l: Chiều cao của lưới chắn rác, h_l­  = 1630 (mm) = 1,63 (m)

     h_c: Chiều cao hố thu cặn h_c = 0,3 (m)

Vậy: 

Z^Đ_CTT = 158,432 - (0,7+0,5+1,63+0,3) = 155,302 (m)

 III.2. Thiết kế Trạm bơm cấp I

Trạm bơm  cấp I làm việc theo chế độ điều hoà trong ngày với một cấp bơm là 4,17% Q_ngđ (24/24 giờ trong ngày) để đưa nước lên khu xử lý, các bơm làm việc luân phiên nhau. Trạm bơm cấp I đặt kết hợp với công trình thu.        

Lưu lượng tính toán: Q = 0,417 (m³/s)

         Để đảm bảo cấp nước an toàn cho trạm xử lý. Chọn số tuyến ống dẫn nước thô là 2 ống vật liệu bằng thép, lưu lượng của mỗi ống dẫn:

Q_16ng  =  =  = 0,209 (m³/s)

III.2.1. Tính đường kính ống đẩy chung

- Dùng 2 đường ống bằng thép để dẫn nước từ trạm bơm I đến công trình xử lý nước đầu tiên, với chiều dài mỗi ống là 100 (m).

- Với lưu lượng mỗi ống:          Q_1ống = 209 (l/s)

Vận tốc cho phép của ống đẩy v_d = 1,2 ¸ 1,8 (m/s) (Theo TCN 33-06)

Tra bảng ta có:

D = 400 (mm), v = 1,55 (m/s), 1000i = 8,04

III.2.2. Tính toán sơ bộ áp lực toàn phần của máy bơm

H_TP = (Z_C - Z_h ) + aSh_d + h_b+h₀

Trong đó:

            H_TP : áp lực toàn phần của máy bơm (m)

            Z_h   : Mực nước thấp nhất trong ngăn hút, Z_h = 158,432 (m)

            Z_C  : Cốt tại điểm đưa nước vào nhà máy Z_C = 169,4 (m)

            a    : Hệ số kể đến tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn a= 1,05 ¸1,1.

                  Ta chọn a = 1,1

            Sh_d: Tổn thất dọc đường từ trạm I đến trạm xử lý

Sh_d = 1000i ´ L = 8,04 ´ 0,1 = 0,804 (m)

                   L: Chiều dài tuyến ống dẫn, L = 100 (m)

            h_b   : Tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp I, h_b= 2¸3 (m) ta chọn h_b= 3 (m)

  h₀ :  áp lực tự do tại bể trộn h₀ = 1 ¸ 2 (m) ® chọn h₀ = 2 (m)

=> H_TP = 169,4  - 158,432 + 1,1 ´ 0,804 + 3 + 2 = 16,85 (m)

Chọn H_TP = 17 (m)

III.2.3. Chọn bơm sơ bộ

            - Ta có lưu lượng cần bơm Q = 417 (l/s)

            - áp lực toàn phần của máy bơm chọn sơ bộ H_TP = 17 (m)

            - Chọn bơm li tâm trục ngang 2 cửa nước vào.

            - Chọn số lượng bơm trong trạm là 3 máy trong đó:

+        2 máy làm việc.

+        1 máy dự phòng.

            - Lưu lượng của một máy bơm: Q_1b = 208,5 (l/s)

     Tra cẩm nang bơm của hãng Omêga ta chọn loại bơm 300-300B.

            Các thông số của loại bơm này như sau:

      - Hiệu suất bơm                               h = 78 %

      - Lưu lượng                                     Q=185 ¸ 275 (l/s)

      - Cột áp toàn phần                          H = 12,5 ¸ 19 (m)

      - Cột hút nước chân không              H_CK = 3,5 (m)

      - Số vòng quay                                 n = 1450 (vòng/phút)

      - Công suất động cơ                           P  = 45 (Kw)

      - Đường kính miệng hút                  D_hút = 350 (mm)

      - Đường kính miệng đẩy                 D_đẩy = 300 (mm)

      - Đường kính bánh xe công tác        D_BX = 287 (mm)

III.2.4. Tính toán kỹ thuật trạm bơm cấp I

III.2.4.1. Sơ đồ bố trí công trình thu và trạm bơm cấp I (xem hình vẽ dưới)

III.2.4.2. ống hút chung (ống số 1 và số 2)

      - 2 ống hút chung với lưu lượng mỗi ống là: 209 (l/s)

                   D = 450 (mm), v = 1,22 (l/s), 1000i = 4,29

      - Chiều dài mỗi tuyến ống: 10 (m).

      - Tổn thất theo chiều dài trên đường ống hút chung là: 0,043 (m).

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống hút từ 0,8¸1,5 (m/s).

III.2.4.3. ống hút chung trong TB

Chọn một ống gom chung phải đảm bảo 70 % lưu lượng tính toán:

Q_70% = 70% ´ 417 = 292 (l/s)

ứng với lưu lượng của đường ống là 292 (l/s), tra bảng ta được:

D = 450 (mm), v = 1,71 (m/s), 1000i = 8,46

Theo TCN 33-06 thì vận tốc cho phép khi xảy ra sự cố là: v_sc  2 (m/s)

Như vậy ta thấy khi xảy ra sự cố, vận tốc trong ống nằm trong giới hạn cho phép.

III.2.4.4. ống hút riêng

ứng với lưu lượng của mỗi máy là 209 (l/s) tra bảng ta được:

D = 450 (mm), v = 1,22 (m/s), 1000i = 4,29

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống hút từ 0,8¸1,5 (m/s).

III.2.4.5. ống đẩy riêng

ứng với lưu lượng của mỗi máy là 209 (l/s) tra bảng ta được:

D = 400 (mm), v = 1,55 (m/s), 1000i = 8,04

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống đẩy từ 1,0 ¸ 3,0 (m/s).

III.2.4.6. ống đẩy chung trong trạm bơm (ống gom nước)

Chọn một ống gom chung phải đảm bảo 70 % lưu lượng tính toán:

Q_70% = 70% ´ 417 = 292 (l/s)

Chọn 1 ống gom chung phải đảm bảo 70% lưu lượng tính toán:

D = 400 (mm), v = 1,51 (m/s), 1000i =5,77

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống đẩy từ 1,0 ¸ 3,0 (m/s).

III.2.4.7. ống đẩy chung dẫn đến trạm xử lý (ống số 3 và số 4)

- Dùng 2 đường ống bằng thép để dẫn nước từ trạm bơm I đến công trình xử lý nước đầu tiên với chiều dài mỗi ống là 100 (m).

- Với lưu lượng mỗi ống:          Q_1ống = 209 (l/s)

Vận tốc cho phép của ống đẩy v_đ = 1,0 ¸ 3,0 (m/s) (Theo TCN 33-06)

Tra bảng ta có:

D = 400 (mm), v = 1,55 (m/s), 1000i = 8,04

III.2.5. Tính tổn thất áp lực

III.2.5.1. Tổn thất cục bộ trong trạm bơm cấp I

h_b= Sh_d + Sh_cb (m)

Trong đó:

            h_b       :  Tổn thất cục bộ của trạm bơm cấp I (m)

            Sh_d   :  Tổn thất trên đường ống hút và đẩy trong trạm (m)

            Sh_cb :  Tổn thất qua các phụ tùng thiết bị (m)

            a. Tổn thất trên đường ống hút

Tính tổn thất cho áp lực cho máy bơm 3, với đường ống hút bất lợi nhất (đường ống hút chung 1). Tổn thất theo chiều dài L = 10 (m) với vận tốc hút tăng cường khi có 1 đường ống bị sự cố.

Lúc này ống hút phải đảm bảo 70% công suất tính toán (theo TCN 33-06):

Q= 292 (l/s), v= 1,71 (m/s), 1000i = 8,46

Vậy tổn thất theo chiều dài ống là:

 = L ´ 1000i = 0,01 ´ 8,46 = 0,0846 » 0,085 (m)

Cũng trong phần hút có các phụ tùng thiết bị gây ra tổn thất áp lực gồm có:

Trường hợp máy bơm 2 và 3 hoạt động, máy bơm 1 dùng để dự phòng.

* Loại I: Trên đường ống hút chung

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x )	vh (m/s)
Van hút ( crêpin)	1	0,15	vh = 1,71
Cút 900	1	0,5
Van khoá	1	1
Tê	1	1,5

 

     * Loại II: Trên đường ống hút riêng

 

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất(x)	Vh (m/s)
Tê	1	1,5	1,22
Van khoá	1	1
Côn  450350	1	0,1

 

 

 

 

 

+ Tổng hệ số trở kháng các phụ tùng, thiết bị của loại I.

Sx₁ = 1´0,15 + 1´0,5 + 1´1  + 1´1,5 = 3,15

+ Tổn thất áp lực do các phụ tùng, thiết bị của nhóm I gây ra:

h^I_cb =   Sx₁ ´= 3,15 ´  » 0,47 (m)

+ Tổng hệ số kháng các phụ tùng, thiết bị của loại II.

Sx₂ = 1´1,5 + 1´1 + 1 ´ 0,1  = 2,6

+ Tổn thất áp lực do các phụ tùng, thiết bị của nhóm II gây ra:

=   Sx₂ ´ = 2,6 ´  » 0,197 (m)

+ Tổn thất áp lực cục bộ của phần ống hút: 

       =  +  = 0,47  + 0,197  = 0,667 (m)

+ Tổng tổn thất áp lực trên phần ống hút là:

                  åh_hút  = + = 0,085 + 0,667 = 0,752 (m)

       b. Tính tổn thất áp lực phần ống đẩy

Tính tổn thất áp lực cho máy bơm số 1 với đường ống đẩy bất lợi nhất (Đường ống số 1).          

* Chiều dài ống đẩy của từng máy bơm:

L= 10 (m), v = 1,55 (m/s), 1000i = 8,04

=> Tổn thất theo chiều dài ống đẩy:

h_d^đẩy= L ´ 1000i = 0,01 ´ 8,04 » 0,08 (m)

Trong phần ống đẩy có các phụ tùng gây ra tổn thất áp lực:

* Loại I: Trêm đường ống đẩy riêng

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x )	Vđ (m/s)
Côn 300´400	1	0,25	Vđ = 1,55
Van 1 chiều	1	1,7
Van khoá	1	1
Tê	1	1,5

* Loại II: Trên đường ống đẩy chung

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x )	Vđ (m/s)
Van khoá	1	1	Vđ = 2,17
Tê	1	1,5

 

+ Tổng hệ số kháng các phụ tùng, thiết bị của nhóm I:

Sx₁ = 0,25 + 1,7 + 1 + 1,5 = 4,45

+ Tổn thất áp lực do các phụ tùng, thiết bị của nhóm I gây ra:

 =   Sx₁ ´= 3,95 ´  » 0,484 (m)

+ Tổng hệ số kháng các phụ tùng, thiết bị của nhóm II.

Sx₂ = 1 + 1,5 = 2,5

+ Tổn thất áp lực do các phụ tùng, thiết bị của nhóm II gây ra:

 =   Sx₂ ´= 2,5 ´  » 0,6 (m)

+ Tổn thất áp lực cục bộ của phần ống đẩy: 

h^h_d = h^I_cb +h^II_cb = 0,484 + 0,6 = 1,084 (m)

* Tổn thất của phần ống đẩy là:

åh_đẩy = h_d + h_cb = 0,119 + 1,084 = 1,203 (m)

·       Vậy tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp I là:

h_b = åh_hút + åh_đẩy = 0,752 + 1,203 = 1,955 » 2,0 (m)

III.2.5.2. Tổn thất áp lực từ trạm bơm I đến trạm xử lí

             a. Tổn thất theo chiều dài

åh_d = L ´ 1000i = 0,1 ´ 8,04 = 0,804 (m)

    Trong đó:

          L: Chiều dài đường ống dẫn nước từ trạm I đến trạm xử lý, L = 100 (m)

         1000i: Hệ số tổn thất áp lực trên 100 (m) chiều dài, 1000i = 8,04

             b. Tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn

         Lấy bằng 10% tổn thất chiều dài ống:

åh^d_cb = 0,1 ´ 0,804 » 0,08 (m)

                         c. Tổng tổn thất trên đường ống dẫn

h = åh_d + åh_cb = 0,804 + 0,08 = 0,884 (m)

III.2.6. Xác định áp lực toàn phần của trạm bơm cấp I

H^I_TP = (Z_c - Z_h) + a.åh_d + h₀ + h_b (m)

  Trong đó:

            H^I_TP: Chiều cao công tác của bơm cấp I (m)

            Z_c: Cốt mực nước tại công trình xử lý nước đầu tiên Z_c = 169,4 (m)

            Z_h: Cốt mực nước thấp nhất trong ngăn hút. Z_h  = 158,432 (m)  

  h₀ :  áp lực tự do tại bể trộn h₀ = 1 ¸ 2 (m) ® chọn h₀ = 2 (m)

a: Hệ số kể đến tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm I đến trạm xử lý. Chọn a = 1,1.

            åh_d: Tổn thất dọc đường trên đường ống dẫn nước từ trạm I đến trạm xử lý.

            h_b: Tổn thất cục bộ trong trạm bơm cấp I, h_b= 2 (m).

                        Vậy cột áp toàn phần của máy bơm trong trạm bơm I là:

H_TP=169,4 – 158,432 + 1,1 ´ 0,804 + 2 + 2 = 15,852 (m)

Vậy áp lực của máy bơm đã chọn là 17 (m) Þ thoả mãn

III.2.7. Xác định cốt trục máy bơm

       + Cốt trục máy bơm được xác định bằng công thức:

Z^CT_{Trục bơm} = Z_h + H^h_đh (m)

   Trong đó:

            Z^CT_{Trục bơm}: Cốt trục máy bơm cấp I (m)

Z_h: Cốt mực nước thấp nhất trong ngăn hút = 158,432 (m)

            H^h_đh : Chiều cao hút nước địa hình

 (m)

                        P_a  : áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc (kg/m²)

                        p_bh : áp suất bốc hơi bão hoà của chất lỏng bơm ở nhiệt độ làm việc (kg/m²)

ở điều kiện bình thường:  (tra bảng – Giáo trình Máy bơm và Trạm bơm cấp thoát nước)

                                                               

                        h_h: Tổn thất trên ống hút h_h = 0,752 (m)

                        NPSH_A: Độ dự trữ chống xâm thực cho phép

NPSH_A ³ NPSH +S (m)

                                                                        NPSH : Độ dự trữ chống xâm thực cần thiết, NPSH = 3,5 (m)

                                    S : Độ dự trữ an toàn, S = 0,5 (m)

Þ NPSH_A ³ 3,5 + 0,5 = 4,0 (m)

Þ H_đh^h  ≤ 10,2 - 0,3 - 0,752 - 4,0 (m)

Þ H_đh^h  ≤ 5,148 (m)

Chọn H_đh^h = 3,87 (m)  

Vậy:           

Z^CT_{Trục bơm} = 158,432  + 3,87 = 162,3 (m)

        + Chiều cao cốt trục bơm so với mặt đất:

DH = Z^CT_{Trục bơm} – Z_TBI = 162,3 – 163,5 = - 1,2 (m)

Z_TBI: Cốt mặt đất nơi đặt trạm bơm I, Z_TBI = 163,5 (m)

III.2.8. Xây dựng đường đặc tính tổng hợp

III.2.8.1. Xây dựng đường đặc tính của máy bơm trên biểu đồ

  - Dựa trên đường đặc tính của máy bơm Omega 300-300B:

  - Lưu lượng từ Q = 185 ¸ 275 (l/s)

  - Cột áp H = 12,5 ¸ 19 (m)

     *Cách xây dựng đường đặc tính bơm trên biểu đồ:

ứng với từng điểm trên đường đặc tính của máy bơm Omega 300-300B trong cẩm nang chọn bơm ta có từng cặp Q-H tương ứng. Từ những cặp Q-H tương ứng đó ta đưa sang biểu đồ và nối những điểm đó với nhau ta được đường đặc tính máy bơm trên biểu đồ.

     * Xây dựng đường đặc tính của 2 máy bơm làm việc song song (2 bơm cùng 1 chủng loại)

- Cách xây dựng 2 máy bơm làm việc song song là ứng với từng điểm trên đường đặc tính 1 máy bơm trên biểu đồ mà ta vừa xác định, giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng lên 2 lần (giữ nguyên tung độ, tăng hoành độ lên 2 lần) từ đó ta sẽ có từng điểm tương ứng và nối các điểm đó lại với nhau thành đường đặc tính của 2 máy bơm làm việc song song.  

III.2.8.2. Xây dựng đường đặc tính của ống dẫn

Ta có phương trình đường đặc tính:

H_2ống = H_đh + a.H_d (m)

H_2ống: Tổn thất áp lực trên mỗi đường ống dẫn tương ứng với lưu lượng vận chuyển chia đôi (vì hai đường ống dẫn có cùng đường kính và chiều dài vận chuyển) (m)

H_đh : Cột nước địa hình (m)

H_đh= (Z₀- Z_h ) + h₀

Z₀: Cốt mực nước tại công trình xử lý nước đầu tiên, Z_c = 169,4 (m)

Z_h: Cốt mực nước thấp nhất trong ngăn hút, Z_h = 158,432 (m)

  h₀ :  áp lực tự do tại bể trộn h₀ = 1 ¸ 2 (m) ® chọn h₀ = 2 (m)

H_đh= (169,4 – 158,432) + 2 » 12,97 (m)

a: Hệ số tính đến tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn, ta lấy a = 1,1

H_d : Tổn thất áp lực theo chiều dài ống dẫn.

Bảng xác định đ­ường đặc tính của 2 ống dẫn

Q (l/s)	D (mm)	L (Km)	1000i	Hd	a	a´ Hd	Hđh	H2ống
			(Q/2)
100	400	0,1	0,57	0,057	1,1	0,063	12,97	13,033
150	400	0,1	1,18	0,118	1,1	0,130	12,97	13,100
200	400	0,1	2,0	0,200	1,1	0,22	12,97	13,190
250	400	0,1	3,02	0,302	1,1	0,332	12,97	13,302
300	400	0,1	4,23	0,423	1,1	0,465	12,97	13,435

 

III.2.8.3. Kiểm tra khả năng chuyển tải của ống dẫn khi có sự cố

- Tuyến ống dẫn nước từ trạm bơm cấp I về công trình xử lý nước đầu tiên có chiều dài L = 100 (m) bằng 2 đường ống dẫn song song.

- Do đoạn ống chỉ dài 100 (m) nên không cần phải bố trí ống nối trên đường ống vần chuyển nước thô từ trạm bơm cấp I đến TXL.

- Theo tiêu chuẩn thiết kế TCN 33-06, khi xảy ra sự cố trên đường ống dẫn, thì lưu lượng nước dẫn về đến trạm xử lý vẫn phải đảm bảo 70% lưu lượng tính toán.

- Lưu lượng phải đảm bảo khi một đường ống dẫn gặp sự cố:

Q_SC = 70% ´ Q_bt = 0,7 ´ 417  = 292 (l/s)

* Ta có phương trình đường đặc tính:

H_ống = H_đh + a.H_d (m)

H_ống: Tổn thất áp lực trên mỗi đường ống dẫn (m)

H_đh : Cột nước địa hình, H_đh = 12,97 (m)

H_d: Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước thô khi một đường ống bị sự cố, được tính theo công thức:

H_d = 1000i₁´ (n-1) +1000i₂´  (m)

Trong đó:

L: Chiều dài tuyến ống dẫn, L = 0,1 (km)

n: số đoạn ống dẫn, n = 1

1000i₁: Tổn thất áp lực trên tuyến ống nhưng lưu lượng tải là Q/2.

1000i₂: Tổn thất áp lực trên tuyến ống nhưng lưu lượng tải là Q.

Þ H_d = 1000i₂ ´ L (m)

*Điều kiện kiểm tra ống khi bị sự cố:

Q_SC ³ 0,7 Q_BT

Q (l/s)	D (mm)	L (Km)	1000i2	Hd	a	a´ Hd	Hđh	Hống
			(Q)
100	400	0,1	2,0	0,20	1,1	0,22	12,97	13,190
150	400	0,1	4,23	0,423	1,1	0,465	12,97	13,435
200	400	0,1	7,43	0,743	1,1	0,817	12,97	13,787
250	400	0,1	11,6	1,160	1,1	1,276	12,97	14,246
300	400	0,1	16,7	1,670	1,1	1,837	12,97	14,807
350	400	0,1	22,8	2,280	1,1	2,508	12,97	15,478
400	400	0,1	29,7	2,970	1,1	3,267	12,97	16,237

 

* Trên biểu đồ cho ta xác định các điểm làm việc của hệ thống.

- Đường số 1: Đường đặc tính của máy bơm Omega 300 - 300B.

- Đường số 2: Đường đặc tính của 2 máy bơm Omega 300 – 300B cùng làm việc song song.

- Đường số 3: Đường đặc tính của 2 ống dẫn.

- Đường số 4: Đường đặc tính của 2 ống dẫn khi có một ống dẫn có chiều dài 100 m bị sự cố.

* Các điểm trên biểu đồ:

- Điểm A: Tương ứng có: Q_A= 208,5 (l/s) và H_A = 17 (m) theo cataglo của máy bơm ta chọn

- Điểm B: Tương ứng có: Q_B = 430 (l/s) và H_B = 16,5 (m). Điểm làm việc của 2 máy bơm trên 2 đường ống.  

- Điểm C: Điểm làm việc của 2 máy bơm trên 1 đường ống trong trường hợp một ống bị sự cố, tương ứng: Q_C = 378 (l/s) và H_C = 18,5 (m)

- Điểm D: Điểm làm việc của một máy bơm khi làm việc trong hệ thống song song. 

Kết luận:

           - Khi 2 máy bơm làm việc với 2 đường ống, lưu lượng cấp đuợc là 430 (l/s),  như vậy là lớn hơn mức yêu cầu, nhưng với độ chênh lệch ít, có thể chấp nhận được, áp lực là 16,5 (m) so với áp lực yêu cầu là 17 (m) cũng xấp xỉ nhau nên cũng có thể chấp nhận được.

           - Khi có sự cố, lưu lượng vẫn đảm bảo 378 (l/s) (thoả mãn điều kiện đảm bảo 70% lưu lượng tính toán khi có một đương ống gặp sự cố), áp lực đạt 18,5 (m).

      Như vậy bơm đã chọn là hợp lý.

III.2.9. Thiết bị mồi bơm

Ta sử dụng bơm chân không để mồi cho bơm ly tâm. ống hút của bơm chân không nối với phần cao nhất trên thân bơm ly tâm, ống đẩy nối với thùng tuần hoàn. Thùng tuần hoàn có nhiệm vụ cấp nước mồi bơm chân không và bù lượng nước trong bơm chân không bị hao hụt trong quá trình làm việc, đồng thời nó cũng là nơi tiếp nhận khí, nước do bơm chân không đẩy ra.

Lưu lượng của bơm chân không có thể xác định theo công thức:

Trong đó :

+ k: Hệ số dự trữ, k = 1,05 ¸ 1,1. Lấy k = 1,05

+ W_o^k: Thể tích khối không khí trong ống hút bơm li tâm (m³).

+ Thể tích khối không khí trong thân bơm ly tâm,

Lấy

+ H_a: áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc bình thường, H_a = 10 (m)

+ T = 4 (phút): Thời gian mồi bơm ly tâm.

+ H^h_hh = 3,87 (m): Chiều cao hút hình học của bơm ly tâm.

Þ

Độ chân không nên chọn từ H_CK = 8 ¸ 9 (m). Lấy H_CK = 8,5 (m).

Þ Vậy từ các thông số Q = 1,15 (m³/ph) và H_CK = 8,5 (m), ta chọn được bơm chân không kiểu vòng nước (1 làm việc, 1 dự phòng).

III.3. THIếT Kế TRạM BƠM CấP ii

III.3.1. Chế độ làm việc của trạm bơm cấp II

Theo thiết kế ta có: công suất của trạm bơm cấp 2 = 34250 (m³/ngđ)

Trạm bơm cấp II làm việc theo 3 cấp:

* Cấp 1: Q_b^{cấp 1}  = 1,93%.Q_ngđ = 661,03 (m³/h) » 184 (l/s) trong 5h từ 23h ¸ 4h.

* Cấp 2: Q_b^{cấp 2}  = 3,46%.Q_ngđ = 1185,05 (m³/h) » 330 (l/s) trong 4h từ 4h ¸ 6h và từ 21h ¸ 23h.

* Cấp 3: Q_b^{cấp 3}  = 5,1%.Q_ngđ = 1746,75 (m³/h) » 486 (l/s) trong 15h từ 6h ¸ 21h.

III.3.2. Số lượng máy bơm nước sinh hoạt trong trạm bơm cấp II

Dựa vào chế độ làm việc của trạm bơm cấp 2, chọn số lượng bơm nước sinh hoạt trong trạm bơm như sau:

+ Chế độ bơm cấp 1 (giờ dùng nước Min): 1 bơm làm việc với lưu lượng Q_1b = Q_b^{cấp 1} = 184 (l/s) trong 5h từ 23h ¸ 4h.

 + Chế độ bơm cấp 2: 2 bơm làm việc đồng thời với lưu lượng mỗi bơm Q_1b = Q_b^{cấp 2}/2 = 165 (l/s) trong 4h từ 4h ¸ 6h và từ 21h ¸ 23h.

 + Chế độ bơm cấp 3 (giờ dùng nước Max): 3 bơm làm việc đồng thời với lưu lượng mỗi bơm Q_1b = Q_b^{cấp 3}/3 = 162 (l/s) trong 15h từ 6h ¸ 21h.

III.3.3. Tính toán sơ bộ trạm bơm cấp II

- Thiết kế 2 đường ống đẩy từ trạm bơm cấp II đến điểm đầu mạng lưới. Hai đường ống bằng thép có đường kính D = 500 (mm) và chiều dài là L = 200 (m).

       * Kiểm tra vận tốc tuyến ống dẫn:

          - Trong trường hợp giờ dùng nước lớn nhất, với lưu lượng bơm là:

Q^max_bơm= 486 (l/s).

Như vậy lưu lượng mỗi ống là : Q_1ống = 486/2 = 243 (l/s).

Tra bảng tra thuỷ lực Sevelep có: v = 1,49 (m/s), 1000i = 7,43

           - Trong trường hợp giờ dùng nước lớn nhất, một trong 2 đường ống dẫn xảy ra sự cố, còn lại một đường ống phải đảm bảo 70% lưu lượng tính toán : 0,7 x 400 = 280 (l/s).

Tra bảng tra thuỷ lực Sevelep có v = 2,08 (m/s); 1000i = 14,6

Vận tốc này nằm trong giới hạn cho phép quy định trong tiêu chuẩn thiết kế 20TCN 33-85 là: v < 2,0 (m/s).

-          Trong trường hợp giờ bơm Min, với lưu lượng bơm là:

Q^min_bơm = 225 (l/s).

       Như vậy lưu lượng mỗi ống là: Q_1ống = 225/2 = 112.5 (l/s). Tra bảng tra thuỷ lực của Sevelep có v = 0,77 (m/s); 1000i =2,15

           - Trong trường hợp dùng nước lớn nhất và có cháy. Lưu lượng nước chữa cháy bằng 28 l/s, xảy ra 2 đám cháy đồng thời. Tổng lưu lượng là: 400 + 2´28 = 456 (l/s)

Như vậy lưu lượng mỗi ống là : Q_1ống = 456/2 = 228 (l/s).

Tra bảng tra thuỷ lực Sevelep có v =1,69 (m/s), 1000i = 9,66

        - Theo quy phạm TCN 33-85, vận tốc ống chảy chung: v = 1,2¸ 2 (m/s) cho phép thay đổi 20%.

=> Vận tốc ống chảy trong giờ Min đảm bảo.

III.3.4. Tính áp lực sơ bộ

- Tính toán với đài nằm ở đầu mạng lưới. Theo 2 trường hợp: giờ dùng nước lớn nhất, giờ dùng nước lớn nhất và có cháy.

- Cột áp toàn phần của máy bơm vào giờ dùng nước max:

H_b^TP = H_đh + H_b + h_b (m)

   Trong đó

H_b^TP: áp lực toàn phần của máy bơm (m)

H_đh: chiều cao bơm nước địa hình được xác định theo công thức:

H_đh = Z_TBII - Z_b^min (m)

            Z_TBII: Cốt mặt đất tại trạm bơm cấp II, Z_TBII = 163,5 (m)

            Z_b^min: Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa, Z_b^min = 161,22 (m)

H_đh = 163,5 – 161,22 = 2,28 (m)

H_b: áp lực đẩy của máy bơm trong giờ dùng nước lớn nhất (m)

Dựa vào tính toán thủy lực ở phần mạng lưới, ta có:

H_b = Pressure (100) = 42,06 (m)

h_b: Tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp II, h_b= 2¸3 (m).

Chọn sơ bộ h_b = 2,5 (m)

Vậy:     H_b^TP  = 2,28 + 42,06 + 2,5 = 46,84 (m) » 47 (m)

- Cột áp toàn phần của máy bơm vào giờ dùng nước max có cháy:

Vào giờ dùng nước max có cháy đài không làm việc, bơm chữa cháy làm việc để bổ sung lượng nước chữa cháy và lượng nước do đài cấp:

H_b^MaxCC =  H_đh + H_b’ + h_b (m)

   Trong đó

H_b^MaxCC: áp lực toàn phần của máy bơm (m)

H_đh: chiều cao bơm nước địa hình được xác định theo công thức:

H_đh = Z_TBII - Z_b^min (m)

            Z_TBII: Cốt mặt đất tại trạm bơm cấp II, Z_TBII = 163,5 (m)

            Z_b^min: Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa, Z_b^min = 161,22 (m)

H_đh = 163,5 – 161,22 = 2,28 (m)

H_b’: áp lực đẩy của máy bơm trong giờ dùng nước max có cháy (m)

Phải đảm bảo áp lực cần thiết chữa cháy tại ngôi nhà bất lợi là 10 (m)

Dựa vào tính toán thủy lực ở phần mạng lưới, ta có:

H_b’ = Pressure (100) = 39,86 (m)

h_b: Tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp II, h_b= 2¸3 (m).

Chọn sơ bộ h_b = 3 (m)

Vậy:    

H_b^MaxCC  = 2,28 + 39,86 + 3 = 45,14 (m) » 45,5 (m)

III.3.5. Chọn máy bơm

* Nhận xét chọn máy bơm:

            Bơm sinh hoạt có các thông số: Q_b = 162 ¸ 184 (l/s); H = 47 (m)

            Bơm chữa cháy vào giờ dùng nước lớn nhất có các thông số:

Q_b^CC = 162 + 60/3 = 182 (l/s); H = 45,5 (m)

            Ta thấy lưu lượng của 1 bơm hoạt động trong giờ min (184 (l/s))  lưu lượng của 1 bơm hoạt động trong giờ max + cháy (182 (l/s)). áp lực bơm khi cung cấp cho sinh hoạt (47 (m)) và áp lực bơm khi cung cấp để chữa cháy (45,5 (m)) không chênh lệch nhau nhiều lắm.

Từ các thông số đã tính chọn 5 máy bơm cùng loại với thông số của máy bơm: Q_b = 162 (l/s) và H_b^TP = 47 (m); trong đó 3 máy làm việc, 2 máy dự phòng + chữa cháy.

Trong quá trình hoạt động: có luân phiên 3 trong 5 máy hoạt động, còn 2 máy dự trữ. Khi có cháy thì máy bơm sinh hoạt vẫn có thể cung cấp đủ nước và áp lực cần thiết để chữa cháy. Do các máy bơm luôn được vận hành nên khi có cháy thì khả năng đáp ứng nước để dập tắt đám cháy luôn được đảm bảo.

* Chọn máy bơm :

Từ các thông số đã tính, chọn máy bơm có:

Q_1b = 162 (l/s), H_b^TP = 47 (m)

Chọn máy bơm ly tâm  2 của nước vào loại CPR 250 – 380T.

Các thông số kĩ thuật của loại bơm này như sau:

- Hiệu suất:                                          78 %

- Lưu lượng:                           150 ¸ 280 (l/s)

- Cột áp toàn phần:                               35 ¸ 48 (m)

- Số vòng quay :                                   1450 (v/ph)

- Công suất động cơ :                94,15 (Kw)

- Đường kính bánh xe công tác: 403 (mm)

- NPSH                                    4,13 (m)

- Đường kính miệng hút :                      250 (mm)

- Đường kính miệng đẩy :          250 (mm)

III.3.6. Tính toán kĩ thuật trạm bơm cấp II

III.3.6.1. Sơ đồ bố trí trạm bơm cấp II

Sơ đồ làm việc của trạm bơm cấp II

III.3.6.2. ống hút chung (ống số 1 và ống số 2)

- 2 ống hút chung với lưu lượng mỗi ống là: 243 (l/s)

D = 600 (mm),  v = 0,815 (m/s),  1000i = 1,41

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống hút từ 0,8 ¸ 1,5 (m/s)

III.3.6.3. ống hút chung trong trạm bơm

Chọn một ống gom chung phải đảm bảo 70 % lưu lượng tính toán.

Q_70% = 70% ´ 486 = 340,2 (l/s)

ứng với lưu lượng của đường ống là 340,2 (l/s), tra bảng ta được:

D = 600 (mm), v = 1,14 (m/s), 1000i = 2,64

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống hút từ 0,8 ¸ 1,5 (m/s)

III.3.6.4.  ống hút riêng

ứng với lưu lượng của mỗi máy là 162 (l/s) tra bảng ta được:

D = 450 (mm), v = 0,95 (m/s), 1000i = 2,7

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống hút từ 0,8 ¸ 1,5 (m/s)

III.3.6.5. ống đẩy riêng

ứng với lưu lượng của mỗi máy là 162 (l/s) tra bảng ta được:

D = 400 (mm), v = 1,21 (m/s), 1000i = 4,88

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống đẩy từ 1,0 ¸ 3,0 (m/s)

III.3.6.6. ống đẩy chung trong trạm bơm (ống gom nước)

Chọn 1 ống gom chung phải đảm bảo 70% lưu lượng tính toán.

Q_70% = 70% ´ 486 = 340,2 (l/s), tra bảng ta được:

D = 500 (mm), v = 1,63 (m/s), 1000i = 6,69

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống đẩy từ 1,0 ¸ 3,0 (m/s).

III.3.6.7. ống đẩy chung dẫn đến đầu mạng lưới

- Dùng 2 đường ống bằng thép để dẫn nước từ trạm bơm 2 đến điểm đầu mạng lưới với chiều dài mỗi ống là 0,2 (km)

- Với lưu lượng mỗi ống:           Q_1ống = 243 (l/s)

      Tra bảng ta có:

D = 500 (mm), v = 1,17 (m/s), 1000i = 3,44

Vận tốc cho phép của ống đẩy từ 1,0 ¸ 3,0 (m/s) (Theo TCN 33-06)

III.3.7. Tính tổn thất áp lực

- Tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp II được tính theo trường hợp trạm bơm làm việc ở chế độ dùng nước lớn nhất và có cháy trong mạng lưới. Tính toán theo công thức:                   

h_b= Sh_d + Sh_cb (m)

Trong đó:

h_b: Tổn thất cục bộ của trạm bơm cấp II (m).

Sh_d : Tổn thất trên đường ống hút và đẩy trong trạm (m).

Sh_cb : Tổn thất cục bộ qua các thiết bị phụ tùng trong trạm bơm cấp II (m).

a. Tổn thất áp lực phần ống hút

- Tổn thất áp lực trong phần ống hút bao gồm tổn thất áp lực trong đường ống hút chung và trong các đường ống hút riêng của mỗi máy bơm.

* Tổn thất áp lực trên đường ống hút chung:

- Bao gồm tổn thất áp lực theo chiều dài và tổn thất cục bộ. Chiều dài của đường ống hút chung bằng 15 (m). Lưu lượng của đường ống hút chung trong trường hợp dùng nước lớn nhất và có cháy bằng 273 (l/s). Tra bảng ta có:

D = 600 (mm),v = 0,92 (m/s), 1000i = 1,75

Vậy tổn thất theo chiều dài ống là:

h^c_d = L ´ 1000i = 0,015 ´ 1,75 » 0,026 (m)

Đường ống hút riêng có chiều dài 3 (m). Với lưu lượng của mỗi máy là:

Q_{1máy bơm} = 182 (l/s), D = 450 (mm), v = 1,07 (m/s), 1000i = 3,35

- Tổn thất áp lực của ống hút riêng:

h^r_d= L ´ 1000i = 0,003 ´ 3,35 » 0,01 (m)

- Tổn thất theo chiều dài ống hút:

h_d = h^c_d + h^r_d=  0,026 + 0,01 = 0,036 (m)

- Cũng trong phần hút có các phụ tùng thiết bị gây ra tổn thất áp lực gồm có:

 

* Trên đường ống hút chung

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x)	Vh (m/s)
Phễu	1	0,15	Vh = 0,92
Van khoá	1	1,0
Tê	1	1,0
Cút 900	1	0,5

 

* Trên đường ống hút riêng

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x)	Vh (m/s)
Tê	1	1,5	Vh = 1,07
Van khoá	1	1
Côn thu 450 ´ 250	1	0,1

 

+ Tổng hệ số kháng các phụ tùng, thiết bị trên đường ống hút chung:

Sx₁ = 1 ´ 0,15 + 1x1,0+ 1x1,0 + 1x0,5 = 2,65

+ Tổn thất áp lực do các phụ tùng, thiết bị trên đường ống hút chung:

h^I_cb =   Sx₁.V₁²/2g = 2,65 ´ 0,92²/(2.9,81) » 0,114 (m).

+ Tổng hệ số kháng các phụ tùng, thiết bị trên đường ống hút riêng:

                                     Sx₂ = 1x1,5 + 1x1 + 1x0,1 = 2,6

+ Tổn thất áp lực do các phụ tùng, thiết bị của nhóm II gây ra:

h^II_cb =   Sx₂ .v₂²/(2g) = 2,6 ´ 1,07²/(2.9,81) » 0,152 (m)

+ Tổn thất áp lực cục bộ của phần ống hút: 

h_cb = h^I_cb +h^II_cb = 0,114 + 0,152 = 0,266 m

+ Tổng tổn thất áp lực trên đường ống  hút của trạm bơm cấp II là :

                             h_hút = h_d + h_cb = 0,036 + 0,266 = 0,302 (m)

b. Tổn thất áp lực phần ống đẩy

Tổn thất áp lực trên đường ống đẩy được tính trong trường hợp dùng nước lớn nhất và có cháy trong mạng lưới.

Bao gồm tổn thất trên đường ống đẩy chung và trên đường ống đẩy riêng nối với mỗi máy bơm. Trên đường ống đẩy riêng đựơc tính với máy bơm ở vị trí bất lợi nhất, có tổng chiều dài đến đường ống đẩy chung là dài nhất.

Chiều dài ống đẩy riêng:

            L = 3 (m)                      Q = 182 (l/s)

            D = 400 (mm)  v= 1,35 (m/s)    1000i = 6,16

- Tổn thất áp lực theo chiều dài trên ống đẩy riêng:

h^r_d = L x 1000i = 0,003 x 6,16 » 0,019 (m)

Chiều dài ống đẩy chung:

            L = 5 (m)                      Q = 273 (l/s)

            D = 500 (mm)  v = 1,31 (m/s)   1000i = 4,31

- Tổn thất áp lực theo chiều dài trên ống đẩy chung:

h^c_d = L x 1000i = 0,005 x 4,31 » 0,022 (m)

=> Tổn thất theo chiều dài ống đẩy trong trạm:

h_d = h^c_d + h^r_d = 0,022 + 0,019 = 0,041 (m)

- Trong phần ống đẩy riêng có các phụ tùng gây ra tổn thất áp lực:

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x)	Vđ (m/s)
Côn mở 250 ´ 400	1	0,25	Vđ = 1,35
Van 1 chiều	1	1,7
Van khoá	1	1
Tê	1	1,5

 

+ Tổng hệ số kháng của các phụ tùng trên đường ống đẩy riêng:

Sx = 1.0,25 + 1.1,7 + 1.1 + 1.1,5 = 4,45

+ Tổn thất áp lực cục bộ trên đường ống đẩy riêng:

h_cb^r =   Sx .v²/2g = 4,45. 1,35²/(2.9,81) » 0,413 (m)

- Trong phần ống đẩy chung có các phụ tùng gây ra tổn thất áp lực:

 

Chủng loại	Số lượng (cái)	Tổn thất (x)	Vđ (m/s)
Tê	1	1	Vđ = 1,31
Van khóa	1	1

 

+ Tổng hệ số kháng các phụ tùng trên đường ống đẩy chung là:

Sx =1.1 + 1.1 = 2

+ Tổn thất áp lực cục bộ trên đường ống đẩy riêng:

h_cb^c =   Sx .v²/2g = 2. 1,31²/(2.9,81) » 0,175 (m)

=> Tổn thất cục bộ trên đường ống đẩy trong trạm bơm cấp II:

h_cb = h^r_cb + h^c_cb = 0,413 + 0,175 = 0,588 (m)

+ Tổng tổn thất áp lực trên đường ống đẩy của trạm bơm cấp II là:

h­^đẩy = h_cb + h_d = 0,588 + 0,041 = 0,629 (m)

* Tổng tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp II là :

åh_II = h^hút + h^dẩy = 0,302 + 0,629  = 0,931 (m)

III.3.8. Tính áp lực thực tế của máy bơm

- Cột áp toàn phần của máy bơm vào giờ dùng nước max:

H_b^TP = H_đh + H_b + h_b (m)

   Trong đó:

H_b^TP: áp lực toàn phần của máy bơm (m)

H_đh: chiều cao bơm nước địa hình được xác định theo công thức:

H_đh = Z_TBII - Z_b^min (m)

            Z_TBII: Cốt mặt đất tại trạm bơm cấp II, Z_TBII = 163,5 (m)

            Z_b^min: Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa, Z_b^min = 161,22 (m)

H_đh = 163,5 – 161,22 = 2,28 (m)

H_b: áp lực đẩy của máy bơm trong giờ dùng nước lớn nhất (m)

Dựa vào tính toán thủy lực ở phần mạng lưới, ta có:

H_b = Pressure (100) = 42,06 (m)

h_b: Tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp II, h_b= 0,931 (m)

Vậy:    

H_b^TP  = 2,28 + 42,06 + 0,931 = 45,271 (m) » 45,5 (m)

- Cột áp toàn phần của máy bơm vào giờ dùng nước max có cháy:

Vào giờ dùng nước max có cháy đài không làm việc, bơm chữa cháy làm việc để bổ sung lượng nước chữa cháy và lượng nước do đài cấp:

H_b^MaxCC =  H_đh + H_b’ + h_b (m)

   Trong đó

H_b^MaxCC: áp lực toàn phần của máy bơm (m)

H_đh: chiều cao bơm nước địa hình được xác định theo công thức:

H_đh = Z_TBII - Z_b^min (m)

            Z_TBII: Cốt mặt đất tại trạm bơm cấp II, Z_TBII = 163,5 (m)

            Z_b^min: Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa, Z_b^min = 161,22 (m)

H_đh = 163,5 – 161,22 = 2,28 (m)

H_b’: áp lực đẩy của máy bơm trong giờ dùng nước max có cháy (m)

Phải đảm bảo áp lực cần thiết chữa cháy tại ngôi nhà bất lợi là 10 (m)

Dựa vào tính toán thủy lực ở phần mạng lưới, ta có:

H_b’ = Pressure (100) = 39,86 (m)

h_b: Tổn thất áp lực trong trạm bơm cấp II, h_b= 0,931 (m)

Vậy:    

H_b^MaxCC  = 2,28 + 39,86 + 0,931 = 43,071 (m) » 43,5 (m)

Vậy áp lực của máy bơm đã chọn là 47 (m) Þ thoả mãn

III.3.9. Xác định cốt trục máy bơm

Cao trình trục bơm được xác định theo công thức :

Z^CT_{Trục bom} = Z_{bể chứa}^MNTN  + H_đh^h (m)

Trong đó :

H^h_đh : Chiều cao hút nước địa hình

 (m)

                        P_a  : áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc (kg/m²)

                        p_bh : áp suất bốc hơi bão hoà của chất lỏng bơm ở nhiệt độ làm việc (kg/m²)

ở điều kiện bình thường:  (tra bảng – Giáo trình Máy bơm và Trạm bơm cấp thoát nước)

                        h_h: Tổn thất trên ống hút h_h = 0,302 (m)

                        NPSH_A: Độ dự trữ chống xâm thực cho phép

NPSH_A ³ NPSH +S (m)

                                                        NPSH : Độ dự trữ chống xâm thực cần thiết, NPSH = 4,13 (m)

                                S : Độ dự trữ an toàn, S = 0,5 (m)

Þ NPSH_A ³ 4,13 + 0,5 = 4,63 (m)

Þ H_đh^h  ≤ 10,2 - 0,3 - 0,302 - 4,63 (m)

Þ H_đh^h  ≤ 4,968 (m)

Chọn H_đh^h = 0,58 (m)  

Z_{bể chứa}^MNTN : Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa, Z_{bể chứa}^MNTN = 161,22 (m)

Vậy cốt trục máy bơm:

Z^CT_{Trục bom} = Z_{bể hút}^MNTN + H_đh^h = 161,22 + 0,58 = 161,8 (m)

Vậy  Z^CT_{Trục bom}  = 161,8 (m)

- Chiều cao cốt trục bơm so với mặt đất:

DH = Z^CT_{Trục bom} – Z_TBII = 161,8 – 163,5 = - 1,7 (m)

III.3.10. xây dựng đường đặc tính tổng hợp

III.3.10.1. Xây dựng đường đặc tính của máy bơm trên biểu đồ

- Trạm bơm cấp II làm việc theo 3 cấp:

+ Chế độ bơm cấp 1 (giờ dùng nước Min): 1 bơm làm việc với lưu lượng Q_1b = Q_b^{cấp 1} = 184 (l/s) trong 5h từ 23h ¸ 4h.

 + Chế độ bơm cấp 2: 2 bơm làm việc đồng thời với lưu lượng mỗi bơm Q_1b = Q_b^{cấp 2}/2 = 165 (l/s) trong 4h từ 4h ¸ 6h và từ 21h ¸ 23h.

 + Chế độ bơm cấp 3 (giờ dùng nước Max): 3 bơm làm việc đồng thời với lưu lượng mỗi bơm Q_1b = Q_b^{cấp 3}/3 = 162 (l/s) trong 15h từ 6h ¸ 21h.

- Từ Q, H sử dụng máy bơm CPR 250 - 380T có các thông số:

+ Lưu lượng: 150 ¸ 280 (l/s)

+ Cột áp toàn phần: 35 ¸ 48 (m)

* Cách xây dựng đường đặc tính bơm trên biểu đồ:

          ứng với từng điểm trên đường đặc tính của máy bơm CPR 250 – 380T, ta có từng cặp Q - H tương ứng. Từ những cặp Q - H tương ứng đó ta đưa sang biểu đồ và nối những điểm đó với nhau ta được đường đặc tính máy bơm trên biểu đồ.

* Xây dựng đường đặc tính của 3 máy bơm làm việc song song (3 bơm cùng 1 chủng loại)

- Cách xây dựng 3 máy bơm làm việc song song, nghĩa là ứng với từng điểm trên đường đặc tính 1 máy bơm trên biểu đồ mà ta vừa xác định, giữ nguyên cột áp và tăng lưu lượng lên 3 lần (giữ nguyên tung độ, tăng hoành độ lên 3 lần) từ đó ta sẽ có từng điểm tương ứng và nối các điểm đó lại với nhau thành đường đặc tính của 3 máy bơm làm việc song song.  

III.3.10.2. Xây dựng đường đặc tính của 2 ống dẫn

Có chế độ bơm là Q = 486 (l/s)

Ta có 2 đường ống đẩy chung với D = 500 (mm), chiều dài L = 0,2 (km) cho nên mỗi ống làm việc với lưu lượng là: Q_1ống = 486/2 = 243 (l/s)

Phương trình đường đặc tính: H_ống = H_dh + a´h_d (m)

* Giờ dùng nước lớn nhất :

H_ống = H_dh + a´h_d (m)

         H_ống: Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn (m)

         H_dh: Cột nước địa hình (m)

                                    H_dh= (Z_c - Z_h) + h₀ (m)

                                    H_dh= 163,7 – 161,22 + 41,1 = 43,58 (m)

          Z_c: Cao độ tại điểm đầu mạng lưới. Z_C = 163,7 (m)

Z_h: Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa Z_h = 161,22 (m)

h₀: áp lực tự do tại điểm đầu mạng lưới, h₀ = 41,1 (m)

 a: Hệ số tính đến tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn, ta lấy a = 1,1

 

Đường đặc tính ống dẫn – trong giờ dùng nước lớn nhất

Q (l/s)	D (mm)	L (Km)	1000i	Hd	a	a´Hd	Hdh	H2ống
			(Q/2)
100	500	0,2	0,195	0,039	1,1	0,043	43,58	43,623
150	500	0,2	0,40	0,080	1,1	0,088	43,58	43,668
200	500	0,2	0,67	0,134	1,1	0,147	43,58	43,727
250	500	0,2	1,01	0,202	1,1	0,222	43,58	43,802
300	500	0,2	1,41	0,282	1,1	0,310	43,58	43,890
350	500	0,2	1,87	0,374	1,1	0,411	43,58	43,991
400	500	0,2	2,39	0,478	1,1	0,526	43,58	44,106
450	500	0,2	2,98	0,596	1,1	0,656	43,58	44,236
500	500	0,2	3,63	0,726	1,1	0,799	43,58	44,379

 

           

III.3.10.3. Kiểm tra khả năng chuyển tải của tuyến dẫn nước sạch với trường hợp xảy ra sự cố

- Tuyến ống dẫn nước sạch từ trạm bơm cấp II đến điểm đầu tiên của mạng lưới có chiều dài L = 200 (m) bằng 2 đường ống dẫn song song.

- Do đoạn ống chỉ dài 200 (m) nên không cần phải bố trí ống nối trên đường ống vần chuyển nước sạch từ trạm bơm cấp II đến điểm đầu tiên của mạng lưới. 

- Trạm bơm có độ tin cậy bậc I nên khi bị sự cố 1 ống thì ống còn lại phải đảm bảo 70% công suất  nước sinh hoạt, 100% công suất nước công ngiệp theo tính toán trở lên.

- Lưu lượng yêu cầu của ống còn lại khi một ống dẫn bị sự cố:

Q_sc = Q_CN +70%.(Q^max_ngđ - Q_CN) = 52,5 + 0,7 ´ (486 – 52,5) = 355,95 (l/s)

ứng với Q = 355,95 (l/s), D = 500 (mm) tra bảng ta có: v = 1,7 (m/s), 1000i = 7,33. Khi có sự cố xảy ra thì vận tốc trong ống vẫn nằm trong giới hạn cho phép (v_SC £ 2 (m/s))

* Ta có phương trình đường đặc tính:

H_ống = H_đh + a.H_d (m)

H_ống: Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn (m)

H_đh: Cột nước địa hình, H_đh = 43,58 (m)

H_d: Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước sạch khi một đường ống bị sự cố, được tính theo công thức:

H_d = 1000i₁´ (n-1) +1000i₂´  (m)

Trong đó:

L: Chiều dài tuyến ống dẫn, L = 0,2 (km)

n: số đoạn ống dẫn, n = 1

1000i₁: Tổn thất áp lực trên tuyến ống nhưng lưu lượng tải là Q/2.

1000i₂: Tổn thất áp lực trên tuyến ống nhưng lưu lượng tải là Q.

Þ H_d = 1000i₂ ´ L (m)

*Điều kiện kiểm tra ống khi bị sự cố:

Q_SC ³ 0,7 Q_BT

Q (l/s)	D (mm)	L (Km)	1000i2	Hd	a	a´Hd	Hdh	Hống
			(Q)
100	500	0,2	0,67	0,134	1,1	0,147	43,58	43,727
150	500	0,2	1,41	0,282	1,1	0,310	43,58	43,890
200	500	0,2	2,39	0,478	1,1	0,526	43,58	44,106
250	500	0,2	3,63	0,726	1,1	0,799	43,58	44,379
300	500	0,2	5,20	1,040	1,1	1,144	43,58	44,724
350	500	0,2	7,09	1,418	1,1	1,560	43,58	45,140
400	500	0,2	9,25	1,850	1,1	2,035	43,58	45,615
450	500	0,2	11,7	2,340	1,1	2,574	43,58	46,154
500	500	0,2	14,5	2,900	1,1	3,190	43,58	46,770

 

* Trên biểu đồ cho ta xác định các điểm làm việc của hệ thống.

- Đường số 1: Đường đặc tính của máy bơm CPR 250 - 380T.

- Đường số 2: Đường đặc tính của 3 máy bơm CPR 250 - 380T cùng làm việc song song.

- Đường số 3: Đường đặc tính của 2 ống dẫn

- Đường số 4: Đường đặc tính của 2 ống dẫn khi có một đường ống dẫn có chiều dài 200 m bị sự cố.

* Các điểm trên biểu đồ:

- Điểm A: Tương ứng có: Q_A= 162 (l/s) và H_A = 47 (m) theo cataglo của máy bơm ta chọn.

- Điểm B: Tương ứng có: Q_B = 508 (l/s) và H_B = 46,5 (m). Điểm làm việc của 3 máy bơm trên 2 đường ống.  

- Điểm C: Điểm làm việc của 3 máy bơm trên 1 đường ống trong trường hợp một đường ống bị sự cố, tương ứng: Q_C = 465 (l/s) và H_C = 47,5 (m)

- Điểm D: Điểm làm việc của một máy bơm khi làm việc trong hệ thống song song. 

Kết luận: Từ đường đặc tính ta thấy, khi 3 máy bơm làm việc với 2 đường ống, lưu lượng cấp được là 508 (l/s), chênh lệch không lớn lắm với yêu cầu là 486 (l/s). Khi có sự cố, lưu lượng đạt 465 (l/s) lớn hơn yêu cầu là 316 (l/s).

Như vậy máy bơm đã chọn là hợp lý.

III.3.11. Thiết kế bơm rửa lọc

            Theo tính toán ở phần Trạm xử lý, trong trạm bơm II có 2 máy bơm rửa lọc (1 làm việc và 1 dự phòng), mỗi máy có: Q = 288 (l/s) và H = 13 (m)

Từ sổ tay máy bơm, ta chọn máy bơm ly tâm 2 của nước vào loại Omega 300 - 300A

Các thông số kĩ thuật của loại bơm này như sau:

- Hiệu suất:                                          78 %

- Lưu lượng:                                         220 ¸ 330 (l/s)

- Cột áp toàn phần:                               11,5 ¸ 19 (m)

- Số vòng quay:                                    1450 (v/ph)

- Công suất động cơ:                             50 (Kw)

- NPSH:                                                           5,0 (m)

- Đường kính miệng hút:                       350 (mm)

- Đường kính miệng đẩy:                      300 (mm)

- Đường kính bánh xe công tác:             287 (mm)

* Tính toán đường ống hút nước rửa lọc

ứng với lưu lượng là 288 (l/s) tra bảng ta được:

D = 600 (mm), v = 0,97 (m/s), 1000i = 1,94

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống hút từ 0,8 ¸ 1,5 (m/s)

* Tính toán đường ống đẩy nước rửa lọc

ứng với lưu lượng là 288 (l/s) tra bảng ta được:

D = 500 (mm), v = 1,38 (m/s), 1000i = 4,8

Theo TCN 33-06, vận tốc cho phép trong ống đẩy từ 1,0 ¸ 3,0 (m/s)

 *Tính cốt trục máy bơm rửa lọc:

       Cao trình trục bơm được xác định theo công thức:

Z_TB = Z_{bể hút}^MNTN  + H_đh^h (m)

Trong đó :

H^h_đh : Chiều cao hút nước địa hình

 (m)

                        P_a  : áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc (kg/m²)

                        p_bh : áp suất bốc hơi bão hoà của chất lỏng bơm ở nhiệt độ làm việc (kg/m²)

ở điều kiện bình thường:  (tra bảng – Giáo trình Máy bơm và Trạm bơm cấp thoát nước)

                                                               

                        h_h: Tổn thất trên ống hút, lấy h_h = 0,5 (m)

                        NPSH_A: Độ dự trữ chống xâm thực cho phép

NPSH_A ³ NPSH +S (m)

                                                                        NPSH : Độ dự trữ chống xâm thực cần thiết, NPSH = 5,0 (m)

                                    S : Độ dự trữ an toàn, S = 0,5 (m)

Þ NPSH_A ³ 5,0 + 0,5 = 5,5 (m)

Þ H_đh^h  ≤ 10,2 - 0,3 - 0,5 – 5,5 (m)

Þ H_đh^h  ≤ 3,9 (m)

Chọn H_đh^h = 0,58 (m)  

Z_{bể chứa}^MNTN : Cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa, Z_{bể chứa}^MNTN  = 161,22 (m)

Vậy cốt trục máy bơm:

Z^CT_{Trục bom} = Z_{bể hút}^MNTN + H_đh^h = 161,22 + 0,58 = 161,8 (m)

Vậy  Z^CT_{Trục bom}  = 161,8 (m)

- Chiều cao cốt trục bơm so với mặt đất:

DH = Z^CT_{Trục bom} – Z_TBII = 161,8 – 163,5 = - 1,7 (m)

III.3.12. Thiết bị mồi bơm

Ta sử dụng bơm chân không để mồi cho bơm ly tâm. ống hút của bơm chân không nối với phần cao nhất trên thân bơm ly tâm, ống đẩy nối với thùng tuần hoàn. Thùng tuần hoàn có nhiệm vụ cấp nước mồi bơm chân khôngvà bù lượng nước trong bơm chân không bị hao hụt trong quá trình làm việc, đồng thời nó cũng là nơi tiếp nhận khí, nước do bơm chân không đẩy ra.

Lưu lượng của bơm chân không có thể xác định theo công thức:

Trong đó :

+ K: Hệ số dự trữ, k = 1,05 ¸ 1,1. Lấy K = 1,05

+ W_o^k: Thể tích khối không khí trong ống hút bơm li tâm (m³)

+ Thể tích khối không khí trong thân bơm ly tâm,

Lấy

+ H_a = 10 (m): áp suất khí quyển ở điều kiện làm việc bình thường.

+ T = 4 (phút): Thời gian mồi bơm ly tâm.

+ H^h_hh = 0,78 (m): Chiều cao hút hình học của bơm ly tâm.

Þ

Độ chân không nên chọn từ H_CK = 8 ¸ 9 m. Lấy H_CK = 8,5 (m)

ÞVậy từ các thông số Q = 1,5 (m³/ph) và H_CK = 8,5 (m), ta chọn được bơm chân không kiểu vòng nước (1 làm việc, 1 dự phòng).