Đồ án Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp cho huyện cần giờ công suất 10000m3/ngày đêm

Chương 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG ÁN 1 5.1 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ POLYMER SÂN PHƠI BÙN HỒ CÔ ĐẶC BÙN 1 2 3 9 4 5 HÓA CHẤT SÔNG 6 11 8 CLO 100 BÃI CHÔN LẤP LỌC RO 7 Ghi chú: 1. SCR – Trạm bơm cấp I, 6. Bể chứa trung gian, 11. Mạng lưới. 2. Bể trộn cơ khí, 7. Lọc RO, 3. Bể phản ứng tạo bông, 8. Bể khử trùng, 4. Bể lắng ngang, 9. Bể chứa nước sạch, 5. Bể lọc nhanh, 10. Trạm bơm cấp II, Ống dẫn nước xử lý Ống dẫn nước rửa lọc Ống dẫn khí rửa lọc Ống dẫn bùn Ống dẫn nước tuần hoàn Hình 5.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý tại nhà máy theo phương án 1. Thuyết minh sơ đồ dây truyền công nghệ: Nước thô được thu từ sông Lòng Tàu qua Song chắn rác vào công trình thu nước ven bờ kết hợp Trạm bơm cấp I và bơm nước thô đến Bể trộn cơ khí. Bể trộn làm nhiệm vụ hòa trộn hóa chất để quá trình keo tụ xảy ra. Nước từ bể trộn dẫn vào Bể phản ứng, Bể phản ứng hoàn thành nốt quá trình keo tụ, két dính tạo bông cặn. Từ bề phản ứng nước dẫn sang Bể lắng ngang theo hai hướng ngược nhau qua các ngăn lắng, ngăn lắng làm nhiệm vụ lắng cặn và thu nước trong dẫn sang bể lọc nhanh qua các đường ống dẫn. Nước từ bể lọc được đưa sang bể chứa trung gian, bể chứa này có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng trước khi dẫn nước sang hệ thống Lọc RO (Rverse Omosis), nước ra hệ thống Lọc RO gồm hai dòng: dòng nước tinh khiết và dòng nước thải. Dòng nước thải chủ yếu là nước mặn sẽ được thải ra nguồn qua hệ thống ống dẫn, dòng nước sạch sẽ được được khử trùng trước khi đưa sang bể chứa nước sạch. Trạm bơm cấp II lấy nước từ bể chứa nước sạch và cung cấp ra mạng. Dùng sà lan vận chuyển nước đến các đài nước ở những khu vực của từng xã rồi đưa vào đường ống cấp của xã. Hồ cô đặc bùn thu cặn từ bể lắng và nước rửa bể lọc, để làm giảm dung tích cặn của bể. Sân phơi bùn làm khô bùn từ bể nén bùn rồi đưa dến bãi chôn lấp.. Quá trình rửa lọc được trạm bơm cấp II dùng máy sục gió thổi trong thời gian 6 phút và lấy nước từ bể chứa nước sạch bơm rửa lọc đến khi thấy nước trong mới thôi. Quá trình rửa lọc màng được thực hiện khi: lượng nước lấy ra giảm 10% so với công suất thiết kế (chất lượng nguồn nước đầu vào, áp lực như ban đầu thiết kế), tỉ số áp lực nước đầu vào và ra tăng 15% với thiết kế trong 48 giờ, nồng độ muối trong nước tinh khiết tăng 5%. Dung dịch rửa HCl 0,2% hay NaOH 0,1%, thời gian rửa khoảng 1giờ 10 phút (lưu ý: nếu màng quá bẩn nên ngâm qua đêm 10 – 15 giờ). 5.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ Do công trình còn nâng cấp nước cấp lên 40.000 m3/ngđ vào năm 2020-2025 nên ta tính toán thiết kế cho các công trình trước khi qua lọc RO là 60.000 m3/ngđ. Tỉ lệ nước khi lọc qua RO là 2/3. Có nghĩa là : 2 phần nước sạch và 1 phần nước thải bỏ 5.2.1 Công Trình Thu a. Công trình thu Do đặc điểm bờ sông tốt không bị sặc lở, ta chọn công trình thu nước vên bờ loại kết hợp (công trình thu và trạm bơm bố trí kết hợp trong một nhà). Công trình được thiết kế thành 2 ngăn thu và 2 ngăn hút. * Song chắn rác (SCR) Diện tích công tác của SCR: (m2) Trong đó: Q - lưu lượng tính toán của công trình; Q = 0,695m3/s, v - vận tốc nước chảy qua SCR; v = 0,5m/s (QP: 0,4 0,8m/s), n - số cửa thu nước; n = 2, K1 - hệ số co hẹp do các thanh thép; a - khoảng cách giữa các thanh thép; a = 50mm (QP: 40 ÷ 50mm), d - đường kính thanh thép; d = 10mm (QP: 8 ÷ 10mm). n- số cửa thu nước; n = 2, K2 - hệ số co hẹp do rác bám vào song; K2 = 1,25, K3 - hệ số kể đến ảnh hưởng của thanh thép; tiết diện tròn lấy K3 = 1,1. 1,15 (m2) Lấy kích thướt của SCR là: L x B = 1,15 x 1m. * Lưới chắn rác (LCR) Diện tích công tác của LCR: (m2) Trong đó: Q - lưu lượng tính toán của công trình; Q = 0,695m3/s, v - vận tốc nước chảy qua LCR; lưới chắn phẳng v = 0,4m/s (QP: 0,2 ÷ 0,4m/s), n - số lượng của đặt lưới; n = 2, K1 - hệ số co hẹp; a - kích thước mắt lưới; a = 5mm (QP: 2x2 ÷ 5x5mm), d - đường kính dây đan lưới; d = 1,5mm (QP: 1 ÷ 1,5mm). K2 - hệ số co hẹp do rác bám vào lưới; K2 = 1,5, K3 - hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng; K3 = 1,15 (QP: 1,15 ÷ 1,5). p - tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện tích công tác của lưới; p = 25%. 3,166 (m2) Kích thướt LCR: L x B = 1,7 x 1,87m. * Ngăn thu – ngăn hút Kích thướt mặt bằng ngăn thu: Chiều dài: A1 = 3m (QP: 1,6 ÷ 3m), Chiều rộng: B1 = BLưới + 2e = 1,7 + 2 x 0,5 = 2,7 (m) (e = 0,4 ÷ 0,6m) Kích thướt mặt bằng ngăn hút: + Chiều rộng: B2 ≥ 3Df Df - đường kính phiễu hút Df = 1,3.Dh (QP: 1,3 ÷ 1,5.Dh). Mỗi ngăn bố trí 3 ống hút, lưu lượng mỗi ống hút: Qô = m3/s = 116 (l/s) Tra bảng II, Bảng tính toán thủy lực ta có: Dh = 350mm, v = 1,12m/s (QP: 0,7 ÷ 1,5m/s) → Df = 1,3 x 0,35 = 0,455 m → 3.Df = 3 x 0,455 = 1,365m Chọn B2 = 2,7m ≥ 1,365 ≥ 3Df → thỏa. Khoảng cách từ phiễu hút đến tường: a1 = Df = 0,455m (QP: 0,5 ÷ 1.Df). Khoảng cách giữa 2 phiễu hút kề nhau: a2 = [2,7 – (0,455 + 0,455)]2 = 0,895 (m.) Kiểm tra lại khoảng cách: (QP: 1,5 ÷ 2) → thỏa. Chiều dài ngăn hút: A2 = 3m. * Kích thướt mặt đứng công trình Khoảng cách từ mép dưới cửa thu nước đến đáy sông: h1 = 1m (QP: 0,7 ÷ 1m) Khoảng cách từ mép dưới cửa đặt LCR đến đáy công trình: h2 = 0,7m (QP: 0,5 ÷ 1m) Khoảng cách từ mực nước thấp nhất (MNTN) đến mép trên cửa: h3 = 0,5m (QP: h3 ≥ 0,5m) Khoảng cách từ MNTN đến miệng vào phiễu hút: → h6 = 1,2m Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phiễu hút: → h5 = 0,8m Khoảng cách từ MNTN đến sàn công tác: h4 = 0,7m (QP: h4 ≥ 0,5m) Chiều cao gian quản lý: h7 = 3m (QP: h7 ≥ 3m) MNTN của sông Lòng Tàu là 10m. MNCN của sông Lòng Tàu là 16m. Bảng 5.1 Thông số thiết kế và vận hành công trình thu nước ven bờ. STT Thiết kế Thông số vận hành và thiết kế Đơn vị Số lượng 1 Song chắn rác Số cửa thu cửa 2 Diện tích SCR m2 1,15 Kích thướt SCR: l x b m 1,15 x 1 2 Lưới chắn rác Số cửa đặt lưới cửa 2 Diện tích LCR m2 3,166 Kích thướt LCR: l x b m 1,7 x 1,87 Đường kính ống hút mm 350 Đường kính phiễu hút mm 455 3 Kích thướt mặt đứng công trình Khoảng cách từ mép dưới cửa thu đến đáy sông m 1 Khoảng cách từ mặt dưới cửa đặt LCR đến đáy công trình m 0,7 Khoảng cách từ MNTN đến mép trên cửa m 0,5 Khoảng cách từ MNTN đến miệng vào phiễu hút m 1,2 Khoảng cách từ đáy ngăn hút đến miệng vào phiễu hút m 0,8 Khoảng cách từ MNTN đến sàn công tác m 0,7 Chiều cao gian quản lý m 3 5.2.2 Công Trình Điều Chế Hóa Chất a. Thiết bị pha phèn và định lượng phèn * Bể hòa trộn Ta có hàm lượng cặn của nước nguồn: SS = 473 mg/l Theo bảng 2 – 1 (GT xử lý nước cấp của Ts. Nguyễn Ngọc Dung): Lượng phèn nhôm khô sử dụng là: 45 ÷ 70mg/l. Căn cứ vào độ màu của nước nguồn là 40 Pt – Co, liều lượng phèn nhôm là: (mg/l) → So sánh lượng phèn tính theo hàm lượng cặn và độ màu , ta chọn: Pp = 45mg/l Sử dụng phèn thị trường chứa 35,5% Al2(SO4)3. Phèn đựng trong bao xếp thành đống cao 2m trong kho; đem cân các bao phèn theo khối lượng cần cho mỗi ngày rồi cho vào bể hòa tan để hòa thành dung dịch. Dung tích bể hòa trộn: = = 6,75 (m3) Trong đó: n - thời gian giữa 2 lần hòa trộn (Q > 50.000m3/ngđ thì n = 6 ÷ 8h, chọn n = 6h). - trọng lượng riêng của dung dịch phèn. bh - nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (bh = 10%). Chọn 2 bể, mỗi bể được thiết kế hình tròn, đường kính bể phải lấy bằng chiều cao công tác của bể d = h. Nên (m) Lấy chiều cao an toàn của bể hòa trộn là 0,3m (QP: 0,3 ÷ 0,5m). Chọn số vòng quay cánh quạt là 40vòng/phút (quy phạm ≥ 40vòng/phút). Chiều dài cánh khuấy lấy bằng 0,4 đường kính bể: lc = 0,4.d = 0,4.1,63 = 0,652 m. (QP: l = 0,4 ÷ 0,45d) Chiều dài toàn phần của cánh quạt là: 0,82 x 2 = 1,304 (m) Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,1m2 cánh quạt/1m3 dung dịch trong bể (QP = 0,1 ÷ 0,15). Diện tích bản cánh: Wc = 0,1.Wh = 0,1.6,75/2 = 0,3375 (m2 ). Chiều rộng mỗi cánh quạt: bc=(m) Công suất động cơ để quay cánh quạt lấy là 3,0kW. * Bể tiêu thụ: Dung tích bể tiêu thụ: (m3) Chọn 2 bể tiêu thụ, dung tích mỗi bể = (m3) Bể được thiết kế với tiết diện vuông, đáy hình chóp 4 cạnh đều góc cân, với góc nghiêng là 45o (QP = 45o ÷ 50o) với diện tích được xác định như sau: Hàm lượng phèn sử dụng: Pp = PAl = 45mg/l Hàm lượng phèn mua sử dụng cho cả trạm trong một ngày (trong đó phèn sạch chiếm 80%) (kg/ngđ) = 140,625 (kg/h) Hàm lượng cặn khô = 20%. (kg/h) Trong 100% cặn ướt có chứa 90% nước và 10% cặn khô, tức là: 100 kg cặn ướt 10 kg cặn khô x 28,125 kg – Khối lượng cặn ướt chứa trong đáy chóp của bể hòa trộn: (kg/h) Mà khối lượng riêng của cặn trong 1 m3 cặn: = 1,01tấn/m3 = 1010kg/m3 Cho hàm lượng cặn từ bể hòa trộn sang bể tiêu thụ là 20 % (kg/h) Dung tích đáy bể tiêu thụ phèn (sau 24h): (m3) Bể tiêu thụ được thiết kế với tiết diện vuông 2 x 2m, chiều cao phần hình trụ H1= 1,9m(với 20cm dự trữ chống tràn), chiều cao phần hình chóp H2= 1m. Tổng chiều cao bể tiêu thụ H = H1 + H2 = 1,9 + 1 = 2,9 m. Thể tích thực tế đáy bể: 2bể = 2,6 (m3) > 1,34 (m3) → thỏa Thể tích thực tế của bể: Wtt = 2 x 2 x 1,7 + x 2 x 2 x 1 = 8,13 (m3) Dưới đáy hình chóp đặt ống xả cặn với Dxả = 100mm. Lưu lượng qua ống xả cặn trong 1 phút: (m3/s) Vận tốc trong ống xả cặn: (m/s) * Thiết bị định lượng phèn không đổi kiểu phao Khavanski. Dựa vào bảng 2-2 (GT-XLNC của TS.Nguyễn Ngọc Dung) ta có kích thước của thiết bị định lượng như sau: Đường kính lỗ của màng chắn bằng chì = 5mm. Áp lực cột nước H = 150mm với lưu lượng dung dịch phèn là 79l/h. Toàn bộ phao và ống của thiết bị định lượng được đặt ngay trong bể tiêu thụ. b. Pha vôi * Lượng chất kiềm hóa: Trong đó: Pk - lượng chất kiềm hóa tính theo sản phẩm kỹ thuật (mg/l), Pp - lượng phèn sử dụng để keo tụ (mg/l), Pp = 45mg/l, e1, e2 - trọng lượng đương lượng của chất kiềm hóa và của phèn (mg/mgđl), Đối với chất kiềm hóa CaO: e1 = 28 Đối với chất keo tụ Al2(SO4)2: e2 = 57 Kt - độ kiềm nhỏ nhất của nước nguồn (mgđl/l) 1 - hệ số dự phòng của nước (mgđl/l), c - tỷ lệ hoạt tính của hóa chất sử dụng (%), c = 50%. (mgCaO/l) * Quá trình ổn định nước: Ta có: mg/l Độ kiềm: (mgđl/l) Nhiệt độ t = 28 0C Sau khi châm phèn, chất lượng nước trước khi quá trình thủy phân diễn ra: Hàm lượng CO2 tự do: (mg/l) Theo biểu đồ hình 1.2 (GT-XLNC Trịnh Xuân Lai) tra được pH0 = 6,6 (khi kt = 1,3 và mg/l). Tìm pHs theo biểu đồ hình 1.3 (GT-XLNC Trịnh Xuân Lai) ta có: f1(t) = 1,98; f2(Ca2+) = 2,15; f3(Kt) = 1,12; f4(P) = 9,25 → pHs = f1(t) - f2(Ca2+) - f3(Kt) + f4(P) = 1,98 - 2,15 - 1,12 + 9,25 = 7,96 Vậy cần phải nâng pH lên khoảng 6,8 – 7,96 bằng vôi để quá trình keo tụ diễn ra tốt nhất. Chỉ số bảo hòa của nước: I = pH0 – pHs = 6,6 – 7,96 = - 1,36 → nước có tính xâm thực Trong trường hợp này pH0 = 6,6 < pHs = 7,96 < 8,4. Liều lượng vôi cần dùng là: a = e..Kt = 28 x 0,6 x 1,3 x = 43,68 (mg/l) Trong đó: e - đương lượng của kiềm đối với Ca(OH)2, e = 28mg/mđlg P - hàm lượng chất kiềm hoạt tính trong sản phẩm kỹ thuật, p = 50% Tra biểu đồ (Hình 15.4) tìm được =0,6 (khi I = 1,36, pH0 = 6,6) PTPƯ: Ca(OH)2 + 2CO2 = Ca(HCO3)2 Cho một lượng vôi : mg/l (mg/l) Khối lượng vôi phải mua: (mg/l) Khối lượng HCO3- được tạo thành: (mg/l) Độ kiềm tạo ra: (mgCaCO3/l) Độ kiềm trong nước tăng đến giá trị: mg CaCO3/l = 1,55 mgđl/l Tra lại bảng pH theo CO2 tự do sau phản ứng của vôi là: (mg/l) Ta có: pH’ = 7,2 → thỏa Vậy châm 45mg/l phèn nhôm thì dùng 33,06mg/l CaO tinh khiết » 66,12mg/l lượng vôi mua được để ổn định nước cho quá trình keo tụ. Hàm lượng Ca2+ trong nước tăng: mg/l Phản ứng keo tụ xảy ra: Al3+ 3H+ 3HCO3- Sau khi keo tụ, pH của nước tăng lên 7,96. Ta có: I = pH - pHs = 7,2 – 7,96 = -0,76 < 0 Sau quá trình keo tụ, ta cần ổn định nước để tránh xâm thực nhưng do pH của nước vẫn nằm trong khoảng tiêu chuẩn cho phép nên không nhất thiết phải châm vôi. * Bể hòa trộn vôi: Dung tích bể hòa trộn vôi: (m3) Trong đó: Qtt = 60.000 m3/ngđ = 2.500 m3/h, Chọn n = 6h - số giờ giữa hai lần pha vôi (QP: 6h ÷ 12h), Pv = 27,41 + 66,12 = 93,53 mg/l, bv = 10% - nồng độ vôi sữa, = 1 tấn/m3 - khối lượng riêng của vôi sữa. Chọn 2 bể mỗi bể có dung tích = 7,015m3. Bể được thiết kế hình tròn, đường kính bể phải lấy bằng chiều cao công tác của bể: d = h nên: (m) Lấy chiều cao an toàn của hòa trộn vôi là 0,3m (QP: 0,3 ÷ 0,5m). Ta chọn thiết bị khuấy trộn vôi bằng cánh quạt. Chọn số vòng quay cánh quạt là: 40vòng/phút (quy phạm ³ 40vòng/phút), suy ra lượng cặn trong bể sẽ tích luỹ về phía đáy nhờ có lực ly tâm. Chiều dài cánh quạt lấy bằng 0,4 đường kính bể: (m) (QP: l = 0,4d ÷ 0,45d) Chiều dài toàn phần của cánh quạt là: 0,832 x 2 = 1,664 (m) Diện tích mỗi cánh quạt bằng 0,1m2 cánh quạt trên 1m3 vôi sữa trong bể (QP: 0,1 ÷ 0,2m2). Diện tích toàn bộ cánh quạt: (m2) Chiều rộng của mỗi cánh quạt: (m) * Bể tiêu thụ: Dung tích bể tiêu thụ vôi được xác định theo công thức: (m3) Trong đó: Qtt = 60.000 m3/ngđ = 2.500m3/h, Chọn n = 6h - số giờ giữa hai lần pha vôi (QP: 6h ÷ 12h), Pv = 27,41 + 66,12 = 93,53 mg/l, bv = 5% - nồng độ vôi sữa = 1 tấn/m3 - khối lượng riêng của vôi sữa. Chọn 2 bể tiêu thụ, dung tích mỗi bể = (m3) Bể được thiết kế với tiết diện vuông, đáy hình chóp 4 cạnh đều góc cân, với góc nghiêng là 45o (QP = 45o ÷ 50o) với diện tích được xác định như sau: Bể được thiết kế với tiết diện vuông 2,2 x 2,2m, chiều cao phần hình trụ H1= 2,9m(với 20cm dự trữ chống tràn), chiều cao phần hình chóp H2= 1m. Tổng chiều cao bể tiêu thụ H = H1 + H2 = 2,9 + 1 = 3,9 m. Thể tích thực tế của bể: Wtt = 2 x 2 x 2,7 + x 2 x 2 x 1 = 14,68 (m3) Dưới đáy hình chóp đặt ống xả cặn với Dxả = 100mm. c. Kho hóa chất Diện tích kho hóa chất: Fkho= (m2) Trong đó: Q - công suất trạm xử lý, Q = 60.000m3/ngđ, P - liều lượng hóa chất tính toán g/m3, P = 45g/m3 t - thời gian dự trữ hóa chất trong kho, t = 15ngày, - hệ số tính đến diện tích đi lại và thao tác trong kho = 1,3, Go - khối lượng riêng của hóa chất, Go= 1tấn/m3. Pk - độ tinh khiết của hóa chất, Pk = 35%, h - chiều cao cho phép của lớp hóa chất, phèn nhôm cục: h = 2m, Fkho= = 75 (m2) Bảng 5.2 Những thông số thiết kế của các thiết bị điều chế hóa chất STT Thông số Đơn vị Pha phèn Pha vôi 1 Bể trộn bể 2 2 2 Thể tích bể m3 3,375 7,015 3 Kích thướt bể: d x h m 1,63 x 1,63 + 0,3 2,08 x 2,08 + 0,3 4 Chiều dài cánh khuấy m 0,652 0,832 5 Chiều rộng cánh khuấy m 0,103 0,3 6 Công suất đông cơ kW 3 3 7 Số vòng quay vòng/phút 40 40 8 Bể tiêu thụ bể 2 2 9 Thể tích bể m3 8,13 14,68 10 Kích thướt của bể: a x a x h m 2 x 2 x 2 2,2 x 2,2 x 3 11 Chiều cao phần hình chóp m 1 1 12 Đường kính ống xả cặn mm 100 100 13 Thiết bị định lượng phèn kiểu phao Khavanski - 14 Đường kính lỗ của màng chắn mm 5 - 15 Áp lực cột nước mm 150 - 16 Kho hóa chất m2 75 5.2.3 Bể Trộn Cơ Khí Q = 60.000m3/ngđ = 0,695m3/s. Nhiêt độ của nước: 250C Chọn bể trộn cơ khí dùng năng lượng cánh khuấy để tạo ra dòng chảy rối. Thời gian khuấy trộn phù hợp cho phèn phản ứng là 10s ÷ 1phút. Cường độ khuấy trộn cao, G = 800 1.000s-1 (GT.XLN-Trịnh Xuân Lai, 2004, trang 115). Chọn G = 1.000s-1, nên thời gian khuấy trộn ngắn hơn chỉ từ 1 ÷ 3s. Chọn thời gian khuấy trộn: T = 10s Thể tích bể khuấy trộn: V = Q x T = 0,695 x 10 = 6,95 (m3) Bể trộn vuông có kích thướt: a x a x h = 1,8 x 1,8 x 2,3m (với 0,25m chống tràn). Ống dẫn nước vào đỉnh bể, dung dịch phèn cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể, nước đi từ trên xuống dưới qua lỗ của thành bể để dẫn sang bể phản ứng. Dùng máy khuấy tua bin 4 cánh nghiêng 450 hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống. Đường kính máy khuấy: D a x 1,8 = 0,9 (m) Chọn D = 0,9 (m) Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của dòng nước: Chiều cao tấm chắn : htc = h = 2 (m) Chiều rộng tấm chắn : btc = .a = 0,18 (m) Máy khuấy đặt cách đáy 1 khoảng : hck = D = 0,9 (m) Chiều rộng bản cánh khuấy: bck = .D = = 0,18 (m) Chiều dài bản cánh khuấy: lck = .D = = 0,225 (m) Năng lượng cần truyền vào nước : E = G2 .V.= 1.0002 x 6,95 x 0,001 = 6.950 (J/s) 7 (KW) Hiệu suất động cơ : = 0,8 Công suất của động cơ : P = = = 8,75 (KW) Số vòng quay của máy khuấy : n = = = 2 (vòng/s) = 120 (vòng/phút) Bảng 5.3 Các thông số thiết kế và vận hành bể trộn cơ khí. STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Số bể Bể 1 2 Thể tích bể m3 6,95 3 Thời gian khuấy trộn s 10 4 Cường độ khuấy trộn s-1 1.000 5 Kích thướt bể: a x a x h m 1,8 x 1,8 x 2,5 6 Số máy khuấy cái 1 7 Đường kính máy khuấy m 0,9 8 Chiều dài cánh khuấy m 0,225 9 Chiều rộng cánh khuấy m 0,18 10 Tốc độ quay cánh khuấy vòng/phút 120 11 Số tấm chắn mỗi ngăn Tấm 4 12 Chiều rộng tấm chắn m 0,18 13 Chiều cao tấm chắn m 2,15 5.2.4 Bể Phản Ứng Cơ Khí * Dung tích bể phản ứng W = = = 625 (m3) Trong đó: Q = 60.000m3/ngđ = 2.500 m3/h t = 15phút (QP: t = 1030 phút, Nguyễn Ngọc Dung, 2005, trang 60) Xây dựng 2 ngăn phản ứng, mỗi ngăn chia thành 3 buồng. Kích thướt chiều rộng và chiều cao của 1 buồng là: 4,2 x 4,2m. Tiết diện ngang của 1 ngăn: f = h x b = 4,2 x 4,2 = 17,64 (m2) Chiều dài mỗi ngăn: L = = = 17,72 (m) Trong đó: n = 2 - số ngăn phản ứng. Chiều dài mỗi buồng : l = 6m; L = 18m Các buồng được ngăn cách nhau bằng vách các ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng. Dung tích mỗi buồng: Wb = b x h x l = 4,2 x 4,2 x 6 = 105,84 (m3) Cấu tạo buồng khuấy gồm 1 trục quay và 4 bảng khuấy đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng. Tổng diện tích bản khuấy lấy bằng 15 % diện tích mặt cắt ngang bể (QP: 1520%) fc = = = 2,65 (m2) Diện tích 1 bản cánh : fc = = 0,663 (m2) Chiều dài bản cánh : lc = 3,6m Chiều rộng bản cánh : bc = = 0,185 (m) Bản cánh đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay: R1 = 1,6m; R2 = 1,3m. Chọn tốc độ quay của buồng khuấy sử dụng bộ truyền động trục vít với 1 động cơ điện kéo chung cho 2 buồng khuấy. Lấy tốc độ khuấy lớn cho buồng đầu, giảm dần ở buồng sau: Buồng đầu: 5vòng/phút Buồng thứ hai: 4vòng/phút Buồng cuối cùng: 3vòng/phút (QP: 35vòng/phút, Nguyễn Ngọc Dung, 2005, trang 60) Kiểm tra tốc độ khuấy: Buồng phản ứng đầu tiên: Tốc độ chuyển động tương đối của các bản cánh khuấy so với nước: vn = 0,75 x Trong đó: n = 5vòng/phút - tốc độ khuấy. R - bán kính tính từ mép ngoài cánh khuấy đến tâm trục quay (m). R1 = 1,8 (m) R2 = 1,3 (m) Vận tốc 2 cánh phía ngoài: Vn = 0,75 = 0,70 (m/s) Vận tốc 2 cánh phía trong: Vn = 0,75 = 0,51 (m/s) Năng lượng để quay cánh khuấy: N = 51 x C x F x (V+ V) = 51 x 1,5 x 2,65 x (0,70 + 0,51) = 96,43 (W) Trong đó: = 20C = 1,5 : hệ số trở lực của nước (Nguyễn Ngọc Dung, 2005, trang 61) F = 2,65m2: tổng tiết diện bản cánh khuấy. Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3 nước trong buồng: Z = = = 0,91 (W/m3) Trong đó: W = 105,84m3 - dung tích buồng. N = 96,43W - năng lượng quay cánh. Giá trị Gradien vận tốc: G = 10. = 10.= 99,5 (l/s) (QP: 80100l/s) → thỏa (= 0,0092kgm2/ s: độ nhớt động học của nước ở 250C) P = G x T = 99,5 x 900 = 89.550 (qui phạm 40.000200.000) (Trong đó T là thời gian lưu nước lại trong bể : T = 15phút = 900s). Buồng phản ứng thứ hai: Vn = 0,75 = 0,57 (m/s) Vn = 0,75 = 0,4 (m/s) N = 51 x 1,5 x 2,65 x (0,57 + 0,4) = 50,5 (W) Z = = = 0,48 (W/m3) G = 10. = 10.= 72 (l/s) P = G x T = 72 x 900 = 64.800 (qui phạm 40.000200.000) Buồng phản ứng cuối cùng: Vn = 0,75 = 0,42 (m/s) Vn = 0,75 = 0,31 (m/s) N = 51 x 1,5 x 2,65 x (0,42 + 0,31) = 20,3 (W) Z = = = 0,19 (W/m3) G = 10. = 10.= 45 (l/s) P = G x T = 45 x 900 = 40.500 (qui phạm 40.000200.000) Kết quả kiểm tra lại các chỉ tiêu khuấy trộn cơ bản cho thấy chúng đều nằm trong giới hạn cho phép. * Tường tràn từ bể trộn sang bể phản ứng: Bể trộn: Gt = 1.000l/s Đầu bể phản ứng: Gpư = 99,5l/s GTB = = = 550 (l/s) Từ công thức : G = 10. Z = = = 27,83 (W/m3) ≈ 0,028 (KW/m3) Tổn thất áp lực qua vách ht = == 0,00816 (m) (Q = 0,35 m/s - lưu lượng qua 1 ngăn phản ứng) Giả định độ ngập tường tràn: H = 0,28m Hệ số lưu lượng: m0 = (1+0,2 x ). .(0,402 + 0,054. ) Trong đó: hn = H – ht = 0,28 – 0,00816 = 0,2