6 BÀI TÍNH TOÁN CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ HỆ THÔNG LỌC NƯỚC – Bài 4

Trong thiết kế hệ thống lọc nước, người kỹ sư cần nắm rõ các tính tóan cơ bản để ứng dụng vào tính toán, lựa chọn thiết bị. Sau đây là những tính toán cơ bản nhất mà các bạn nên nắm để làm tiền đề cho những tính toán thiết kế hệ thống lọc nước sẽ được trình bày ở phần sau:

1. Đổi đơn vị trong xử lý nước

Đơn vị thể tích Vì hệ thống lọc nước là chất lỏng, nên phải dùng đại lượng thể tích để đo đếm. Đây là đại lượng được ứng dụng để để xác định độ lớn nhỏ của bồn chứa. 

Ở Việt Nam, hai đơn vị thường dùng là lít và mét khối. Ngoài ra, đôi khi các bạn phải dùng đến hệ đơn vị của Mỹ là Gallon (G) và feet khối (Ft3).

  • 1 000 lít = 1 m3
  • 1 gallon = 3.785 lít
  • 1 foot khối = 7.48 galong

Đơn vị khối lượng thường được ứng dụng để tính toán thành phần tạp chất trong nước, đơn vị là mg hoặc gram. 

1Kg = 1000 gram = 1000 000 mg.

Đơn vị lưu lượng Là đơn vị để tính toán công suất của hệ thống lọc, xác định bằng cách chia 1 đơn vị thể tích cho 1 đơn vị thời gian. Ví dụ như là lít/giờ, m3/giờ, m3/ngày.

1 m3/giờ = 1000 lít/giờ

100 m3/ngày = (100/24) m3/giờ = (100*1000/24) lít/giờ

GPM = 0.227 m3/h

GPM/ft2  = 2.5 m/h

1 ft3 = 28 lít

1 galon = 3.785 lít

Đơn vị nồng độ Nồng độ là đại lượng để xác định số lượng một chất có trong nước. Đơn vị nồng độ là mg/l hay còn gọi là part per million (PPM).

1 mg/l = 1 ppm = 1000 ppb

Đơn vị độ cứng Là đơn vị để xác định nhiều ít của thành phần ion Ca2+, Mg 2+ trong nước. Đơn vị độ cứng là mg/lít CaCO3. Tuy nhiên để đưa về chuẩn  phục vụ cho tính toán chọn loại hạt nhựa, người ta có thể quy đổi về GPG (Grain per gallon), bằng cách chia cho hệ số 17.2.

100 mg/l CaCO3 = 100/17.2 GPG CaCO3

Tính toán hệ thống lọc nước
2. Tính thể tích

Trong thiết kế hệ thống lọc nước, chúng ta hay đụng bài toán tính thể tích bồn chứa, do đó cần phải biết lý thuyết này. Cách tính thể tích bồn chứa dạng trụ đứng đơn giản như sau:

V = R2. Pi. H

Trong đó:

  • V là thể tích bồn chứa
  • R là bán kính của bồn chứa đó
  • Pi là hệ số 3.14
  • H là chiều cao bồn chứa.

Thay số vào thì ta sẽ tính ra thể tích nước bồn có thể chứa được.

Tương tự, dựa vào công thức này, chúng ta cũng có thể tính ra thể tích vật liệu lọc cần chuẩn bị.

 

3.Tính thời gian lưu nước

Thời gian lưu nước là gì: 

Thời gian lưu nước được hiểu là tổng thời gian của khối nước tồn tại trong bồn chứa.

Tuy nhiên, trong tính toán thiết kế hệ thống lọc nước, thời gian lưu nước được hiểu đúng hơn là là tổng số thời gian bồn chứa có thể cấp nước cho hệ thống phía sau nó chạy cho đến khi bồn cạn nước.

Vậy thời gian lưu nước áp dụng trong thiết kế hệ thống lọc nước như thế nào. Trong thực tế để chọn kích cỡ bồn chứa nước cho phù hợp, các bạn phải tính toán thời gian lưu nước đủ dùng cho các công đoạn phía sau bồn chứa, trong trường hợp phía trước bồn chứa phải dừng.

Công thức tính thời gian lưu nước:

T = Thể tích nước chứa trong bồn / Lưu lượng nước rút ra khỏi bồn.

Ví dụ: Bồn có thể tích là 5m3 và bơm tưới cây rút nước ra khỏi bồn chứa với lưu lượng 2 m3/h thì thời gian lưu nước là: T = 5/ 2 = 2.5 giờ.

4. Tính nồng độ một tạp chất trong nước

Tính toán nồng độ bằng cách lấy khối lượng chất tan chia cho thể tích của dung dịch.

Nồng độ = khối lượng (mg)/thể tích (lít) = mg/l = ppm = 1000 ppb

Ví dụ như cho 2 kg NaOH 100% vào 1 mét khối nước thì nồng độ NaOH dung dịch là:

C = 2 kg/1 m3 = 2 kg/m3 = 2 g/l = 2000 mg/l.

Ngoài ra thì còn có cách tính nồng độ phần trăm. 

Nồng độ C% = mct/mdd * 100 %.

Ví dụ như tính nồng độ % của dung dịch khi cho 2 g muối và 1 lít nước. Biết nước có khối lượng riêng 1 kg/lít.

C% = mct/mdd = (2/ (2+1000))*100% = 0.2 %

Bài toán tính nồng độ này sẽ áp dụng trong thực tế cho các trường hợp như: Dung dịch rửa màng RO cần có antiscalant 100 mg/l, như vậy bạn cần phân bao nhiêu antiscalant vào 1000 lít nước, hoặc các bài toán tương tự.

 

5. Tính toán lượng hóa chất cần pha để đạt một nồng độ nhất định

Mình đã từng phỏng vấn hàng trăm bạn kỹ thuật viên vận hành hệ thống xử lý nước bằng bài toán này và mình nhận thấy các bạn chưa nắm bắt được nội dung này. Trong khi, đây là một bài toán rất cơ bản trong vận hành hệ thống lọc nước.

Một bài toán mình đưa ra cơ bản như cần dung dịch nước muối 10% để tái sinh cột làm mềm nước. Bạn cần một bồn dung dịch nước muối 100 lít thì cần bao nhiêu muối.

Cách tính:  C% = Mct/Mdd 

Trong đó, C% = 10%, Mdd =100 lít nước muối tương đương 100 kg nước + Mct (gần đúng)

=> Mct = C% x Mdd = 0.1 x (100 + Mct) = 10 + 0.1Mct

=> 0.9 Mct = 10 

=> Mct = 11.1 kg muối

Một ví dụ khác ở cấp độ cao hơn khi cần tính toán nồng độ ở đơn vị mg/l cho hóa chất là dung dịch lỏng. 

Bài toán trong thực tế như sau, để chống cáu cặn tốt, dung dịch antiscalant cần châm trong nước đạt 4 mg/l. Với lưu lượng nước đầu vào là 10 m3/h. Bạn hãy tính lưu lượng bơm antiscalant cần cài đặt. Biết dung dịch antiscalant gốc ở bồn dung dịch có nồng độ 20 g/l.

Các bạn áp dụng công thức tính nồng độ một chất như mục 1.4.4

Nồng độ mg/l = khối lượng chất tan/thể tích

Trong bài toán trên ta có:

Nồng độ mg/l = 4 mg/l

Thể tích: Lưu lượng 10 m3/h = 10000 l/h-> Chúng ta đổi ra thể tích sau

Khối lượng chất tan 20g/l = 20000 mg/l

Bước 1: Để khối nước 10000 l/h có một nồng độ 4 mg/l thì cần châm vào nước 40000 mg antiscalant trong 1h. 

Nồng độ dung dịch = m ct/ thể tích nước

=> mct = nồng độ dd (mg/l) x khối nước (l/h) = 4 x 10 000 = 40 000 mg/h

Bước 2: Nồng độ dung dịch antiscalant gốc là 20000 mg/l  

=> lưu lượng châm = nồng độ chất tan/nồng độ dung dịch gốc = 40000 (mg/h)/20000 (mg/l)

= 2 l/h.

Như vậy, cần chỉnh bơm châm hóa chất chạy với tốc độ 2 l/h

Bài toán này rất thường hay áp dụng ở những hệ lọc nước cần châm hóa chất như: Polymer, antiscalant, NaHSO3, NaOH.

 

6. Quy đổi các thành phần ion trong nước về dạng CaCO3 mg/l

Khi thiết kế một hệ thống xử lý các ion trong nước hay làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion, đòi hỏi ta phải quy tất cả các ion trong nước về tương đương mg/l CaCO3 để tính ra lượng hạt nhựa resin cần thiết. Phương pháp này được tính theo các bước như bên dưới:

Bước một là đo đạt, phân tích mẫu để xác định nồng độ của ion đó trong nước. Ví dụ, ta phân tích thấy Ca2+ trong nước là 60 mg/l, Mg2+ trong nước là 30 mg/l.

Bước thứ hai là tính tỉ lệ khối lượng phân tử của chất cần quy về nồng độ CaCO3 và khối lượng phân tử CaCO3.

Ví dụ: 

M CaCO3/ M Ca = (40+12+3.16)/40 = 100/40 = 2.5

M CaCO3/ M Mg = 100/24 = 4.1

Bước ba là đưa nồng độ của chất đó về tương đương CaCO3

Cm Ca = 60 * 2.5 = 150 mg/l CaCO3

Cm Mg = 30 * 4.1 = 123 mg/l CaCO3

Như vậy, chúng ta có thể tính ra tổng độ cứng cần xử lý là: 

= 150 + 123 = 273 mg/l CaCO3

 

Bài viết trích từ sách: Hướng dẫn làm chủ hệ thống lọc nước tinh khiết: Làm thế nào để thiết kế, lắp đặt, quản lý, vận hành, bảo trì hệ thống lọc nước tinh khiết.

Tìm hiểu thêm tại đây.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

0909407547
icons8-exercise-96 challenges-icon chat-active-icon