Đề tài Đánh giá hiệu quả lắng nước bằng bể lắng lamen tại 3 nhà máy nước thành phố Sơn La, thành phố Hoà Bình, thành phố Điện Biên

Đánh giá hiệu quả lắng nước bằng bể lắng lamen tại 3 nhà máy nước: thành phố sơn la, thành phố hoà bình, thành phố điện biên PHẦN MỞ ĐẦU 1. Sự cấp thiết của đề tài: Cấp nước là một ngành thuộc cơ sở hạ tầng kỹ thuật đô thị giữ vai trò quan trọng đối với hoạt động sản xuất và sinh hoạt của xã hội. Trong những năm qua cùng với quá trình phát triển kinh tế - xã hội, nhu cầu sử dụng nước sạch ngày một tăng lên nhất là tại các đô thị. Để đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch, nhiều dự án cải tạo, mở rộng và xõy dựng các nhà máy nước đã và đang được đầu tư với quy mô và công suất khác nhau... Tuy nhiên, bên cạnh các mục tiêu kinh tế - xã hội đạt được, việc xõy dựng và quản lý, vận hành các nhà máy nước cũng có nhiều tồn tại khiến các nhà quản lý và chuyên môn phải quan tõm. Một trong số đó là kiểm soát chất lượng xử lý nước trong các bể lắng. Các loại bể lắng được thiết kế để loại trừ các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống đáy bể bằng trọng lực. Do điều kiện kinh tế - xã hội ngày càng phát triển, dõn số nước ta ngày càng tăng nhanh trong khi diện tích đất không thay đổi, vì vậy trong quá trình lập các dự án, ngoài việc quan tõm tới hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và tớnh ưu việt của công nghệ, chúng ta cần quan tõm tới diện tích chiếm đất của dự án. Hiện nay các loại bể lắng rất đa dạng như: Bể lắng la men; bể lắng tĩnh; bể lắng ngang ( hay bể lắng có dòng nước chảy ngang cặn rơi thẳng đứng); bể lắng đứng ( Hay bể lắng có dòng nước đi từ dưới lên, cặn rơi từ trên xuống); bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng... . Trong số đó bể lắng lamen là một trong những bể chiếm diện tích ít nhất trong khi đó hiệu quả lắng cũng rất cao và hiện nay cũng được rất nhiều cơ quan, đơn vị quản lý cũng như các nhà chuyên môn quan tõm tỡm hiểu và nghiên cứu. Trong khuôn khổ luận văn này tôi chọn trọng tõm nghiên cứu là hiệu quả xử lý của bể lắng la men tại các nhà máy nước: Ở các Thành phố Sơn La, Điện Biên và Hoà Bình trên các phương diện: kinh tế, kỹ thuật và quản lý. 2. Mục tiêu của đề tài: Dựa trên cơ sở thu thập, phõn tích các thông tin về tình hình hoạt động của các nhà máy nước mặt nêu trên, nghiên cứu lý thuyết, kết hợp phân tích hiệu quả hoạt động thực tế của các nhà máy nước trên nhằm: + Đánh giá công nghệ lắng tại 3 nhà máy nước: Thành phố Sơn La, thành phố Điện Biên, thành phố Hoà Bình. + Đề xuất lựa chọn các biện pháp quản lý, kỹ thuật của bể lắng lamen phù hợp áp dụng cho một số trạm xử lý nước mặt hiện nay 3.Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu tổng quan về lắng. Trong đó: + Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của quá trình lắng. + Phân tích về dõy chuyền công nghệ của 3 nhà máy nước Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình lấy công nghệ lắng lamen làm trọng tâm với các phân tích, so sánh, đánh giá về: Cặn lắng; chất lượng nước đầu vào; lượng phốn… Điều tra, khảo sát số liệu mới về thành phần, tớnh chất của nước đầu vào và nước sau xử lý tại ba nhà máy. Tổng hợp, đánh giá về các dõy chuyền công nghệ xử lý, lắng nước thực tế tại 3 nhà máy nước: Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình. + + Đề xuất các biện pháp thớch hợp áp dụng trong thực tiễn xõy dựng và vận hành các trạm xử lý nước mặt nói riêng và các nhà máy nước kể trên nói chung. 4. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu: 4.1 Phạm vi nghiên cứu: Bể lắng lamen tại ba nhà máy nước: Ở các thành phố Sơn La, thành phố Điện Biên và thành phố Hoà Bình. 4.2 Phương pháp nghiên cứu: Khảo sát thực tế, thu thập số liệu vận hành của ba nhà máy xử lý nước: Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình. Phương pháp thống kê và kế thừa: Thu thập tài liệu và các số liệu liên quan ở trong và ngoài nước. Phõn tích, tổng hợp và kế thừa các kết quả nghiên cứu đã thực hiện trên thực tế trong thời gian qua. Vận dụng các kết quả nghiên cứu để đề xuất các giải pháp hợp lý cho quá trình lắng tại các nhà máy nước. CHƯƠNG I: KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC TẠI CÁC NHÀ MÁY NƯỚC TRấN 1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước mặt: 1.1 Nguồn nước mặt: Nguồn nước mặt bao gồm nước trong sông ngòi, hồ, đầm, ao. Đõy là nguồn nước thiên nhiên gần gũi nhất với con người. Chớnh vì vậy mà nước mặt là nguồn nước dễ bị ô nhiễm nhất. Càng ngày chúng ta càng thấy hiếm có một nguồn nước mặt nào đáp ứng được tối thiểu cho nhu cầu sinh hoạt và công nghiệp mà không cần xử lý trước khi đưa vào xử dụng. Chúng có nguồn gốc từ lớp nước dưới sõu mà sự xuất hiện của nó tạo nên các suối, sông, hoặc từ nước mưa. Chúng được hợp thành dòng nước đặc trưng bằng một mặt tiếp xúc nước – khí quyển và chuyển động với tốc độ đáng kể. Chỳng có thể được chứa vào các bể chứa tự nhiên hoặc nhõn tạo ( các đập nước) được đặc trưng bằng bề mặt trao đổi nước – khí quyển, hầu như bất động, có chiều sõu đáng kể và thời gian dừng lại khá lớn. 1.2 Đặc điểm nguồn nước mặt: Nước mặt có lưu lượng và chất lượng thay đổi theo mùa, theo vị trí địa lý, các yếu tố môi trường xung quanh và cả tác động của con người khi khai thác, sử dụng nguồn nước cùng các tác động sinh tồn, phát triển khác. Thông thường trong nước mặt có thể tỡm thấy các thành phần sau: - Các chất hoà tan dưới dạng ion và phõn tử, có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô cơ. - Các chất rắn lơ lửng bao gồm cả chất hữu cơ và vô cơ. - Các vi sinh vật, vi trùng, vi rút... - Bèo, rong, tảo và một số loại thực vật khác. Thành phần hoá học của nước mặt phụ thuộc vào bản chất của đất mà nước chảy qua đến các nơi chứa. Trong hành trình, nước hoà tan các phần tử rất khác nhau. Bằng cách trao đổi trên bề mặt nước – không khí, các loại nước này tự chứa các khí hoà tan ( oxy, nitơ, khí cácbonớc ). Bảng 1: Sự khác nhau chủ yếu giữa nước mặt và nước ngầm Đặc tính Nước mặt Nước ngầm Nhiệt độ Độ đục, MES ( Thực hoặc dạng keo) Màu sắc Chất khoáng hoá toàn bộ. Fe và Mn hoá trị II ( Ở trạng thái hoà tan) CO2 xâm thực O2 hoà tan H2S NH4 Nitrat Silic Chất vi ô nhiễm vô cơ và hữu cơ Các phần tử sống Dung môi chứa Clo Đặc tính phú dưỡng Thay đổi theo mùa Thay đổi, đôi khi khá cao Đặc biệt liên quan đến MES ( Đất sét, tảo) trừ nước mềm và axit ( Axít Humic) Thay đổi phụ thuộc vào nền đất, lượng mưa, đất đào bỏ đi... Nhìn chung không có, trừ ở đáy hồ ao trong quá trình phú dưỡng. Nói chung không có Thường xuyên nhất gần trạng thái bão hoà. Không có mặt trong trường hợp nước bị ô nhiễm. Nói chung không có Chỉ có trong nước bị ô nhiễm. Nói chung ít dồi dào Hàm lượng nói chung vừa phải. Có trong nước của các vùng phát triển, nhưng có nhiều khả năng mất đi nhanh chóng sau khi loại bỏ nguồn. Vi khuẩn ( một số gây bệnh ), virus, sinh vật nổi ( động và thực vật). Rất hiếm có Thường xuyên tăng lên rõ nét ở nhiệt độ cao. Tương đối ổn định Yếu hoặc không có (Trừ nước ở vùng cáctơ) Liên quan mật thiết đến các chất trong dung dịch (axit humic) Hầu như không đổi, nói chung cao hơn nước mặt của cùng một vùng. Nói chung có mặt. Thường có với lượng lớn. Không có mặt trong đại bộ phận thời gian. Thường có mặt. Thường xuyên có mặt, không có dấu hiệu hệ thống ô nhiễm vi khuẩn. Hàm lượng đôi khi cao. Hàm lượng thường cao. Nói chung vắng mặt, nhưng ô nhiễm nguy hiểm, tồn tại lâu dài. Thường có vi khuẩn chứa sắt. Có mặt thường xuyên. Không. Bảng trên cho ta thấy các yếu tố đặc trưng của nước mặt so với nước ngầm. Cần phải chú ý: - Sự có mặt thường xuyên của khí hoà tan, thực tế là ụxy; - Nồng độ lớn của các chất lơ lửng, nhất là trong dòng chảy. Chất huyền phù rất khác nhau, bắt đầu từ các hạt keo đến các nguyên tố hữu hình được trôi theo các dòng sông khi lưu lượng tăng đáng kể. Ở các đập nước, thời gian dừng lõu, tạo nên sự lắng cặn tự nhiên của các phần tử có kích thước lớn, độ đục còn lại của nước là do các chất keo. - Sự có mặt của chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên là do sự phõn huỷ các chất hữu cơ thực vật và động vật sống trên bể mặt của bể chứa nước hoặc trong các sông và các vi sinh vật tự phõn huỷ sau khi chết ( thực vật và động vật). - Sự có mặt của sinh vật nổi: Nước mặt là nơi cư trú và phát triển quan trọng của thực vật nổi ( tảo) và động vật nổi. Trong điều kiện nhất định, cuộc sống dưới nước có thể được phát triển mạnh: Sự phát triển của động vật và thực vật. - Sự thay đổi hàng ngày ( sự chênh lệch nhiệt độ, ánh sáng mặt trời ) thay đổi theo mùa, sự thay đổi khí hậu ( nhiệt độ, tuyết tan và của thực vật ( rụng lá). Chúng có thể xảy ra ngẫu nhiên như: mưa, giông, ô nhiễm mạnh. Ở các nơi chứa nước mặt, chất lượng nước thay đổi từ bề mặt đến đáy bể chứa ( O2, Fe, Mn, khả năng Oxy hoá, sinh vật nổi). Hàm lượng của mỗi một tham số thay đổi phụ thuộc vào chu kỳ 1 năm. - Ô nhiễm hữu cơ thường dẫn đến việc phú dưỡng nguồn nước. 1.3 Quá trình xử lý nước mặt: Công nghệ xử lý nước mặt thay đổi theo thời gian vì chất lượng nước bề mặt thường thay đổi theo mùa và nhu cầu dùng nước cũng thay đổi theo thời gian. Hình 1.1 giới thiệu sơ đồ tổng quát xử lý nước mặt cấp cho sinh hoạt thường thấy: Nước thô Lưới chắn Clo hóa sơ bộ Khuấy trộn ( Hoá chất keo tụ ) Phản ứng tạo bông keo tụ Lắng Lọc Khử trùng Bể chứa Mạng lưới tiêu thụ Mục đích: - Loại rác, mảnh vụn, vật thô, vật nổi. - Diệt khuẩn gây bệnh ( Ỗy hoá chất hữu cơ. - Hạn chế gây mùi vị. Tạo hạt hết tinh kích thước nhỏ nhằm thúc đẩy quá trình xử lý tiếp theo. - Trộn hoá chất với nước thô chứa hạt kích thước nhỏ chưa thể lắng lọc được. - Phá vỡ trạng thái bền của hệ keo trong nước. - Kết dính các hạt keo nhỏ tạo thành bông cặn kích thước lớn có thể loại bỏ bằng lắng lọc. - Lắng tách bông cặn Lọc tách lượng cặn còn lại. - Khử trùng. - Ngăn ngừa lắng cặn rỉ trong đường ống. - Ổn định nước. - Tăng cường thời gian lưu nước, khử trùng hoàn toàn. - Điều hoà lưu lượng nước giữa các giờ cao điểm. Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát xử lý nước mặt cấp cho sinh hoạt 2. Giới thiệu sơ bộ hiện trạng cấp tại ba nhà máy nước: Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình: 2.1 Nhà máy nước Thành phố Sơn La: 2.1.1 Đặc điểm nguồn nước mặt tại thành phố Sơn La: a. Nguồn nước mặt: Ở thành phố Sơn La có 03 nguồn nước mặt: * Nguồn nước hang Bó Cá: Đõy là một hang đá vôi tự nhiên, nguồn nước tại đõy là nguồn chớnh được sử dụng để cấp nước cho thành phố Sơn La hiện nay . Hang Bó Cá cách trung tõm thành phố Sơn La 4km về phớa Bắc. Nước hang Bó Cá được sử dụng cho sinh hoạt của thành phố và một phần cấp nước cho nông nghiệp. Theo đánh giá trữ lượng nước hang Bó Cá về mùa kiệt là: + Qmin = 0.18 m3/s. + Qmax = 58 m3/s. Theo kết quả phân tích cho thấy rằng hàm lượng cặn trung bình dao động từ 5mg/l đến 1500 mg/l về mùa khô và mùa mưa, độ cứng trong nước nguồn là 16 độ Đức vượt quá tiêu chuẩn cho phép. * Suối Nậm La: Suối Nậm La chảy từ vùng núi Đông Nam và Tõy Nam của Thành phố với diện tích lưu vực 175 km2( Qmin = 0.55 m3/s, Qmax = 625 m3/s). Nước chảy qua khu vực đồng ruộng và qua khu dõn cư bị ô nhiễm tương đối nặng do các chất thải của khu công nghiệp và dõn cư đổ vào nên không dùng cho sinh hoạt được. * Nguồn nước hồ Bản Mòng: Hồ Bản Mũng cỏch thành phố 4km về phía Tây Nam, có dung tích 6,0 triệu m3. Nhằm các mục đích: + Điều tiết nước mùa khô cho suối Nậm La cung cấp nước tưới cho 312 ha ruộng lúa 2 vụ dọc theo suối Nậm La. + Điều tiết lũ về mùa mưa. + Cung cấp nước sinh hoạt cho 28.000 người. + Cấp nước tưới ẩm cho cây ăn quả và cây công nghiệp từ 1500-2000 ha. Dự kiến cấp nước sinh hoạt 8.000 – 10.000 m3/ngđ và lấy nước hồ với dung tích trong 5 tháng là: 5x30x10.000 = 1,5 triệu m3. Trong khi đó lưu lượng nước bổ sung vào hồ về mùa kiệt là : (0.55 m3/sx24x3600)x5x30 = 7,128 triệu m3. Như vậy lấy nước hồ cung cấp nước cho sinh hoạt là không ảnh hưởng đến các nhu cầu cung cấp nước khác. 2.1.2 Dây chuyền công nghệ xử lý: Công trình thu Ống trộn Bể P.ứ keo tụ Bể lắng lamen B.lọc áp lực Bể chứa TB Cấp II Mạng phân phối Hình 1.2: Sơ đồ dõy chuyền công nghệ xử lý nước tại nhà máy nước Thành phố Sơn La. Dõy chuyền hợp khối công suất 10.000 m3/ngđ. 2.1.3. Đặc điểm của quá trình lắng: Dùng bể lắng lamen. + Gồm 2 đơn nguyên bằng thép, mỗi đơn nguyên có công suất là 5000 m3/ngđ. + Bể lắng trên nguyên tắc lắng mỏng. Nước dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng la men bằng hệ thống phõn phối răng cưa. Nước được phõn phối vào bể lắng lamen từ trên xuống. + Xõy dựng 2 bể lắng lamen bằng thép kích thước mỗi bể là 12mx2.3mx2.4m. + Tổng diện tích 2 bể lắng là: 705,77 m2. + Tốc độ lắng bình thường là 0.77 m/h. + Xả cặn lắng bằng thuỷ lực, các van mở tự động bằng thiết bị điện theo giờ để lấy bùn một cách đều đặn. + Các tấm lamen bằng nhựa PVC tớnh toán định hình và đặt nghiêng 600. Các tấm lamen liên kết với nhau thành hình tổ ong và được thiết kế định hình theo tiêu chuẩn loại Greca 70x18 của Pháp. Nước sạch thu vào các máng răng cưa bằng thép không rỉ xung quanh bể. 2.1.4 Chất lượng nước đầu vào: Căn cứ kết quả thí nghiệm tại phòng hoá nghiệm xí nghiệp cấp nước Sơn La cho kết quả một số ngày trong năm 2009 như sau: STT Ngày Độ đục (NTU) Độ pH Hàm lượng Ca (mg/l) Hàm lượng Mg (mg/l) Độ cứng tổng (mg/l) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 29/5/2009 30/5/2009 01/6/2009 12/6/2009 30/6/2009 22/10/2009 24/10/2009 28/10/2009 29/10/2009 5/11/2009 14/11/2009 1278 556 83 420 17256 18.2 16.4 15.2 16.8 14.3 15.2 7.1 7.1 7 7.3 7.2 7.3 7.3 7.3 7.27 6.54 7.23 280 282 284 224 352 236 240 240 245 242 244 65 64.7 67 61 69.5 59 57 59 61 62 61 345 346.7 351 285 421.5 295 297 299 306 304 215 Bảng 1.1: Chất lượng nước đầu vào tại thành phố Sơn La 2.2 Nhà máy nước thành phố Hoà Bình: 2.2.1 Đặc điểm cấp nước tại thành phố Hoà Bình: Nguồn nước mặt Hồ Hòa Bình có dung tích 9 tỉ m3 nước là nguồn nước vô cùng dồi dào. Mực nước hồ cao nhất là 115m (so với cốt tuyệt đối) và mực nước thấp nhất ở cao trình 88m. Nước mặt Hồ Hòa Bình về mùa khô rất sạch, hàm lượng cặn không tan còn lại rất nhỏ, độ nhiễm khuẩn không lớn. Về mùa mưa do hồ có dung tích lớn nờn đó lắng phần lớn chất không tan. Cũn cỏc chất hòa tan nói chung không có chất nào vượt quá chỉ tiêu cho phép. 2.2.1.1. Các hệ thống cấp nước hiện tại: Hiện trạng hệ thống cấp nước Bờ Phải thành phố Hòa Bình gồm 2 hệ thống như sau : - Hệ thống thứ nhất của Bờ Phải được xây dựng từ năm 1960 bao gồm một trạm xử lý chung cho nước mặt và nước ngầm đặt trên đồi ông Tượng ở cao độ 59m và mọt mạng lưới ống đã cũ từ DN100 – DN300 có tổng chiều dài 14.325m. Công suất trạm hiện đạt 2.500m3/ngày. - Hệ thống cấp nước thứ hai được Chính phủ Pháp giúp đỡ xây dựng có công suất 6.000m3/ngày (có thể mở rộng lên 12.000m3/ngày) đã đưa vào vận hành từ tháng 7-1996 bao gồm 1 trạm xử lý mới đặt cạnh trạm cũ ở cao trình 62m và đặt thêm một số tuyến ống như tuyến ống dẫn nước thô DN500 dài 1650m từ đập Hòa Bình về và vài tuyến ống phân phối chính từ DN100 – DN400 đấu phối hợp với hệ thống cũ. Hệ thống này xử lý hoàn toàn nước mặt mà không dùng nước ngầm. Thiết bị và dây chuyền xử lý hiện đại. Hiện nay để cấp nước bổ sung cho Bờ Phải, Công ty TNHH 1 thành viên kinh doanh nước sạch Hòa Bình đã cho lắp đặt một tuyến ống DN200 qua cầu khu vực trung tâm thành phố để cấp nước từ bờ Trái sang Bờ Phải công suất tối đa có thể đạt 2.000m3/ngđ. Ngoài ra chuẩn bị xây dựng một trạm bơm tăng áp công suất 2.400 m3/ngày để tăng áp cho khu vực Chăm Mát. 2.2.2.2. Dây chuyền công nghệ xử lý: Công trình thu Ống trộn Bể P.ứ keo tụ Bể lắng lamen B.lọc nhanh Bể chứa TB Cấp II Mạng phân phối Hình 1.3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước tại nhà máy nước Thành phố Hoà Bình. 2.2.2. Đặc điểm quá trình lắng: Sử dụng bể lắng lamen: - Xây dựng bằng bê tông cốt thép, nước được dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng Lamen bằng đường ống chính DN400, tại ống này cho Clo hoá để Clo hoá sơ bộ, nước theo máng phân phối bằng nhựa PVC đặt chìm vào hai bể lắng Lamen kiểu đứng. - Bể lắng Lamen có kích thước BxLxH=9.4x4.7x7.5m - Xả cặn bằng phương pháp thuỷ lực, các van được đóng mở tự động bằng một thiết bị hoạt động theo giờ lấy bùn đi một cách đều đặn. - Các tấm Lamen bằng nhựa PVC tính toán định hình, nghiêng 600 và mặt cắt cho phép hình thành các kiểu ống tổ ong. Nước sạch được thu lại qua cỏc mỏng răng cưa bằng thép không gỉ, tiếp tục đưa vào bể lọc bằng ống DN400. 2.2.3. Chất lượng nước đầu vào tại trạm xử lý: Kết quả thí nghiệm chất lượng nước thô tại trạm xử lý nước bờ Phải tại phòng thí nghiệm xí nghiệp kinh doanh nước sạch thành phố Hoà Bình được tổng hợp theo bảng sau: STT Ngày tháng năm Độ đục pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 01/01/2009 20/01/2009 12/03/2009 25/05/2009 01/6/2009 20/6/2009 29/6/2009 21/7/2009 01/8/2009 9.35 3.95 1.73 42.96 91 152 115 165 101 7.44 7.34 7.51 7.5 7.48 7.43 7.41 7.21 7.3 Bảng 1.2: Chất lượng nước đầu vào tại thành phố Hòa Bình 2.3 Nhà máy nước thành phố Điện Biên: 2.3.1. Nguồn nước mặt : Nước sông * Sông Nậm Rốm : Bắt nguồn từ núi Pha Thong cao 1873 m chảy theo hướng Bắc Nam. Tính đến đập ngăn Nậm Rốm chiều dài sông Nậm Rốm khoảng 30 km. Theo các tài liệu thuỷ văn sông Nậm Rốm cú cỏc thông số chính như sau: - Lưu lượng lớn nhất : 1.100 m3/s. - Lưu lượng nhỏ nhất : 0,5 m3/s. - Lưu lượng trung bình : 8,65 m3/s. Đập Nậm Rốm được xây dựng từ 1963 cách trung tâm thành phố Điên Biên Phủ 3km, đập cao 9m dài 58m đáy đập rộng 11m. - Chất lượng nước: Độ đục cao nhất về mùa lũ tới 100 mg/1; mùa cạn khoảng 35mg/1, pH từ 7,05-7,16. Sông Nậm Rốm được sự điều tiết của hồ Ba Khoang qua thuỷ điện Thác Bay là 6,4 m3/s đó nõng lưu lượng mùa kiệt của sông Nậm Rốm lên là 6,9m3/s. * Hồ Ba Khoang : Là công trình đầu mối của hệ thống thuỷ lợi Nậm Rốm , hồ có: - F lưu vực = 81km2. - W hữu ích = 37,3 triệu m3 ứng với diện tích hồ 600ha. - Wchết = 3 triệu m3 ứng với diện tích hồ 100ha. - Cốt mực nước dâng bình thường = 922,2m. - Cốt mực nước thấp nhất = 911m. Nhiệm vụ của hồ Ba Khoang là cung cấp nước cho thuỷ điện Thác Bay, nước qua thuỷ điện Thác Bay lại chảy xướng điều tiết cho sông Nậm Rốm để tưới cho lúa cánh đồng Mường Thanh. Hồ Ba Khoang có dung tích nước phong phú có độ cao so với Điện Biên Phủ là 400m chờnh lệch nhưng ở xa cách Điện Biên 22km. Thuỷ điện Thác Bay đã xây dựng và đưa vào sử dụng với tổng công suất 2400KW được bố trí 3 tổ máy, mỗi tổ có công suất 800KW. * Hồ Huổi Phạ: Hồ Huổi Phạ được xây dựng xong năm 1959 để tưới cho 60 ha ruộng, từ năm 1998 hồ được sử dụng để làm nguồn cấp cho nhà máy nước Điện Biên Phủ giai đoạn I công suất 8.000m3/ngđ. Lưu lượng nước ổn định chưa bị thiếu. Hồ cú cỏc số liệu : - F lưu vực = 15km2. - W hữu ích = 2,4 triệu m3 . - Wchết = 0,5 triệu m3 Hồ có nguồn bổ cập là suối Tắc Pạ và Thẩm Mày với lưu lượng Qmin = 5l/s. * Suối Nậm Khẩu Hu: - Nguồn nước suối Nậm Khẩu Hu được dẫn về cấp nước cho tưới ruộng khu vực Điện Biên Phủ qua kênh chính thuỷ lợi Thanh Minh. UBND tỉnh Lai Châu đã cho xây dựng tuyến ống bằng gang dẻo DN300, dẫn nước tự chảy từ kênh thuỷ lợi Thanh Minh về cấp cho Nhà máy nước Điện Biên Phủ với công suất 16.000m3/ngđ tuyến ống đã được xây dựng xong năm 2004 và đã đưa vào sử dụng, lưu lượng đo được thưc tế đạt công suất thiết kế. Độ cao tại vị trí lấy nước ( cuối kênh Thanh Minh) ở 694m và cao độ điểm xả nước tại công trình xử lý NMN Điện Biên Phủ là 534m , chênh cao 188m, chiều dài tuyến ống dẫn tự chảy 4.100m - Về chất lượng : Nước lấy từ kênh Thanh Minh có chất lựợng rất tốt, thể hiện ở hàm lượng cặn không tan nhỏ, độ mầu nhỏ các thành phần hoá học khác đều nằm dưới các chỉ tiêu cho phép của nước uống( xem mẫu phân tích nước - Phần phụ lục). Việc xử lý nguồn nước thô này không đòi hỏi cao như nguồn nước hồ Huổi Phạ và không phải chi phí điện năng để bơm nước, dễ dàng cho quá trình xử lý, tiết kiệm chi phí điện năng và hoá chất. - Suối Nậm Khẩu Hu cú cỏc thông số sau :Diện tích lưu vực F = 66,5 km2, Qo= 1,73 m3/s, Q85%= 1,29 m3/s,Q90%= 1,17 m3/ s, Q95%= 1,01 m3/ s, dòng chảy cỏc thỏng kiệt trong năm Qmin= 0,7- 0,8m3/s, lưu lượng đo được ngày 05/04/2007 là 1,1 m3/s. * Hồ Nậm Khẩu Hu Theo báo cáo CNTKT do Công ty tư vấn thuỷ lợi I- Bộ NN&PTNT thực hiên 2/2002. Nhiệm vụ của công trình cần đạt : - Cấp nước tưới cho 333 ha lúa ( trong đó xã Thanh Nưa 298 ha, xã Thanh Minh 35 ha): åW = 6.186.000 m3 - Cấp nước tưới cho 500 ha cây công nghiệp, cây mầu: åW = 877.400 m3 - Cấp nước sinh hoạt cho thành phố Điện Biên Phủ: åW = 10.210.700 m3 - Tổng lượng nước yêu cầu: åW = 17.274.100 m3 - Kết hợp phát điện với công suất 1500kw/h . Các thông số của hồ chứa: - F Diện tích mặt hồ lớn nhất = 0,331km2 - W hữu ích = 1,472 triệu m - W hữu ích = 1,472 triệu m3 - W chết = 1,387 triệu m3 - W cắt lũ = 0,687 triệu m3 - Cao trình đỉnh đập 736,35m - MNDBT 733,51m - MNCN 735,79 m - MNC 727,17m - Lưu lượng vào NMTĐ Q=0,917m3/s 2.3.1.1. Hiện trạng cấp nước: Thành phố Điện Biên Phủ hiện nay đó cú một hệ thống cấp nước tập trung công suất 8.000m3/ngđ, nguồn nước sử dụng nước mặt suối Nậm Khẩu Hu từ năm 2004 ( thời gian đầu mới xây dựng là hồ Huổi Phạ). Nhà máy nước Điện Biên Phủ đặt trên đồi cao có cao độ san nền 529m và 525m so với mực nước biển. Đây là công trình sử dụng nguồn vốn ODA của chính phủ Pháp và vốn ngân sách của chính phủ Việt Nam cấp, thực hiện giai đoạn 1 và hoàn thành vào năm 1998. Công nghệ xử lý sử dụng công nghệ Pháp bao gồm: Công trình thu và trạm bơm I đặt ở hồ Huổi Phạ, Bể trộn cơ khí sử dụng phốn nhụm và chất trợ keo tụ, Bể phản ứng tạo bông cơ khí , Bể lắng lamen, Bể lọc, Bể chứa và khử trùng bằng clo lỏng ở tại bể chứa. Nước được cấp vào mạng phân phối bằng ống tự chảy cú ỏp, thông qua hệ thống ống truyền dẫn và phân phối bằng gang dẻo và gang xám. Tổng cộng đường ống phân phối cấp I hiện có là 31.863m, trong đó có 7.980m DN100-250mm là ống gang xám lắp xảm và ống thép hàn từ trước khi có dự án Pháp( xây dựng 1992-1994) cụ thể: + Ống gang xám DN 100 - L= 1.290,0 m + Ống gang xám DN 150 - L= 1.508,5 m + Ống thép đen DN 150 -L= 397,5m + Ống gang xám DN 200 -L= 854,5m + Ống gang xám DN 250 - L= 2.371,5m + Ống thép đen DN 250 - L= 1.558,0m S= 7.980,0m Và 23.883,0m ống gang dẻo DN100-400mm của dự án ODA cộng hoà Pháp, tổng các loại ống như sau : + Ống DN 100 - L= 7.671m + Ống DN 150 - L= 6.185m + Ống DN 200 - L= 4.533m + Ống DN 250 - L= 581m + Ống DN 300 - L= 1.216m + Ống DN 400 - L= 3.697m S= 23.883m Mạng lưới đường ống bằng gang xám và ống thép đen. Năm 2004 lượng nước thô khai thác bình quân 8.000m3/ngđ, lượng nước thu qua đồng hồ chỉ đạt bình quân 4.448m3/ngđ, như vậy thất thoát đến 43,83%. Trước tình hình thất thoát quá lớn đó, đầu năm 2005 UBND tỉnh đã chỉ đạo sở Xây dựng, Công ty Xây dựng Cấp nước Điện Biên tiến hành rà soát toàn bộ hệ thống ống dẫn hiện có và đầu tư đấu nối lại và lắp mới một số tuyến ống phân phối cấp II và III nối với các ống cũ này (cắt rời các ống phân phối cấp II,III khỏi ống cũ) sang các tuyến ống mới từ dự án ODA của Pháp. Hiệu quả là sau khi đấu nối lại, tỉ lệ thất thoát nước trên hệ thống giảm xuống còn dưới 30%. Tuy nhiên, do hệ thống phân phối chính được tính toán chuyển tải trên hệ thống ống dẫn cả cũ và mới, nên một số tuyến ống nhánh hiện hữu không đáp ứng lưu lượng nước cung cấp cho các khu vực mở rộng. Mạng lưới đường ống bằng gang dẻo ODA Pháp mới được lắp, mối nối mềm nên động đất với cường độ mạnh cũng ít bị hư hỏng, nhưng mạng ống phân phối chính chưa bao trùm hết các khu dân cư hiện có trong thành phố, thị trấn nên tỷ lệ được cấp nước còn thấp chỉ đạt trên 60,44% dân số thành phố được sử dụng nước sạch, với 7.331/12.130 hộ thuê bao qua đồng hồ ( tính đến tháng 4/2005), ngoài ra có 267 cơ quan và các hộ sử dụng nước công cộng được cấp nước. Số hộ còn lại sử dụng nước giếng khơi mạch nông, giếng khoan nhỏ, nước mưa, nước sông, suối, các hộ này đang sử dụng nước chưa qua xử lý nờn khụng đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh cho nước ăn uống và sinh hoạt. 2.3.2 Dây chuyền công nghệ xử lý: Trạm bơm I Huổi Phạ Khối trộn + Phản ứng Bể lắng Lamen B.lọc nhanh Bể chứa TB Cấp II Mạng phân phối Hình 2.3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước tại nhà máy nước Thành phố Điện Biên Phủ. 2.3.3 Đặc điểm của quá trình lắng: - Xây dựng bằng bê tông cốt thép, nước được dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng Lamen bằng đường ống chính . - Bể lắng lamen có kích thước : 5,2m x 13,0m chia làm ba khoang, đáy hình chóp để chứa bựn, cú cỏc liên kết xà đỡ các tấm lamen. - Các tấm lamen loại Ondex 18 x70, khổ 840 x 5200 làm bằng PVC - Phân phối nước vào bể lắng lamen bằng 2 ống thép không rỉ DN400mm đục lỗ, thu nước sau lắng bằng 4 mỏng thộp không rỉ 400mmx350 xẻ rãnh chữ V. - Xả cặn bể lắng bằng 3 ống thép không rỉ DN150mm với các van bướm mở nhanh và van điều khiển điện. 2.3.4 Nhận xét: - Nguồn nước mặt tại nơi đõy tương đối dồi dào đủ khả năng cung cấp nước cho nhu cầu dùng nước của đô thị hiện tại cà trong tương lai vì: + Hồ Huổi Phạ có trữ lượng ổn định, lại được sông Nậm Rốn bổ cập khi cần thiết, nên việc làm nguồn cấp nước lõu dài và mở rộng sau này là đủ tớnh khả thi. + Nguồn nước lấy từ suối Nậm Khẩu Hu qua kênh Thanh Minh ( Sẽ là hồ Nậm Khẩu Hu Whi = 1.472 triệu m3 lưu lượng bổ cập Qmin = 0.9 m3/s) chủ động về mặt trữ lượng, chất lượng nước về lõu dài là ổn định, vì nguồn xa khu dõn cư, độ che phủ tốt và nằm trong vành đai rừng được bảo vệ và tái tạo, nên hồ này là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho thành phố Điện Biên Phủ trước mắt và tương lai lõu dài, còn hồ Huổi Phạ để dự phòng. - Công nghệ xử lý tương đối hiện đại, phù hợp với 1 tỉnh miền núi phớa Bắc như Điện Biên. CHƯƠNG III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LẮNG NƯỚC VÀ BỂ LẮNG Lắng là một khâu quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Dựa trên nguyên lý rơi theo trọng lực, việc làm lắng có thể loại bỏ 90-99 % lượng chất bẩn chứa trong nước. 1. BỂ LẮNG TRONG CÔNG NGHỆ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ NƯỚC 1.1. Các loại cặn lắng Trong thực tế xử lý nước gặp ba loại cặn sau đây: • Cặn rắn: là các hạt phân tán riêng lẻ, có độ lớn, bề mặt và hình dáng không thay đổi trong suốt quá trình lắng, tốc độ lắng cặn không phụ thuộc vào chiều cao và nồng độ cặn. • Cặn lơ lửng có bề mặt thay đổi, có khả năng dính kết và keo tụ với nhau trong quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn thay đổi (tăng dần) theo thời gian và chiều cao lắng (sẽ được đề cập đến khi xét bể lắng đứng, bể lắng ngang). • Cỏc bụng cặn có khả năng dính kết với nhau, khi nồng độ lớn hơn 1000 mg/l tạo thành các đám cặn, khi cỏc đám bông cặn lắng xuống, nước từ dưới đi lên qua các khe rỗng giữa cỏc bụng cặn tiếp xúc với nhau, lực ma sát tăng lên làm hạn chế tốc độ lắng của đỏm bụng cặn nên gọi là lắng hạn chế. Tốc độ lắng của đám mây cỏc bụng cặn phụ thuộc vào tính chất và nồng độ cặn sẽ được xem xét khi thiết kế bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. 1.2. Các loại bể lắng 1.2.1 Lắng tĩnh và lắng theo từng mẻ kế tiếp: thường gặp trong các hồ chứa nước, sau trận mưa nước chảy vào hồ đem theo cặn lắng làm cho nồng độ cặn trong hồ tăng lên, nước trong hồ đứng yên, cặn lắng tính xuống đáy. Trong công nghiệp sau một mẻ sản xuất, nước được xả ra, để lắng bớt cặn, được bơm tuần hoàn lại để tái sử dụng cho quá trình sản xuất gọi là lắng tĩnh theo từng theo từng mẻ kế tiếp (hình 1). 1.2.2 Bể lắng có dòng nước chảy ngang cặn rơi thẳng đứng: gọi là bể lắng ngang. Hình dáng mặt bằng có thể là hỡnh chữ nhật hoặc hình tròn (hình 2), dùng để lắng cặn thô và cặn keo tụ. Hình 1: Sơ đồ bể lắng tĩnh theo mẻ kế tiếp Hình 2: Bể lắng ngang hình chữ nhật và hình tròn 1.2.3. Bể lắng có dòng nước đi từ dưới lên, cặn rơi từ trên xuống gọi là bể lắng đứng, hình dáng mặt bằng có thể là hình vuông hoặc hình tròn (hình 3) dùng để lắng cặn keo tụ. Hình 3: Bể lắng đứng hình vuông và hình tròn Hình 4: Sơ đồ nguyên lý bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. 1.2.4. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: nước đi từ dưới lên qua lớp cặn lơ lửng được hình thành trong quá trình lắng, cặn dính bám vào lớp cặn, nước trong thu trên bề mặt, cặn thừa đưa sang ngăn nén cặn, từng thời kỳ xảy ra ngoài. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng dùng để lắng cặn có khả năng keo tụ (hình 4). 1.2.5. Lắng trong các ống tròn hoặc trong các hình trụ vuông, lục lắng đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc ≥ 600. Nước đi từ dưới lên, cặn trượt theo đáy ống từ trên xuống gọi là bể lắng nghiêng hay còn gọi là bể lắng lớp mỏng, dùng chủ yếu để lắng nước đã trộn phốn (hỡnh 5). Hình 5: Bể lắng lớp mỏng 1.3. Vị trí các bể lắng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước • Khi gặp nguồn nước có độ đục nhỏ hơn hoặc bằng 30 mg/l có thể áp dụng sơ đồ (6a) và (6b) để xử lý khụng phốn. Bể lắng đặt trước bể lọc chậm hoặc bể lọc nhanh để phòng ngừa khi độ đục của nước nguồn đột ngột tăng lên do mưa lũ. • Khi nguồn nước có độ đục lớn hơn 30 mg/l và nhỏ hơn 100 mg/l, ít cặn hữu cơ, cặn dễ dàng lắng có thể áp dụng sơ đồ xử lý nước không pha phèn (sơ đồ 6c). Bể lắng đặt trước bể lọc nhanh và bể lọc chậm. • Sơ đồ (6d) giới thiệu quy trình công nghệ xử lý nước mặt truyền thống. Bể lắng đặt trước bể lọc, sau bể trộn phèn và bể phản ứng tạo bông cặn. • Sơ đồ (6e) giới thiệu quy trình khử sắt trong nước ngầm bằng làm thoáng lắng tiếp xúc và lọc. Bể lắng được đặt ngay trước bể lọc. • Khi gặp nguồn nước có độ đục cao, nhiều cặn nặng (ví dụ như nước sông Hồng), thì trước sơ đồ (6d) đặt bể lắng sơ bộ, lắng phần lớn cặn nặng và bùn để giảm tải trọng cho các công trình xử lý tiếp theo (sơ đồ 6f). Hình 6 2. LẮNG CÁC HẠT CẶN KHÔNG CÓ KHẢ NĂNG KEO TỤ 2.1. Lắng cặn trong môi trường tĩnh, biểu đồ phân bố vận tốc lắng Trong thể tích nước tĩnh, dưới tác dụng của trọng lực các hạt cặn rơi theo phương thẳng đứng xuống dưới. Tốc độ rơi của hạt phụ thuộc vào kích thước, hình dạng. Tỷ trọng của hạt, đồng thời phụ thuộc vào lực cản của nước tác dụng vào hạt rơi. Để tìm quy luật chuyển động của hạt cặn trong nước khi lắng tự do theo trọng lực và không có vận tốc ban đầu, ta xét hạt rắn hình cầu, không thay đổi hình dạng và kích thước trong quá trình lắng và không bị dính kết với các hạt cặn khác (cặn thiên nhiên khụng đỏnh phốn). Tại thời điểm bất kỳ t, hạt chuyển động với vận tốc u mm/s, các lực tác dụng lên hạt đang chuyển động theo phương thẳng đứng gồm: • Lực quán tính: F = ma = ( 3.1) • Lực trọng trường: F = mg = ( 3.2) Lực cản của môi trường: dưới dạng tổng quát, lực cản khi hạt chuyển động trong chất lỏng được biểu diễn bằng biểu thức: F ( 3.3) Theo định luật Newton, ta viết được phương trình cõn bằng lực theo phương thẳng đứng: F = ma = u2d2 = (3.4) Trong đó: ρ1 - mật độ của hạt; ρo - mật độ của nước; d - đường kớnh của hạt; φo - h ệ số sức cản phụ thuộc vào số Reynold: μ - độ nhớt của nước; g – gia tốc trọng trường. Tích phõn phương trình (6.4), khi t = 0, u = 0 (vận tốc ban đầu bằng 0), rút ra: u = ( 3.5) Từ biểu thức (5) cho thấy, khi bắt đầu chuyển động, hạt chuyển động rơi nhanh dần, nhưng sau thời gian t rất ngắn, hạt có chuyển động đều (biểu thức trong dấu móc (5) bằng đơn vị). Theo thực nghiệm t = 6,5.10ư2s, đối với hạt có d = 1mm và t = 1,67.10ư6 đối với hạt có d = 0,002mm. Vì thế có thể coi chuyển động của hạt cặn trong bể lắng tĩnh là chuyển động đều với vận tốc không đổi. ( 3.6) Hệ số sức cản φo là hàm số của Re. Khi giá trị Re < 2 (hạt bé, tốc độ lắng bé) ( 3.7) Thay φo vào phương trình (6), ta nhận được: ( 3.8) Phương trình (8) thường được gọi là phương trình Stokes. Khi 2 < Re < 500 ta có: ( 3.9) Khi Re > 500: lực nhớt không cũn ảnh hưởng đến chuyển động của hạt, hệ số sức cản φo không phụ thuộc vào Re. Tốc độ lắng trong nước của các hạt hình dạng bất kỳ bé hơn tốc độ lắng tĩnh của hạt hình cầu, ảnh hưởng của hình dạng đến hệ số sức cản có thể biểu diễn qua hệ số hình dạng: = Kh. ( 3.10) Trong đó: φ - hệ số sức cản khi lắng hạt có hình dạng bất kỳ; Kh - hệ số hình dạng; đối với cát có Kh = 0,85 ữ 0,87; đối với cát sắc cạnh có Kh = 0,67 ữ 0,75; đối với than antraxit có Kh = 0,58 ữ 0,7; Cặn lơ lửng trong nước thiên nhiên gồm những hạt rất khác nhau về hình dạng, kích thước và mật độ cho nên không dùng công thức lý thuyết để tính toán tốc độ lắng của các loại hạt cặn được. Tốc độ lắng của cặn lơ lửng đa phân tán như vậy thường được xác định bằng đường cong lắng cặn hay còn gọi là đường cong phân bố vận tốc lắng theo hiệu quả lắng R%. Số liệu để xây dựng đường cong lắng được xác định như sau: Phương pháp đơn giản nhất là dung ống lắng (hình 7). Nước cần xử lý sau khi đã biết hàm lượng cặn lơ lửng M0 (mg/l) được rót vào 5- 6 ống nghiệm hình trụ cú đỏy hỡnh cụn cú dung tích 0,05l. Để nước lắng tĩnh trong các thời gian khác nhau từ T1 đến Ti. Giả sử chiều cao mực nước trong ống nghiệm ở phần hình trụ là H (mm). Hàm lượng cặn trong nước nguồn là M0 (mg/l). Đối với ống nghiệm thứ nhất, sau thời gian lắng T1, tiến hành rút từ phần hỡnh cụn 0,05l nước bao gồm cả phần cặn đã lắng, sau đó xác định tổng hàm lượng cặn C1 trong mẫu. Lượng cặn đã lắng sau thời gian T1 tính theo phần trăm: Đối với ống nghiệm thứ i sau thời gian T1, ta cũng lấy mẫu và xác định tổng hàm lượng cặn đã lắng Ci của mẫu. Hình 7: Ống nghiệm để xác định vận tốc lắng u Lượng cặn đã lắng trong mẫu thứ i, sau thời gian T1 tính theo phần trăm: ( 3.11) Trọng lượng cặn Ci (mg) rơi vào phần hỡnh cụn của ống nghiệm có những hạt cặn nằm ở mặt thoáng của nước, sau thời gian Ti đi được quãng đường H (mm) tức là có tốc độ ui = H/Ti (mm/s). Tốc độ lắng này được coi là tốc độ lắng đặc trưng cho quãng thời gian Ti và lượng cặn lắng Ci, vì trong thời gian Ti có những hạt cặn có tốc độ lắng lớn hơn ui = H/Ti (mm/s) và những hạt cặn nằm phớa dưới gần phần hình côn của ống nghiệm có tốc độ lắng bé hơn nhưng đã kịp rơi vào phần hình côn của ống nghiệm sau thời gian lắng Ti. Quy ước gọi tất cả các hạt cặn đã rơi vào phần hình côn với trọng lượng Ci có tốc độ lắng lớn hơn hoặc bằng ui = H/Ti (mm/s). 2.2. Lắng các hạt cặn không có khả năng keo tụ trong bể lắng ngang: Trong kỹ thuật xử lý nước, khi áp dụng sơ đồ xử lý nước khụng phốn trong các bể lắng theo mẻ, bể lắng đứng đã được thay thế bằng bể lắng ngang vì: bể lắng tĩnh theo mẻ kế tiếp chiếm nhiều diện tích, giá thành xây dựng cao, đòi hỏi phải thao tác thường xuyên, còn bể lắng đứng chỉ có các hạt vận tốc lắng lớn hơn vận tốc dòng nước đi lên mới có khả năng lắng xuống đay bể, nên hiệu quả lắng thấp hơn bể lắng ngang vì thế bể lắng đứng không còn được sử dụng để lắng cặn không pha phèn nữa. 2.2.1. Bể lắng ngang: So với bể lắng đứng, hiệu quả lắng với dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang đạt cao hơn. Ở đây một phần các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ hơn giá trị u0 = H/T0 cũng được giữ lại. Để tìm ra quy luật chuyển động của hạt cặn, ta hóy xột trường hợp bể lắng ngang với những điều kiện tối ưu nhất: • Dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang ở trong chế độ chảy tầng, tốc độ dòng chảy tại mọi điểm trong bể đều bằng nhau. Thời gian lưu lại của mọi phân tử nước đi qua bể đều bằng nhau và bằng dung tích bể chia cho lưu lượng dòng chảy. • Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các hạt cặn có cùng kích thước tại mọi điểm đều bằng nhau. • Hạt cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể. Để thoả món cỏc điều kiện trên, trong bể lắng ngang phải có 4 vùng riêng biệt: vùng phân phối đảm bảo đưa nước vào và phân phối đều nước, cặn trên toàn bộ mặt cắt ngang đàu bể; vùng lắng; vùng chứa cặn; vùng thu nước (hình 8). Hình 8: Sơ đồ cấu tạo bể lắng ngang hình chữ nhật và hình tròn Xét chuyển động của hạt cặn tự do trong bể lắng ngang, ngoài lực rơi tự do hạt cặn còn chịu lực đẩy theo phương nằm ngang của dòng chảy. Quỹ đạo chuyển động của các hạt cặn tự do là véc tơ tổng hợp của 2 lực nói trên (hình 9). Nếu gọi các kích thước cơ bản của vùng lắng bằng ký hiệu, chiều sâu H’, chiều rộng B và chiều dài L. Giá trị các lực cơ bản biểu thị bằng: ; ; , (m/s); ,(m/s), hay ,(m2) (3.12)Trong đó: Vo: Tốc độ chuyển động của dòng nước (m/s); Q : Lưu lượng dòng nước qua vùng lắng (m 3/s); F: Diện tích bề mặt vùng lắng (m2). Các công thức trên cho thấy tốc độ lắng cặn (hay hiệu quả lắng) chỉ phụ thuộc vào diện tích bề mặt bể, hoàn toàn không phụ thuộc vào các yếu tố khác như chiều sâu hoặc thời gian nước lưu lại. Theo sơ đồ (hình 9), hiệu quả lắng bằng tổng số cặn có tốc độ lắng lớn hơn hoặc bằng tốc độ U0 và một phần cặn có tốc độ lắng nhỏ hơn U0, hiệu quả lắng các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ có thể xác định theo tương quan. , (%) Hình 9: Sơ đồ quỹ đạo chuyển động của các hạt cặn tự do trong bể lắng ngang 2.2.2. Ảnh hưởng của dòng chảy rối đến hiệu quả lắng: Khi hạt cặn lắng trong dòng chảy ngang, hạt cặn chịu ảnh hưởng của 2 hệ số Reinold. • Hệ số Reynold của bản thân hạt cặn khi rơi tự do trong nước bị lực cản của nước làm chậm lại. • Hệ số Reynold của dòng chảy ngang trong bể lắng, phụ thuộc vào vận tốc của dòng chảy và kích thước của bể lắng. Trong kỹ thuật xử lý nước, hệ số Reinold của hạt lắng rất nhỏ và hạt lắng luôn trong trạng thái chảy tầng không cần xết đến, chỉ có hệ số Reinold của dòng chảy ngang trong bể và cần xét. Khi Re 2000, dòng chảy ngang trong bể là dòng chảy rối. Trong thực tế không thể cấu tạo bể lắng để có dòng chảy tầng, vì thế quá trình lắng cặn trong bể lắng xảy ra chậm hơn so với ống thí nghiệm do chuyển động rối, với sự xuất hiện thành phần tốc độ dòng chảy theo hướng thẳng đứng và ngang. Vì thế tại mỗi thời điểm trị số thực và hướng tốc độ chuyển động của hạt cặn trong quá trình lắng là vộctơ tổng hợp của 3 vộctơ thành phần: thành phần chuyển động ngang v, thẳng đứng w và tốc độ lắng của hạt U0 dưới tác dụng của trọng lực. Thành phần ngang của tốc độ di chuyển hạt cặn theo hướng chuyển động của dòng nước trong bể lắng, thành phần thắng đứng của tốc độ cùng phương với tốc độ lắng của hạt cặn hoặc làm chậm hoặc đẩy nhanh quá trình lắng của hạt cặn. Theo kết quả nghiên cứu của Velicanop, Xavenep... thì trị số và hướng của thành phần thẳng đứng của tốc độ dòng chảy rối trong bể lắng là trị số ngẫu nhiên tuân theo luật phân phối chuẩn Gaus. (3.13) Trong đó: σw – giá trị bình phương trung bình của thành phần thẳng đứng w của tốc độ dòng chảy trong bể lắng: ( 3.14) m - hệ số phụ thuộc vào độ nhám của thành và đáy bể lắng; vtb - vận tốc trung bình của nước trong bể lắng; H - chiều cao lớp nước trong bể lắng; n - số mũ. Do thành phần thẳng đứng và nằm ngang của tốc độ dòng chảy là các trị số biến đổi nên tốc độ chuyển động thực của hạt cặn trong bể lắng cũng là trị số biến đổi, nó thay đổi về trị số và hướng. Do đó quỹ đạo chuyển động của hạt cặn trong quá trình lắng rất khác nhau và tuân theo quy luật của các hiện tượng ngẫu nhiên. Việc xác định vị trí rơi vào đáy bể lắng của hạt cặn bất kỳ là không có nghiệm đơn trị. Để tính toán bể lắng cần phải biết tốc độ lắng của cặn U0 và thành phần thẳng đứng w của tốc độ dòng chảy trong bể lắng. Tại mỗi điểm bất kỳ trong dòng chảy ở thời điểm bất kỳ có thể xuất hiện thành phần thẳng đứng của tốc độ và nó có thể hướng lên phía trên hoặc phía dưới. Theo các nhà khoa học Xô Viết giá trị của w có thể lấy w = vo/30, hệ số Reynol của bể lắng tớnh theo các công thức sau: Trong đó: vo - vận tốc chảy ngang (m/s); R– bán kớnh thuỷ lực của bể (m): v - độ nhớt động học của nước (m2/s); Đối với bể lắng ngang hình chữ nhật Đối với bể lắng ngang hình trũn: , R = H (3.15) Vì trong bể có Re > 2000, nên phải xem xét đến thành phần tốc độ chảy rối nõng hạt cặn lên là w. Tốc độ lắng của hạt chỉ cũn lại là (uo – w). Đưa trị số này vào công thức (12) ta có: (3.16) Trong đó: α - hệ số kể tới ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng. Từ (16) rút ra: , hệ số K phụ thuộc vào tỷ số L/H lấy theo bảng (1) Bảng 1: Giá trị của hệ số α L/H 10 15 20 > 25 K 7,5 10 12 13,5 α 1,33 1,5 1,67 1,82 2.2.3. Ảnh hưởng của hiện tượng phân bố vận tốc không đều và hiện tượng ngăn dòng đến hiệu quả lắng: Thời gian lưu nước tròn bể lắng theo lý thuyết: (3.17) Thực tế vận tốc dòng chảy ngang trong bể phân phối không đều cả theo chiều dọc và chiều ngang của bể (hình 10). Sự phân bố vận tốc không đều theo chiều ngang bể do lực ma sát giữa thành bể và dòng chảy gây ra, vận tốc ngang càng nhỏ, chênh lệch giữa vận tốc ở tâm bể và ở sát thành bể càng lớn. Hình 10a: Phân bố vận tốc không đều theo chiều ngang bể Hình 10b: Phõn bố vận tốc không đều và sự xuất hiện dòng đối lưu theo chiều sõu của bể Hình 10c: Xuất hiện vùng nước chết trong bể Sự phân bố vận tốc không đều và sự xuất hiện dòng đối lưu theo chiều sâu của bể là do: • Phân phối nước vào bể không đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể. • Chênh lệch nồng độ giữa lớp nước ở trên mặt và lớp nước ở đáy bể. • Chênh lệch nồng độ cặn giữa lớp nước ở trên mặt và lớp nước ở sâu trong bể. • Sự xuất hiện vùng nước chết trong bể là do. • Tác động của gió lên mặt nước trong bể • Phân phối nước vào bề và thu nước ra khỏi bể không đều trên toàn mặt cắt ngang của bể. Trong thực tế, để đánh giá mức độ của hiện tượng ngắn dòng vừa nêu trên, thường tiến hành đo thời gian phân bố của nước lưu lại trong bể. Phương pháp đo như sau: ở đầu máng đưa nước vào bể lắng, trộn đều nước với chất chỉ thị (NaCl) hoặc chất có mầu). Với nồng độ khi đã trộn đều với nước là Co. Trong suốt thời gian lý thuyết ở đầu ra của bể cứ sau khoảng thời gian Δt bằng 5 đến 10 phút, lấy mẫu đo nồng độ chất chỉ thị có trong nước Ci, đem kết quả vẽ lên biểu đồ (hình 12), trục tung là tỷ số , trục hoành là Ti = Hình 11: Biểu đồ thể hiện sự phân bố Hình 12: Biểu đồ phân bố vận tốc của nước lưu trong bể lắng theo thời gian lắng uo thường gặp Nếu thời gian Tp, Ttb càng gần thời gian lý thuyết TL thì bể lắng có hiệu quả thuỷ lực càng cao và sẽ cho hiệu quả lắng đạt yêu cầu. Nếu Tp, Ttb nhỏ hơn 0,8 TL cần phải có biện pháp khắc phục: • Thiết kế và xây dựng lại hệ thống phân phối đầu vào. • Thiết kế và xây dựng lại hệ thống phân phối đầu ra. • Cải thiện chế độ thuỷ lực trong bể. Từ biểu đồ phân bố vận tốc lắng thường gặp trong xử lý nước (hình 12) cho thấy U0 = 0,25 mm/s, hiệu quả lắng R = 91%. Nếu thới gian lưu nước Ttb, trong bể lắng bằng 0,8 TL thời gian tính toán theo lý thuyết, vận tốc lắng U0 sẽ tăng lên U01 = 0,25/0,8 = 0,31 mm/s và hiệu quả lắng còn lại R1 = 87%. Nếu thời gian lưu nước trung bình trong bể chỉ bằng 0,5 TL thời gian tính toán, vận tốc lắng Uo tăng lên U02 = 0,25/0,5 = 0,5 mm/s và hiệu quả lắng còn lại là R = 70%. Vì vậy, khi thiết kế và quản lý bể lắng phải giữ cho được thời gian lưu nước trung bình trong bể lắng Ttb ≥ 0,8 TL. Để hạn chế tác dụng xấu của hiện tượng ngắn dòng làm cho thời gian lưu nước trung bình Ttb ≥ 0,8 TL, phải tăng tỉ số giữa lực quán tính của dòng và lực trọng trường, tức tăng trị số của chuẩn số Froude: Đối với bể lắng ngang: vo - vận tốc chuyển động ngang = Q/BH R – bán kớnh thuỷ lực (3.18) Hình 13: Bể lắng ngang hình tròn Đối với bể lắng ngang hình tròn chuẩn số Fr không phải là hệ số cố định. Có trị số Fr max ở tõm bể: (3.19a) Và trị số Fr min ở ngoài sát thành bể: (3.19b) Bằng thực nghiệm các nhà khoa học đó xỏc đinh được ảnh hưởng của chuẩn số Fr đối với tỉ số thời gian lưu nước trung bình trong bể Ttb và thời gian lý thuyết TL và ảnh hưởng của Fr đối với tỉ số thời gian tối tiểu Tmin và thời gian lý thuyết TL. Kết quả thể hiện trờn hỡnh 14. Hình 14: Ảnh hưởng của chuẩn số Froude đến thời gian lưu nước trong bể Từ kết quả thực nghiệm trờn hỡnh 14 cho phép rút ra: để đảm bảo hiệu quả lắng có thể chấp nhận được, chế độ thuỷ lực trong lòng vùng lắng phải chọn sao cho chuẩn số Froude- Fr ≥ 10ˉ5 đảm bảo điều kiện Ttb ≥ 0,8 TL. 3. LẮNG CÁC HẠT CẶN KEO TỤ: 3.1. Đường cong phân bố vận tốc lắng Quỏ trớnh lắng các hạt cặn có khả năng keo tụ (cặn trong nước thiên nhiên sau khi đã pha trộn phèn) khác với quá trình lắng các hạt tự do không có khả năng keo tụ ở chỗ: các hạt cặn có kích thước và vận tốc lắng khác nhau phân bố đều trong thể tích nước, khi lắng , các hạt có trọng lượng và kích thước lớn hơn rơi với tốc độ lớn hơn, khi rơi va chạm vào các hạt bé lắng chậm hoặc lơ lửng trong nước, dính kết với các hạt bé thành hạt lớn hơn nữa và có tốc độ lắng lớn hơn. Hạt cặn rơi với chiều cao H càng lớn và thời gian lắng T càng lõu thỡ sự xuất hiện các cặn to với tốc độ lắng nhanh càng nhiều. Tuy vậy, khi hạt đã dính kết với nhau thành hạt có đường kính lớn hơn, khi lắng chịu lực cản của nước cũng lớn hơn, đến lúc nào đó lực cản thành lực cắt đủ lớn để chia hạt cặn có đường kính to nhanh thành nhiều mảnh nhỏ, đến lượt các mảnh nhỏ này lại va chạm và dính kết vào nhau hoặc dính kết với các hạt khác thành hạt lớn hơn. Và như vậy, hiệu quả lắng các hạt keo tụ phụ thuộc vào vận tốc lắng ban đầu u0 của hạt và phụ thuộc vào chiều cao lắng H cũng như thời gian lắng T = H/u0. Thực tế không thể tìm được công thức toán học đế xác định hiệu quả lắng R cho nên phải dùng phương pháp thực nghiệm để xác định đường cong lắng hay còn gọi là đường phân bố vận tốc lắng u0 theo hiệu quả lắng R. Để có được kết quả chính xác khi lập biểu đồ lắng của các hạt keo tụ, thí nghiệm phải được tiến hành trong các ống lắng bằng nhựa trong, đường kính lớn hơn 100mm, chiều cao ống lắng lớn hơn hoặc bằng 3m, đáy ống lắng hỡnh cụn dung tích bằng 0,1L = 100 ml (hình 15). Hình 15: Ống lắng thí nghiệm do tốc độ lắng keo tụ Nước nguồn được trộn đều với phèn theo liều lượng đã xác định bằng thí nghiệm keo tụ thử, sau khi trộn phèn, khuấy đều trong 15 phút, bơm nước vào ống lắng theo chiều từ dưới lên. Nước đầy đến mức đã định, ngừng bơm và tính thời gian lắng. Số lượng mẫu thử và khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu chọn theo tốc độ lắng của cặn trong ống lắng qua quan sát bằng mắt. Nếu cặn lắng nhanh chọn chu kỳ lấy mẫu nhỏ. Sau mỗi lần lấy mẫu 100ml. Xác định tổng lượng cặn đã lắng xuống đáy ống lắng Ci (mg). Hiệu quả lắng xác định theo công thức: (3.20) Hình 16: Đường cong lắng của các hạt cặn keo tụ theo các chiều cao lắng khác nhau Tốc độ lắng hay tải trọng bề mặt xác định theo công thức: Trong đó: M0 – hàm lượng cặn trong nước đã đánh phốn đưa vào ống lắng (mg/l); Ci - tổng hàm lượng cặn đã lắng sau mỗi lần lấy mẫu (mg); V - thể tích nước trong ống lắng (l). Hi - chiều cao cột nước trong ống lắng khi lấy mẫu (mm); , (mm) H - chiều cao cột nước ban đầu; d – đường kớnh ống lắng; i - số thứ tự của mẫu; Ti = ΣΔt - thời gian tớnh từ khi bắt đầu thí nghiệm (s); Δt - khoảng thời gian giữa hai lần lấy mẫu. Theo kết quả nhận được Ri% và ui (mm/s) vẽ được đường cong phõn bốvận tốc lắng ui theo hiệu quả lắng Ri, gọi là đường cong lắng. Hình 16 giới thiệu đường cong lắng của cặn keo tụ khi thí nghiệm lắng ở các chiều cao khác nhau. 3.2. Lắng cặn keo tụ trong bể lắng ngang: Bể lắng ngang dùng để lắng keo tụ có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giống hệt bể lắng ngang dùng để lắng cặn không có khả năng keo tụ đó xột ở mục 2.2. Chỉ có một điểm khác duy nhất là ảnh hưởng của chế độ thuỷ động của lực nhớt biểu thi bằng chuẩn số Reynold đến hiệu quả lắng là khác nhau. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học phương Tây, dòng chảy rối khi Re > 2000 tạo ra các chuyển động xoáy nhỏ, đẩy hạt cặn lên, xuống theo phương hướng bất kỳ, làm kìm hãm quá trình lắng của các hạt tự do, còn đối với các hạt có khả năng keo tụ, các chuyển động xoáy này làm tăng số lần va chạm và dính kết giữa các hạt cặn với nhau, làm cho bông cặn lớn lên và có tốc độ lắng lớn hơn, tác động xấu của dòng chảy rối được bù bằng tác động tích cực của sự keo tụ nên kết quả là không ảnh hưởng đến hiệu quả lắng. Hình 17 minh hoạ ảnh hưởng của dòng chảy rối khi Re > 2000 đối với hai loại cặn. Công thức tính toán diện tích bể lắng ngang khi lắng cặn keo tụ. Hình 17a: Ảnh hưởng xấu của dòng chảy rối đến hiệu quả lắng khi lắng hạt cặn tự do Hình 17b: Ảnh hưởng của dòng chảy rối đến hiệu quả lắng khi lắng hạt cặn keo tụ (m2) (3.20) Trong đó: Q- lưu lượng nước cần xử lý (m3/h); u0- tốc độ lắng của cặn (m/h) chọn trên đường cong lắng để đảm bảo hiệu quả lắng R mong muốn. Thường chọn u0 = 0.83 ữ 2,5 m/h. Chiều sõu vùng lắng H = 3 ữ 5m. Thời gian lưu nước trong bể T = 1,5 ữ 3h.Tỷ số giữa chiều dài/ chiều cao L/H> 15. Tỷ số chiều dài/chiều rộng L/B> 5. Tải trọng thu nước bề mặt từ 1,5 đến 3l/s.m dài mép máng. 3.3. Lắng cặn keo tụ trong bể lắng đứng: Trong bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên, ngược chiều với hướng rơi của các hạt cặn lắng. Nếu gọi tốc độ của dòng nước đi lên là (hình 18) thì chỉ có các hạt cặn có tốc độ lắng u > u0 thì lơ lửng và bị dòng nước cuốn ra ngoài. Khi lắng các hạt cặn không có khả năng keo tụ, hiệu quả lắng có trị số đúng bằng tỉ lệ tính theo phần trăm của trọng lượng các hạt lớn u > u0 trên tổng số trọng lượng các loại hạt cặn có trong nước, hiệu quả lắng thấp, vì thế không dùng bể lắng đứng để lắng các hạt cặn tự do không có khả năng keo tụ. Hình 18: Sơ đồ lắng đứng các hạt cặn keo tụ Trong trường hợp lắng các hạt cặn keo tụ. Hiệu quả lắng đạt cao hơn, ban đầu các hạt có tốc độ lắng nhỏ hơn tốc độ dòng nước (u < u0) sẽ bị đẩy dần lên, trong quá trình đi lên, các hạt cặn va chạm và dính kết với nhau, tăng dần kích thước, cho đến khi có tốc độ lắng lớn hơn tốc độ dòng nước đi lên thì rơi xuống đáy bể. Như vậy khi lắng các hạt cặn keo tụ trong bể lắng đứng, hiệu quả lắng không chỉ phụ thuộc vào diện tích bề mặt bể Q/F mà còn phụ thuộc vào chiều cao lắng H và thời gian lưu nước trong bể T. Bể lắng đứng: bể lắng đứng thường được xây dựng kết hợp với ngăn phản ứng tạo bông cặn đặt ở giữa. Bể có cấu tạo gồm 4 vựng: vựng phân phối nước vào, cùng lắng, vùng thu nước ra, vùng chứa cặn (hình 19). Hình 19: Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng 1. Bể phản ứng tạo bông cặn và vùng phân phối nước vào; 2. Vùng lắng; 3. Vùng thu nước ra; 4. Vùng thu cặn. Diện tích bề mặt bể lắng đứng tớnh theo công thức: (3.21) Trong đó: Q- lưu lượng nước đưa vào bể lắng (m3/s); U0- tốc độ lắng của hạt cặn (m/s), u0 tra theo biểu đồ đường cong lắng theo hiệu quả lắng R% mong muốn. Khi không có số liệu có thể chọn u 0 từ 0,0022 đến 0,0007m/s; α- hệ số dự phòng kể đến việc phân phối nước không đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể. Giá trị của hẹ số α phụ thuộc vào tỉ số giữa đường kính và chiều cao vùng lắng. D/H 1 1,5 2 2,5 α 1,3 1,5 1,75 2 Bảng 3.1: Giá trị của α phụ thuộc vào tỷ số giữa đường kính và chiều cao lắng Bề mặt bể lắng đứng có thể là hình tròn hoặc hình vuông, thời gian lưu nước trong bể từ 2- 3 giờ. Chiều cao vùng lắng H chọn phụ thuộc vào sơ đồ cao trình thuỷ lực của các công trình trong dây chuyền xử lý thường từ 3- 5m. Nếu bể xấy dựng kết hợp với ngăn phản ứng đặt ở giữa, đường kích bể tính theo công thức: , (m) Trong đó: F0- diện tích vùng lắng tính theo công thức (3.21); f- diện tích bề mặt ngăn phản ứng (m2). Phần đáy thu cặn của bể lắng đứng cấu tạo dạng hỡnh cụn nếu bể là hình tròn và dạng hình chóp nếu bể là hình vuông. Góc của tường nghiêng phần hình chóp so với phương nằm ngang α chọn ≥ 600, để có thể xả cặn bằng thuỷ lực. • Máng thu nước đặt theo chu vi bể và cỏc mỏng hỡnh nan quạt tải trọng thu từ 1,5 - 3l/s.m dài mộp mỏng. • Xả cặn bằng độ chênh áp lực thuỷ tĩnh giữa mực nước trong bể và mực nước ở miệng xả của ống tháo cặn ra ngoài. Đường kính ống tháo cặn tính theo lưu lượng xả q = W/T. T- thời gian xả cặn thường chọn 3- 5 phút, vận tốc xả tính theo chênh lệch mực nước ΔH. Ống xả cặn không được nhỏ hơn 100mm. Thời gian giữa hai lần xả cặn tính theo công thức: , (h) (3.22) Trong đó: W- thể tích vùng chứa cặn (m3) theo cấu tạo bể; δc nồng độ cặn; Q- lưu lượng nước vào bể (m3/h); M0- nồng độ cặn trong nước đi vào bể (g/m3); M- hàm lượng cặn còn lại trong nước khi ra khỏi bể lấy 8- 10g/m3. Do khó khăn trong việc phân phối đều nước theo mặt cắt ngang của bể nên bể lắng đứng chỉ áp dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 2000m3/ng.đ. 3.4. Bể lắng lớp mỏng, lắng trong các ống hình trụ đặt nghiêng. Hiệu quả của quỏ trớnh lắng (như đã nghiên cứu ở các mục trước) phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng F, phụ thuộc vào chế độ thuỷ lực của dòng chảy. Bể cho hiệu quả lắng cao nhất khi chế độ chảy tầng Re 10ˉ5. Bằng cách đưa vào vùng lắng của bể lắng ngang cỏc ụ lắng hình trụ đặt nghiêng một góc 600 so với phương ngang (hình 20) làm tăng diện tích bề mặt đáy bể lắng (cặn lắng chặn đáy hình trụ, trượt theo đáy có góc nghiêng ≥ 600 xuống vùng thu cặn của bể). Nước trong đi lên vùng thu nước chảy vào máng thu đưa ra ngoài, chế độ nước chảy trong các ống hình trụ luôn là chế độ chảy tầng Re 10ˉ5. Hình 20: Sơ đồ cấu tạo bể lắng lớp mỏng cú cỏc ống lắng hình trụ đặt nghiêng 60o 1. Bể phản ứng tạo bông cặn; 2. Vùng phân phối nước; 3. Vùng đặt cỏc ụ lắng diện tích F; 4. Máng răng cưa thu nước; 5. Vùng thu cặn và xả cặn 3.5. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: 3.5.1. Nguyên tắc hoạt động của bể lắng trong: Hiệu quả lắng của bể lắng đứng tăng lên do nước nguồn đó đỏnh phốn khi chuyển động qua lớp cặn lơ lửng ở trong bể. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm và thực tế sản xuất chỉ ra rằng: Nước sau khi trộn với phèn hoặc hoá chất khác tiếp xúc với cặn đã lắng của bể lắng sẽ đẩy nhanh quá trình tạo ra bông cặn của các chất bẩn có trong nước hoặc tăng cường quá trình kết tinh cặn CaCO3 và MgO khi làm mềm nước bằng vôi và sođa. Các nhà khoa học đã sử dụng kết quả nghiên cứu này để tạo ra nhiều dạng kết cấu của bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. Trong thực tế đã sử dụng hai loại kết cấu của bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. • Loại thứ nhất: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời. Khi nước chuyển động từ dưới lên trên đi qua lớp cặn với tốc độ đủ lớn để giữ cặn trong tình trạng lơ lửng, nhưng bé hơn tốc độ lắng tự do của từng bông cặn trong môi trường tĩnh, để những bông cặn này không bị cuốn ra khỏi bể lắng. Hình 21 giới thiệu sơ đồ hoạt động của bể loại thứ nhất. Hình 21: Bể lắng trong cú đỏy loe hỡnh cụn Sơ đồ bể lắng trong cú đỏy loe hỡnh côn (hình 21). Nước sau khi trộn phèn hoặc cỏc hoỏ chất khác cho đi qua ngăn tỏch khớ đặt trước bể lắng rồi theo ống (1) đi vào phần đáy dưới côn loe (2). Trong côn loe nước chuyển động từ dưới lên trên với tiết diện dòng chảy mở rộng dần, do đó tốc độ của nước giảm đến trị số cho phép tạo ra ở phần hỡnh cụn (3) một lớp cặn lơ lửng. Cặn dư do tích luỹ dần dần được tràn qua mộp hỡnh cụn rơi xuống ngăn nén cặn (4). Nước trong đi qua lớp nước bảo vệ H2 nằm phía trên côn loe (3) tập trung vào máng thu (5) rồi chảy sang bể lọc. Cặn được thu bằng ống khoan lỗ (6) từng chu kỳ theo ống dẫn (7) xả ra ngoài. • Loại thứ hai: kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng tách rời, ngăn phản ứng đặt ở tâm bể lắng. Hình 23 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của loại bể thứ hai. Hỡnh 22: Bể lắng trong có ngăn tạo bông cơ khí đặt ở tâm bể Bể lắng là hình nón cụt dựng trờn đỏy nhỏ, ở tâm bể lắng có ngăn tạo bông cặn hình nón cụt dựng trờn đỏy lớn. Nước theo ống (1) đi vào ngăn tạo bông cặn, phèn và hoá chất theo ống (2). Trong ngăn tạo bông cặn có hệ thống cánh khuấy (3) để khuấy trộn nước và hoá chất, cánh khuấy (4) đế giữ cho cỏc bụng cặn lơ lửng ở phần dưới của ngăn tạo bông cặn. Cặn thừa của lớp cặn lơ lửng vào ngăn nén cặn (5), từ đó theo ống dẫn (6) từng chu kỳ tháo ra ngoài. Tháo nước làm khô bể khi cần sửa chữa nằng ống tháo (7). 3.5.2. Cấu tạo bể lắng trong: Loại thứ nhất: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời, ngoài kết cấu dạng đáy loe, cũn xõy dựng bể kiểu hành lang (hình 23). a) b) Hình 23: Bể lắng có quá trình tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời a) Bể hình vuông hoặc tròn có ngăn chứa cặn đặt dưới ngăn lắng trong; b) Bể mặt bằng hình chữ nhật có ngăn chứa cặn đặt dưới ngăn lắng trong; c) Bể hành lang có ống phân phối đặt xiên; d) Bể hành lang có ống phân phối thẳng đứng. 1. Máng dẫn nước đồng thời là ngăn tỏch khớ; 2. Ống phân phối nước vào bể; 3. Ống hay cửa sổ thu cặn; 4. Ngăn chứa và nén cặn; 5. Thu nước trong từ ngăn nén cặn; 7. Ống tháo cặn. Trờn (hình 24) giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kiểu hành lang của hãng Kendy (Anh). Hình 24: Sơ đồ cấu tạo bể lắng kiểu hành lang của hãng Kendy (Anh) 1. Máng dẫn nước nguồn kết hợp làm ngăn tỏch khớ; 2. Ống xả cặn bể lắng; 3. Ống phân phối nước nguồn đã trộn đều với hoá chất; 4. Đưa cặn vào ngăn nén cặn; 5. Rửa cặn bằng nước; 6. Máng thu nước; 7. Máng dẫn nước trong sang bể lọc; 8. Xả cặn từ ngăn nén cặn ra ngoài. Trờn hình 24 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong đáy phẳng do WASE thiết kế đã hoạt động tốt tại nhà máy nước Chõu Phỳ- An Giang từ năm 1994 (công suất 2000m3/ngày). Chỉ tiêu thiết kế giống như bể lắng kiểu hành lang. Riêng phần thu và nén cặn dùng phễu thu đặt ở giữa bể. Phễu thu hình cụn gúc cụn nhỏ hơn hoặc bằng 600. Góc phễu có cao độ bằng mặt trên của lớp cặn lơ lửng. khoảng cách mép phễu đến thành bể Lmax = 2,2m. Diện tích đáy phễu ngang mặt lớp cặn lấy bằng 15- 20% diện tích bể lắng. Khoảng cách các ống phân phối nước nhỏ hơn hoặc bằng 1,2m, tốc độ đi lên của dòng nước u0 = 0,8- 0,9mm/s. Hình 25: Bể lắng trong đáy phẳng 1. Máng dẫn nước và là ngăn tỏch khớ; 2. Ống phân phối nước vào; 3. Phễu thu và nén cặn; 4. Ống xả cặn; 5. Máng thu nước trong dẫn sang bể lọc; 6. Ống xả kiệt. Loại thứ 2: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng trong tách rời, ngăn phản ứng đặt ở tâm bể ngoài kiểu hình chóp cụt (hình 22) còn có nhiều kiểu cấu tạo ngăn phản ứng tạo bông cặn với quá trình tuần hoàn lại cặn. Chỉ tiêu thiết kế: - Thời gian phản ứng tạo bông cặn gần bằng 20 phút (dung tích ngăn phản ứng đặt giữa bể lắng tính theo thời gian lưu nước 20 phút). - Thời gian lắng trong ngăn lắng từ 1,5- 2 giờ. - Tải trọng bề mặt vùng lắng 2- 3m3/m2.h. - Tải trọng thu nước q = 2- 3vl/s.m dài mộp mỏng. - Vận tốc nước đi lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85mm/s. - Lượng nước và cặn tuần hoàn trong vùng phản ứng tạo bông cặn do máy khuấy cơ khí hay ejector tạo ra, qt = 3 ữ 5 lần lưu lượng nước thô đi vào bể lắng. Hình 27 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong có ngăn keo tụ và tuần hoàn cặn tách biệt. - Lưu lượng nước đưa vào bể thay đổi không quá 1% trong 1h. - Điều chỉnh lưu lượng cặn tuần hoàn bằng cách giảm hoặc tăng số vòng quay của máy khuấy. Số lượng bể trong nhà máy chọn sao cho khi ngừng một bể để sửa chữa, vân tốc dòng nước đi lên ớ các bể còn lại tăng không quá 2 lần lúc làm việc bình thường. Hình 26: Bể lắng có ngăn keo tụ và tuần hoàn cặn đặt ở tâm bể 1. Ống dẫn nước nguồn vào; 2 và 3. Ống dẫn dung dịch hoá chất; 4. Vùng trộn và phản ứng tạo bông sơ cấp; 5. Vùng tạo bông cặn; 6. Máy khuấy tuần hoàn cặn; 7. Vùng lắng; 8. Ngăn chứa cặn; 9. Ống xả cặn. Hình 27: Sơ đồ cấu tạo bể lắng accelerato của hãng Inphilco (Mỹ) 1. Ống dẫn nước nguồn vào; 2 và 3. Ống dẫn dung dịch hoá chất; 4. Vùng trộn và phản ứng tạo bông sơ cấp; 5. Vùng tạo bông cặn; 6. Máy khuấy tuần hoàn cặn; 7. Vùng lắng; 8. Ngăn chứa cặn; 9. Ống xả cặn. Hình 28 giới thiệu cấu tạo bể lắng dùng áp lực nước nguồn qua ejector để tuần hoàn cặn. Bể có nhược điểm là không thường xuyên điều chỉnh được cường độ khuấy trộn và tỉ lệ nước tuần hoàn. Hình 28: Bể lắng tuần hoàn cặn bằng thuỷ lực 3.5.3. Nguyên lý tính toán bể lắng trong: Bể lắng trong gồm các cơ cấu chính sau: Hệ thống để phân phối đều nước theo toàn bộ diện tích bể; vùng cấu tạo bông cặn, lớp cặn lơ lửng, vùng lắng, ngăn nén cặn, hệ thống để thu nước trong ở vùng lắng và ngăn nén cặn, hệ thống xả cặn. Sau khi ra khỏi hệ thống phân phối, nước đi vào vùng tạo bông cặn của bể lắng. Do kết quả xáo trộn chậm bằng dòng nước đi lên với vận tốc 3- 10mm/s những bông cặn nhỏ do phèn tạo ra va chạm và dính kết với cặn bẩn của nước thành những bông cặn lớn khi làm mềm nước ở vùng tạo bông cặn hình thành cặn lắng tinh thể CaCO3 và Mg (OH)2. trong một số bể lắng có cấu tạo vùng tạo bông cặn đồng thời là bể trộn và là ngăn tạo bông cặn. Trong trường hợp này hoá chất được đưa thẳng trực tiếp vào vùng tạo bông cặn. Khi tính toán thể tích của vùng tạo bông cặn, tuỳ theo kết cấu của từng kiểu bể lắng có thể xác định theo thời gian lưu lại của nước trong vùng này từ 5- 20 phút. Khi nước chuyển động từ dưới lên trên đi qua lớp cặn lơ lửng, cỏc bụng cặn chuyển động hỗn loạn quanh vị trí cân bằng động trong dòng nước đi lên. Nồng độ bông cặn trong lớp cặn lơ lửng càng lớn nếu vận tốc đi lên của dòng nước càng bé và đường kính, trọng lượng riêng của hạt cặn càng lớn. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng: nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng tỉ lệ nghịch với vận tốc đi lên của dòng nước: , (3.23) Trong đó: C- nồng độ trung bình của cặn rắn trong lớp cặn lơ lửng (g/m3); K- Hệ số giãn nở của cặn, phụ thuốc vào kích thước và trọng lượng riêng của bông cặn; v- tốc độ đi lên của dòng nước (m/h); a- hệ số mũ; Trị số của hệ số mũ a theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các nhà khoa học Xô Viết có thể lấy trung bình bằng 1. Trị số của hệ số giãn nở K thay đổi trong giới hạn rộng: từ 0,8gam/m2.h đối với trường hợp xử lý nước có màu và độ đục thấp cho đến 30gam/m2.h đối với nước có độ đục cao. Khi chuyển động cùng với dòng nước qua lớp cặn lơ lửng, những bông cặn bé do phèn tạo ra và cặn bẩn của nước va chạm và dính kết với cỏc bụng cặn to của lớp cặn lơ lửng và bị giữ lại ở lớp cặn lơ lửng. Rõ ràng là nồng độ của cỏc bụng cặn trong lớp cặn lơ lửng càng lớn thì xác suất va chạm và dính kết cỏc bụng cặn nhỏ trong nước càng lớn, nghĩa là tốc độ giảm trọng lượng cặn bẩn trong nước tỉ lệ thuận với nồng độ bông cặn C trong lớp cặn lơ lửng. Mặt khác số bông cặn bé trong nước càng nhiều thì khả năng va chạm với cỏc bụng cặn của lớ cặn lơ lửng cũng càng lớn, tức khả năng giữ cặn bẩn tỉ lê thuận với hàm lượng cặn M của nước xử lý, ngoài ra lớp cặn lơ lửng càng dày, khả năng giứ cặn bẩn càng cao. Từ hình 30 ta có: Nước nguồn tại mặt cắt 1- 1 có nồng độ cặn M1 sau khi đi qua lớp cặn lơ lửng chiều dày ΔH giảm xuống M2 tại mặt cắt 2.2. Hình 29: Sơ đồ tính toán hiệu quả lắng của lớp cặn lơ lửng Ta có thể viết phương trình sau: (M2 – M1) = γC.MΔH Nếu chiều dày lớp cặn lơ lửng dH là vô cùng bé và giá trị M2 < M1: -dM = γC.MdH (3.24) Tích phõn hai vế phương trình (3.30): (3.25) Khi vận tốc đi lên của dòng nước không đổi thì nồng dộ bông cặn C trong lớp cặn lơ lửng sẽ không thay đổi theo toàn bộ chiều cao H nên: ; (3.26) m = MCeưγCH (3.27) Trong đó: m- hàm lượng cặn cũn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng (mg/l) MC – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước đưa vào bể lắng (mg/l), MC tớnh theo công thức (3.23); γ - hệ số đặc trưng cho tớnh chất và khả năng dớnh kết của cặn.Căn cứ vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ có thể lấy γ = 0,004 khi xử lý nước đục và γ = 0,008 khi xử lý nước có màu, độ đục thấp; H - chiều cao lớp cặn lơ lửng trong bể lắng (m). Trị số nồng độ cặn C trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng (theo công thức 3.29) phụ thuộc vào vận tốc đi lên của dòng nước. Thay giá trị nồng độ C từ phương trình (3.29) với a = 1 vào phương trình (3.32) và (3.33) ta có: (3.28) Hay (3.29) Chiều cao lớp cặn lơ lửng H cần thiết để đảm bảo hiệu quả lắng cho trước được tớnh từ công thức (3.35): (3.30) Việc xác định bằng thực nghiệm hệ số gión nở của cặn K và hệ số dớnh kết γ rất khó khăn bởi vì các hệ số này liên hệ với nhau và ảnh hưởng lẫn nhau nên trong thí nghiệm không thể xác định tác riêng chúng được. Để dễ dàng hơn thường xác định bằng thực nghiệm nồng độ chuẩn của lớp cặn lơ lửng Co theo vận tốc chuẩn vo của dòng nước đi lên khi nhiệt độ nước cố định (ví dụ: khi tốc độ đi lên của dòng nước vo = 3,6m/h (1mm/s) nhiệt độ nước to = 20o). Nếu như biết nồng độ chuẩn Co và vận tốc chuẩn vo theo công thức (3.29) với a = 1. K = Co.vo hay: Tỷ số: là trị số không thứ nguyên, biểu thị tỷ số giữa vận tốc thực trong bể lắng và vận tốc chuẩn vo khi thí nghiệm. Thay trị số K vào công thức (3.35) và (3.36) ta có: (3.31) và (3.32) Khi bể lắng làm việc lớp cặn lơ lửng giữ lại các cặn bẩn của nước, do đó lượng cặn trong lớp lơ lửng không ngừng tăng lên. Khi tốc độ đi lên của dòng nước cố định tức nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng không thay đổi thì chiều dày của lớp cặn lơ lửng không ngừng tăng lên. Để tránh việc lôi cặn từ lớp cặn lơ lửng vào máng thu nước trong, phải liên tục hoặc theo từng chu kỳ rút bớt cặn lơ lửng vào ngăn nén cặn để giữ chiều dày H không đổi. Nếu hàm lượng cặn trong nước cho vào bể lắng là MC (g/m3) hàm lượng cặn cũn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng là m (g/m3) thì số lượng cặn được giữ lại nhờ lớp cặn lơ lửng trong bể lắng sẽ là: Q(mc – m) = QM , (g/h), (3.33) Trong đó: Q – lưu lượng nước đi qua bể lắng (m3/h); M - số lượng cặn được giữ lại (g/m3). Theo kết quả xác định nhiều lần trong thực tế và phòng thí nghiệm thì nồng độ cặn của lớp cặn lơ lửng thay đổi rất ít theo chiều cao và khi tốc độ đi lên của dòng nước cố định có thể coi là không đổi và bằng C (g/m3) (hình 31). Do đó ta có phương trình cõn bằng cặn: QM = Cq ( 3.34) Trong đó: q – lưu lượng nước cùng với cặn cần rút từ ngăn lắng sang ngăn nén cặn (m3/h). Vì: (3.35) và: (3.36) nên ta có: (3.37) rừ ràng trị số là hệ số phõn phối nước giữa vùng lắng và ngăn nén cặn; và như vậy thì Q.Kp là lưu lượng nước đi qua vùng lắng, cũn (1 – Kp)Q là lưu lượng nước cùng với cặn được rút sang ngăn nén cặn. (3.38) (3.45) Lưu lượng nước cùng với cặn thực tế phải rút từ ngăn lắng vào ngăn nén cặn là: (3.46) Trong đó: φ - hệ số tớnh đến khả năng cuốn theo một số nước trong từ vùng lắng vào ngăn nén cặn, thường lấy φ = 1,15 – 1,2. Diện tích vùng lắng cần thiết xác định theo công thức: (m2) (3.47) Diện tích ngăn nén cặn: (m2) (3.48) Trong đó: vtớnh - vận tốc tớnh toán của dòng nước đi lên trong vùng lắng (m/h). Hình 30: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng theo chiều cao từ kết quả thực nghiệm. Đường cong 1: Làm mềm nước bằng vôi Đường cong 2: Lắng nước có độ đục 511 mg/l; Đường cong 3: Lắng nước có độ đục 47 mg/l. 3.6. Vận hành và quản lý bể lắng: Đội ngũ kỹ sư và công nhân vận hành nhà máy nước, khi vận hành quản lý bể lắng cần nắm vững các điều sau: 1. Điều kiện để lắng cỏc bụng cặn trong bể lắng. 2. Các hiện tượng bất thường xảy ra trong bể lắng. 3. Phân phối đều nước vào các bể lắng và phân phối đều nước trên toàn bộ tiết diện ngang của từng bể lắng. 4. Chu kỳ và lịch xả cặn. 5. Những điểm đặc biệt trong thiết kế bể lắng. Nếu bể phản ứng tạo bông làm việc tốt, phần lớn cỏc bụng cặn lắng được ở nửa đầu của bể, nếu bằng mắt thường quan sát thấy giữa bể còn có bông cặn và lớp nước trên mặt còn đục, thì phải điều chỉnh lại chế độ khuấy trộn của bể phản ứng hoặc xác định lại liều lượng phèn và kiểm tra lại hiệu quả làm việc của bể trộn. Nếu quan sát thấy nước ở giữa bể đã trong nhưng vẫn còn cỏc bụng cặn lơ lửng và trôi đến máng thu điều đó chứng tỏ tỷ trọng cỏc bụng cặn thấp, cặn nhẹ khó lắng, người vận hành có thể áp dụng hai biện pháp để khắc phục. ● Thứ nhất: bịt bớt 3- 6m đầu máng thu xẻ rãnh chữ V hay bịt lỗ ở đầu máng thu nước để tăng thời gian lắng của lớp nước trên mặt. Biện pháp này chỉ có thể thực hiện được khi hệ thống máng thu nước bề mặt dài đến tận giữa bể. ● Thứ hai: pha thêm chất trợ keo tụ (axit silixic hoạt hoá PAC) với liều lượng 0,5- 1mg/l vào nửa cuối của bể phản ứng tạo bông cặn để tăng cường độ bền chắc và tăng tỷ trọng của bông cặn. Nếu phát hiện thấy hiện tượng bất thường như từng đám cặn nổi lên, ấu trùng, muỗi trên mặt nước, rong rêu bám vào tương , vách ngăn và thành máng thu nước, điều đó chứng tỏ: nước có chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân huỷ, khi lắng xuống đáy bể lắng, cặn không được xả ngay, xảy ra hiện tượng phân huỷ yếm khí, tao ra các bọt khí làm nước sủi tăm và giảm nhẹ trọng lượng của cặn, đẩy từng đám cặn lên mặt nước, côn trùng cũng từ đó sinh ra. Biện pháp khắc phục: clo hoá nước nguồn với liều lượng từ 2- 3mg/l. Nhưng những năm gần đây, các nhà khoa học cảnh báo nếu dùng clo để clo hoá sơ bộ nước thô, clo tự do sẽ kết hợp với các chất hữu cơ tạo thành hợp chất trihalomentan (THM) bền vững có khả năng tích luỹ trong cơ thể người và là tác nhân gây bệnh ung thư. Vì thế, để khắc phục hiện tượng nổi cặn trong bể lắng chỉ nên tiến hành clo hoá sơ bộ nước thô theo từng đợt 5- 6giờ/ngày, 5- 6ngày/ tháng với liều lượng cao 3- 5mg/l. ● Phải có lịch xả cặn ra khỏi bể lắng thường xuyên hơn, tránh hiện tượng cặn bị phân huỷ yếm khí ngay trong bể lắng. ● Thường xuyên kiểm tra việc phân phối đều nước vào các bể lắng và thu nước đều trờn cỏc mỏng. Công việc có thể thực hiện qua việc đo chiều cao của nước ở cuối mỗi máng thu của từng bể. Nếu thấy chênh lệch giữa cỏc mỏng trong một bể thì tiến hành kiểm tra và điều chỉnh tấm khía chữ V sao cho chiều cao nước chảy qua khe chữ V là đều nhau. Nếu phát hiện thấy chênh lệch chiều cao nước ở cửa ra của máng thu giữa các bể lắng với nhau thì điều chỉnh các van phân phối nước vào từng bể lắng. ● Theo dõi hàng ngày lượng cặn tích lũy trong bể, nếu là xả cặn thủ công thì phải xả ngay khi mặt cặn đạt đến cao độ thiết kế, tránh hiện tượng thu hẹp diện tích mặt cắt ngang bể, tăng vận tốc làm xói cặn. ● Nếu xả cặn bằng máy cào trên dầm cầu chạy thì quy trình gạt cặn có thể điều chỉnh bằng cách tăng số lần gạt cặn ở phần nửa đầu bể gấp hai hoặc ba lần ở phần nửa cuối bể. ● Nếu phát hiện thấy hiện tượng xâm thực, ăn mòn thành bể cần áp dụng biện pháp bảo vệ thành bể. 1, Sơn phủ lớp cách ly không cho nước tiếp xúc sâu vào bề mặt, thành, tường bể. 2, Xử lý nước ổn định trước khi vào bể lắng nếu điều kiện keo tụ và lắng cỏc bụng cặn không bị ảnh hưởng xấu do tăng pH. 4. LẮNG LI TÂM VÀ XICLON THỦY LỰC Trong các bể lắng đứng và lắng ngang hạt cặn lắng xuống đáy bể dưới tác dụng của lực trọng trường có gia tốc bằng 9,81 m/s2. Khi quay một khối lượng nước có chứa các hạt cặn bẩn, các hạt cặn bị văng ra xa tâm quay dưới tác dụng của lực ly tâm có gia tốc a bằng: a = v2/R , (m/s2) (3.56) Trong đó: v- vận tốc quay vòng của nước khi quay (m/s); R- bán kính quay của hạt cặn (m). Khi vận tốc quay v lớn và bán kính quay R bé, lực ly tâm tác dụng lên hạt cặn nằm trong khối nước chuyển động quay sẽ lớn lơn rất nhiều so với lực trọng trường và tốc độ chuyển động của hạt cặn theo hướng từ tâm quay ra ngoài sẽ lơn hơn rất nhiều so với vận tốc lắng tự do của hạt cạn trong khối nước tĩnh. Do đó có thể tỏch cỏc hạt cặn bẩn ra khỏi nước trong các thiết bị ly tâm hay xiclon thủy lực sau một khoảng thời gian bé hơn nhiều so với các bể lắng. Các thiết bị lắng ly tâm có hiệu quả lắng cao nhưng do cấu tạo phức tạp, quản lý khó khăn không kinh tế nên trong lĩnh vực cấp nước ít sử dụng. Thiết bị lắng dùng lực ly tâm đơn giản nhất là xiclon thủy lực (hình 31). Nước nguồn đi vào xiclon thủy lực ở phần trên theo phương tiếp tuyến với tiết diện ngang và quay chung quanh trục của xiclon rồi đi vào ống thu đặt trên đỉnh đồng trục với xiclon. Cặn bị văng ra thành xiclon trượt xuống dưới đi vào côn thu rồi từ đó được tháo liên tục ra ngoài qua ống đặt ở đỏy côn. Quá trình tách cặn ra khỏi nước trong xiclon thủy lực xảy ra dưới tác dụng của lực bằng hiệu số lực ly tâm tác dụng lên nước và lên hạt cặn có trọng lượng riêng lớn hơn nước. Trị số của lực ly tâm P tác dụng lên hạt cặn trong xiclon thủy lực. (đin) (3.57) Trong đó: d – đường kớnh hạt cặn (cm); ρ1 và ρo - trọng lượng riêng của cặn và nước (g/cm3); v - tốc độ chuyển động của nước ở cửa vào xiclon thuỷ lực (cm/s); R - khoảng cách từ tõm xiclon thuỷ lực đến trục của ống dẫn nước vào theo phương tiếp tuyến với mặt cắt ngang của xiclon (cm). Hình 31: Xiclon thủy lực 1. Vỏ; 2. Ống dẫn nước nguồn vào; 3. Côn thu để tạo vận tốc cho dòng vào; 4. Ống dẫn nước ra; 5. Vỏ xiclon; 6. Vòi xả cặn. Công suất của xiclon được tớnh theo lượng nước đã được tách khỏi cặn, (công suất hữu ích) có thể tớnh theo công thức: (m3/h) (3.58) Trong đó: α - hệ số kể đến tổn thất nước do xả cặn liên tục lấy bằng 0,85 – 0,9; μx - hệ số lưu lượng của xiclon thuỷ lực; ω - diện tích bề mặt cắt ngang của đầu ống dẫn nước vào xiclon thuỷ lực (m2); ΔH - tổn thất áp lực trong xiclon thuỷ lực (m) Trị số của hệ số lưu lượng μx của xiclon thuỷ lực xác định bằng công thức: (3.59) Trong đó: dt - đường kớnh tương đương của ống thu nước đặt đồng trục trên đỉnh xiclon; dc - đường kớnh tương đương của miệng ống (lỗ) đưa nước vào xiclon. Trị số tổn thất áp lực trong xiclon phụ thuộc vào cấu tạo và công suất của. Tăng lưu lượng nước qua xiclon làm tăng tốc độ chuyển động của nước nhờ vậy tăng cả hiệu quả lắng nước nhưng đồng thời cũng tăng cả tổn thất áp lực trong xiclon. Trên hình (32) và (33) vẽ các biểu đồ quan hệ phụ thuộc giữa hiệu quả, công suất của xiclon thuỷ lực có đường kớnh khác nhau với tổn thất áp lực ở trong xiclon. Trên các biểu đồ này hiệu quả của xiclon biểu thị bằng độ lớn thuỷ lực của hạt cặn bé nhất có thể giữ lại được trong xiclon (vận tốc lắng tĩnh của hạt cặn bé nhất coa thể giữ lại trong xiclon). Hình 32: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc giữa hiệu quả lắng của xiclon và tổn thất áp lực của xiclon Hình 33: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của công suất vào tổn thất áp lực trong xiclon Từ các biểu đồ trờn (hỡnh 36) ta thấy rằng khi tổn thất áp lực trong xiclon không đổi, hiệu quả lắng nước trong xiclon thuỷ lực tăng khi giảm đường kính của nó và hiệu quả của xiclon tăng khi áp lực tại cửa vào xiclon (xiclon khụng ỏp). Vì thế để giữ các hạt cặn phân tán nhỏ thường dùng xiclon có đường kớnh bộ, và cho nhiều xiclon làm việc đồng thời. Thiết bị trong đặt nhiều xiclon đường kính bé làm việc đồng thời gọi là xiclon tổ hợp (hình 34). Hình 34: Sơ đồ xiclon tổ hợp Xiclon tổ hợp gồm xiclon thùng thép (1) bên trong chia làm ba ngăn bởi các tấm (2) và (3). Các xiclon đường kớnh bé (4) đặt trên các tấm (2) và (3) sao cho đầu côn xả cặn của tất cả các xiclon nằm trong ngăn dưới (5) của thùng (1). Cũn lỗ để dẫn nước vào xiclon nằm ở ngăn giữa (6) và ống thu nước đặt ở đỉnh ngăn trên (7). Nước nguồn theo ống dẫn (8) đi vào ngăn giữa của xiclon rồi từ đó đi vào các lỗ dẫn nước vào tất cả các xiclon bé. Cặn rơi xuống đáy theo ống xả (9) xả ra ngoài. Nước trong đi lên trên (7) theo ống thu đưa sang bể lắng hoặc lọc. Xiclon thuỷ lực đường kớnh 10, 15- 20 mm làm bằng nhựa, chúng có khả năng giữ các hạt cặn có độ lớn thuỷ lực đến 0,1mm/s. Với tổn thất áp lực gần 1kG/cm2. Công suất của một xiclon thuỷ lực 15 mm, tổn thất áp lực 1kG/cm2 gần 70l/h. Do đó xiclon tổ hợp đường kớnh 1m trong có đặt 320 xiclon thuỷ lực đường kớnh 15 mm có công suất gần 500 m3 nước một ngày. Để lắng sơ bộ trước bể lọc chậm hoặc trước bể lọc nhanh có thể dung xiclon áp lực đúc bằng gang trắng (hình 32), các kích thước cơ bản có thể chọn theo bảng (2). Bảng 3.2: Kích thước cơ bản (mm) và trọng lượng (kg) của xiclon Đường kính của xiclon Đường kính ống thu nước Kích thước lỗ dẫn nước vào Đường kính tương đương của lỗ dẫn nước vào Đường kính vòi xả cặn Chiều cao xiclon Trọng lượng 75 150 250 350 500 30 45 90 105 150 10 x 30 15 x 30 10 x 45 20 x 45 20 x 65 30 x 65 10 x 90 20 x 140 20 24 24 34 41 50 48 60 8 12 12 17 17 24 24, 34 24, 34 305 695 1,070 1,450 2,015 37 115 251 424 172 Ghi chú: Góc côn của tất cả các xiclon α = 20o Tớnh toán xiclon thuỷ lực được tiến hành như sau: Theo phần trăm lắng cặn cần thiết tra trên biểu đồ đường cong lắng cặn thu được bằng thực nghiệm có dạng như (hình 12) tỡm ra vận tốc lắng tĩnh của hạt cặn bé cần phải giữ lại trũn xiclon. Theo các biểu đồ (hình 36) tìm đường kớnh xiclon và và tổn thất áp lực ứng với vận tốc lắng tĩnh của hạt cặn cần được giữ lại. Sau đó theo các biểu đồ (hình 37) hay theo công thức (3.58) xác định công suất của xiclon ứng với tổn thất áp lực cần thiết đã chọn . Chia lưu lượng nước hữu ích cần thiết cho công suất vừa tỡm được của mỗi xiclon ta tỡm được số xiclon làm việc đồng thời trong trạm. So sánh chi phí về năng lượng (tổn thất áp lực) của các xiclon thuỷ lực có đường kớnh khác nhau từ đó tỡm ra đường kớnh tối ưu của xiclon thuỷ lực có chi phí năng lượng bơm nước qua xiclon là bé nhất. CHƯƠNG IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LẮNG LỚP MỎNG ( LẮNG LAMEN ) 1. Nguyên lý: Đối với bể lắng dòng chảy ngang, chỉ có một đại lượng cơ bản là diện tích mặt bằng SH của bể lắng. Các hạt riêng rẽ được giữ lại ở bể lắng, nếu tốc độ lắng lớn hơn tốc độ Hazen VH; Về mặt lý thuyết giữ một phần tử lại không phụ thuộc vào chiều cao công trình. Như vậy, theo lý thuyết lắng ngang có khả năng xử lý hoàn thiện nhất. - Một lưu lượng nQ trong cùng một công trình bằng cách xếp chồng tầng có chiều cao cơ bản H/n: - Cùng một lưu lượng Q xếp chồng n tầng chiều cao mỗi tầng H/n và chiều dài L/n: Trong thực tế, việc xếp chồng bể lắng ngang không có thiết bị cào bùn làm cho việc thỏo bựn khó khăn và làm giảm hiệu quả của bể lắng. 2. Khái quát: Lắng lớp mỏng là việc tăng diện tích tách nước – bùn trong một công trình. Như vậy, vị trí của các tầng ( các ống hay các mặt song song) trong vùng lắng tạo ra một số lớn buồng lắng riêng biệt. Để đảm bảo tháo bùn cần phải đặt nghiêng các ô lắng một góc so với phương nằm ngang. Tương tự như định luật Hazen, tốc độ giới hạn lắng trong mỗi phần tử: Trong đó: L : Diện tích mặt bằng của mỗi ô lắng. N: Số ô lắng. Có 3 loại lắng lớp mỏng: Lắng gạn ngược dòng ( Bùn và nước chuyển động ngược chiều nhau): Hình 4.1: Lắng lớp mỏng dòng nước ngược với dũng bựn Lắng cùng chiều ( Bùn và nước chảy cùng chiều từ cao xuống thấp): Hình 4.2: Lắng lớp mỏng nước và bựn cựng chiều Lắng dòng chéo nhau ( Bùn và nước chảy vuông góc với nhau): Hình 4.3: Lắng lớp mỏng ở dòng chéo nhau Ghi chú: 1. Cửa vào nước kết bông; 2. Vùng phân phối; 3. Thu hồi nước đã lắng; 4. Cửa ra nước đã lắng; 5. Bể chứa bùn; 6. Cửa thỏo bựn. Trong đó: L: Chiều dài ô lắng. l: Chiều rộng ô lắng; S = l.L. E: Khoảng cách theo chiều cao giữa hai tầng lắng ( Khoảng cách vuông góc ). Công thức này không tính đến sức cản thuỷ lực và sức cản từ cửa vào đến cửa thỏo cỏc chất đã lắng. 3. Nghiên cứu lý thuyết: * Phõn bố tốc độ không đồng đều: Cho một hệ thống ô lắng lớp mỏng đặt trong bể lắng. Việc phõn bố tốc độ trong chế độ chảy tầng có dạng parabôn, trong hệ toạ độ đã chọn, phương trình biểu diễn biểu diễn hệ thống dòng gạn ngược như sau: Trong đó: v : Tốc độ dòng chất lỏng ở điểm đã cho. v0: Tốc độ trung bình của chất lỏng theo hướng Ox. u0: Tốc độ đi lên trung bình (thành phần thẳng đứng của v0 hay v0sin. u1: Tốc độ lắng cực tiểu để giữ lại một hạt trong hệ thống. L: Tỷ số 1/e, l là chiều dài của một phần tử theo dòng chảy, cũn gọi là chiều dài quy đổi. Y = y/e, tung độ của hạt theo hướng trục Y, cũng gọi là tung độ quy đổi; E: Khoảng cách giữa hai tầng; ( Theo chiều vuông góc). A và Sc: Các tham số phụ thuộc vào loại phẳng hay ống; Chiều dài lắng cần thiết l0 để tách các hạt có tốc độ lắng UL là: A SC Ống tròn 8 4/3 Tấm phẳng song song 6 1 Ống vuông 11/8 Ống lục giác 4/3 Ổn định chế độ lắng tạo chế độ chảy tầng: Công thức trên xem như chế độ chảy tầng ngay từ đáy ô lắng. Trong thực tế cần phải đưa thêm chiều dài quá độ lT sao cho chất lỏng từ chảy rối sang chảy tầng. lT được xác định theo công thức: Trong đó: a : Hằng số ( bằng 0.028 theo Schiller); dh: Đường kớnh thuỷ lực; : Hệ số Reynol. Chiều dài tổng cộng cần thiết: Trong đó đơn vị tớnh là: e,l(m); u0,u1 (m/h); (m2/s). Ngược lại, có thể dùng công thức này để tớnh khả năng lắng của bể lắng đã có với lưu lượng đã cho. 4. Ứng dụng thực tế: * Chọn kiểu lắng lớp mỏng ( lamen): Lắng ngược dòng cho phép tổ chức hệ thống thuỷ lực đơn giản nhất và chắc chắn nhất. Ngược lại, lắng cùng chiều gặp phải khó khăn hơn khi thu hồi nước đã lắng. Trong lắng dòng chéo việc phõn bố đồng đều dòng thuỷ lực là khó khăn. * Chọn cấu trúc cỏc mụđun lắng lamen: Phần lớn các mẫu đã có sẵn như: Tấm phản uốn sóng, ống trũn, ống vuông, gấp khúc, mụđun lục giác. Để so sánh các cấu trúc khác nhau cần phải xem xét các thông số gần đúng u1: hoặc Tỷ số này phụ thuộc vào loại kết cấu của mụđun. Như vậy với đường kớnh thuỷ lực như nhau, kết cấu có chiều dài 1 m đặt nghiêng 600, mụđun lục giác có diện tích hình chiếu lớn nhất. Dạng cấu trúc tấm phẳng song song cũng có diện tích lớn nhất, nhưng phải giữ ở độ cao hợp lý và nó chỉ làm việc tốt khi khoảng cách giữa các tấm phải nhỏ. Điều đó làm nguy hại đến độ tin cậy của thiết bị. Ngoài ra đặt các tấm phẳng phải có các giá đỡ, thang giằng, chỳng là các yếu tố gõy nhiễu loạn thuỷ lực, tạo điều kiện thuận lợi cho bùn bám vào. * Tính toán cụ thể ta có: Chế độ thuỷ lực của quá trình lắng trong các ống hình trụ thể hiện ở hình 4 như sau: Hình 4.4: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của ống lắng đặt nghiêng Trong ống lắng nước đi từ điểm A với vận tốc V0 đến điểm C, còn hạt cặn có vận tốc lắng u0 phải rơi được quãng đường CD, chạm đáy và trượt theo theo đáy xuống vùng thu cặn. AC = AE + EC; AE = H/sinα; EC = W/tgα; ; ; Diện tích mặt bằng của bể lắng nghiêng là F. Diện tích tiết diện vuông góc với hướng nước chảy trong ống là F.sinα vận tốc nước chảy trong ống lắng, thay vo vào phương trình trên rút ra: (4.1) Từ công thức (4.1), nếu khi ta chọn các ống lắng hình trụ vuông có cạnh là W = 0,1m hoặc trũn có đường kớnh W = 0,1m, H = 1m, α = 60o như tại 3 nhà máy nước Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình đang dùng hiện nay thì: Như vậy, khi đặt ống lắng nghiêng vào bể lắng ngang diện tích mặt bằng chỉ cần 0,19 lần diện tích bể lắng ngang thường hay diện tích bể lắng đã giảm đi 1/0,19 = 5,26 lần. CHƯƠNG V: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LẮNG NƯỚC BẰNG BỂ LẮNG LAMEN TẠI 3 NHÀ MÁY NƯỚC: THÀNH PHỐ SƠN LA, THÀNH PHỐ HOÀ BèNH, THÀNH PHỐ ĐIỆN BIấN Các yếu tố đánh giá: 1.1 Khái quát các chi phí: Theo đặc điểm và số lượng các hạng mục công trình trong dõy chuyền công nghệ hiện đang sử dụng, chia thành hai loại chi phí chớnh: Chi phí đầu tư xõy dựng công trình ban đầu và chi phí quản lý vận hành công trình. Chi phí đầu tư xây dựng công trình: Chi phí xõy lắp: Trước đõy chi phí đầu tư xõy lắp bể lắng lamen tại các nhà máy nước nêu trên tương đối cao so với các loại bể lắng khác bởi tất cả các thiết bị của hệ thống đều được nhập khẩu từ nước ngoài ( Với 3 nhà máy nước trên là từ Pháp). Chi phí thiết bị: Trước đõy các tấm lamen và các cấu kiện chủ yếu của bể lắng lamen được nhập khẩu từ Pháp vì vậy nên suất đầu tư xõy dựng bể lắng lamen thường cao hơn so với xõy dựng các loại bể lắng khác. Tuy nhiên hiện nay một số nhà máy trong nước đã sản xuất được các thiết bị trên với chất lượng tương đương nhưng giá thành lại thấp hơn rất nhiều vì vậy nên chi phí đầu tư xõy dựng đã giảm đi rất nhiều ( Chi tiết sẽ được đề cập đến ở phần sau). Các chi phí khác: Chi phí gián tiếp, chi phí tư vấn, chi phí giám sát thi công.... Diện tích xõy dựng nhỏ, bằng 20-25 % diện tích đất so với xõy dựng bể lắng ngang. Chi phí vận hành, quản lý: Chi phí nhõn công: Số lượng công nhõn không tăng khi nhà máy vận hành hệ thống xử lý nước có bể lắng lamen vì đội ngũ công nhõn hiện tại có thể đảm nhận được công việc này. Tuy nhiên để làm tốt công việc quản lý vận hành nhà máy nước có sử dụng bể lắng lamellae cần những người có chuyên môn và kỹ năng tốt trong việc theo dừi chất lượng nước đầu vào từ đó điều chỉnh liều lượng hoá chất cho phù hợp, đồng thời để theo dừi thời gian xử lý cặn, xả cặn hợp lý. Chi phí điện năng: Chi phí điện năng khi vận hành hệ thống xử lý nước cấp có bể lắng lamen tăng hơn do hệ thống vận hành hoàn toàn tự động. Tuy nhiên chi phí lương cho công nhõn lại giảm do có thể giảm được số công nhõn vận hành. Các chi phí khác: Chi phí bảo dưỡng, chi phí nguyên nhiên vật liệu, hoá chất ... 1.2 Hiệu quả kinh tế của các công trình: Có thể xem các yếu tố dưới đây như cái được về mặt kinh tế của công trình xử lý nước cú dựng bể lắng lamen: - Tiết kiệm được chi phí lương công nhõn do không cần nhiều công nhõn quản lý vận hành. - Giảm được lệ phí thải nước khi nhà nước ban hành quy định cụ thể về việc thu phí thải nước ra môi trường. - Hiệu quả của quá trình lắng tương đối cao nên có thể tiết kiệm được các hoá chất trong quá trình xử lý nước. - Tiết kiệm được kinh phí trả cho cơ quan quản lý tài nguyên nước, đặc biệt đối với những nơi khan hiếm nước thô và trong các trường hợp có các quy định chặt chẽ về việc khai thác sử dụng tài nguyên nước. - Tiết kiệm được diện tớch đất xõy dựng khi mà quỹ đất đang ngày càng bị thu hẹp. Việc tiết kiệm diện tích xõy bể có thể sẽ giảm được rất nhiều khoản chi phí: Sử dụng đất, xõy dựng công trình, mua sắm thiết bị, vật tư, quản lý vận hành ... 2. Đánh giá cụ thể bể lắng Lamen tại 3 nhà máy nước: Thành phố SƠn La; Thành phố Điện Biên và thành phố Hòa Bình: 2.1. Thông số của công trình: * Nhà máy nước Sơn La: - Gồm 2 đơn nguyên bằng thép, mỗi đơn nguyên có công suất là 5000 m3/ngđ. - Bể lắng trên nguyên tắc lắng lớp mỏng. Nước dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng lamen bằng hệ thống phõn phối răng cưa. Nước được phõn phối vào bể lắng lamen từ trên xuống. - Xõy dựng 2 bể lắng lamen bằng thép kích thước mỗi bể là 12mx2.3mx2.4m. - Xả cặn lắng bằng thuỷ lực, các van mở tự động bằng thiết bị điện theo giờ để lấy bùn một cách đều đặn. - Các tấm lamen bằng nhựa PVC tớnh toán định hình và đặt nghiêng 600. Các tấm lamen liên kết với nhau thành hình tổ ong và được thiết kế định hình theo tiêu chuẩn loại Greca 70x18 của Pháp. Nước sạch thu vào các máng răng cưa bằng thép không rỉ xung quanh bể. * Nhà máy nước Hòa Bình - Xây dựng bằng bê tông cốt thép, nước được dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng Lamen bằng đường ống chính DN400, tại ống này cho Clo hoá để Clo hoá sơ bộ, nước theo máng phân phối bằng nhựa PVC đặt chìm vào hai bể lắng Lamen kiểu đứng. - Bể lắng Lamen có kích thước BxLxH = 9.4x4.7x7.5m - Xả cặn bằng phương pháp thuỷ lực, các van được đóng mở tự động bằng một thiết bị hoạt động theo giờ lấy bùn đi một cách đều đặn. - Các tấm Lamen bằng nhựa PVC tính toán định hình, nghiêng 600 và mặt cắt cho phép hình thành các kiểu ống tổ ong. Nước sạch được thu lại qua cỏc mỏng răng cưa bằng thép không gỉ, tiếp tục đưa vào bể lọc bằng ống DN400. * Nhà máy nước thành phố Điện Biên: - Xây dựng bằng bê tông cốt thép, nước được dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng Lamen bằng đường ống chính DN400, tại ống này cho Clo hoá để Clo hoá sơ bộ, nước theo máng phân phối bằng nhựa PVC đặt chìm vào hai bể lắng Lamen kiểu đứng. - Bể lắng Lamen có kích thước BxLxH=9.4x4.7x7.5m - Xả cặn bằng phương pháp thuỷ lực, các van được đóng mở tự động bằng một thiết bị hoạt động theo giờ lấy bùn đi một cách đều đặn. - Các tấm Lamen bằng nhựa PVC tính toán định hình, nghiêng 600 và mặt cắt cho phép hình thành các kiểu ống tổ ong. Nước sạch được thu lại qua cỏc mỏng răng cưa bằng thép không gỉ, tiếp tục đưa vào bể lọc bằng ống DN400. 2.2 Tính toán kỹ thuật: * Với nhà máy nước Sơn La hiện nay các bể lắng lamen hiện tại đã được xõy dựng và lắp đặt từ năm 1998 với độ nghiêng 600. Còn 2 nhà máy nước Điện Biên và Hòa Bình bể lắng lamen hiện tại được xây dựng năm 1999. Độ nghiêng của các tấm lamen là 600. Khi thí nghiệm hiệu quả xử lý độ đục của bể lắng la men tại 3 nhà máy nước trên, một số mẫu nước điển hình ta có các kết quả sau: STT Ngày tháng năm Độ đục của nước nguồn (NTU) Độ đục sau khi ra khỏi bể lắng (NTU) Liều lượng phèn nhôm cần xử dụng (mg/l) Hiệu quả xử lý của bể lắng (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 29/5/2009 30/5/2009 01/6/2009 12/6/2009 30/6/2009 22/10/2009 24/10/2009 28/10/2009 29/10/2009 5/11/2009 14/11/2009 1278 556 83 420 17256 18.2 16.4 15.2 16.8 14.3 15.2 11 10.2 8.3 9.1 K XL được 0.95 0.98 1.52 1.344 0.58 0.46 80 65 20 50 K XL được 17 15 15 15 15 15 99 98 90 97.8 0 95 94 90 92 96 97 Bảng 5.1: Kết quả xử lý độ đục của bể lắng lamen tại nhà máy nước thành phố Sơn La STT Ngày tháng năm Độ đục của nước nguồn (NTU) Độ đục sau khi ra khỏi bể lắng (NTU) Liều lượng phèn nhôm cần xử dụng (mg/l) Hiệu quả xử lý của bể lắng (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 01/01/2009 20/01/2009 12/03/2009 25/05/2009 01/6/2009 20/6/2009 29/6/2009 21/7/2009 01/8/2009 9.35 3.95 1.73 42.96 91 152 115 165 101 11 10.2 8.3 1.71 4.55 1.52 3.45 3.3 1.515 0 0 0 10 15 35 25 35 25 99 98 90 96 95 99 97 98 98.5 Bảng 5.2: Kết quả xử lý độ đục của bể lắng lamen tại nhà máy nước thành phố Hoà Bình STT Ngày tháng năm Độ đục của nước nguồn (NTU) Độ đục sau khi ra khỏi bể lắng (NTU) Liều lượng phèn nhôm cần xử dụng (mg/l) Liều lượng phèn cao cấp cần (mg/l) Hiệu quả xử lý của bể lắng (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 25/5/2009 26/5/2009 7/7/2009 9/7/2009 20/8/2009 24/9/2009 26/9/2009 12/10/2009 13/10/2009 15/11/2009 16/11/2009 1478 1125 456 420 90 25.2 20 19.2 17.5 16.3 14.89 9.5 9.1 8.3 9.1 7.8 1.23 1.18 1.52 1.41 0.72 0.51 80 75 45 40 23 15 13 13 10 10 10 2,5 2,5 1,5 1,5 0 0 0 0 0 0 0 99 99 98.2 97.8 91.5 95.2 94 92.1 92 95.6 96.6 Bảng 5.3: Kết quả xử lý độ đục của bể lắng lamen tại nhà máy nước thành phố Điện Biên Phủ Qua các bảng kết quả nghiên cứu trên ta thấy khi qua bể lắng có sử dụng phốn nhôm và phốn cao cấp PAC hiệu quả xử lý độ đục đạt từ 90-99 %. * Tuy nhiên hiện nay dần dần phốn nhụm đang dần không được khuyến khích sử dụng bởi một số nhược điểm như: Dạng cục, miếng khó hoà tan, khả năng loại bỏ chất hữu cơ thấp, liều lượng cao, liều lượng không hợp lý gõy hiệu quả keo tụ thấp, lượng nhôm dư cao, ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ; Có gốc sunfat nên ăn mũn ống bê tông mạnh.... Vì vậy nên chúng ta nên sử dụng một số loại chất keo tụ khác như PAC, PAA... Căn cứ một số kết quả nghiên cứu trước đây tôi rút ra một số kết quả về khả năng loại bỏ độ đục của nước như sau: Hình 5.1: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH=7,72) Hình 5.2 Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH=7,72) Hình 5.3: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 258; pH=7,39) Hình 5.4: Tốc độ lắng với liều lượng phèn sắt và phèn nhôm tối ưu (NTU đầu vào: 258; pH=7,39) Hình 1, 2, 3, 4 thể hiện kết quả dùng phốn nhôm sunfat, phốn sắt clorua để xử lý nước có độ đục là 48,4 NTU, pH = 7,72 và độ đục 258 NTU, pH = 7.39. Như vậy, liều lượng phốn sắt ( Liều lượng tối ưu: 30mg/l) và phốn nhôm (Liều lượng tối ưu: 25-30mg/l) để đạt được hiệu quả keo tụ tốt nhất gần như tương đương nhau khi nước nghiêng về tớnh kiềm. Kích thước bông cặn cũng như tốc đọ lắng xấp xỉ nhau. Ở độ đục 258 NTU thì phốn nhôm lại ưu thế hơn một chút so với phốn sắt. Như vậy, xét về hiệu quả loại bỏ độ đục thì với nước có độ pH từ 7- 8, phèn sắt không thể hiện ưu thế hơn so với phốn nhụm, trong khi đó chi phí của phèn sắt lại lớn hơn của phốn nhụm. Khi dựng phốn sắt và phốn nhụm để keo tụ với độ nghiêng về tính axit thỡ phốn sắt thể hiện ưu thế rõ rệt hơn so với phốn nhôm ( hỡnh 5, 6, 7, 8) về hiệu quả loại bỏ độ đục và liều lượng phèn. Tuy nhiên, so trường hợp keo tụ với độ pH cao thì độ pH thấp yêu cầu liều lượng phèn sắt và phốn nhụm cao hơn. Hình 5.5: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 64; pH=6,45) Hình 5.6: Tốc độ lắng với liều lượng phèn sắt và phèn nhôm tối ưu (NTU đầu vào:64; pH=6,45) Hình 5.7: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 251; pH=6,77) Hình 5.8: Tốc độ lắng với liều lượng phèn tối ưu (NTU đầu vào: 251; pH=6,77) Hình 9, 10 thể hiện kết quả dùng PAC để xử lý nước có độ đục là 48,4 NTU, pH= 7,72 và độ đục 258 NTU, pH = 7,39 . NTU của nước sau xử lý trong trường hợp dùng PAC xấp xỉ như dựng phốn nhụm và phèn sắt. Tuy nhiên, điểm cần lưu ý là liều lượng của PAC chỉ bằng khoảng 1/8 của phốn nhụm, phốn sắt. Hình 5.9: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng PAC thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) & (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Hình 5.10: Tốc độ lắng với liều lượng PAC tối ưu (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72; LPAC= 3mg/l) & (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39; LPAC = 6mg/l) Hình 11, 12, 13 thể hiện kết quả keo tụ khi dùng PAA làm chất keo tụ. Dễ dàng nhận thấy liều lượng của PAA rất thấp so với cá chất keo tụ khác, chỉ có 0.2- 0.5 mg/l nhưng hiệu quả keo tụ rất tốt, NTU sau lắng rất thấp, tốc độ lắng rất nhanh. Sau 5 phút lắng, độ đục chỉ cũn khoảng từ 1-2 NTU (so với các hoá chất khác là 8 – 12 NTU). Liều lượng PAA tối ưu để xử lý nước với khoảng độ đục khảo sát nằm trong khoảng từ 0,05 đến 0,5 mg/l. Tuy nhiên, với liều lượng thấp như 0,05 mg/l thì bông keo tạo ra có kích thước nhỏ tương tự như đối với trường hợp dùng các hoá chất keo tụ khác. Hình 5.11: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng PAA thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) & (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Hình 5.12: Tốc độ lắng với liều lượng PAA là 0,2 mg/l và 0,5 mg/l (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) Hình 5.13: Tốc độ lắng với liều lượng PAA là 0,2 mg/l và 0,5 mg/l (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Như vậy, trong ba loại hoá chất phèn sắt, phốn nhụm, PAC thì PAC mặc dù có đơn giá cao hơn nhưng chi phí để xử lý một đơn vị thể tích nước vẫn nhỏ hơn vì liều lượng nhỏ hơn hai loại phèn kia rất nhiều. Mặt khác, PAC cũng ít ảnh hưởng đến độ pH, độ kiềm so với phốn nhụm và phèn sắt. Tuy nhiên, nếu so sánh PAC với PAA trong vai trò là chất keo tụ thì PAA vẫn có ưu thế hơn. Cho dù PAA đắt hơn so với PAC nhưng liều lượng rất thấp nên tính ra chi phí cho một đơn vị nước xử lý thì cũng tương đương. Tốc độ lắng cũng như khả năng loại bỏ độ đục khi dùng PAA đều tốt hơn PAC rất nhiều. So sánh giữa PAC và PAA (với vai trò là chất keo tụ) thể hiện trong hình 14, 15, 16, 17. Hình 5.14: Tốc độ lắng với liều lượng PAC và PAA tối ưu (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) Hình 5.15: Tốc độ lắng với liều lượng PAC và PAA tối ưu (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Hình 5.16: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng PAC là 2mg/l kết hợp PAA với liều lượng thay đổi (NTU đầu vào: 115; pH = 7,49) Hình 5.17: Tốc độ lắng khi dùng PAC kết hợp chất trợ keo PAA (NTU đầu vào: 115; pH = 7,49) 2.3 Tớnh toán vấn đề kinh tế: a. Chi phí xây dựng: Trong đề tài này tôi nghiên cứu trên 2 phương diện: + Suất đầu tư. + Diện tích đất cần thiết để xõy dựng bể lắng. * Suất đầu tư: Theo tớnh toán của Công ty cổ phần tư vấn thiết kế Nước và Môi trường Việt Nam năm 2009 khi lập dự án đầu tư xõy dựng mở rộng hệ thống cấp nước tại 2 nhà máy nước tại thành phố Điện Biên Phủ và nhà máy nước thành phố Hoà Bình thì suất đầu tư của hệ thống xử lý nước cấp khi dùng bể lắng ngang và bể lắng lamen có kết quả như sau: - Thành phố Điện Biên Phủ: Xõy dựng thêm một đơn nguyên II đưa công suất cụm xử lý từ 8.000 m3/ngđ lên 16.000 m3/ngđ bao gồm: Bể lắng, bể lọc và đường ống kỹ thuật nối giữa các công trình hiện có và công trình mới + lắp bổ sung mạng truyền dẫn. Khi các yếu tố khác không thay đổi chỉ thay đổi việc dùng bể lắng lamen và bể lắng ngang thì suất đầu tư thay đổi như sau: + Khi dùng bể lắng lamen: Suất đầu tư 9.888.437,0 đ/m3. + Khi dùng bể lắng ngang: Suất đầu tư 10.001.835,0 đ/m3. - Thành phố Hoà Bình: Xõy dưng thêm một số công trình trong trạm xử lý để nõng công suất của trạm từ 6.000 m3/ngđ lên 12.000 m3/ngđ. Cũng khi các yếu tố khác không thay đổi chỉ thay đổi việc dùng bể lắng lamen và bể lắng ngang thì suất đầu tư thay đổi như sau: + Khi dùng bể lắng lamen: Suất đầu tư 2.876.770,0 đ/m3. + Khi dùng bể lắng ngang: Suất đầu tư 2.912.126,0 đ/m3. * Diện tích đất xây dựng: Theo tớnh toán tại mục 4.4 của chương IV. Khi các nhà máy nước Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình sử dụng bể lắng lamen với các ống lắng hình trụ vuông có cạnh là W = 0,1 m, H = 1m, α = 600 thì diện tích mặt bằng của bể lắng lamen đã giảm đi 5,26 lần so với bể lắng ngang thông thường. Cụ thể: + Nếu tại nhà máy nước thành phố Sơn La chúng ta không sử dụng bể lắng lamen mà sử dụng bể lắng ngang thì diện tớch đất cần thiết để xõy dựng bể lắng ngang tương ứng với công suất của bể lắng lamen hiện tại sẽ là S = 12*2.3*5.26 = 145,2 m2 thay bằng 27,6 m2 như hiện nay. + Tương tự tại nhà máy nước thành phố Hoà Bình sẽ cần diện tích là: S = 9.4*4.7*5.26 = 232,37 m2 thay bằng 44,2 m2 như hiện nay và tại thành phố Điện Biên Phủ sẽ là S = 9.4*4.7*5.26 = 232,37 m2 thay bằng 44,2 m2 như hiện nay. b. Liều lượng phèn cần dùng tương ứng với chất lượng nước đầu vào: Căn cứ vào các kết quả thí nghiệm đã có và đơn giá của các loại hoá chất keo tụ đã được thí nghiệm ở trên ( thông qua khảo sát giá trên thị trường), ta có thể xác định được lượng chi phí hoá chất keo tụ để xử lý 1m3 nước đạt độ đục sau lắng 30 phút dao động từ 1-2 NTU. Hoá chất Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Liều lượng hoá chất (mg/l) Thành tiền VNĐ/1m3 NTU sau lắng 30 phút Phèn nhôm sunfat Kg 3000 25 75 1.42 Phèn sắt III Clorua Kg 18000 30 540 0.96 PAC Kg 7000 3 21 1.57 PAA Kg 50000 0.2 10 0.87 Bảng 5.4: Chi phí hoá chất keo tụ khi xử lý 1m3 nước có độ đục 48,4 NTU; pH = 7,72 Hoá chất Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Liều lượng hoá chất (mg/l) Thành tiền VNĐ/1m3 NTU sau lắng 30 phút Phèn nhôm sunfat Kg 3000 30 90 1.82 Phèn sắt III Clorua Kg 18000 30 540 2.83 PAC Kg 7000 6 42 2.03 PAA Kg 50000 0.2 10 1.03 Bảng 5.5: Chi phí hoá chất keo tụ khi xử lý 1m3 nước có độ đục 258 NTU; pH = 7,39 c. Quản lý: Hiện nay xí nghiệp cấp nước Sơn La đang có 2 người trực mỗi ca. Ngày 4 ca, lương bình quõn 3.000.000,0 đ. 2 người trong ca trực này có thể đảm nhiệm cả việc rửa xả cặn bể lắng vì toàn bộ hệ thống dùng bể lắng lamen như trên đều dùng van xả cặn để xả bùn. Vì vậy chỉ cần người công nhõn được chuyển giao công nghệ đầy đủ là có thể đảm nhiệm công việc này mà không cần tới 4 công nhõn mỗi ca như khi ta sử dụng bể lắng ngang. Do đó lương công nhõn đã tăng lên đáng kể. Tương tự với 2 nhà máy nước tại thành phố Hoà Bình và thành phố Điện Biên Phủ chỉ khác lương công nhõn tại 2 nơi này bình quõn tương ứng là 2.800.000 đ/người/tháng và 2.650.000 đ/người/tháng. Như vậy tại thành phố Sơn La vì sử dụng bể lắng lamen nên lương công nhân đã giảm đi: 3.000.000x2 = 6.000.000,0 triệu đồng mỗi tháng. Tương tự như vậy ở thành phố Hòa Bình và thành phố Điện Biên Phủ cũng giảm đi tương ứng là: 5.600.000,0 và 5.300.000,0 triệu đồng mỗi tháng. 3. Kết luận Như vậy khi sử dụng bể lắng lamen trong dõy chuyền xử lý nước mặt rất phù hợp với các địa phương, đặc biệt là các tỉnh miền núi phớa Bắc vì hàm lượng cặn lớn. Ngoài ra với quỹ đất ngày càng em hẹp như hiện nay thì ở các thành phố lớn khi xử lý nước mặt dùng bể lắng lamen sẽ giảm rất nhiều sức ép về mặt quỹ đất cho chớnh quyền. Cụ thể tôi đã đề cập đến ở phần II. Về mặt kinh tế: Khi xõy dựng dõy chuyền công nghệ có sử dụng bể lắng lamen giá thành xõy dựng cũng đã giảm đi rất nhiều. Với việc xõy dựng bể lắng lamen mà không sử dụng bể lắng ngang 2 dự án mở rộng hệ thống cấp nước tại thành phố Hoà Bình đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí. Cụ thể như sau: - Hệ thống cấp nước mở rộng Thành phố Hoà Bình khi sử dụng bể lắng lamen trong dõy chuyền công nghệ xử lý để nõng công suất từ 6.000 m3/ngđ lên 12.000 m3/ngđ đã giảm được chi phí: 6000*(2912126-2876770) = 212.136.000,0 VNĐ. - Hệ thống cấp nước mở rộng Thành phố Điện Biên Phủ khi sử dụng bể lắng lamen trong dõy chuyền công nghệ xử lý để nõng công suất từ 8.000 m3/ngđ lên 16.000 m3/ngđ đã giảm được chi phí: 8000*(10001835-9888437) = 907.184.000,0 VNĐ. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận: Qua nghiên cứu bể lắng lamen tại một số nhà máy nước thành phố Sơn La, thành phố Điện Biên Phủ, Thành phố Hoà bình cho thấy: - Hiệu quả xử lý của bể lắng lamen tại các nhà máy nước trên đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu theo tiêu chuẩn. - Tiết kiệm được chi phí xây dựng bể lắng so với các bể lắng cùng loại và cùng công suất do các thiết bị sử dụng trong bể hiện nay đã được đa số các công ty trong nước như: Công ty Nam An, Công ty Bình Nguyên, Công ty Sông Hồng ... sản xuất chứ không phải nhập ngoại hoàn toàn như khi còn xây dựng 3 nhà máy trên. Vì vậy việc đưa bể lắng la men vào trong dây chuyền công nghệ xử lý nước sẽ đạt các mục tiêu về kinh tế. - Trong thời điểm diện tích đất ngày càng eo hẹp như hiện nay việc đua bể lắng lamen vào trong dây chuyền công nghệ xử lý nước là một việc làm hết sức cần thiết làm giảm áp lực về quỹ đất đối với các nhà quản lý. - Kết quả xử lý tại 3 nhà máy nước trên hiện nay cho thấy độ đục nước sau lắng vẫn cũn ở mức cao (≈ 10 NTU) như các loại bể lắng khác khiến cho chu kỳ lọc nhỏ, thường xuyên phải rửa lọc. - - Việ