Đề tài Thiết kế bồn lọc áp lực xử lý nước ngầm huyện Nhà Bè

Chương 1: TỔNG QUÁT Tổng quan về nguồn nước dùng để cấp nước Nước biển Nước biển thường có độ mặn rất cao. Hàm lượng muối trong nước biển thay đổi tùy theo vị trí địa lý như: cửa sông, gần hay xa bờ. ngoài ra trong nước biển thường có nhiều chất lơ lửng, càng gần bờ nồng độ càng tăng, chủ yếu là các phiêu sinh động thực vật. Nước mưa Nước mưa có thể được xem như nước cất tự nhiên nhưng không hoàn toàn tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm bởi khí, bụi, và thậm chí cả vi khuẩn có trong không khí. Khi rơi xuống, nước mưa tiếp tục bị ô nhiễm do tiếp xúc với các vật thể khác nhau. Hơi nước gặp không khí chứa nhiều oxit nitơ hay oxit lưu huỳnh sẽ tạo nên các trận mưa axit. Hệ thống thu gom nước mưa dùng cho mục đích sinh hoạt gồm hệ thống mái, máng gom dẫn về bể chứa. Nước mưa có thể dự trữ trong các bể chứa có mái che để dùng quanh năm. Nước mặt Thuật ngữ nước mặt dùng để chỉ các loại nước lưu thông hoặc chứa trên bề mặt lục địa, nước tiếp xúc với không khí: nước sông, suối, ao hồ, kênh rạch… Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nên có lượng mưa khá cao. Lượng mưa trung bình trong nhiều năm trên toàn lãnh thổ Việt Nam vào khoảng 1.960 mm. Lượng mưa này, ngoài phần bốc hơi (trung bình nhiều năm khoảng 953 mm/năm – chiếm khoảng 48,6%) sẽ là nguồn cung cấp cho nước ngầm và hình thành dòng chảy bề mặt của các sông, suối. Đặc trưng của nước mặt Trong nước mặt thường xuyên có mặt các chất khí hòa tan, chủ yếu là oxy. Oxy hòa tan trong nguồn nước có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của các thủy sinh vật. Nước mặt thường chứa hàm lượng chất lơ lửng đáng kể với các kích thước khác nhau, một số trong chúng có khả năng lắng tự nhiên. Chất lơ lửng thường gây ra độ đục của nước sông hồ. Có mặt các chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên ở nguồn nước được hình thành từ thực vật và động vật phân hủy sau khi chết. Các chất hữu cơ có trong nguồn nước mặt còn do xả các loại nước thải chưa xử lý làm cho nguồn nước bị ô nhiễm hữu cơ. Sinh vật nổi trôi cũng thường có trong nguồn nước mặt, nhất là rong tảo và động vật nổi. Chất lượng nước mặt chịu ảnh hưởng và thay đổi theo mùa, có khi bị ô nhiễm nặng do các yếu tố tự nhiên (mưa, lũ…) và các yếu tố nhân tạo (xả nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp chưa xử lý vào nguồn nước, sự cố tràn dầu trên sông…) Nước ngầm Nước ngầm được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ lại ở các tầng chứa nước bên dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau. Tùy thuộc vào vị trí, độ sâu và áp suất mà nước ngầm được phân loại thành các dạng: Nước ngầm tầng nông: có độ sâu từ 3 đến 10m, nằm trong các tầng đất thổ nhưỡng và thường là nước ngầm không có áp. Nước ngầm tầng nông thường có trữ lượng nhỏ và có khả năng bị nhiễm bẩn lớn bởi các chất ô nhiễm từ trên bề mặt thấm xuống. Nước ngầm tầng sâu: chứa trong các tầng chứa nước ở độ sâu trên 40m. Nước ngầm tầng sâu thường có chất lượng tốt hơn, trữ lượng phong phú hơn và ít chịu ảnh hưởng của các mùa trong năm. Một số dạng nước ngầm tầng sâu là nước ngầm có áp, có thể phun lên bề mặt khi sử dụng các giếng khoan. Các ion có thể có trong nước ngầm Ion canxi Ca2+ Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quy trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO2 + H2O ® H2CO3 Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra ion Ca2+ 2H2CO3 + 2CaCO3 ® Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3- Ion magie Mg2+ Nguồn gốc của các ion Mg2+ trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silicat và CaMg(CO3)2, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí CO2. Sự có mặt Ca2+ và Mg2+ tạo nên độ cứng của nước. Ion natri Na+ Sự hình thành của Na+ trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O ® Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3 Na+ cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na2SO4 là những muối có độ hòa tan lớn trong nước biển. Ion NH4+ Các ion NH4+ có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải chăn nuôi, phân bón hóa học và quá trình vận động của nitơ. Ion bicacbonat HCO3- Được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan đá vôi khi có mặt khí CO2 CaCO3 + CO2 + H2O ® Ca2+ + 2HCO3- Ion sunfat SO42- Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hóa FeS2 trong điều kiện ẩm với sự có mặt của O2 2FeS2 + 2H2O + 7O2 ® 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ Ion Clorua Cl- Có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt. Ion Sắt Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+, kết hợp với gốc bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic. Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước trong điều kiện yếm khí sau: 4Fe(OH)3 + 8H+ ® 4Fe2+ + O2 + 10H2O Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa, ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.Vì vậy, khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung. Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hữu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất sunfat và clorua. Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thoáng khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hóa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxit sắt hóa trị III. 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O ® 4Fe(OH)3¯ + 8CO2­ Trong quy trình xử lý sắt trong nước ngầm, điều quan trọng là biết được điều kiện để chuyển sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III và hyđroxit sắt (II) và hydroxit sắt (III) được tạo thành từ trạng thi hòa tan sang cặn lắng. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Trên dàn làm nguội, trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa thành sắt hóa trị III, tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước. Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước được dùng làm nước cấp cho các nồi hơi. Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt, giấy, sản xuất phim ảnh…. Nước có chứa ion sắt, khi trị số pH < 7,5 là điều kiện thuận lợi để vi khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn, tạo ra cặn lắng gồ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năng vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống. Ion mangan Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do vậy việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt. Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ các tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau 6MnO2 + 12H+ ® 6Mn2+ + 3O2 + 6H2O Mangan II hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạng hyđroxit kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O ® 2Mn(OH)4¯ + 4H+ + 4HCO3- Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hyđroxit sắt sớm hơn vì sắt dễ bị oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy hòa tan trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan. Để oxy hóa mangan trị số pH cần thiết > 9,5. Cặn mangan hóa trị cao là chất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt. Cặn hyđroxit mangan hóa trị IV Mn(OH)4 có màu hung đen. Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình là do hợp chất sắt và mangan tạo nên, vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn có thể có màu từ hung đỏ đến màu nâu đen. Quá trình oxy hóa diễn ra ngay với các chất dễ oxy hóa, do vậy , để oxy hóa hàm lượng mangan xuống đến 0,2 mg/l, pH của nước phải có giá trị xấp xỉ bằng 9. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi pH < 8 và không có chất xúc tác thì quá trình oxy hóa mangan (II) thành (IV) diễn ra rất chậm, độ pH tối tưu thường trong khoảng từ 8,5 đến 9,5. Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao Đặc tính của nước ngầm Những đặc tính cơ bản của nước ngầm thường thấy là pH thấp, hàm lượng Sắt, hàm lượng Mangan và hàm lượng CO2 cao. Độ khoáng hóa, độ đục, độ màu ít hoặc không thay đổi. Một số nơi, nước ngầm có độ cứng khá cao, đôi khi bị nhiễm nitrat, nhiễm mặn, silic, asen, E.coli, Coliform…. Ưu-nhược điểm của việc lựa chọn nước ngầm cho mục đích cấp nước Ưu điểm: Nước ngầm là một tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của những yếu tố khí hậu như hạn hán. Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như nước mặt. Chủ động trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, dân cư thưa vì nước ngầm có thể khai thác với nhiều công suất khác nhau. Nước ngầm còn có thể khai thác tấp trung như các nhà máy nước ngầm, các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán ở các hộ dân cư. Đây chính là ưu điểm nổi bật của nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn. Giá thành xử lý nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với xử lý nước mặt. Nhược điểm: Khai thác nước ngầm với nhịp độ cao sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp xuống, một mặt việc này dẫn đến quá trình xâm nhập mặn, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hư hại cho các công trình xây dựng và đó cũng là một trong những nguyên nhân của hiện tượng sụt lún đất. Việc khai thác nước ngầm với quy mô và nhịp độ quá cao sẽ làm cho hàm lượng muối trong nước tăng lên và dẫn đến tăng chi phí xử lý cho việc xử lý nước trước khi đi vào sử dụng. Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm. Các chỉ tiêu về chất lượng nước Các chỉ tiêu lý học Nhiệt độ: nhiệt độ nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu. Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ. Độ màu: độ màu thường là do các chất bẩn trong nước tạo nên. Các hợp chất sắt, mangan không hòa tan làm nước có màu nâu đỏ. Các chất mùn humic gây ra màu vàng. Còn các loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh đậm hoặc đen. Độ đục: Nước là một môi trường truyền ánh sáng tốt, khi trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật…thì khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi. Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn. Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước. Mùi vị: Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học, chủ yếu là các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các các quá trình phân hủy vật chất gây nên. Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi hôi. Nước sau khi khử trùng với các hợp chất clo có thể bị nhiễm mùi clo hay clophenol. Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan nước có thể có các vị mặn, ngọt, đắng, chát… Độ nhớt: độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau. Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hòa tan trong nước tăng, giảm khi nhiệt độ tăng. Độ dẫn điện: độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng của các chất khoáng hòa tan trong nước, và dao động theo nhiệt độ. Tính phóng xạ: Tính phóng xạ của nước là do sự phân hủy các chất phóng xạ có trong nước tạo nên. Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này có thời gian bán phân hủy rất ngắn nên nước thường vô hại. Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từ nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép. Các chỉ tiêu hóa học Thành phần ion của nước thiên nhiên: Trong đại đa số các trường hợp thành phần ion của nước thiên nhiên được xác định bởi các ion: Ca2+, Mg2+, K+, HCO3-, SO42-, Cl-. Các ion còn lại chiếm số lượng rất bé, tuy đôi khi chúng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng nước. Hàm lượng oxi hòa tan(DO): oxi hòa tan trong nước phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thành phần, tính chất nguồn nước. Áp suất tăng, độ hòa tan của oxi của nước tăng, ngược lại khi nhiệt độ tăng độ hòa tan của oxi vào nước giảm. Hàm lượng oxi hòa tan trong nước tuân theo định luật Henry. Thông thường, nồng độ oxi hòa tan ở thời điểm tới hạn là 8mg/l. Độ pH: Đặc trưng bởi nồng độ ion H+ trong nước (pH = -log(H+), phản ánh tính chất của nước là axit, trung tính hay kiềm. Độ kiềm: đặc trưng bởi các muối của axit hữu cơ như bicacbonat, cacbonat, hydrat… Người ta cũng phân biệt độ kiềm theo tên gọi của các muối. Độ kiềm có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý nước. Trong một số trường hợp, khi độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hóa chất để kiềm hóa nước. Độ oxi hóa: (BOD) thường tính bằng mg/l O2, đặc trưng bởi nồng độ các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ dễ oxi hóa. Hàm lượng Sắt: nước ngầm ở nước ta thường có hàm lượng sắt lớn. Hàm lượng Mangan: thường gặp trong nước ngầm cùng với sắt ở dạng bicacbonat Mn2+. Axit Silic: trong nước ngầm thường gặp nồng độ silic cao, khi 6,5£pH£7,5 gây khó khăn cho việc khử sắt. Nồng độ axit silic lớn cản trở việc sử dụng nước cho nồi hơi áp lực cao. Các hợp chất của Nitơ : các hợp chất hữu cơ có trong nước thường tồn tại dưới dạng amoniac, nitrit, nitrat và nito tự do. Tồn tại những hợp chất này chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải. Có NH3 chứng tỏ nước đang bị nhiễm bẩn rất nguy hiểm đặc biệt cho cá; có HNO2, HNO3 chứng tỏ nước nhiễm bẩn đã lâu, các quá trình oxi hóa đã kết thúc. Clorua và Sunfat: có trong nước thiên nhiên thường dưới dạng các muối nitrit, canxi và magie. Ion Cl- có trong nước tự do hòa tan các muối khoáng hoặc do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ. Nước chứa ion Cl- có tính xâm thực đối với bêtông. Các hợp chất phốt phát: trong nước hàm lượng phốt pho cao sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng hóa. Iot và Florua: có trong nước thiên nhiên dưới dạng ion, chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Florua cho phép tới 1mg/l. Thiếu florua sinh bệnh đau răng, thừa gây hỏng men răng. Iot cho phép 0,005¸0,007 mg/l. Thiếu lượng iot sinh bệnh bưới cổ. Các chất khí hòa tan: các chất khí O2, H2S, CO2, trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Chúng làm cho nước có mùi và ăn mòn kim loại. Các chỉ tiêu vi sinh Vi trùng và vi khuẩn: trong nước có nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng gây bệnh và truyền bệnh nguy hiểm như kiết lị thương hàn, dịch tả… Phù du rong tảo: trong các nguồn nước mặt và nhất là trong các ao hồ thường có các loại phù du rong tảo. Chúng ở dạng lơ lửng hay bám vào đáy hồ làm cho chất lượng nước nguồn kém đi và khó xử lý. Ví dụ: nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào thường đi qua bể lắng và đọng lại trên bề mặt vật liệu lọc làm tăng tổn thất áp lực. Trong đường ống, tảo có thể làm tắc đường ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình quang hợp hô hấp của rong tảo thải ra khí CO2. Tảo còn gây nên tình trạng thừa thiếu oxi trong nước, tạo ra các hợp chất có mùi, tăng nồng độ các chất hữu cơ và tạo ra các chất độc hại trong nước Một số quá trình cơ bản xử lý nước ngầm STT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ MỤC ĐÍCH 1 Làm thoáng Khử khí CO2 nâng cao pH của nước để đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân Sắt và Mangan trong dây chuyền công nghệ khử Sắt và Mangan. Lấy oxy từ không khí để oxy hóa Sắt và Mangan hóa trị II hòa tan trong nước Làm giàu oxy để tăng thế oxy hóa khử của nước, khử các chất bẩn ở dạng khí hòa tan trong nước. 2 Clo hóa sơ bộ Oxy hóa Sắt và Mangan ở các dạng phức chất hữu cơ Loại trừ rong, rêu, tảo phát triển trên các thành bể trộn, tạo bông cặn và bể lắng, bể lọc. Trung hòa lượng Amoniac dư, diệt các vi khuẩn tiết ra chất nhầy trên mặt các lớp lọc. 3 Quá trình khuấy trộn hóa chất Phân tán nhanh, đều phèn và các hóa chất khác vào nước cần xử lý. 4 Quá trình keo tụ và phản ứng tạo bông cặn Tạo điều kiện và thực hiện quá trình kết dính các hạt cặn keo phân tán thành bông cặn có khả năng lắng và lọc 5 Quá trình lắng Loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn và bông cặn có khả năng lắng, làm giảm vi trùng và vi khuẩn 6 Quá trình lọc Loại trừ các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng nhưng có khả năng kết dính trên bề mặt vật liệu lọc 7 Hấp thụ và hấp phụ bằng than hoạt tính Khử mùi, vị, màu của nước sau khi dùng phương pháp xử lý truyền thống không đạt yêu cầu. 8 Khử trùng nước Tiêu diệt vi khuẩn và vi trùng còn sót lại trong nước sau bể lọc. 9 Ổn định nước Khử tính xâm thực và tạo ra màng bảo vệ cách ly không cho nước tiếp xúc trực tiếp với vật liệu mặt trong thành ống dẫn để bảo vệ ống và phụ tùng trên ống. 10 Làm mềm nước Khử khỏi nước các ion Ca2+ và Mg2+ đến nồng độ yêu cầu 11 Khử muối Khử ra khỏi nước các cation và anion của các muối hòa tan đến nồng độ yêu cầu Chương 2: ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Tổng quan về nước ngầm ở huyện Nhà Bè Nhà Bè là huyện ngoại thành nằm về phía Đông Nam của thành phố Hồ Chí Minh. Phía Bắc giáp quận 7. Phía Nam giáp huyện Cần Giuộc, tỉnh Long An. Phía Đông giáp sông Nhà Bè, ngăn cách với huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai; sông Soài Rạp, ngăn cách với huyện Cần Giờ. Phía Tây giáp huyện Bình Chánh. Huyện Nhà Bè có một hệ thống sông ngòi thuận lợi cho việc mở rộng mạng lưới giao thông đường thủy đi khắp nơi, có điều kiện xây dựng các cảng nước sâu đủ sức tiếp nhận các tàu có trọng tải lớn cập cảng. Với điều kiện tự nhiên thuận lợi và nguồn nhân lực dồi dào, Nhà Bè đóng một vai trò quan trọng về mặt kinh tế. Tuy nhiên, bên cạnh đó, thiên nhiên cũng đem lại cho Nhà Bè nhiều khó khăn. Do ở gần cửa sông, tiếp giáp với biển, nên nguồn nước ngọt dành cho sinh hoạt và sản xuất của huyện rất khó khăn, vào mùa khô thường xuyên thiếu nước. Nguồn nước ngầm thành phố: Tập trung ở phía bắc Củ Chi, Hóc Môn, nơi có tầng nước ngầm dồi dào nhất, phẩm chất cũng tốt nhất, ở độ sâu 60 ÷ 90 m. Ngoài ra còn có ở các quận: 3, 5, 11, Bình Thạnh, Tân Bình, Tân Phú, Gò Vấp nhưng phẩm chất không tốt bằng. Càng về phía Nam (Nhà Bè, Bình Chánh, Cần Giờ nguồn nước ngầm thường bị nhiễm mặn nặng. Khảo sát của Liên đoàn địa chất thủy văn và địa chất công trình miền Nam cho thấy, hệ thống nước ngầm TP HCM có 4 tầng chứa nước là Holocen, Pleistocen, Pliocen trên và Pliocen dưới. Tầng Holocen có bề dày lớn, phân bổ ở khu vực huyện Nhà Bè, Cần Giờ, Bình Chánh và phần thung lũng phía nam sông Sài Gòn. Tầng này nhiễm mặn, vì thế ở các khu vực trên hầu như không thể khoan giếng được và dân cư chủ yếu là mua nước ngọt để sử dụng trong sinh hoạt. (Nguồn Vietbao.vn Thứ sáu, ngày 8 tháng 4 năm 2005) Tầng Hologen nhiễm mặn sâu và lan tỏa, tác động đến các tầng khác theo hướng thu hẹp dần khối nước sạch. 3 tầng chứa nước còn lại hiện cung cấp chính cho thành phố, trong đó tầng Pleistocen và Pliocen trên được khai thác nhiều nhất do hai tầng này có trữ lượng lớn. Riêng tầng Pliocen dưới phân bổ ở khu vực Phú Mỹ Hưng, quận 8, Tân Quy Đông, Bình Hưng, Phong Phú, Đa Phước và Hóc Môn, có đặc điểm dễ nhiễm phèn, mặn. Bên cạnh vấn đề chất lượng nước bị nhiễm phèn, nhiễm mặn ở Tp.HCM nói chung và huyện Nhà Bè nói riêng , còn tồn tại vấn đề ô nhiễm vi sinh trên địa bàn 1 số quận huyện. Trung tâm Nước sinh hoạt và Vệ sinh môi trường nông thôn TPHCM cũng có một khảo sát khác tại các quận 9, Thủ Đức và 4 huyện Hóc Môn, Củ Chi, Nhà Bè, Bình Chánh cho thấy nước ngầm tại một số khu vực trên địa bàn các quận huyện này bị nhiễm vi sinh nặng. Đặc biệt tại khu vực các xã Hiệp Phước, Phước Kiển, Long Thới (Nhà Bè); Phong Phú (Bình Chánh) có tồn tại vi sinh như Coliform, E.coli... Trong khi theo quy định Việt Nam thì các thành phần trên không được có trong nước sinh họat. Để bảo vệ nguồn nước nhằm đáp ứng nhu cầu hiện tại và cho tương lai, công cuộc quản lý nguồn nước ngoài sự nỗ lực của các cơ quan quản lý chuyên ngành còn là trách nhiệm của toàn thể xã hội. Nước là cuộc sống để cuộc sống được trong xanh chúng ta phải bảo vệ nguồn nước. Số liệu thực tế Địa điểm: xã Nhơn Đức – huyện Nhà Bè. Ngày: 5/2009 STT Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ TC 1329-2002 BYT 1 pH 6,1 6,5 – 8,5 2 Độ cứng mg/l 114 300 3 Cl- mg/l 79 250 4 SO42- mg/l 7,2 250 5 NO2- mg/l < 0,05 3 6 NO3- mg/l < 0,05 50 7 PO43- mg/l KPH 8 NH4+ mg/l KPH 1,5 9 Fe tổng mg/l 9,4 0,5 10 Kiềm tổng mg/l as CaCO3 82 200 11 Chất hữu cơ (KmnO4) KPH Theo số liệu cho thấy nguồn nước ngầm ở xã Nhơn Đức huyện Nhà Bè có nồng độ Fe tổng vượt TC 1329-2002 BYT về tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống sinh hoạt. Vì vậy phải xây dựng quy trình công nghệ khử sắt đến giá trị đạt tiêu chuẩn (0,5 mg/L). Đề xuất quy trình công nghệ Nước ngầm Bể chứa Làm thoáng bằng giàn mưa Bể lắng ngang Bồn lọc áp lực Bể chứa nước sạch Hệ thống phân phối Lắng nước rửa lọc Hóa chất khử trùng Bể nén bùn Đem di xử lý Thuyết minh sơ đồ công nghệ Đầu tiên, nước ngầm được hút từ dưới đất lên dẫn vào bể chứa. Nước từ bể chứa được dẫn vào công trình làm thoáng, với mục đích chính là khử CO2, hòa tan oxi từ không khí vào nước để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, Mn2+ thành Mn4+ (nếu có) để dể dàng kết tủa, dể dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao năng suất của các công trình lắng và lọc. Sau khi làm thoáng nước tiếp tục sẽ qua bể lắng ngang, bể lắng ngang được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống dưới đáy bể bằng trọng lực. Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt có kích thước lớn (≥ 0,2mm) để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể. Sau đó nước được đưa qua bể lọc áp lực. Tại đây, không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo sắt, keo hữu cơ gây độ đục, độ màu. Sau đó nước được dẫn vào bể khử trùng, với hóa chất khử trùng là dung dịch Clo để loại trừ vi sinh vật tồn tại trong nước ngầm. Nước qua bể khử trùng được đưa vào bể chứa. Sau đó được bơm phân phối cho người dân sử dụng. Các quy trình đơn vị Giàn mưa Nhiệm vụ của giàn mưa là: Hòa tan oxy từ không khí vào nước để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ , Mn2+ thành Mn4+ để dễ dàng kết tủa, dễ lắng đọng. Khử khí CO2 , H2S có trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình oxy hóa và thủy phân Sắt và Mangan, nâng cao năng suất của các công trình lắng và lọc. Tăng lượng oxy hòa tan trong nước, nâng cao thế oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình oxy hóa. Bể lắng ngang Lắng là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước. Các loại bể lắng được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặn lơ lửng có khả năng lắng xuống dưới đáy bể bằng trọng lực. Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỷ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,6 để loại trừ hiện tượng bào mòn các cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể lắng. Bồn lọc áp lực Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo sắt, keo hữu cơ gây độ đục độ màu. Bể lọc thường được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước. Bể lọc này được thiết kế gồm hai lớp: lớp thạch anh và lớp cát sỏi. Nước cấp khi qua bể lắng hầu hết các cặn lơ lửng đều được giữ lại, chỉ còn khoảng 20% căn lơ lửng không lắng được ở bể lắng mà tiếp tục đi vào bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ lọc tất cả các cặn không thể lắng được. Bể chứa nước sạch Nhiệm vụ của bể chứa là chứa nước sạch sau quá trình lọc. Đặt cạnh bể chứa là hệ thống bơm cung phân phối nước ra mạng tiêu thụ, bơm nước rửa lọc…trạm bơm phải đảm bảo việc phân phối nước theo yêu cầu về công suất và độ tin cậy. Khử trùng bằng hóa chất (Clo và các hợp chất của Clo) Clo là một chất oxy hóa mạnh, ở bất cứ dạng nào nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình diệt vi sinh vật xảy ra theo hai giai đoạn. Đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong của tế bào. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TÍNH TOÁN BỂ LẮNG NGANG Tính toán kích thước bể Với lưu lượng nước vào bể Q = 2000 m3/ngày.đêm = 83,333 m3/h = 0,02315 m3/s. Theo tài liệu tham khảo “Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch” của TS Trịnh Xuân Lai trang 153 chỉ rẳng khi tính toán bể lắng mà cặn không keo tụ thì chọn công thức của Liên Xô trước đây. Diện tích bể lắng tính theo công thức: Trong đó: Q : lưu lượng nước vào bể (m3/h) U0: tải trọng bề mặt hay tốc độ lắng của hạt cặn (m/h) α : hệ số kể đến ảnh hưởng của dòng chảy rối trong vùng lắng Hệ số K phụ thuộc vào tỉ số L/H theo bảng sau: L/H 10 15 20 25 K 7,5 10 12 13,5 α 1,33 1,5 1,67 1,82 Chọn U0 = 0,7 mm/s = 710-4 m/s. (Ứng với hiệu quả lắng R = 60%) Chọn tỉ số L/H=15, ta có α = 1,5 → . Làm tròn F = 50 m2 Tỉ số (theo “Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp” của TS.Trịnh Xuân Lai ). Chọn L = 5B → . Làm tròn B = 3 m Chiều dài của bể lắng là: . Làm tròn L = 17m. Chọn chiều cao vùng lắng H = 2,5 m (H = 2÷3,5m, theo “Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch” của TS.Trịnh Xuân Lai) Vận tốc nước chảy trong bể (V0): (vận tốc xói cặn) Thời gian lưu (T) (T = 1,5÷3h, theo “Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp” của TS.Trịnh Xuân Lai). Thiết kế ngăn phân phối Để phân phối đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của bể cần đặt các vách ngăn ở đầu mỗi bể, cách tường 1÷2m. Vận tốc nước qua lổ vách ngăn lấy bằng 0,5 m/s. Đoạn dưới của vách ngăn trong phạm vi chiều cao 0,3÷0,5m kề từ mặt trên của vùng chứa cặn nén không cần phải khoan lỗ. (Theo khoản 6.77 TCXD 33:2006). Chọn độ cao làm việc thấp nhất của vách ngăn so với mặt trên của vùng lắng cặn là 0,5 m. Khi đó, diện tích công tác của vách ngăn phân phối nước vào bể là: Lưu lượng nước tính toán qua bể: m3/ngày đêm = 0,02315 m3/s Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào là: Theo khoản 6.77 TCXDVN 33:2006, vận tốc nước qua lỗ vách ngăn phân phối lấy bằng 0,5m/s. Do đó: Lấy đường kính lỗ ở vách ngăn phân phối là d1=0,05m (d1=0,05÷0,15 m theo trang 73- Xử lý nước cấp-TS.Nguyễn Ngọc Dung)→ diện tích 1 lỗ Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối là: lỗ Chọn n1= 24 lỗ Bố trí: ta bố trí 6 hàng dọc và 4 hàng ngang, với tổng số lỗ đục là 6 4=24 lỗ. Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng dọc là: (2,5 – 0,5)/4=0,5 m Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng ngang là: 3/6=0,5m Thiết kế ngăn thu nước: Thiết kế ngăn thu nước tương tự như ngăn phân phối, thiết kế vách ngăn thu nước ở cuối bể, trên vách ngăn được đục lỗ hình tròn cho nước đi qua. Đường kính lỗ trên vách ngăn thu nước chọn d2= 0,05 m. Tốc độ nước chảy qua lỗ: 0,5 m/s (theo TCXD 33-2006) Khoảng cách tới tường bể 0,5m ≤ x ≤ 1,5m (TCXD 33-2006) Chọn độ cao làm việc thấp nhất của vách ngăn thu nước so với mặt trên của vùng lắng cặn là 1,5 m. Khi đó, diện tích công tác của vách ngăn phân phối nước vào bể là: Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nước ở cuối bể (m2) Diện tích 1 lỗ: Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối là: lỗ Chọn n2= 24 lỗ Cách bố trí: bố trí 6 hàng dọc và 4 hàng ngang với tổng số lỗ đục là 6 4=24 lỗ. Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng dọc là: (2,5 – 1,5)/4=0,25 m Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng ngang là: 3/6=0,5 m Thiết kế vùng xả cặn: Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kỳ với thời gian giữa hai lần xả cặn T = 24h (T = 6h÷24h theo TCXD 33:2006) Thể tích phần chứa cặn của bể: (trang 36/TCXD33-2006) Trong đó: T : thời gian giữa hai lần xả cặn. Chọn T= 24h Q : lưu lượng tính toán. Q=2000 m3/day = 83,333 m3/h N : số lượng bể lắng ngang = 1 bể σ : nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt (g/m3), σ lấy theo bảng 6.8 trang 36 TCXD 33:2006 . Theo bảng 6.8 thì σ = 15000 g/m3 Trích bảng 6.8 trang 36 TCXD 33:2006 Hàm lượng cặn trong nước nguồn Nồng độ trung bình của cặn đã nén tính bằng g/m3 sau thời gian 6h 12h 24h Đến 50 Trên 50 đến 100 Trên 100 đến 400 Trên 400 đến 1000 Trên 1000 đến 1500 (Khi xử lý không dùng phèn) Khi làm mềm nước (có độ cứng Magie nhỏ hơn 25% độ cứng toàn phần) bằng voi hoặc vôi với sôđa Như trên, nước có độ cứng Magie lớn hơn 75% độ cứng toàn phần 9000 12000 20000 35000 80000 200000 28000 12000 16000 32000 50000 100000 250000 32000 15000 20000 40000 60000 120000 300000 35000 C : hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng (mg/l) mg/l m : hàm lượng cặn sau khi lắng Với hiệu quả lắng 60%, ta có m được tính như sau: Tính thể tích phần chứa cặn: m3 Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn: Tính lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng: Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng tính bằng phần trăm lưu lượng nước xử lý, được xác định theo công thức: Trong đó: Kp: hệ số pha loãng cặn, bằng 1,2÷1,5 Tính toán máng thu cặn: Hệ thống xả cặn thủy lực bằng máng hình tam giác có đặt ống thu dọc theo trục máng và xả cặn theo ống thu đó. Thời gian xả cặn quy định t = 10÷20 phút, chọn thời gian xả cặn t = 15 phút đểt tính toán. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1m/s. Lưu lượng cặn khi xả là: m3/s Chọn chiều rộng xây dựng của mỗi máng xả cặn là Bm = 1,4 m Khoảng cách giữa 2 mép máng thu = 0,1m Tường máng nghiêng 450 so với phương thẳng đứng, suy ra chiều cao của máng là Hm= 0,7 (m) Chiều rộng của máng + mép máng là: 1,5 (m) Chiều dài máng xả cặn bằng chiều rộng của bể: 3 (m) Chiều dài bể lắng là: 17(m). Suy ra sẽ bố trí: chọn bằng 11 máng thu. 11 x 1,5 = 16,5 (m). Vậy sẽ bố trí khoảng cách giữa 2 mép máng thu là 0,1 m còn 2 mép máng thu giáp tường bể sẽ có khoảng cách là 0,3 m. Chọn ống thu cặn đặt trong máng thu cặn có đường kính D = 0,1 (m) Diện tích của ống thu: Fống(m2) Tốc độ trung bình của cặn chảy qua ống phải lấy không nhỏ hơn 1m/s. Chọn 1m/s (theo mục 6.96 TCXD 33-2006) Chọn đường kính lỗ để thu cặn vào ống là: Dlỗ = 25 (mm) (Dlỗ ≥ 25 mm theo TCXD 33:2006) Flỗ m2 Số lỗ cần đục trên ống thu cặn: lỗ. Với số lỗ cần đục là 16, ta đục trên ống thu cặn hai hàng lỗ, mỗi hàng 8 lỗ, bố trí 2 hàng lỗ so le nhau 1 góc 450. Kích thước xây dựng của bể: Chiều cao xây dựng bể: Chiều cao bể có tính đến chiều cao bảo vệ là: Đáy bể được đổ bê tông với chiều dày 120 mm, suy ra tổng chiều cao xây dựng của bể lắng (bao gồm cả chiều cao máng xả cặn) là: Chiều dài xây dựng bể: Xây dựng bể bằng bê tông, tường dày 200 mm, suy ra tổng chiều dài bể lắng kể cả 2 ngăn phân phối và thu nước: Tổng chiều dài của toàn bể lắng là: Chiều rộng xây dựng bể: TÍNH TOÁN BỒN LỌC ÁP LỰC Nhiệm vụ: Sử dụng các vật liệu lọc than Anthracite và cát thạch anh kết hợp với máy nén khí tạo áp lực cho nước để giữ lại các cặn còn lại sau các công trình trước đảm bảo tiêu chuẩn nước ăn uống và sinh hoạt. Tính toán kích thước bể Bể lọc áp lực mà nhóm chọn tính toán thiết kế sử dụng hai lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than antraxit có các thông số lấy theo bảng các chỉ tiêu về vật liệu lọc và tốc độ lọc của bể lọc áp lực sau đây: (trích từ bảng 4.10 trang 153- Xử Lý Nước Cấp- TS.Nguyễn Ngọc Dung) Loại bể lọc Đặc điểm lớp vật liệu lọc Tốc độ lọc (m/h) dmin (mm) dmax (mm) dtd (mm) K L (mm) Bình thường V Tăng cường Vtc Lọc 1 lớp 0,5 0,7 1,2 1,5 0,7÷0,75 0,9÷1,0 2,0÷2,2 1,8÷2,0 700÷800 1200÷1300 10 15 15 20 Lọc 2 lớp 0,5 1,2 0,7÷0,75 2 Cát thạch anh 400÷500 15 20 0,8 1,8 1,1÷1,2 2 Than antraxit 400÷500 Chọn: Chiều cao lớp cát thạch anh h1 = 500 mm, đường kính hiệu quả dtd = 0,7 mm, hệ số đồng nhất K = 2. Chiều cao lớp than antraxit h2 = 500 mm, đường kính hiệu quả dtd = 1,1 mm, hệ số đồng nhất K = 2. Tốc độ lọc ở chế độ bình thường V = 15 m/h. Tổng diện tích bề mặt bể lọc áp lực: Tổng diện tích bề mặt bồn lọc áp lực được tính theo công thức: Trong đó: Q : lưu lượng nước đi vào các bể, Q = 2000 m3/ngày.đêm = 83,333 m3/h V : tốc độ lọc tính toán khi bể lọc làm việc bình thường (m/h), chọn Vtb = 15 m/h Số bể lọc tính theo công thức: Chọn N bằng 2 bể Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa: (không an toàn). Vì vậy, ta phải thiết kế thêm 1 bể lọc để dự phòng. Hai bể vận hành, 1 bể dự phòng. →Diện tích 1 bể: Đường kính 1 bể: Chọn D = 1,9 m Lưu lượng nước qua mỗi bể : m3/s Tính chiều cao toàn phần của bể lọc áp lực: H = Hđ + Hv + Hn + Hph (m) Trong đó: Hđ : chiều cao sỏi đỡ (m), chọn Hđ = 200 mm ( Hđ = 150÷200 mm theo TCXD 33:2006) Hv : chiều cao lớp vật liệu lọc Lớp cát thạch anh cao 400÷500 mm →chọn = 500 mm Lớp than antraxit cao 400÷500 mm →chọn = 500 mm →Hv = 500 + 500 = 1000 mm = 1 m Hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc, chọn Hn = 0,5 m (Hn = 0,4÷0,6 theo tài liệu “ Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp” của TS.Trịnh Xuân Lai). Hph : chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi bể rửa, chọn Hph = 0,5 m (Hph ≥ 0,3m theo mục 6.106 TCXD 33:2006) →H = 0,2 + 1 + 0,5 + 0,5 = 2,2 m Tính toán hệ thống dẫn nước và thu nước Nước sau khi đi qua hệ bể lắng ngang sẽ vào bồn lọc áp lực thông qua phễu phân phối. Sau đó nước được lọc qua 2 lớp vật liệu lọc và được thu lại vào các chụp thu nước tại sàn thu dưới đáy bồn lọc. Ống dẫn nước vào bồn: Chọn vận tốc nước chảy trong ống dẫn Vn = 2 m/s ( Vn =1 ÷2 m/s theo điều 6.111 TCXD 33:2006) Ta có lưu lượng nước qua 1 bồn lọc m3/s Đường kính ống dẫn nước vào 1 bồn Chọn đường kính ống dẫn nước vào bồn lọc D = 90 mm Vận tốc thực nước chảy trong ống dẫn là: (Vn =1 ÷2 m/s) Phễu phân phối và thu nước rửa có: Đường kính đáy nhỏ bằng đường kính ống dẫn nước vào bồn lọc : bằng 90 mm Chiều cao phễu = 150 mm. Đường kính đáy lớn = 300 mm. Ống thu nước sau lọc: Chọn vận tốc nước chảy trong ống thu nước sau lọc bằng vận tốc nước chảy vào bồn lọc Vt = 1,8 m/s Ta có lưu lượng nước qua 1 bể lọc m3/s Đường kính ống thu nước: Chọn đường kính ống thu nước D = 90 mm Tính toán hệ thống phân phối nước rửa lọc Rửa lọc bằng gió nước phối hợp. Sục gió từ dưới lên với cường độ 15÷20 l/m2s trong 1÷2 phút. Sau đó rửa tiếp bằng nước + gió trong thời gian 4÷5 phút với cường độ gió 15÷20 l/m2s và nước 2,5÷3 l/m2s sao cho cát không bị trôi vào máng thu nước rửa. Cuối cùng ngừng rửa gió và tiếp tục rửa nước thuần túy với cường độ 5÷8 l/m2s trong khoảng thời gian 4÷5 phút. (theo điều 6.123 TCXD 33- 2006) Chọn rửa gió trong 1 phút với cường độ 20 l/m2s Rửa nước + gió trong 4 phút với cường độ gió 20l/m2s và nước 3 l/m2s Rửa nước thuần túy trong 5 phút với cường độ 8 l/m2s. Phân phối nước rửa lọc bằng chụp lọc, bên trên đầu chụp lọc có 1 lớp sỏi đỡ có đường kính 2÷4 mm, dày 20 cm để ngăn ngừa cát chui vào khe (theo TC 15÷20 cm). Tính toán sàn chụp lọc Vật liệu sàn chụp lọc là thép không gỉ Sàn có khoan lỗ để gắn các chụp lọc có đường kính 30 mm Chụp lọc được làm bằng vật liệu nhựa ABS, loại chụp lọc chuôi ngắn Với đường kính bồn lọc là 1900 mm, bố trí chụp lọc trên 6 đường tròn đồng tâm, mỗi đường tròn cách nhau 150 mm. Các chụp lọc trên 1 đường tròn bố trí cách nhau 1 cung khoảng 200 mm. Như vậy, số chụp lọc được bố trí trên 1 đường tròn được tính theo công thức: Trong dó: CV : là chu vi của từng đường tròn Các đường tròn Đường kính của đường tròn Chu vi của đường tròn Số chụp lọc bố trí Tại vị trí tâm 1 cái Đường tròn 1 300 mm 942 mm 5 cái Đường tròn 2 600 mm 1884 mm 10 cái Đường tròn 3 900 mm 2826 mm 14 cái Đường tròn 4 1200 mm 3768 mm 19 cái Đường tròn 5 1500 mm 4710 mm 24 cái Đường tròn 6 1800 mm 5652 mm 28 cái Tổng cộng 101 cái Số chụp lọc trên 1 m2 diện tích sàn = 101/2,778 = 36 (cái) ( 30÷40 chụp lọc, theo mục 6.122 TCXD 33:2006) Số chụp lọc trong 1 bồn lọc là 101 cái. Tính toán tổng lượng khí cần cung cấp để rửa lọc cho 1 bồn lọc: Ta có cường độ gió Wk = 20 l/m2s Tổng thời gian rửa gió cho 1 bồn lọc là 5 phút Trong 1s , 1 m2 diện tích bồn lọc cần cung cấp 20 lít khí Như vậy, trong 2,778 m2 diện tích bồn lọc, với khoảng thời gian cần cấp khí là 5 phút thì thể tích khí cần thiết là: Tính toán tổng lượng nước cần cung cấp để rửa lọc cho 1 bồn lọc: Tương tự tính toán cho lượng nước: Ống dẫn nước rửa lọc: Chọn vận tốc nước chảy trong ống dẫn và thoát nước rửa lọc là: v = 1,8 m/s (v = 1,5÷2 m/s theo mục 6.120 TCXD 33:2006) Đường kính ống dẫn nước rửa lọc và thoát nước rửa lọc là: Tổn thất áp lực khi rửa bồn lọc :Theo tài liệu “xử lý nước cấp” TS Nguyễn Ngọc Dung Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối có chụp lọc được tính theo công thức: Trong đó: V: tốc độ chuyển động của nước hoặc hỗn hợp nước gió qua khe hở của chụp lọc (V không nhỏ hơn 1,5 m/s) Chọn V = 2 m/s μ : hệ số lưu của chụp lọc = 0,62 Đối với chụp lọc có xẻ khe : μ= 0,5 Đối với chụp lọc có lỗ : μ= 0,62 (m) Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hđ = 0,22 LsW (m) Trong đó: Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ = 0,2 (m) W: cường độ rửa lọc. W= 15 l/m2s theo bảng sau (trích từ bảng 6.13 TCXD) Loại vật liệu lọc và bể lọc Độ nở tương đối của vật liệu lọc (%) Cường độ rửa bể lọc (l/m2s) Thời gian rửa bể lọc (phút) Bể lọc nhanh 1 lớp vật liệu lọc: deff = 0,6-0,65 deff = 0,75-0,8 deff = 0,9-1,1 Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc 45 30 25 50 12-14 14-16 16-18 14-16 6-5 7-6 hđ = 0,22 LsW = 0,22 x 0,2 x 15 = 0,66 (m) Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc: hvl = (a + bW)Le (m) Trong đó: a,b: hệ số phụ thuộc vào kích thước hạt Cát thạch anh: d= 0,5÷1 ; a= 0,76 ; b= 0,017. Than antraxit: d=1÷2 ; a= 0,85 ; b= 0,004. L: chiều dày lớp vật liệu lọc e: độ giãn nở của vật liệu e = 0,5 W: cường độ rửa lọc. W = 15 l/m2s Tổn thất áp lực trong lớp cát thạch anh: hvl1 = (0.76+ 0,017x15)x 0,5x0,5 = 0,254 (m) Tổn thất áp lực trong lớp than antraxit: hvl2 = (0,85 + 0,004x15)x0,5x0,5 = 0,2275 (m) Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc: H= h + hđ + hvl1 + hvl2 = 0,53+0,66+0,254+0,2275 = 1,6715 (m) Tính toán chu kì lọc Bể lọc với hai lớp vật liệu lọc với các thông số được chọn như sau: Chiều cao lớp cát thạch anh h1 = 500 mm, đường kính hiệu quả dtd = 0,7 mm, hệ số đồng nhất K = 2. Chiều cao lớp than antraxit h2 = 500 mm, đường kính hiệu quả dtd = 1,1 mm, hệ số đồng nhất K = 2. Tốc độ lọc ở chế độ bình thường V = 15 m/h. Cặn chứa 1/4 thể tích các lỗ rổng. Độ rỗng e = 50% Cặn sắt độ ngậm nước 94%, còn 6% là cặn.(theo tài liệu “Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp”của TS. Trịnh Xuân Lai) Chu kỳ lọc của lớp than: Thể tích chứa cặn của chiều cao lớp than h2 = 500 mm V = e x h2 x f = 0,5 x 0,5 x 2,778 = 0,6945 m3 Thể tích cặn: Vc = V/4 = 0,6945/4 = 0,1736 m3 Trọng lượng cặn lớp than có thể giữ lại: Gc = 60 kg/m3 x 0,1736 m3 = 10,416 kg Hàm lượng cặn sau bể lắng Cc = 6,984 mg/l Lưu lượng nước qua bể lọc Q = 41,667 m3/h Lượng cặn lớp than giữ lại trong 1h : mc = Cc x Q = 6,984 g/m3 x 41,667 m3/h = 294 g/h = 0,294 kg/h Chu kì rửa lọc của than antraxit là: Tt = Gc/mc = 10,416/0,294 = 35,794 h = 1 ngày 11,76 h Chọn chu kì rửa lọc của than là 1,5 ngày. Tính toán tương tự cho chu kỳ lọc của lớp cát h1 = 500 mm ta được Tc = Gc/mc = 10,416/0,294 = 35,794 h = 1 ngày 11,76 h Vậy chọn chu kì rửa lọc của bồn lọc là 1,5 ngày. Chương 4: DỰ TOÁN CHI PHÍ Phần xây dựng STT Công trình-thiết bị Số lượng Đơn vị tính Đơn giá Thành tiền 1 Giàn mưa 1 cái 45.000.000 45.000.000 2 Bể lắng ngang 1 cái 150.000.000 150.000.000 3 Bồn lọc áp lực 3 Cái 100.000.000 300.000.000 4 Bể chứa nước sạch 1 cái 30.000.000 30.000.000 5 Bể nén bùn 1 cái 30.000.000 30.000.000 Tổng cộng 555.000.000 Phần thiết bị máy móc 6 Hệ thống đường ống 1 Bộ 40.000.000 7 Máy châm clo 1 cái 20.000.000 20.000.000 8 Chi phí phát sinh 20.000.000 9 Công trình phụ trợ 100.000.000 Tổng cộng 180.000.000 Tổng chi phí dự kiến: 555.000.000 + 180.000.000 = 735.000.000 vnd