Đề tài Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp khu dân cư mở rộng, thành phố Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình, công suất 15000m3/ngày đêm

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý do hình thành đề tài Thành phố Ninh Bình, một trung tâm của tỉnh Ninh Bình là thành phố được thành lập vào đầu năm 2007 trên nền của thị xã Ninh Bình và sắp tới sẽ sáp nhập thêm 6 phường xã mới bao gồm: 3 phường Ninh Phong, Ninh Khánh, Ninh Sơn và 3 xã Ninh Nhất, Ninh Tiến, Ninh Phúc. Dự kiến đến năm 2020 thành phố sẽ sát nhập với huyện Hoa Lư trở thành đô thị loại II. Thành phố Ninh Bình được coi là 1 trong 10 thành phố đẹp nhất Việt Nam. Với vị trí địa lý đặc biệt thuận lợi, là cửa ngõ phía Nam của vùng kinh tế đồng bằng Bắc Bộ, thành phố đang phát triển rất nhanh về công nghiệp, du lịch và dịch vụ trong những năm gần đây. Ngoài ra thành phố Ninh Bình cũng có lợi thế về phát triển công nghiệp, dịch vụ, vận chuyển hàng hải. Để phát triển đô thị hoàn chỉnh, một trong những hạng mục quan trọng là hệ thống cung cấp nước sạch cần phải được hoàn tất để đảm bảo cấp nước sạch đến từng hộ dân. Hiện tại thành phố đang có một trạm cấp nước công suất 20.000 m3/ngày đêm nhưng thất thoát khoảng 25% nên lượng nước sạch đến các đơn vị dùng nước thực tế không đủ cấp nước cho khu vực nội thành cũ. Trong khi đó, thành phố lại đang có kế hoạch sáp nhập thêm 6 phường xã mới. Hiện tại cư dân tại 6 phường xã này đang sử dụng nước của tư nhân chở bằng ghe hoặc xà lan từ nhà máy xử lý nước về, ngoài ra còn phải dự trữ nước mưa để sử dụng đồng thời song lượng nước vẫn chưa đủ cho các hoạt động sinh hoạt (nguồn nước ngầm của khu vực bị nhiễm phèn nặng) chưa kể đến việc phát triển khu công nghiệp và du lịch trong tương lai. Tính đến năm 2012, nhu cầu dùng nước của cả thành phố Ninh Bình khoảng 30.000 m3/ ngày đêm, vì vậy công suất cần phải bổ sung thêm là 15.000 m3/ ngày đêm. Do vậy, nhu cầu xây dựng 1 trạm xử lý nước bổ sung với công suất tối thiểu dự tính là 15000 m3/ngđ trở nên thiết yếu và là điều kiện quan trọng trong bước phát triển của thành phố Ninh Bình cả về mức độ và quy mô. Đó cũng là lý do để đề tài “ Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp khu dân cư mở rộng, thành phố Ninh Bình, tỉnh Ninh Bình, công suất 15000m3/ngày đêm” được ra đời. 1.2 Mục đích nghiên cứu Tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp khu dân cư mở rộng thành phố Ninh Bình tỉnh Ninh Bình với công suất 15.000 m3/ ngàyđêm từ nước nguồn là nước sông Đáy. 1.3 Phạm vi nghiên cứu Đề tài giới hạn trong việc tính toán thiết kế trạm xử lý nước cấp khu dân cư mở rộng thành phố Ninh Bình tỉnh Ninh Bình công suất 15.000m3/ngàyđêm. 1.4 Nội dung nghiên cứu Xác định công suất trạm xử lý. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước phù hợp với tính chất nguồn nước và quy chuẩn nước đầu ra. Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong dây truyền công nghệ đề xuất. Dự toán chi phí xây dựng, thiết bị, hóa chất, chi phí vận hành trạm xử lý nước thải. 1.5 Phương pháp nghiên cứu • Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập các tài liệu về khu dân cư, tìm hiểu thành phần, tính chất nguồn nước thô và các số liệu cần thiết khác. • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu những công nghệ xử lý nước cấp cho khu dân cư qua các tài liệu chuyên ngành và các công nghệ hiện đang áp dụng tại Việt Nam. • Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của công nghệ xử lý hiện có và đề xuất công nghệ xử lý nước thải phù hợp. • Phương pháp toán: Sử dụng công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước cấp, dự toán chi phí xây dựng, vận hành trạm xử lý. • Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mô tả kiến trúc các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước cấp. 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xây dựng trạm xử lý nước cấp giải quyết được vấn đề thiếu nước sạch trong sinh hoạt của người dân. Góp phần nâng cao đời sống của người dân, xúc tiến phát triển kinh tế của vùng. Khi trạm xử lý hoàn thành và đi vào hoạt động sẽ là nơi để các doanh nghiệp, sinh viên tham quan, học tập. Chương 2: TỔNG QUAN VỀ THÀNH PHỐ NINH BÌNH 2. 1. Điều kiện tự nhiên 2.1.1 Vị trí địa lý Thành phố Ninh Bình là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của tỉnh Ninh Bình. Cách thành phố thủ đô Hà Nội 93 km về phía Nam, có ranh giới hành chính như sau: + Phía Bắc và phía Tây giáp huyện Hoa Lư. + Phía Nam và Đông Nam giáp huyện Yên Khánh. + Phía Đông Bắc giáp huyện Ý Yên (Nam Định). . Hình 2.1: Bản đồ Thnh Phố Ninh Bình 2.1.2 Khí hậu Thời tiết thành phố không có biến động đặc biệt của khí hậu nhiệt đới gió mùa. Mùa hè nóng, chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam. Mùa đông chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc tuy vậy thành phố vẫn là nơi có khí hậu tương đối ôn hoà hơn so với các địa phương khác trong tỉnh. 2.1.3 Địa hình và đất đai Nhìn chung địa hình Thành phố tương đối bằng phẳng, là vùng đồng bằng có núi và sông chảy qua, tô điểm và làm duyên dáng cho thành phố. Đồng thời, góp phần điều hoà sinh thái và cảnh quan môi trường cho thành phố. Núi lớn nhất là núi Cánh Diều, Núi Lớ, còn hai núi nhỏ là núi Non Nước và núi Kỳ Lân. Thành phố Ninh Bình là một thành phố mới trên vùng đất cổ. Đất thành phố là đất phù sa cổ, có tầng phèn tiềm tàng ở độ sâu. 2.1.4 Chế độ thủy văn Với lượng mưa phong phú, hầu như năm nào cũng xảy ra úng lụt trong mùa mưa bão. Chế độ thuỷ triều ven biển là chế độ nhật triều, ngoài ra còn có trường hợp bán nhật triều và triều tạp. Thời gian triều lên trong khoảng 8 giờ, triều xuống 16 giờ. Khi triều cường thì thời gian lên xuống ± 1 giờ. Nhìn chung, thuỷ triều thành phố tương đối yếu, biên độ thuỷ triều trung bình trong ngày khoảng 150-180cm, lớn nhất là 270cm, nhỏ nhất 2-5cm. Độ mặn lên tới 20 đến 25 phần nghìn do vậy làm ảnh hưởng nuôi trồng thủy sản. 2.1.4.1 Nguồn nước sông Đáy Sông Đáy là một con sông miền Bắc Việt Nam rút nước từ sông Hồng ra vịnh Bắc Bộ. Sông Đáy chảy gọn trong vùng đồng bằng Bắc Bộ với dòng sông chảy song song bên hữu ngạn hạ lưu sông Hồng. Sông Đáy có chiều dài khoảng 240 km và lưu vực (cùng với phụ lưu sông Nhuệ) hơn 7.500 km2 trên địa bàn các tỉnh thành Hà Nội, Hòa Bình, Hà Nam, Ninh Bình và Nam Định Sông Đáy là sông lớn nhất chảy qua thành phố với chiều dài sông 85 km với lưu lượng nước trung bình 350m3/s, mùa cạn 230m3/s. Chất lượng nguồn nước tương đối tốt có thể sử dụng làm nguồn cấp. 2.1.4.2 Nguồn nước sông Vạc Với chiều dài sông là 28.5km và lưu lượng nước trung bình là 260m3/s. Sông Vạc là một con sông nhỏ thuộc tỉnh Ninh Bình. Theo phân loại của Ban Quản lý Quy hoạch lưu vực sông Hồng-Thái Bình thì sông Vạc là một chi lưu của sông Đáy Sông Vạc có chiều dài 14,6 km, do một số phân lưu của sông Hoàng Long như các sông Chanh, sông Luồn, sông Vo hợp lưu tại địa phận huyện Hoa Lư chảy qua ranh giới giữa hai huyện Yên Mô và Yên Khánh, chảy qua huyện Kim Sơn rồi hội lưu vào sông Đáy. Sông Vạc có ảnh hưởng khá quan trọng đến hệ thống giao thông đường thủy ở đồng bằng Bắc Bộ 2.1.4.3 Nguồn nước sông Vân Sông Vân là tên gọi tắt của sông Vân Sàng - một chi lưu của sông Đáy, chảy từ thị xã Tam Điệp qua huyện Hoa Lư và hội lưu với sông Đáy tại trung tâm thành phố Ninh Bình. Sông có chiều dài trên 20 km, chỗ rộng nhất tới 300 m Lưu lượng nước trung bình của sông là 260m3/s. 2.2 Điều kiện kinh tế xã hội 2.2.1 Dân số Thành phố bao gồm các phường: Vân Giang, Thanh Bình, Phúc Thành, Đông Thành, Tân Thành, Nam Bình, Bích Đào, Nam Thành và 2 phường Ninh Phong, Ninh Khánh; 4 xã Ninh Nhất, Ninh Tiến, Ninh Sơn, Ninh Phúc chuẩn bị sát nhập vào thành phố. Diện tích tự nhiên 4.836,49 ha và 27.908 hộ dân với 111500 nhân khẩu, trong đó còn 545 hộ nghèo, 1.511 khẩu thuộc diện nghèo, chiếm tỷ lệ 1.95% số dân. Đến năm 2020 sau khi sát nhập với huyện Hoa Lư trở thành Thành Phố Hoa Lư dự kiến tổng số dân của thành phố là 190.000 người. Trong những năm trở lại đây nhất là sau khi tái lập tỉnh; được mở rộng với diện tích 48,3 Km2, 14 đơn vị hành chính cấp xã với số dân 13 vạn người, thành phố đã phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng trở thành trung tâm thương mại, dịch vụ của cả tỉnh và các tỉnh lân cận. Mật độ dân số của thành phố là 2700 người/km2. 2.2.2 Nông nghiệp Đất nông nghiệp Thành phố chủ yếu phục vụ cho quá trình đô thị hoá thành phố. Ngoài ra, các vùng sản xuất chuyên canh hàng hoá được quy hoạch như vùng rau sạch Ninh Sơn, làng hoa Ninh Phúc. Thành phố cũng phát triển mạnh nghề thủ công truyền thống ở các xã ven đô như: mỹ nghệ cói, đá, v.v... Thành phố có 4 con sông chảy qua: sông Đáy, sông Vân , sông Vạc, sông Tranh nên việc tưới tiêu nước rất thuận lợi. Các dòng sông này cũng góp phần điều hoà sinh thái và cảnh quan môi trường cho thành phố. Trong điều kiện đất trồng trọt thu hẹp do thực hiện nhiều dự án đầu tư phát triển công nghiệp, dịch vụ, song thành phố vẫn được xác định nông nghiệp là một trong ba lĩnh vực kinh tế mũi nhọn. Vụ đông xuân 2007 - 2008, mặc dù thời tiết không thuận lợi, thành phố vẫn đạt năng suất lúa cao nhất từ trước đến nay (62,6 tạ/ha), tăng 1,49 tạ/ha so với vụ đông xuân năm trước. Sản xuất vụ đông tiếp tục được mở rộng trên đất hai lúa đạt 792,5 ha, tăng 221,8 ha so với năm 2007. Chăn nuôi gia súc, gia cầm phát triển mạnh. 2.2.3 Công nghiệp So với các địa phương vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, thành phố Ninh Bình không phải là một trung tâm công nghiệp lớn và còn khá non trẻ. Lĩnh vực công nghiệp chủ yếu vẫn là xây dựng và vật liệu xây dựng. Nằm ở vị trí khá thuận lợi về giao thông thuỷ, sắt, bộ. Thành phố là đầu mối phân phối cấp vùng và có đủ điều kiện để phát triển công nghiệp lâu dài. Tổng diện tích khu công nghiệp của thành phố là 217.4 ha. Các khu công nghiệp và cụm công nghiệp dự kiến phát triển thành phố Ninh Bình bao gồm: Khu công nghiệp Ninh Phúc. Cụm công nghiệp Nam thành phố Ninh Bình. Cụm công nghiệp Ninh Khánh . Dự án 1: : Nhà máy gạch ốp lát. Dự án 2: Cơ sở sản xuất sản phẩm Composite. Dự án 3: Xây dựng Nhà máy lắp ráp ô tô tải. Dự án 4: Lắp ráp, sửa chữa máy cơ khí nhỏ. Dự án 5: Cơ sở sửa chữa đóng mới phương tiện thủy (nội địa). Dự án 6: Xây dựng Nhà máy phân đạm. Dự án 7: Xây dựng nhà máy Dệt May… 2.2.4 Dịch vụ và du lịch Trong quy hoạch phát triển kinh tế vùng duyên hải Bắc Bộ, thành phố Ninh Bình là một đầu mối thương mại, dịch vụ ở phía nam của vùng. Thành phố phát triển mạnh các dịch vụ lưu trú, điều hành, phân phối khách tham quan đi các khu du lịch lớn ở khu vực. Ninh Bình cũng là đô thị giàu tiềm năng du lịch văn hoá, giải trí, ẩm thực, hội nghị và thể thao… Thành phố có định hướng phát triển trở thành một trung tâm du lịch lớn. Với tìm năng du lịch dồi dào những thắng cảnh đẹp như núi Cánh Diều, núi Non Nước, hồ Kỳ Lân, một phần danh thắng Tràng An bên cạnh các khu mới được đầu tư như công viên sông Vân, công viên Thúy Sơn và các công trình mới đã và đang được đầu tư xây dựng như các công trình thể thao quốc gia, các trung tâm thương mại và dịch vụ. 2.2.5 Giao thông Thành phố Ninh Bình có vị trí giao thông, thông tin liên lạc thuận lợi cho phát triển thương mại và du lịch. Thành phố có quốc lộ 1A đi Phủ Lý ra thủ đô Hà Nội, đi Tam Điệp vào các tỉnh phía Nam; theo quốc lộ 10 đi các tỉnh duyên hải đồng bằng Bắc Bộ như: Nam Định, Thái Bình, Hải Phòng, Quảng Ninh; theo tỉnh lộ 477 đi các huyện Gia Viễn, Nho Quan... rồi sang vùng Tây bắc (tỉnh Hoà Bình) Thành phố nằm ở hữu ngạn sông Đáy, chính giữa là ngã ba giao sông Vân đổ vào sông Đáy, tại vị trí trung tâm của tỉnh. Khoảng cách từ trung tâm thành phố tới các huyện lỵ đều dưới 30 km. Với hai cảng sông là cảng Ninh Bình và cảng Ninh Phúc trong đó cảng Ninh Phúc là cảng sông cấp 1, cảng Ninh Bình là cảng sông cấp 2 đều nằm trong danh sách cảng sông được ưu tiên đầu tư xây dựng. 2.2.6 Định hướng về cấp nước và vệ sinh môi trường Dự kiến ưu tiên phát triển mạng lưới cấp nước cho các khu vực Thành Phố, Thị xã, thị trấn hiện nay đảm bảo yêu cầu cấp nước sinh hoạt cho dân cư: Nhu cầu dùng nước sinh hoạt: Đến năm 2012: Tiêu chuẩn dùng nước 120 l/ngày. Tỷ lệ dân số cấp nước là 85%. Đến năm 2015: Tiêu chuẩn dùng nước 120l/ngày. Tỷ lệ dân số cấp nước là 90%. Đến năm 2020: Tiêu chuẩn dùng nước 150 l/ngày. Tỷ lệ dân số cấp nước là 99%. - Nước thất thoát rò rỉ: Khoảng 20% lượng nước cung cấp vào mạng đường ống. - Nhu cầu cho bản thân trạm cấp nước: Lượng nước dùng cho bản thân trạm xử lý lấy 8% tổng sản lượng nước sản suất. 2.3 Hiện trạng sử dụng nước sinh hoạt tại khu vực Thành phố có 27.908 hộ dân với 111500 nhân khẩu, trong đó còn 545 hộ nghèo, 1.511 khẩu thuộc diện nghèo, chiếm tỷ lệ 1.95% số dân. Do khu vực nằm trong khu vực đồng bằng ven biển nên nước ngầm bị nhiễm mặn, do đó người dân chỉ có nguồn nước chính sử dụng là nước mạng lưới cấp nước chung. Tại thành phố hiện có nhà máy xử lý nước với công suất 20.000 m3/ngày, tuy nhiên lượng nước này vẫn không cung cấp đủ cho nhu cầu sử dụng nước tại thành phố và một phần do thành phố vừa được sát nhập vào 6 hiện chưa có hệ thống cấp nước sạch nên nhân dân khu vực này đang sử dụng nguồn nước mưa. Tuy nhiên vào mùa khô nguồn nước này cạn kiệt, toàn khu vực đang bị thiếu nước sinh họat trầm trọng đặc biệt vào mùa khô. Chương 3: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC MẶT Tổng quan về chất lượng nước 3.1.1 Tính chất lý học của nước Nhiệt độ Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lí nước. Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước. Nhiệt độ của nguồn nước mặt dao động rất lớn (từ 4 ¸ 400C) phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước. Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định (từ 17 ¸ 270C). Hàm lượng cặn không tan Được xác định bằng cách lọc một đơn vị thể tích nước nguồn qua giấy lọc, rồi đem sấy khô ở nhiệt độ (105 ¸ 1100oC). Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lí đối với các nguồn nước mặt. Hàm lượng cặn của nước nguồn càng cao thì việc xử lí càng tốn kém và phức tạp. Độ màu của nước Đơn vị đo độ màu thường dùng là Platin – Coban. Nước thiên nhiên thường có độ mầu thấp hơn 200PtCo. Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc. Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hòa tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hóa lý kết hợp. Mùi và vị của nước Nước có mùi là do trong nước có các chất khí, các muối khoáng hoà tan, các hợp chất hữu cơ và vi trùng, nước thải công nghiệp chảy vào, các hoá chất hoà tan,…Nước có thể có mùi bùn, mùi mốc, mùi tanh, mùi cỏ lá, mùi clo, mùi phenol, … Vị mặn, vị chua, vị chát, vị đắng, … Độ đục thường được đo bằng máy so màu quang học dự trên cơ sở thay đổi cường độ ánh sáng khi đi qua lớp nước mẫu. Đơn vị đo độ đục xác định theo phương pháp này Là NTU (Nepheometric Turbidity Unit) 1NTU tương ứng 0.58 mg foomazin trong một lít nước. Độ dẫn điện Nước có độ dẫn điện kém. Nước tinh khiết ở 20oC có độ dẫn điện là 4.2 µS/m (tương ứng điện trở 23.8 mΩ/cm. Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. 3.1.2 Tính chất hóa học của nước Độ pH PH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước. Khi pH =7 nước có tính trung tính pH <7 nước co tính axit pH >7 nước co tính kiềm Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hòa tan trong nước. Ở độ pH<5, tùy thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hòa tan và một số loại khí như CO2, H2S tồn tại ở dạng tự do trong nước. Độ kiềm Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của cá ion bicacbonat, cacbonat, hydroxyt và anion của các muối của các axit yếu. Do hàm lượng các muối này có trong nước rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Độ kiềm bicacbonat và cacbonat góp phần tạo nên tính đệm cho dung dịch nước. Nguồn nước có tính đệm cao, nếu trong quá trình xử lý có dùng thêm các hóa chất như phèn thì độ pH của nước cũng ít thay đổi nên sẽ tiết kiệm được các hóa chất dùng để điều chỉnh pH. Độ cứng Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magie có trong nước. Nước có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất: giặt quần áo tốn xà phòng, nấu thức ăn lâu chín, gây đóng cặn nồi hơi, giảm chất lượng sản phẩm, … Độ oxy hoá Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ có trong nước. Chỉ tiêu oxy hoá là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Độ oxy hoá của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng. Clorua Clorua làm cho nươc có vị mặn. Ion này thâm nhập vào nước qua sự hòa tan các muối khoáng hoặc bọ ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay ở đoạn sông gần biển. Việc dùng nước có hàm lượng clorua cao có thể gây ra mắc bệnh về thận. Ngoài ra, nước chứa nhiều clorua có tính xâm thực đối với bê tông. Sunfat Ion sunfat thường có trong nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn gốc hữu cơ. Với hàm lượng sunfat cao hơn 400 mg/l, có thể gay mất nước trong cơ thể và làm tháo ruột. Ngoài ra, nước có nhiều ion clorua và sunfat sẽ làm xâm thực bê tông. Florua Nước ngầm từ cá vùng đất chưa quặng apatit, đá alkalic, granit thường có hàm lượng florua cao đến 10mg/l. trong nước thiên nhiên, các hợp chất của florua khá bền vững và khó loại bỏ trong quá trình xử lý thông thường. Ơ nồng độ thấp, từ 0.5 mg/l dến 1mg/l, florua giúp bảo vệ men răng Hàm lượng sắt Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hoà tan của các muối bicacbonat, sunfat, clorua, đôi khi dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic. Việc tiến hành khử sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm. Khi trong nước có hàm lượng sắt > 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hư hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp và làm giảm tiết diện vận chuyển nước của đường ống. Hàm lượng mangan Mangan thường được gặp trong nước nguồn ở dạng mangan (II), nhưng với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0,05 mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt. Công nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước. Nhôm Vào mùa mưa, ở nững vùng đất phèn, đát ở trong điều kiện khử không co oxy, nên các chất như Fe2O3 và Jarosite tác dộng qua lại, lấy oxy của nhau và tạo thành sắt , nhôm, sunfat hòa tan trong nước. Do đó, nước mặt ở vung náy thường rấ chua, pH = 2.5÷4.5, sắt tồn tại chủ yếu là Fe2+ (có khi dến 300 mg/l), nhôm hòa tan ở dạng ion Al3+ ( từ 5 ÷ 70mg/l). Khi chứa niều nhôm hào tan nước thường có màu trong xanh và vị rất chua. Nhôm có đọc tính đối với sức khỏe con người. Khi uống nước co chứa hàm lượng nhôm cao có thể gây t\ra các bênh về não như Alzheimer. Các chất khí hoà tan Các chất khí hoà O2, CO2, H2S trong nước thiên nhiên dao động rất lớn. Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, phân rác. Khi trong nước có H2S làm nước có mùi trứng thối khó chịu và ăn mòn kim loại. Hàm lượng O2 hoà tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, đặc tính của nguồn nước. Nước ngầm có hàm lượng oxy hoà tan rất thấp hoặc không có, do các phản ứng oxy hoá khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu hao hết oxy. Khí CO2 hoà tan đóng vai trò quyết định trong sự ổn định của nước thiên nhiên. Trong kỹ thuật xử lý nước, sự ổn định của nước có vai trò rất quan trọng. Việc đánh giá độ ổn định trong sự ổn định nước được thực hiện bằng cách xác định hàm lượng CO2 cân bằng và CO2 tự do. Lượng CO2 cân bằng là lượng CO2 đúng bằng lượng ion HCO-3 cùng tồn tại trong nước. Nếu trong nước có lượng CO2 hoà tan vượt quá lượng CO2 cân bằng, thì nước mất ổn định và sẽ gây ăn mòn bêtông. 3.1.3 Các chỉ tiêu vi sinh Trong nước thiên nhiên có rất nhiều vi trùng, rong tảo và các đơn bào. Chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh hoặc sống và phát triển trong nước. Trong đó có một số sinh vật gây bệnh cần phải được loại bỏ khỏi nươc trước khi sử dụng. Trong thực tế không thể xác định tất cả các loại sinh vật gây bệnh qua đường nước vì phức tạp và tốn thời gian. Mục đích của việc kiểm tra vệ sinh nước là xác định mức độ an toàn của nước đối với sức khỏe con người. Do vậy có thể dùng vài vi sinh chỉ thị ô nhiễm phân để đánh giá ô niễm từ rác, phân người và động vật. Có 3 nhóm vi sinh chỉ thị ô nhiễm phân: Nhóm Coliform đặc trưng là Escherichia Coli ( E.coli) Nhóm Streptococci đặc trưng là Streptococcus faecalis. Nhóm Clostridia khử sunfit đặc trưng là Clostridum perfringents Đây là những nhóm vi khuẩn thường xuyên có mặt trong phân người. Trong đó E.Coli là loại trực khuẩn đường ruột, có thời gian bảo tồn trong nước gần giống những vi sinh vật gây bệnh khác. Sự có mặt E.Coli chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn phân rác và có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác. 3.2 Chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt Theo tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT “ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng ăn uống” phải đạt được những chi tiêu về lí hóa học và vi trùng như sau: Bảng 3.1: Chất lượng nước cấp cho sinh hoạt ăn uống TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa 1 Độ đục NTU 2 2 Độ sắc TCU 15 3 Mùi vị Không có mùi, vị lạ 4 Độ pH 6,5 - 8,5 5 Độ cứng mg/l 300 6 Độ Ôxy hoá KMnO4 mg/l 2 7 Sunfua Hydro mg/l 0,05 8 Clorua mg/l 250 9 Nitrat mg/l 50 10 Nitrit mg/l 3 11 Sulfat mg/l 250 12 Antimon mg/l 0.005 13 Florua mg/l 1,5 14 Bari mg/l 0.7 15 Amoni mg/l 3 16 Natri mg/l 200 17 Sắt mg/l 0,3 18 Mangan mg/l 0.3 19 Đồng mg/l 1 20 Kẽm mg/l 3 21 Nhôm mg/l 0,2 22 Chì mg/l 0,01 23 Asen mg/l 0,01 24 Cadmi mg/l 0,003 25 Thuỷ ngân mg/l 0,001 26 Crôm mg/l 0,05 27 Xianua mg/l 0,07 28 Borat và Axít boric mg/l 0.3 29 Molybden mg/l 0.07 30 Niken mg/l 0.02 31 Selen mg/l 0.01 32 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 1000 33 Chỉ số Pecmanganat mg/l 2 3.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước 3.3.1 Phương pháp hóa lý Quá trình keo Trong nước sông suối, hồ ao,.. thường chứa các hạt cặn có nguồn gốc thành phần và kích thước rất khác nhau. Đối với các loại cặn này dùng các biện pháp xử lý cơ học trong công nghệ xử lý nước như lắng lọc có thể loại bỏ được cặn có kích thước lớn hơn 10-4mm. Cũn cỏc hạt cú kớch thước nhỏ hơn 10-4mm không thể tự lắng được mà luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp lí cơ học kết hợp với biện pháp hoá học, tức là cho vào nước cần xử lí các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có khả năng kết lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng có trong nước, taọ thành các bông cặn lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Để thực hiện quá trỡnh keo tụ người ta cho vào nước các chất phản ứng thích hợp như : phèn nhôm Al2(SO4)3; phốn sắt FeSO4 hoặc FeCl3. Các loại phèn này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan. Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hoà ion H+ thỡ cần phải kiềm hoỏ nước. Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi CaO. Một số trường hợp khỏc cú thể dựng là Na2CO3 hoặc xút NaOH. Thông thường phèn nhôm đạt được hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5.5¸7.5. Một số nhân tố cũng ảnh hưởng đến quá trỡnh keo tụ như: các thành phần ion có trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng, nhiệt độ… Hấp phụ Hấp phụ là quá trình tập trung chất lên bề mặt phân chia pha và gọi la hấp phụ bề mặt. Khi phân tử các chất bị hấp phụ đi sâu và trong lòng chất hấp phụ, người ta gọi quá trình này là sự hấp phụ. Trong quá trình hấp phụ có tỏa ra một nhiệt lượng gọi là nhiệp hấp phụ. Bề mặt càng lớn tức lòa độ xốp chất hấp phụ càng cao thì nhiệt hấp phụ tỏa ra cang lớn. Bản chất của quá trình hấp phụ: hấp phụ các chất hòa tan là kết quả của sự chuyển phân tử của những chất có từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường bề mặt. Trường lực bề mặt gồm có: + Hydrat hóa các phân tử chất tan, tức là tacvs dụng tương hỗ giữa các phân tử chất rắn hòa tan với những phân tử nước. + Tác dụng tương hỗ giữa các phân tử chất rắn bị hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại được các phân tử trên bề mặt chất rắn. Các phương pháp hấp phụ: Hấp phụ vật lí Khi chất bị hấp phụ và chất hấp phụ tương tác với nhau bằng lực Vander Waals thì nhiệt hấp phụ có giá trị thấp và chất bị hấp phụ dễ bị giải hấp phụ Đặc trưng của hấp phụ vật lý: + Xảy ra ở nhiệt độ thấp dưới nhiệt độ tới hạn của chất bị hấp phụ + Loại tương tác: tương tác giữa các phân tử. + Entanpi thấp:DH < 20 KJ/mol + Xảy ra hấp phụ đa lớp + Năng lượng hoạt hóa thấp + Năng lượng trạng thái của chất bị hấp phụ không thay đổi + Thuận nghịch Hấp phụ hóa học Lực tương tác giữa phân tử bị hấp phụ và chất hấp phụ bằng lực hóa học tạo nên những hợp chất bề mặt nào đó. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn và vì vậy khó khử chất bị hấp phụ. Đặc trưng của hấp phụ hóa học: + Xảy ra ở nhiệt độ cao + Lực tương tác: xảy ra lực liên kết cộng hóa trị giữa chất bị hấp phụ và bền mặt. + Entanpi cao: 50 KJ/mol < DH < 800 KJ/mol + Chỉ xảy ra hấp phụ đơn lớp + Các năng lượng hoạt hóa cao + Mật độ electron tăng lên ở bề mặt phân cách hấp phụ – chất bị hấp phụ + Chỉ xảy ra thuận nghịch ở nhiệt độ cao. 3.3.2 Biện pháp hóa học Khử trùng Ngoài các tạp chất hữu cơ và vô cơ, nước thiên nhiên còn chứa rất nhiều vi sinh vật, vi khuẩn và các loại vi trùng gây bênh như tả, lỵ , thương hàn mà các quá trình xử lý cơ học không thể loại trừ được. Để ngăn ngừng các bệnh dịch, nước cấp cho sinh hoạt phải được diệt trùng. Với các hệ thống cấp nước công nghiệp cũng cần phải diệt trùng để ngăn ngừa sự kết bám của các vi sinh vật lê thành ống dẫn nước trong các thiết bị làm lạnh, làm giảm khả năng truyền nhiệt đồng thời làm tăng tổn thất thủy lực của hệ thống. Các quá trình khử trùng: Khử trùng bằng phương pháp hóa học Khử trùng bằng Clo và các hợp của Clo Clo là một chất oxi hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vaatjvaf gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt. Khi cho Clo vào nước, phản ứng diễn ra như sau: Cl2 + H2O -> HOCl + HCl Hoặc có thể ở dạng phương trình phân li: Cl2 + H2O -> H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng Clorua vôi, phản ứng diễn ra nư sau: Ca(OCl)2 + H2O -> CaO + 2HOCl 2HOCl -> 2H+ + 22OCl- pH của nước cang cao, hiệu quả khử trùng bằng Clo cang giảm. Khử trùng bằng Clo và amôniac Khi khử trùng bằng Clo, mà trong nước có chứa pheenol, để ngăn chặn mùi Clophenol, phải đặt thiết bị để cho khí amoniac vào nước. Amoniac phải được bảo quản trong bình hoặc thùng đặt tại kho tiêu thụ Thiết bị amoniac hóa được bố trí trong buồng riêng, cách li với buồng định liều lượng Clo và phải được trang bị cơ gới hóa để di chuyển các bình và thùng. Dùng ôzôn để khử trùng Ôzôn là 1 chất khí có màu ánh tím ít hòa tan trong nước và rất độc hại đối với con người. Ở trong nước, ôzôn phân hủy rất nhanh thành ỗi phân tử và nguyên tử. Ôzôn có tính hoạt hóa mạnh hơm Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần. Lượng ozon cần thiết cho vào nước không lớn. Thời gian tiếp xúc rất ngắn (5 phút), không gây mùi khó chịu cho nước kể cả khi trong nước có phenol. Khử trùng nước bằng tia tử ngoại Tia tử ngoại hay còn gọi là tia cực tím, là các tia có bước sóng ngắn có tác dụng diệt trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đỏi chất, vì thế chúng bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chit đạt được triệt để khi trong nước không co các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Các phương pháp khử trùng khác Khử trùng bằng siêu âm Dùng dòng siêu âm với cường độ tác dụng lớn trong khoảng thời gian nhỏ nhất là 5 phút, sẽ có thể tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật co trong nước. Khử trùng bằng phương pháp nhiệt Dây là phương pháp cổ truyền. Đun sôi nước ở nhiệt độ 100oC có thể tiêu diêu phần lớn các vi khuẩn có trong nước. Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ. Phương pháp đung sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mô gian đình. Khử trùng bằng Ion bạc Ion bac thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2-10ion g/l đã có tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là : nếu trong nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối … thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng. Làm mềm nước Nước có độ cứng cao thường gây nên nhiều tác hại cho người sử dụng làm lãng phí xà phòng và các chất tẩy, tạo ra cặn kết bám bên trong đường ống, thiết bị công nghiệp làm giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ của chúng. Làm mềm nước thực chất là quá trình xử lý giảm hàm lượng canxi và magie nhằm hạ độ cứng của nước xuống đến mức cho phép. Các phương pháp làm mềm nước: Phương pháp hóa học Làm mềm nước bằng vôi Làm mềm nước bằng vôi hay còn gọi là phương pháp khử độ cứng cacbonat bằng vôi, được áp dụng khi cần phải giảm cả độ cứng và độ kiềm của nước. Khi cho vôi vào nước, các phản ứng xảy ra theo trình tự sau: 2CO2 + Ca(OH)2 -> Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ->2CaCO3¯ + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ->Mg(HCO3)2 + 2CaCO3¯ + 2H2O 2NaHCO3 + Ca(OH)2 ->CaCO3¯ + Na2CO3 + H2O Để tăng cường cho quá trình lắng cặn CaCO3 và Mg(OH)2 khi làm mềm nước bằng vôi, pha thêm phèn vào nước. Do phản ứng làm mềm nước diễn ra ở pH lớn hơn 9 nên không dùng được phèn nhôm, trong môi trường kiềm phèn nhôm tạo ra aluminat hòa tan. Để kiểm tra hiệu quả của trình làm mềm bằng vôi, chỉ cần xác định giá trị pH sau khi pha vôi vào nước. Phản ứng sẽ diễn ra triệt để khi đã đạt đến sự cân bằng bão hòa CaCO3 và Mg(OH)2 trong nước. Tương ứng với trạng thái bão hòa đó, độ ổn định của nước phải được thể hiện ở một giá trị pHo nào đó. Tại trạng thái bão hòa tự nhiên ứng với pHs của nước, tốc độ phản ứng lắng cặn diễn ra rất chậm. Để tăng tốc độ lên, cần phải có một lượng dư ion OH biểu thị bằng giá trị DpH. Như vậy giá trị pHo sẽ có được biểu thị bằng công thức: pHo = pHs + DpH Trong đó pHo: độ pH bão hòa của nước ở cuối quá trình làm mềm. pHs: có thể xác định bằng phương pháp Langlier để đánh giá độ ổn định của nước. Làm mềm nước bằng vôi và sođa Khi tổng hàm lượng các ion Mg2+ và Ca2+ lớn hơn tổng hàm lượng các ion HCO3- và CO32+ nếu sử dụng vôi được đọ cứng magie, nhưng độ cứng toàn phần không giảm. Để khắc phục điều này, cho thêm sođa vào nước các phản ứng sẽ là: MgSO4 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2¯ + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2¯ + CaCl2 Và CaSO4 + Na2CO3 -> CaCO3¯ + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 -> CaCO3¯ + 2NaCl2 Như vậy ion CO32- của sođa đã thay thế ion của các axit mạnh tạo ra CaCO3 kết tủa. Làm mềm nước bằng photphat Khi cần làm mềm triệt để, sử dụng vôi và sođa vẫn chưa hạ độ cứng của nước xuống được đến mức tối thiểu. Để đạt được điều này, cho vào nước Na3PO4 sẽ khử được hết các ion Ca2+ và Mg2+ ra khỏi nước ở dạng muối không tan theo phản ứng: 3CaCl2 + 2Na3PO4 -> Ca3(PO4)2¯ + 6NaCl 3MgSO4 + 2Na3PO4 -> Mg3(PO4)2 ¯ + 3Na2 SO4 3Ca(HCO3)2+2Na3PO4 -> Ca3(PO4)2 ¯ + 6NaHCO3 3Mg(HCO3)2+2Na3PO4 -> Mg3(PO4)2 ¯ + 6NaHCO3 Quá trình làm mềm nước bằng photphat chỉ diện ra ở nhiệt độ lớn hơn 100oC. Sau xử lý, độ cứng của nước giảm xuống còn 0,04 đến 0,05 mđlg/l. Do giá thành của Na3PO4 cao nên thường chỉ dùng nó với liều lượng nhỏ sau khi đã làm mềm bằng vôi và sođa. Phương pháp nhiệt Nguyên lý cơ bản của phương pháp là khu đun nóng nước, khí cacbonic hòa tan sẽ bị khử hết thông qua sự bốc hơi, trạng thái cân bằng của các hợp chất cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình: Ca(HCO3)2 -> CaCO3¯ + CO2­ + H2O Tuy nhiên đun sôi nước chỉ khử hết khí CO2 và giảm độ cứng cabonat của nước, trong nước vẫn còn một lượng CaCO3 hòa tan. Đối với magie quá trình lắng cặn xảy ra qua hai bước, khi nhiệt độ nước đạt 18oC: Mg(HCO3)2 -> MgCO3 + CO2­ + H2O Khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì MgCO3 bị thủy phân: MgCO3 + H2O -> Mg(OH)2¯ + CO2­ Như vậy khi đun nóng nước, độ cứng ccbonat sẽ giảm đi đáng kể. Nếu kết hợp xử lý hóa chất với đun nóng, bông cặn tạo ra có kích thước lớn và lắng nhanh do độ nhớt của nước giảm, đồng thời giảm được lượng hóa chất cần sử dụng. Làm mềm nước bằng đun nóng thường chỉ áp dụng cho các hệ thống cấp nước nóng công nghiệp như nước nồi hơi vì kết hợp sử dụng nhiệt lượng nhiệt dư của nồi hơi. Các công trình làm mềm bao gồm: pha chế, và định lượng hóa chất, thiết bị đung nống nước, bể lắng và bể lọc. 3.3.3 Biện pháp cơ học Lắng nước Lắng nước là giai đoạn là sạch sơ bộ trước khi đưa nươc vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước. Quá trình lắng xảy ra rất phức tạp, có thể tóm tắt là: Lắng ở trạng thái động ( nước luôn chuyển động) Các hạt cặn không tan không đồng nhất ( có hình dạn, kích thước khác nhau …) Không ổn định ( luôn thay đổi) Lắng ngang Để nghiên cứu quá trình lắng cặn ở bể lắng ngang, trước tiên xét chuyển động của các hạt cặn tự do trong điều kiện chảy tầng lí tưởng. Lúc này quỹ đạo chuyển động của các hạt cặn tự do là tổng hợp của lực rơi tự do và lực đẩy của dòng nước theo phương năm ngang có dạng đường thẳng. Trường hợp lắng nước có dùng chất keo tụ, quỹ đạo chuyển động của cac hạt cặn là những đường cong có bán kính cong nhỏ hơn so với trường hợp lắng không dùng chất keo tụ. Càng xa điểm xuất phát, kích thước hạt càng tăng lên do quá trình va chạm, kết dính. Do đó tốc độ lắng cũng tăng lên. So với lắng không keo tụ, lắng có keo tụ có hiệu quả lắng co hơn nhiều. Bể lắng ngang Là loại nước chuyển động theo chiều ngang. Có kích thước hình chữ nhật, làm bằng bê tông cốt thép. Sử dụng khi công suất lớn hơn 300m3/ngàyđêm. Cấu tạo bể lắng ngang: bộ phận phân phối nước vào bể; vùng lắng cặn; hệ thống thu nước đã lắng; hệ thống thu nước xã cặn. Có 2 loại bể lắng ngang: bể lắng ngang thu nước ở cuối và bể lắng ngang thu nước đều trên bề mặt. Bể lắng đứng Là loại nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên, còn các hạt cặn rơi ngược chiều với chiều chuyển động của dòng nước từ trên xuống. Khi xử lý nước không dùng chất keo tụ, các hạt keo có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ dâng của dòng nước sẽ lắng xuống được. Còn các hạt keo có tốc độ rơi nhỏ hơn hoặc bằng tốc độ dâng của dòng nước, sẽ chỉ lơ lửng hoặc bị cuốn theo dòng nước lên phía trên bể. Khi sử dụng nước có dùng chất keo tụ, tức là trong nước có các hạt cặn kết dính, thì ngoài các hạt cặn có tốc độ rơi bân đầu lớn hơn tốc độ rơi của dòng nước lắng xuống được, còn các hạt cặn khác cũng lắng xuống được. Nguyên nhân là do quá trình các hạt cặn có tốc độ rơi nhỏ hơn tốc độ dòng nước bị đẩy lên trên, chúng đã kết dính lại với nhau và tăng dần kích thước, cho đến khi có tốc độ rơi lớn hơn tốc độ chuyển động của dòng nước sẽ rơi xuống. Như vậy lắng keo tụ trong bể lắng đứng có hiệu quả lắng cao hơn nhiều so với lắng tự nhiên. Tuy nhiên hiệu quả lắng trong bể lắng đứng không chỉ phu thuộc vào chất keo tụ, mà còn phụ thuộc vào sự phân bố đều của dong nước đi lên và chiều cao vùng lắng phải đủ lớn thì các hạt cặn mới kết dính với nhau được. Bể thường có dạng hình vuông hoặc hình tròn được xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép. Được sử dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn 3000m3/ ngàyđêm. Ống trung tâm có thể là thép cuốn hàn điện hay bê tông cốt thép. Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. Cấu tạo bể: vùng lắng có dạng hình trụ hoặc hình hộp ở phía trên và vùng chứa nến cặn ở dạng hình nón hoặc hinh chóp ở phía dưới, Cặn tích lũy ở vùng chứa nén cặn được thải ra ngoài theo chu kì bằng ống và van xả cặn . Nguyên tắc làm việc bể: đầu tiên nước chảy vào ống trung tâm ở giữa bể, rồi đi xuống dưới qua bộ phận hãm là triệt tiêu chuẩn động xoáy rồi vào bể lắng. Trong bể lắng đứng, nước chuyển động theo chiều đứng từ dưới lên trên, cặn rơi từ trên xuống đáy bể. Nước đã lắng trong được thu vào máng vòng bố trí xung quanh thành bể và được đưa sang bể lọc. Bể lắng lớp mỏng Bể lắng lớp mỏng có cấu tạo giống như bể lắng ngang nhưng khác với lang ngang là trong vùng lắng của bể được đặt thêm các bảnh vách ngăn bằng thép không rỉ hoặc bằng nhựa. Các bản vách ngăn này nghiêng một góc 45o ÷ 60o so với mặt phẳng nằm ngang và song song với nhau. Do có cấu tạo thêm các bản vách ngăn nghiêng, nên bể lắng lớp mỏng có hiệu suất lắng cao hơn so với bể lắng ngang. Vì vậy kích thước bể lắng lớp mỏng nhỏ hơn bể lắng ngang, tiết kiệm diện tích đất xây dựng và khối lượng xây dựng công trình. Tuy nhiên do phải đặc nhiều bản vách ngăn song song ở vùng lắng, nên việc lắp ráp phức tạp và tốn vật liệu làm vách ngăn. Mặt khác do bể có chế độ làm việc ổn định, nên đòi hỏi nước đã hòa trộn chất phản ứng cho vào bể phải co chất lượng tương đối ổn định. Vì vậy, trước mắt nên xử dụng bể lắng lớp mỏng cho những trạm xử lý có công suất không lớn, khi xây mới, hoặc có thể sử dụng khi cần cải tạo bể lắng ngang cũ để nâng công suất trong điều kiện diện tích không cho phép xây dựng thêm công trình mới. Theo chiều của dòng chảy, bể lắng lớp mỏng được chia làm 3 loại: bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngang; bể lắng lớp mỏng với dòng chảy nghiêng cùng chiều; bể lắng lớp mỏng với dòng chảy ngược chiều. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Nước cần xử lí sau khi đã trộn đều với chất phản ứng ở bể trộn ( không qua bể phản ứng) đi theo đường ống dẫn nước vào, qua hệ thống phân phối với tốc độ thích hợp vào ngăn lắng. Khi đi qua lớp cặn ở trạng thái lơ lửng, các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng và được giữ lại. Kết quả nước được làm trong. Thông thường ở lắng trong, tầng cặn lơ lửng gồm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn chứa nén cặn. Lớp nước ở phía trên tầng cặn lơ lửng gọi là tầng bảo vệ. Nếu không có tầng bảo vệ, lớp cặn lơ lửng sẽ bị cuốn theo dòng nước qua máng tràn làm giảm hiệu quả lắng cặn. Mặc khác để bể lắng trong làm việc được tốt, nước đưa vào bể phải có lưu lượng và nhiệt độ ổn định. Ngoài ra nước trước khi đưa vào bể lắng trong phải qua ngăn tách khí. Nếu không trong quá trình chuyển động từ dưới lên trên, các bọt khí sẽ kéo theo các hạt cặn tràn vào máng thu nước trong làm giảm chất lượng nước sau lắng. Bể lắng trong có ưu điểm là không cần xây dựng bể phản ứng, bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn diện tích xây dựng hơn. Nhưng bể lắng trong có kết cấu phức tạp, chế độ quản lí chặc chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm và rất nhạy cảm với dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Bể lắng trong chỉ sử dụng cho các trạm xử lý có công suất đến 3000 m3/ngàyđêm Bể lắng li tâm Nước cần xử lí theo ống trung tâm vào giữa ngăn phân phối , rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần từ tâm bể ra ngoài. Ở đây cặn được lắng xuống đáy, nước trong thì được thu vào máng vòng và theo đường ống sang bể lọc. Bể lắng li tâm có dạng hình tròn, đường kính có thể tư 5m trở lên. Bể lắng li tâm thường được sử dụng sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao ( lớn hơn 2000mh/l) với công suất lớn hơn howcj bằng 30.000 m3/ngàyđêm và có hoặc không dùng chất keo tụ. Bể lắng li tâm là loại trung gian giữ bể lắng ngang và bể lắng đứng. Nước từ vùng lắng chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên trên. So với một số kiểu bể lắng khác, bể lắng li tâm có một số ưu điểm sau: nhờ có thiết bị gạt bùn, nên đáy bể có độ dốc nhỏ hơn so với bể lắng đứng ( 5 ÷ 8%), do đó chiều cao công tác bể nhỏ (1,5 ÷ 3,5 m) nên thích hợp xây dựng ở những khu vực có mực nước ngầm cao. Bể vừa làm việc vừa xả cặn liên tục nên khi xả cặn bể vẫn làm việc bình thường. Nhưng bể lắng li tâm có kết quả lắng cặn kém hơn so với các bể lắng khác do bể có đường kính lớn, tốc độ dòng nước chuyển động chậm dần từ trong ra ngoài, ở vùng trong do tốc độ lớn, cặn khó lắng đôi khi xuất hiện chuyển động khối. Mặc khác nước trong chỉ có thể thu vào bằng hệ thống máng vong xung quanh bể nên thu nước khó đều. Ngoài ra hệ thống gạt bùn cấu tạo phức tạp và làm việc trong điều kiện ẩm ướt nên chống bị hư hỏng. Loc nước Quá trình lọc nước là cho nước đi qua lớp vật liệu lọc với một chiều dày nhất định đủ để giữ lại trên bề mặt hoặc giữ lại trên bề mặt hoặc giữa các khe hở của lớp vật liệu lọc các hạt cặn và vi trùng có trong nước. Trong dây chuyền xử lý nước ăn uống sinh hoạt, lọc là giai đoạn cuối cùng để làm trong nước triệt để. Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi qua bể lọc phải đạt tiêu chuẩn cho phép. Sau một thời gian làm việc, lớp vật liệu lọc bị chít lại làm tốc độ lọc giảm dần. Để khôi phục lại khả năng làm việc của lọc, phải thổi rửa bể lọc bằng nước hoặc gió, nước kết hợp để loại bỏ cặn bẩn ra khỏi lớp vật liệu lọc. Bể lọc luôn luôn phải hoàn nguyên. Chính vì vậy quá trình lọc nước được đặc trưng ởi hai thông số cơ bản là: tốc độ lọc và chu kì lọc. Phân loại bể lọc Theo tốc độ: Bể lọc chậm: có tốc độ lọc 1-0.5m/h Bể lọc nhanh: vận tốc lọc 5-15m/h Bể lọc cao tốc: vận tốc lọc 33-100 m/h Theo chế độ làm việc: Bể lọc trọng lực: hở, không áp Bể lọc có áp lực: lọc kín Các loại bể lọc Bể lọc chậm Nước từ máng phân phối di vào bể qua lớp cát lọc vận tốc rất nhỏ ( 0.1 - 0.5 m/h). Lớp cát lọc được đỏ trên lớp sỏi đỡ, dưới lớp sỏi đỡ là hệ thống thu nước đã lọc đưa sang bể chứa. Bể lọc chậm có dạng hình chữ nhật hoặc vuông, bề rộng mỗi ngăn của bể không được lớn hơn 6m và bề dày không lớn hơn 60m. Số bể lọc không được ít hơn 2. Bể lọc chậm có thể xây bằng gạch hoặc làm bằng bê tông cốt thép. Đáy bể thường có độ đốc 5% về phía xả đáy. Trước khi cho bể vào làm việc phải đưa nước vào bể qua ống thu nước ở phía dưới và dân dần lên, nhầm dồn hết không khí ra khỏi lớp cát lọc. Khi mực nước dâng lên trên mặt lớp cát lọc từ 20 ÷ 30 cm thìu ngừng lại và mở van cho nước nguồn vào bể đến ngang cao độ thiết kế. Mở van điều chỉnh tốc độ lọc và điều chỉnh cho bể lọc làm việc đúng tốc độ tính toán. Trong quá trình làm việc, tổn thất qua bể lọc tăng dần lên, hàng ngày phải điều chỉnh van thu nước một vài lần để đảm bảo tốc độ lọc ổn định. Khi tổn thất áp lực đạt đến trị số giới hạn ( 1÷2m) thì ngừng vận hành để rửa lọc. Bể lọc nhanh Theo nguyên tắc cấu tạo và hoạt động, bể lọc nhanh bbao gồm bể lọc một chiều và bể lọ 2 chiều. Trong bể lọc một chiều gồm 1 lớp vật liệu lọc hoặc hai hay nhiều lớp vật liệu lọc. Khi lọc: nước được được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu ọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa vào bể chứa nước sạch. Khi rửa: Nước rửa do bơm hoặc đài nước cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ , lớp vật liệu lọc và kéo theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa, thu về máng tập trung, rồi được xả ra ngoaig theo mương thoát nước. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn, nên chất lượng nước lọc ngay sau khi rửa chưa đảm bảo, phải xả lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa. Hiệu quả làm việc của bể lọc phụ thuộc vào chu kì công tác của bể lọc, tức là phụ thuộc vào khoảng thời gian giữa 2 lần rửa bể. Chu kì công tác của bể lọc dài hay ngắn phụ thuộc vào bể chứa. Thời gian xả nước lọc đàu quy định là 10 phút. Bể lọc nhanh 2 lớp Bể lọc nhanh 2 lớp, có nguyên tắc làm việc, cấu tạo và tính toán hoàn toàn giống bể lọc nhanh phổ thông. Bể này chỉ khác bể lọc nhanh phổ thông là có 2 lớp vật liệu lọc: lớp phía dưới là cát thạch anh, lớp phía trên là lớp than Angtraxit. Nhờ có lớp vật liệu lọc phía trên có cỡ hạt lớn hơn nên độ rỗng lớn hơn. Do đó sức chứa cặn bẩn của bể lắng lên từ 2 ÷ 2,5 lần so với bể lọc nhanh phổ thông. Vì vậy có thể tăng tốc độ lọc của bể và kéo dài chu kì làm việc của bể. Tuy nhiên khi rửa bể lọc 2 lớp vật liệu lọc thì cát và than rất dễ xáo trộn lẫn nhau. Do đó chỉ dùng biện pháp rửa nước thuần túy để rửa bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc. Bể lọc sơ bộ Bể lọc sơ bộ còn được gọi là bể lọc phá được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để trong bể lọc chậm. Bể lọc sơ bộ có nguyên tắc làm việc giống như bể lọc nhanh phỏ thông. Số bể lọc sơ bộ trong 1 trạm không được nhỏ hơn 2. Bể lọc áp lực Bể lọc áp lực là một loại bể lọc nhanh kín, thường được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng ( cho công suất nhỏ) và hình trụ ngang ( cho công suất lớn). Bể lọc áp lực được sử dụng trong dây chuyền xử lí nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn đến 50mg/l độ màu đến 80o với công suất trạm xử lý đến 3000m3/ngàyđêm, hay dùng trong dây truyền khử sắt khi dùng ezecto thu khí với công suất nhỏ hơn 500m3/ngàyđêm và dùng máy nén khí cho công suất bất kì. Do bể làm việc dưới áp lực, nên nước cần xử lý được đưa trực tiếp từ trạm bơm cấp I vào bể, rồi đưa trực tiếp vào mạng lưới không cần trạm bơm cấp II. Bể lọc áp lực có thể chế tạo sẵn trong xưởng. Khi không có điều kiện chế tạo sẵn có thể dùng thép tấm hàn, ống thép … để chế tạo bể. Nước được đưa vào bể qua 1 phễu bố trí ở đỉnh bể, qua lớp cát lọc, lớp đỡ vào hệ thống thu nước trong, đi vào đáy bể và phát vào mạng lưới. Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớp cát lọc và qua phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa xuống mương thoát nước dưới sàn. Bể lọc tiếp xúc Bể lọc tiếp xúc được sử dụng trong dây truyền công nghệ xử lí nước mặt có dùng chất phản ứng đối với nguồn nước có hàm lượng cặn đến 150 mg/l, độ màu đến 150o (thường là nước hồ) với công suất bất kì hoặc khử sắt trong nước ngầm cho trạm xử lí có công suất đến 10.000 m3/ngàyđêm Khi dùng bể lọc tiếp xúc, dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt sẽ không cần có bể phản ứng và bể lắng. Hỗn hợp nước phèn sau khi qua bể trộn vào thẳng bể lọc tiếp xúc, còn dây chuyền khử sắt sẽ không cần co bể lắng tiếp xúc, nước ngầm sau khi qua dàn mưa hoặc thung quạt gió vào thảng bể lọc tiếp xúc. Trong bể lọc tiếp xúc, quá trình lọc xảy ra theo chiều từ dưới lên trên. Nước đã pha phèn theo ống dẫn nước vào bể qua hệ thống phân phối nước lọc, qua lớp cát lọc rồi tràn vào máng thu nước và theo đường ống dẫn nước sạch sang bể chứa. Bể lọc tiếp xúc có thể làm việc với tốc độ không đổi trong suốt một chu kì làm việc hoặc với tốc độ lọc thay đổi giảm dần đến cuối chu kì sao cho tốc độ lọc trung bình phải bằng tốc độ lọc tính toán. Ưu điểm của bể lọc tiếp xúc: Khả năng chứa cặn cao, chu kì làm việc kéo dài. Đơn giản hóa dây truyền công nghệ xử lí. Nhược điểm: tốc độ lọc bị hạn chế nên diện tích bể lọc lớn. Hệ thống phân phối hay bị tắt, nhất lad trường hợp nước chứa nhiều sinh vật và phù du rong tảo. Một số dây chuyền xử lý nước mặt hiện có tại Việt Nam Nhà máy xử lý nước Thủ Đức Phèn, vôi Bể Lọc nhanh Bể lắng ngang Bể hòa tan thức cấp Phản ứng cơ khí Nước Sông Đồng Nai Trạm bơm cấp 1 Ngăn tiếp nhận Bể hòa tan Clo, flo Mạng lưới Bể chứa Trạm bơm cấp 2 Bể lọc nhanh Clo Bể chứa Trạm bơm cấp 2 Mạng lưới Bể trộn đứng Bể lăng Lamen Trạm bơm cấp 1 Sông Đồng Nai Ngăn tiếp nhận Phản ứng đứng Phèn, vôi Nhà máy xử lý nước BOO Thủ Đức Nhà máy xử lý nước Tam Hiệp Clo Vôi Phèn, vôi Bể trộn vách ngăn Sông Sài Gòn Ngăn tiếp nhận Trạm bơm cấp 1 Bể lắng đáy phẳng có tầng cặn lơ lửng Bể phản ứng cơ khí Bể chứa Bể lọc Aquazur Trạm bơm cấp 2 Mang lưới Clo Nhận xét: Nói chung các dây chuyền xử lý nước mặt nêu trên đều có các hạng mục như bể trộn, bể phản ứng để tạo các bông keo, bể lắng để lắng các hạt lơ lửng và các bông cặn đã hình thành trong nước, bể trong để lọc loại nhỏ các hạt cặn có kích thước nhỏ không giữ lại được ở bể lắng, bể chứa cũng tiến hành châm hóa chất khử trùng vi sinh. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP CHO KHU DÂN CƯ MỞ RỘNG THÀNH PHỐ NINH BÌNH 4.1 Tính toán lưu lượng trạm xử lý Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt trung bình ngày = (m3/ ngđ) Trong đó: qtc: Tiêu chuẩn dùng nước: qtc = 120 l/người ngày đêm (TCXDVN 33:2006) N: Số dân cư được cấp nước: N = 111500 người ( Quy hoạch tổng thể phát triển hệ thống đô thị tỉnh Ninh Bình đến năm 2020 của Hội Kiến Trúc Sư Ninh Bình Công Ty Tư Vấn Hữu Hạn Quy Hoạch Kiến Trúc Xây Dựng ). f: Tỷ lệ dân số đđược cấp nước : f = 90% Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt ngày lớn nhất (m3/ ngđ) : hệ số dùng nước không điều hòa ngày: = 1.2 Lưu lượng nước cấp phục vụ công cộng ( tưới cây, rửa đường, cứu hỏa …) Qcc = 10%. Qsh = 10% x 14450.4 = 1445.04 (m3/ngày) Lưu lượng nước cấp cho công nghiệp dịch vụ trong đô thị: Qdv = 10%. Qsh = 10% x 14450.4 = 1445.04 (m3/ngày) Lưu lượng nước cấp cho khu công nghiệp: Qcn = 40%.Qsh = 40% x 14450.4 =5780.16 (m3/ngày) Lưu lượng nước thất thoát Qtt = 20%.( Qsh + Qcc + Qdv + Qcn ) = 20% x (14450.4+1445.04+1445.04+5780.16) = 4624.128 (m3/ngày) Lưu lượng nước cho yêu cầu riêng trạm xử lý. Qtxl = 8%. ( Qsh + Qcc + Qdv + Qcn + Qtt) = 8% x (14450.4+1445.04+1445.04+5780.16+4624.128) = 2219.581 (m3/ngày) Lưu lượng nước cần thiết thành phố QT = Qsh + Qcc + Qdv + Qcn + Qtt + Qtxl = 14450.4 + 1445.04 + 1445.04 + 5780 + 4624.13 + 2219.58 = 29964.35 (m3/ngày) Hiện tại thành phố đã có một trạm xử lý nước cấp công suất 20.000 m3/ngày, nên cần thiết xây dựng thêm một nhà máy xử lý nước cấp có công suất 15.000 (m3/ngày) = 625 (m3/h) = 0.1736 (m3/s) Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý Chất lượng nước nguồn Theo kết quả thí nghiệm của Viện Khoa Học Và Công Nghệ Việt Nam Viện Công Nghệ Hóa Học. Thực hiện ngày 19/9/2010 thì nước sông Đáy có chất lượng như sau: Bảng 4.1 : Kết quả thí nghiệm chất lượng nước sông Đáy STT Nội dung Đơn vị Chất lượng QCVN 01:2009/ BYT Chi tiêu cần xử lý 1 Độ đục NTU 4 ≤ 2 X 2 pH 7.2 6.5 – 8.5 3 Độ mặn Cl- mg/l 19.2 ≤ 250 4 Độ cứng mg/l CaCO3 117 ≤ 214.32 5 Độ màu Pt-Co 9 ≤ 15 6 Thành phần lơ lửng mg/l 9 0 X 7 Độ kiềm toàn phần mgđl/l 2.31 8 Độ ôxy hóa mg O2/l 6.8 ≤ 2 X 9 Nhiệt độ oC 23.5 10 Hàm lượng sắt toàn phần mg/l 0.131 ≤ 0.3 11 Fe2+ mg/l 0.12 ≤ 0.3 12 Fe3+ mg/l 0.011 ≤ 0.3 13 Na+ mg/l 10.26 ≤ 50 14 Ca2+ mg/l 50 ≤ 100 15 Mg2+ mg/l 10 16 NO2- mg/l 0 17 NO3- mg/l 5 18 NH4+ mg/l 0 19 HCO3- mg/l 141.2 20 SO42- mg/l 7.04 21 PO43- mg/l 0.01 22 H2S mg/l 0 2324 SiO2- mg/l 5.76 Dựa vào chỉ tiêu trên thì chất lượng nước nguồn rất tốt, có 3 chỉ tiêu cần xử lý là độ đục và độ oxy hóa và thành phần lơ lửng. Lựa chọn công nghệ Trong nước nguồn có độ đục lớn phương pháp xử lý là keo tụ và hóa chất sử dụng là phèn nhôm. Hiện tại nước nguồn có độ pH đạt tiêu chuẩn nhưng trong quá trình cho hóa chất vào để keo tụ pH sẽ thay đổi ta sẽ cho vôi vào để ổn định pH trong qua trình xử lý và đồng thời ổn định nước. Sau khi cho hóa chất ta cần bể trộn để trộn hóa chất và nước hòa tan vào nhau. Sau khi trộn ta cần khoản thời gian để hóa chất và nước phản ứng để tạo bông cặn, khi có bông cặn sẽ được lắng ở bể lắng các hạt cặn lớn để làm sạch sơ bộ trước khi qua bể lọc để làm trong nước triệt để. Sau đó nước được giữ trữ nước tại bể chứa nhưng trước khi qua bể nước ta cho hóa chất Clo để tiến hành khử trùng nước để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh. Sơ đồ công nghệ 1 sử dụng bể phản ứng và bể lắng ngang Nước + Phèn Vôi sữa Bể hòa trộn vôi Bể hòa trộn phèn Bể tiêu thụ vôi Bể tiêu thụ vôi Bể tiêu thụ phèn Bể tiêu thụ phèn Sông Đáy Trạm bơm cấp I Bể trộn đứng Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng Bể lắng ngang Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc Bể chứa nước sạch Trạm bơm cấp II Khử trùng bằng Clo Mạng lưới cấp nước Sơ đồ công nghệ 2 sử dụng bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng. Vôi sữa Nước + Phèn Bể hòa trộn vôi Bể hòa trộn phèn Sông Đáy Trạm bơm cấp I Bể trộn đứng Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Trạm bơm cấp II Mạng lưới cấp nước Bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu lọc Bể chứa nước sạch Khử trùng bằng Clo Bể hòa tan vôi Bể hòa tan vôi Bể tiêu thụ phèn Bể tiêu thụ phèn Ưu điểm của từng công nghệ: Công nghệ 1 sử dụng bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng- bể lắng ngang: do bể lắng ngang sử dụng hệ thống thu nước bề mặt nên ở bể phản ứng xử dụng bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng : được sử dụng rất nhiều trong các nhà máy xử lý nước của nước ta hiện nay vì bể hoạt động ổn định, quy trình quản lý vận hành đơn giản. Công nghệ 2 sử dụng bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: có ưu điểm không cần xây bể phản ứng bởi vì quá trình phản ứng và tạo bông kết tủa xảy ra trong điều kiện keo tụ tiếp xúc, ngay trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng. Nhưng bể lắng trong có kết cấu phức tạp, chế độ quản lý chặc chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước.Vì để bể lắng trong làm việc tốt thì nước đưa vào bể phải có nhiệt độ và lưu lượng ổn định. Yêu cầu đội ngũ vận hành có kỹ thuật và tay nghề rất cao. => Trên cơ sở so sánh trên ta chọn sơ đồ công nghệ dùng bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng và bể lắng ngang để đơn giản trong quá trình vạn hành nhưng hiệu quả xử lý của 2 công nghệ tương đương nhau. Các chỉ tiêu còn thiếu của nước nguồn 4.3.1 Tổng hàm lượng muối P (mg/l) P = å Me+ + å Ae- + 1,4[Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO2-] Trong đó: åMe+: Tổng hàm lượng các ion (+), không kể Fe2+ (mg/l). åAe-: Tổng hàm lượng các ion (-), không kể HCO3-, SiO2-(mg/l). Ta có: åMe+ = [NH4+] + [Mg2+] + [Ca2+] + [Na+] + [Fe3+] = 0 + 0 + 83 + 10,26 + 0,011 = 93,271 (mg/l). åAe- = [NO3-] + [NO2-] + [SO42-] + [Cl-] + [PO43-] = 5 + 0 + 7,04 + 19.2+ 0,01 = 31.25( mg/l) P = 93,271 + 31.25 + 1,4x0,12 + 0,5x224,08 +0,13x5.76 = 237.48 mg/l 4.3.2 Hàm lượng (CO2)0 hòa tan tự do + Nhiệt độ của nước : t0 = 23.5 0C + Tổng hàm lượng muối: P = 237.48 mg/l + pH : pH = 7.2 + Độ kiềm toàn phần : ko = 2.31 mgđl/l Từ ko , pH, P, to ta dựa vào toán đđồ hình 6-2 TCXDVN 33:2006 ta xác định được hàm lượng (CO2)0 tự do: (CO2)0 = 13 mg/l. 4.3.3 Kiểm tra độ kiềm, đô cứng toàn phần 4.3.3.1 Kiểm tra độ kiềm 4.3.3.2 Kiểm tra độ cứng toàn phần: Chương 5: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 5.1 Tính toán liều lượng hóa chất cần dùng. 5.1.1 Xác định liều lượng phèn Dp Ta có độ đục của nước là 4 NTU => Hàm lượng cặn C = 0.62 x 4 +10.7 = 13.18 mg/l tra bảng 6.3 TCXDVN 33:2006 ta có liều lượng phèn cần đưa vào để xử lý là Dp = 35 mg/l. Từ độ màu M = 9 Pt-Co ta tính được liều lượng phèn cần đưa vào xử lý: Dp = 4 = 4 = 12 (mg/l) So sánh 2 giá trị theo 2 cách xác định trên ta chọn Dp = 35mg/l. 5.1.2 Xác định mức độ kiềm hóa Lượng vôi đưa vào để kiềm hoá theo công thức: DK (mgCaO/l) Trong đó: + DP : Liều lượng phèn lớn nhất trong thời gian kiềm hóa Dp = 35mg/l + e : Đương lượng của phèn (không chứa nước) tính bằng mgđl/l. Dùng phèn nhôm Al2(SO)3 => e = 57 mgđl/l. +K: Đương lượng gam của chất kiềm hóa. Đối với vôi ( theo CaO) => K = 28 + k0: độ kiềm của nước nguồn tính bằng (mgđl/l). K0 = 4 (mgđl/l) (mgCaO/l) Dk < 0 không cần phải kiềm hoá . 5.1.3. Kiểm tra sự ổn định của nước sau khi keo tụ bằng phèn. Sau khi cho phèn vào độ kiềm và độ pH đều giảm, nên nước có thể có khả năng xâm thực. Vì vậy ta cần phải kiểm tra lại chỉ số ổn định J của nước theo công thức sau: J = pHo - pHs Trong đó: + pHo: độ pH của nước sau khi đưa phèn vào. pHo xác định dựa vào toán đđồ hình 6-2 TCXDVN 33:2006 Độ kiềm của nước sau khi pha phèn k1 (mgđl/l) (mgđl/l) Lượng axit cacbonic tự do trong nước sau khi pha phèn (mg/l) + Nhiệt độ của nước : t0 = 23.5 0C + Tổng hàm lượng muối: P = 237.48 (mg/l) + Hàm lượng (Co2)1 : (Co2)1 = 40.02 (mg/l) + Độ kiềm toàn phần : k1 = 3.39 (mgđl/l) Từ k1 , (Co2)1, P, to ta dựa vào toán đđồ hình 6-2 TCXDVN 33:2006 ta xác định được pHo : pHo = 6.85 mg/l. + pHs : độ pH của nước sau khi đã bão hòa Cacbonat đến trang thái cân bằng: pHs = f1(t) - f2(Ca2+) - f3(k1) + f4(P ) Trong đó: f1(t0): là hàm số của nhiệt độ theo to f2(Ca2+): là hàm số của nồng độ ion Ca2+ f3(k1): là hàm số của độ kiềm sau khi pha phèn k1 f4(P ): là hàm số của tổng hàm lượng muối P Dựa vào hình 6-1: Đồ thị để xác định pH của nước đã bão hòa Canxi Cacbonat ta xác định được. t0 =23.50C => f1(t0) = 2.03 [Ca2+] = 83 (mg/l) => f2(Ca2+) = 1.82 k1 = 3.39 (mgđl/l) => f3(k1) = 1.6 P = 237.48 (mg/l) => f4(P ) = 8.785 => pHs = 2.03 - 1.82 - 1,6 + 8,785 = 7.395 => J = 6.85 - 7.395 = - 0.545 J < 0 chứng tỏ nước nguồn có tính xâm thực nên cần phải tạo lớp bảo vệ bằng Cacbonat ở mặt trong thành ống bằng kiềm hóa nước. Ta sẽ dùng vôi để tiến hành kiềm hóa nước. 5.1.4 Lượng vôi (Dv) pha thêm vào để đưa nước về trạng thái ổn định (J=0) Dựa vào bảng 6.20 TCXDVN 33:2006 ta có: J Dv = x k1 : là hệ số xác định theo đồ thị hình 6-4:biểu đồ để xác định hệ số theo nồng độ kiềm TCXDVN 33:2006. Ta có |J| = 0.545 và pHo = 6.85 mg/l. => = 0.15 => Dv = 0.15 x 3.39 = 0.5085 (mgđl/l) Ta chuyển đổi Dv thành đơn vị trọng lượng kỹ thuật D’v (mg/l): (mg/l) Trong đó e: đương lượng của hoạt chất trong kiềm mg/mgđl. Đối với vôi tính theo CaO, e=28. Ck : hàm lượng hoạt chất trong sản phẩm kỹ thuật Ck = 80% 5.1.5 Hàm lượng cặn lớn nhất sau khi đưa hóa chất vào Cmax = C0max + 0.25 . M + Kp . Dp + D’v (mg/l) Trong đó: + C0max: hàm lượng cặn ban đầu trong nước, C0max = 13.18 mg/l. + M : độ màu của nước nguồn, M = 9 Pt-Co. + Kp : là hệ số ứng với từng loại phèn, với phèn nhôm sạch, Kp = 0.55 + Dp : liều lượng phèn đưa vào nước, Dp = 35mg/l + D’v : liều lượng vôi đưa vào nước, D’v = 17.703 (mg/l). Cmax = 13.18 + 0.25 x 9 + 0.55 x 35 + 17.703 = 52.4 (mg/l) 5.2 Tính toán các công trình trong dây chuyền công nghệ 5.2.1 Thiết bị hòa tan, tiêu thụ và định lượng phèn Trước khi cho vào bể trộn đứng, phèn phải được hòa thành dung dịch trong bể hòa tan và bể tiêu thụ nhằm điều chỉnh đến nồng độ thích hợp (5%), rồi được dẫn vào bể trộn đứng hòa trộn đều với nước cần xử lý. 5.2.1.1 . Bể hòa tan phèn Kích thước bể hòa tan : Dung tích bể hòa tan : Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lý (m3/h), Q = 15000 m3/ngày = 625 m3/h. Dp : Liều lượng phèn cần thiết lớn nhất (g/m3), Dp = 35 mg/L = 35g/m3. n : Thời gian giữa hai lần hòa trộn (giờ). Công suất của trạm xử lý Q = 15000 m3/ngày => n = 8 giờ. bh : Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (%) (qui phạm 10 – 17%). Chọn bh = 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. : Khối lượng riêng của dung dịch phèn (T/m3), . Ta thiết kế 1 bể hòa tan phèn Bể hòa tan có tiết diện hình tròn đường kính D = 1.4 m gồm 2 phần : phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ : Chiều cao phần hình chóp : Chiều cao dự trữ : Hdt = 0,3m (qui phạm 0,3 – 0,4m ). Tổng chiều cao bể hòa tan : H = Ht + Hdt + Hch = 1.2 + 0,3 + 1 = 2.5 (m). Thể tích xây dựng của bể : Các thông số thiết kế bể hòa tan : (chiều cao bảo vệ là 0,3m) STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 1 2 Chiều cao m 2.5 3 Đường kính m 1,4 4 Thể tích m3 2.1 Khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt Chọn số vòng quay cánh quạt là 30 vòng/phút (TCXDVN 33:2006 qui định 20 – 30 vòng/phút). Chọn chiều dài cánh quạt bằng 0,45 đường kính bể (qui phạm : 0,4 – 0,45). Chiều dài cánh quạt : Chiều dài toàn phần của cánh quạt : Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3 vôi sữa trong bể (qui phạm 0,1 – 0,2m2) : Chiều rộng mỗi cánh quạt : . Công suất động cơ để quay cánh quạt : Trong đó : : trọng lượng thể tích của dung dịch được khuấy trộn. . hq : chiều cao cánh quạt, hq = bq = 00107m n : số vòng quay của cánh quạt trong 1 giờ, n = 30 v/phút = 0.5v/s. d : đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay. d = Lq = 1.26 m. z : số cánh quạt trên trục máy khuấy, z = 4. : hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động, . Chọn động cơ có công suất 100W. 5.2.1.2 . Bể tiêu thụ phèn Kích thước bể tiêu thụ phèn : Dung tích bể tiêu thụ : Trong đó: Wp1: Dung tích bể hòa trộn Wp1 = 1.8 m3. bh : Nồng độ dung dịch phèn trong thùng hòa tan (%) (qui phạm 10 – 17%). Chọn bh = 10% tính theo sản phẩm không ngậm nước. bt : Nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ bt = 5% (qui phạm 4 – 10%). Số bể tiêu thụ không được nhỏ hơn 2 => ta thiết kế 2 bể, mỗi bể có dung tích Wp2 = 1.8 (m3) Bể tiêu thụ có tiết diện hình tròn đường kính D = 1,4m, gồm 2 phần : phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ : Chiều cao phần hình chóp : Chiều cao dự trữ : Hdt = 0,3m (qui phạm 0,3 – 0,4m ). Tổng chiều cao bể tiêu thụ : H = Ht + Hdt + Hch = 1.2 + 0,3 + 1 = 2.5(m). Thể tích xây dựng của bể : Các thông số thiết kế bể tiê thụ phèn : (chiều cao bảo vệ là 0,3m) STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 2 2 Chiều cao m 2.2 3 Đường kính m 1,4 4 Thể tích m3 2.1 Khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt : Chọn số vòng quay cánh quạt là 40 vòng/phút (TCXDVN 33:2006 qui định > 40 vòng/phút). Chọn chiều dài cánh quạt bằng 0,45 đường kính bể (qui phạm : 0,4 – 0,45). Chiều dài cánh quạt : Chiều dài toàn phần của cánh quạt: Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3 vôi sữa trong bể (qui phạm 0,1 – 0,2m2) : Chiều rộng mỗi cánh quạt : . Công suất động cơ để quay cánh quạt : Trong đó : : trọng lượng thể tích của dung dịch được khuấy trộn. . hq : chiều cao cánh quạt, hq = bq = 0,107m. n : số vòng quay của cánh quạt trong 1 giờ, n = 40 v/phút = (40/60)v/s. d : đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay. d = Lq = 0,126m. z : số cánh quạt trên trục máy khuấy, z = 4. : hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động, . Chọn động cơ có công suất 200W. 5.2.1.3 . Chọn bơm định lượng phèn Lưu lượng dung dịch phèn b = 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ : Cột áp bơm : H = 100m. Công suất bơm : qb : lưu lượng bơm, qb = 1.22.10-4 m3/s. : khối lượng riêng của dung dịch, g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. H : cột áp bơm, H = 100m. : hiệu suất chung của bơm = 0,72 – 0,93. Chọn h= 0,8. Chọn máy bơm định lượng kiểu màng, loại chịu được axit có lưu lượng thay đổi từ 10 – 30l/h, công suất bơm 0.15kW. Trong trạm bố trí 2 máy, một làm việc 1 dự phòng. Bể hòa trộn thiết kế có tường đáy nghiêng so với mặt phẳng ngang 450. Đường kính ống xả cặn của bể hòa phèn là D = 150 (mm). Sàn đỡ phèn trong bẻ hòa trộn phải đặt ghi để có thể tháo gỡ được. Khe hở giữa các ghi là 15 (mm). Bể tiêu thụ thiết kế đáy có độ dốc 0.005 về phía ống xã. Đường kính của ống xã cặn của bể tiêu thụ D = 100(mm) Mặt trong bể hòa trộn và tiêu thụ phải được phủ một lớp xi măng chống axit hoặc ốp gạch men chịu axit. Bơm dung dịch phèn phải dùng bơm chịu được axit hoặc Ejectơ Các đường ống dẫn phèn làm bằng vật liệu chịu axit. Bể hòa tan và tiêu thụ phèn phải đặt ở trong một phòng riêng có thông hơi tốt. 5.2.2 Thiết bị vôi tôi, pha chế sữa vôi và dung dịch vôi bão hòa Ta sử dụng vôi ở dạng vôi sữa, hòa vôi vào nước để dung dịch vôi sữa. Với liều lượng vôi cần đưa vào D’v = 17.703 (mg/l) = 17.703 (g/m3) => liều lượng vôi dùng trong một ngày: Mv = 17.703 x 15000 / 1000 = 266 kg/ngày. 5.2.2.1 Bể hòa trộn vôi Kích thước bể vôi sữa: Dung tích bể pha vôi : Trong đó : Q : lưu lượng nước tính toán, Q = 15000 ( m3/ngày) = 625 (m3/h) n : số giờ giữa 2 lần pha vôi, n = 8h D : liều lượng vôi cho vào nước, D = 17.703 mg/l. b2 : nồng độ vôi sữa, b2 = 5%. : khối lượng riêng của vôi sữa, . Ta thiết kế 1 thùng đựng vôi sữa. Bể pha vôi sữa có tiết diện hình tròn đường kính D = 1.8m, gồm 2 phần : phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ : Chiều cao phần hình chóp : Chiều cao dự trữ : Hdt = 0,3m (qui phạm 0,3 – 0,4m ). Tổng chiều cao bể pha vôi sữa:H = Ht + Hdt + Hch = 0.7 + 0.3 + 1.4 = 2.4 m Thể tích xây dựng của bể : Khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt: Chọn số vòng quay cánh quạt là 40 vòng/phút (TCXDVN 33:2006 qui định > 40 vòng/phút). Chọn chiều dài cánh quạt bằng 0.45 đường kính bể (qui phạm : 0.4 – 0.45). Chiều dài cánh quạt : Chiều dài toàn phần của cánh quạt : Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3 vôi sữa trong bể (qui phạm 0,1 – 0,2m2) : Chiều rộng mỗi cánh quạt : . Công suất động cơ để quay cánh quạt : Trong đó : : trọng lượng thể tích của dung dịch được khuấy trộn. . hq : chiều cao cánh quạt, hq = bq = 0,083m. n : số vòng quay của cánh quạt trong 1 giờ, n = 40 v/phút = (40/60)v/s. d : đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay. d = Lq = 1.62m. z: số cánh quạt trên trục máy khuấy, z = 4. : hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động, . Chọn động cơ có công suất 500W. 5.2.2.2 Bể tiêu thụ vôi Kích thước bể tiêu thụ vôi : Dung tích bể tiêu thụ : Trong đó: Wv1: Dung tích bể hòa trộn Wp1 = 1.8 m3. bh : Nồng độ dung dịch vôi trong thùng hòa tan (%) (qui phạm 10 – 17%). Chọn bh =10% bt : Nồng độ dung dịch trong bể tiêu thụ bt = 5% (qui phạm 4 – 10%). Số bể tiêu thụ 2 bể. Bể tiêu thụ có tiết diện hình tròn đường kính D = 1,6m, gồm 2 phần : phần trên hình trụ, bên dưới hình chóp có góc tâm 600, bề rộng đáy a = 0,2m. Đáy bể đặt ống xả cặn D = 150mm. Chiều cao phần hình trụ : Chiều cao phần hình chóp : Chiều cao dự trữ : Hdt = 0,3m (qui phạm 0,3 – 0,4m ). Tổng chiều cao bể tiêu thụ : H = Ht + Hdt + Hch = 0,9 + 1.2 + 0,3 = 2.4(m). Thể tích xây dựng của bể : Các thông số thiết kế bể tiê thụ vôi : (chiều cao bảo vệ là 0,3m) STT Thông số Đơn vị Kích thước 1 Số lượng bể 2 2 Chiều cao m 2.4 3 Đường kính m 1,6 4 Thể tích m3 1.81 Khuấy trộn bằng máy trộn cánh quạt: Chọn số vòng quay cánh quạt là 40 vòng/phút (TCXDVN 33:2006 qui định > 40 vòng/phút). Chọn chiều dài cánh quạt bằng 0,45 đường kính bể (qui phạm : 0,4 – 0,45). Chiều dài cánh quạt : Chiều dài toàn phần của cánh quạt : Diện tích mỗi cánh quạt thiết kế 0,15 m2 cánh quạt/1m3 vôi sữa trong bể (qui phạm 0,1 – 0,2m2) : Chiều rộng mỗi cánh quạt : . Công suất động cơ để quay cánh quạt : Trong đó : : trọng lượng thể tích của dung dịch được khuấy trộn. . hq : chiều cao cánh quạt, hq = bq = 0.094m. n : số vòng quay của cánh quạt trong 1 giờ, n = 40 v/phút = (40/60)v/s. d : đường kính của vòng tròn do đầu cánh quạt tạo ra khi quay. d = Lq = 1.44 m. z: số cánh quạt trên trục máy khuấy, z = 4. : hệ số hữu ích của cơ cấu truyền động, . Chọn động cơ có công suất 375W. 5.2.2.3 Chọn bơm định lượng Lưu lượng dung dịch vôi sữa 5% cần thiết đưa vào nước trong 1 giờ : Cột áp bơm : H = 100 m. Công suất bơm : qb : lưu lượng bơm, qb = 6.15.10-5m3/s. : khối lượng riêng của dung dịch, g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. H : cột áp bơm, H = 100 m. : hiệu suất chung của bơm = 0,72 – 0,93. Chọn h= 0,8. Chọn bơm định lượng kiểu màng lưu lượng 10 – 40 l/h, công suất 1KW. Trong trạm đặt 2 bơm, 1 làm việc và 1 dự phòng. 5.3 Công trình thu và trạm bơm cấp 1 Hình 5.1:Sơ đồ cấu tạo công trình thu và trạm bơm cấp I I Ngăn thu. II Ngăn hút. III Trạm bơm cấp I. IV Nhà quản lý. 1 Cửa thu nước. 2 Cửa thông bể thu và bể hút. 3 Bơm cấp I. 4 Phễu hút. 5 ống đẩy 5.3.1 Song chắn rác. Song chắn rác gồm các thanh thép có tiết diện tròn đường kính d = 10mm đặt song song nhau tại cửa thu nước của bể thu, cách nhau một khoảng a= 40 mm. Song chắn rác được nâng lên hạ xuống nhờ ròng rọc máy. Hai bên song có thanh trượt để thuận tiện cho quản lý và sử dụng. Diện tích công tác của song chắn rác xác định theo công thức: (m2) Trong đó: Q: lưu lượng tính toán. Q=15.000 (m3/ngđ) =625 (m3/h)= 0,1736(m3/s). v: vận tốc nước qua song chắn rác,theo TCXDVN 33- 2006, vận tốc này trong khoảng từ 0,4 đến 0,8 m/s ; khi sông đục nên lấy vận tốc nhỏ. Chọn v = 0,4(m/s). K : hệ số co hẹp do các thanh thép. K : là hệ số co hẹp do rác bám vào song, K = 1,25 K :hệ số kể ảnh hưởng của hình dạng thanh thép tiết diện tròn, K = 1,1 = 0.746 (m2) Chọn 1 bể thu, 1 song chắn rác, diện tích mỗi song chắn rác = 0.746(m2). Kích thước song chắn rác : Chọn chiều cao song chắn rác có H = 0.9 m => L =0.746 / 0.9 = 0.8 m 5.3.2 Lưới chắn rác. Chọn lưới chắn rác kiểu lưới chắn phẳng đặt giữa bể thu và bể hút. Lưới được đan bằng thép không rỉ có đường kính dây thép đan d= 1 mm, kích thước mắt lưới: a x a = 4 x 4 (mm). Mặt ngoài của lưới đặt thêm một tấm lưới bảo vệ có kích thước mắt lưới 25 x 58 (mm), đường kính dây thép đan d = 3 mm để tăng khả năng chịu lực cho lưới. Lưới được căng lên khung thép, năng hạ bằng ròng rọc máy. Diện tích công tác của lưới chắn rác xác định theo công thức: Trong đó: Q: lưu lượng tính toán, Q= 0,1736 (m3/s). v: vận tốc nước qua lưới quy phạm từ 0,2 dến 0,4m/s ; chọn v = 0,4 m/s . k1: hệ số co hẹp do các thanh thép: Với: p là tỉ lệ giữa phần diện tích bị khung và các kết cấu khác chiếm so với diện tích công tác của lưới, lấy p = 0,05. k2: hệ số co hẹp do rác bám vào lưới, k = 1,25. k3: hệ số kể đến ảnh hưởng của hình dạng, k = 1,15. (m2) Chọn 1 bể hút, 1 lưới chắn rác diện tích = 1.023 (m2). Kích thước lưới chắn rác: B x H= 1 x 1(m). 5.3.3 .Ngăn thu. Chiều rộng bể thu xác định theo công thức: Bt = BL + 2.e (m) Trong đó: BL : chiều rộng lưới chắn rác, B = 1230mm = 1,23 m. e : khoảng cách từ mép lưới đến tường bể thu, lấy e = 0,5 m. => Bt = 1,23 + 2.0,5 = 2,23 (m) => Bt = 2.5 (m) Chọn chiều dài bể thu Lt= 2,5m, Ttrong bể thu bố trí song chắn rác, thang lên xuống, thiết bị tẩy rửa. 5.3.4. Ngăn hút. Chiều rộng bể hút xác định theo công thức, B3D Df : đường kính phễu thu, D= (1,3 1,5)D , lấy D= 1,3D Dh: đường kính ống hút. Ta có Q = 0.1736 (m3/s) Tiêu chuẩn: Dh = 300 ¸ 800; vh = 1,0 ¸ 1,3 m/s. Chọn Dh = 450mm, ống thép tương ứng ta có vh = 1,09 m/s. => Df = 1,3 . 0,45 = 0,585m . Chọn đường kính phễu Df = 0.6 m. => Bh 3. 0.6 = 1.8 (m). Chọn B = 2 m. Do Bh ,Bt tính toán chênh lệch nhau không nhiều, để đảm bảo chế độ dòng chảy và thuận tiện cho thi công ta lấy: Bh = Bt = B =2.5 (m) Chiều dài bể hút: Lh = Lt = 2,5(m). Khoảng cách từ mép dưới cửa thu nước đến đáy sông: h = 0,7m. Khoảng cách từ mép dưới đặt lưới đến đáy công trình thu: h = 0,5m. Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến mép trên cửa thu: h = 0,5m. Khoảng cách từ mực nước thấp nhất đến miệng phễu hút: h1,5. D= 1,5 . 0.6 = 0.9 m h > 0.5 => chọn h = 0.9 m Khoảng cách từ đáy bể hút đến miệng phễu hút: h0,8 D= 0,8 . 0.6 = 0.45 h chọn h = 0.5m. Khoảng cách từ mực nước cao nhất đến sàn công tác:h = 0,5m. Đáy công trình thu có độ dốc về phía hố thu cặn. Hố thu cặn kích thước: a x b x h = 0,3 x 0,3 x 0,25m. Chiều cao gian quản lý: H = 3m. 5.3.5 . Tính toán cao trình mặt nước trong ngăn thu và ngăn hút. Cao trình mặt nước của sông: MNCN = 7,4m. MNTN = 5m. Sơ bộ lấy: Tổn thất qua song chắn rác: h = 0,1m. Tổn thất qua lưới chắn rác: h = 0,2m. Cao trình mặt nước trong bể thu: MNCNnt = MNCN - h = 7,4 – 0,1= 7,3(m) MNTNnt = MNTN - h = 5 – 0,1= 4,9(m) Cao trình mặt nước trong bể hút: MNCNnh = MNCN - h = 7,3 – 0,2 = 7,1 m MNTN nh = MNTN - h = 4,9– 0,2 = 4,7 m 5.3.6 Trạm bơm cấp 1 Lưu lượng trạm Công suất trạm xử lý: Q = 15000 m3/ngđ = 173.6 (l/s), do đó trạm bơm cấp I phải cung cấp nước điều hoà để bảo đảm cho trạm vận hành liên tục và hiệu quả. Vậy với lưu lượng trên ta chọn 1 bơm làm việc, 1 bơm dự trữ. Lưu lượng một bơm là: 173.6 l/s. Cột áp của máy bơm Chiều dài đường ống từ trạm bơm cấp I đến trạm xử lý L =7.146 m. Sơ đồ tính toán: Cột áp bơm cấp I xác định theo công thức: (m) Trong đó: Hhh :độ chênh hình học giữa cao trình mực nước cao nhất trên trạm xử lý (mực nước trong bể trộn) và mực nước thấp nhất trong bể hút. (m) :tổng tổn thất trong ống hút tính từ miệng phễu hút đến máy bơm, (m). Trong đó: lh: chiều dài ống hút lh = 0.9 + 0.65 + 1.9 + 2.5 + 1.05 = 7 m Với lưu lượng nước qua ống hút, Q = 173.6 (l/s) : tổng hệ số tổn thất qua các thiết bị : 1 côn thu ; 2 khóa ; 1 phễu thu ; 3 tê ; 2 cút 90o . (m). : tổng tổn thất trong ống đẩy tính từ máy bơm đến trạm xử lý. (m) Ld: chiều dài ống đẩy, ld = 7.146 m ( khoảng cách từ trạm bơm cấp 1 đến bể trộn của trạm xử lý). Lưu lượng nước qua ống đẩy: Q = 173.6 (l/s) Chọn đường kính ống đẩy Dd =400 mm => V = 1.38 m /s : tổng hệ số tổn thất qua các thiết bị:1côn mở ;1 van 1 chiều ; 2 khóa , ; 3 tê, ; 3 cút 90o, . (m) Htd: áp lực tự do lấy Htd =0.5 m. m. Chọn bơm với thông số: Qb = 173.6 (l/s); Hb = 37,66 m . 5.4 Bể trộn đứng 5.4.1 .Sơ đồ cấu tạo 1- Ống dẫn nước vào 2-Ống đưa nước sang bể phản ứng 3- Ống dẫn hoá chất 4- Máng thu nước 5- Ống xả. 5.4.2.Các thông số tính toán Dung tích bể W = (m3) Trong đó: Q: là lưu lượng trạm, Q= 15000 (m3/ngđ) = 625 (m3/h). t: là thời gian nước lưu lại trong bể, t= 2 phút. W = Ta chọn 2 bể trộn hoạt động đồng thời, dung tích mỗi bể là:W1b = 21/2 =10.5 (m3). Đường kính ống dẫn nước vào bể: Lưu lượng nước vào mỗi bể: Q1 = Q/2 = 625/2 =312.5 m3/h = 0.087 m3/s. Chọn đường kính dẫn nước vào bể D300mm => vtt = 1.23 m/s. Theo TCXDVN 33-2006 quy định vận tốc trong ống dẫn vào bể là v = 1 ¸ 1.5 (m/s) Đường kính ngoài của ống dẫn vào bể là 327mm Diện tích đáy nhỏ là: chọn mặt bằng đáy bể có dạng hình vuông Chọn đường kính ngoài của ống dẫn là cạnh của đáy nhỏ: bđ = 0.327 (m) Diện tích đáy nhỏ Fd = bd2 = 0.327 2 = 0.107 m2 Diện tích đáy lớn: ft = Trong đó: +Q1: là lưu lượng nước vào 1 bể, Q1= 312.5 (m3/h) = 0.087 m3/s +Vd: vận tốc nước dâng . Vd = 0.025 m/s Chọn mặt bằng phần trên của bể trộn dạng hình vuông. Chiều dài cạnh . bt = Chọn bt=2m à ft=4m2 Chiều cao phần hình chóp Chọn góc nón = 40o hd = Dung tích hình chóp phía dưới W1 = ´ hd ´ (ft + fd + ) (m3) =´2.3´ (4.0 + 0.107 +) =3.65(m3) Dung tích phần hình hộp bên trên Wt = W – Wd = 10.5 –3.65=6.85(m3) Chiều cao phần trên (hình hộp) là ht =(m) Chieu cao xây dựng bể là H = ht + hd + hbv =1.72+2.3+0.43=4.45m Lấy chiều cao bảo vệ bể là: hbv = 0.43m. Tính toán máng thu Nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo hai hướng ngược chiều nhau, vận nước chảy cuối máng là Vm = 0,6 (m/s) (TCXDVN 33-2006). Lưu lượng nước tính toán của máng qm = Q/4 = 625 /4 = 156.25 (m3/h) Diện tích tiết diện của máng. Fm = (m2) Fm = Chiều cao máng: Chọn khoảng cách bảo vệ từ mực nước đến mép trên máng thu là 0,1m. Khoảng cách từ mực nước đến mép trên lỗ ngập là 0.1m. Đường kính lỗ ngập D= 50 mm = 0.05m Khoảng cách từ mép dưới lỗ ngập đến đáy máng thu là 0.1m Vậy chiều cao xây dựng máng: hm = 0.1 + 0.1 + 0.05 + 0.1 = 0.35 m. Chiều cao máng làm việc: hlv = 0.1 + 0.05 + 0,1 = 0.25m. Chiều rộng máng bm = Fm/hm = 0.0723/0.35 = 0.168m => bm =0.21mm Thiết kế máng có độ dốc 0,005 về phía lỗ thu nước. Tính toán lỗ ngập: Tổng diện tích lỗ thu trong bể, với vận tốc nước chảy qua lỗ là 1m/s = Đường kính lỗ d = 50mm thì diện tích lỗ sẽ là: fl = 0,00196 (m2). Tổng số lỗ trên máng sẽ là: n = = lỗ. => chọn n=44 lỗ. Tổng số lỗ trên mỗi thành máng: n1 = 44/4 = 11 lỗ. Chiều dài mỗi thành máng: lm = bt = 1.87 m. Khoảng cách giữa các tâm lỗ: e= lm /(n1+1) = 1.87/11+1 = 0,156m. Tính toán mương tập trung: Ftt = Vận nước chảy cuối máng là Vm = 0,6 (m/s) Chiều dài rộng Bm = 0.6 m Chiều cao máng rm = Ftt / lm = 0.145/ 0.6 = 0.245m Đường kính ống dẫn nước ra khỏi 1 bể. Lưu lượng của một bể Q1b = 312.5 m3/h = 0.087 m3/s. Chọn đường kính dẫn nước ra bể D350mm => vtt = 09m/s. Theo TCXDVN 33-2006 quy định vận tốc trong ống dẫn vào bể là v = 0.8 ¸ 1 (m/s). Đường kính ống dẫn nước tập trung Lưu lượng của một bể Q1b = 625 m3/h = 0.1736 m3/s. Chọn đường kính dẫn nước vào bể D450mm => vtt = 1.09m/s 5.5 .Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Công suất trạm xử lý Q = 15000m3/ngđ = 625 m3/h = 0,1736m/s. Bể lắng ngang thu nước bề mặt hợp khối cùng bể phản ứng được chia làm 2 bể, N = 2. Bề rộng bể phản ứng bằng chiều rộng bể lắng B = 5.2 + 0.2 = 0.54 m Diện tích mặt bằng của bể phản ứng F = = = 72.3 (m2) Trong đó: v: tốc độ đi lên của dòng nước trong bể phản ứng ở phần trên, với hàm lượng cặn 52.4mg/l => v = 1.2mm/s. N: Số bể phản ứng lấy bằng số bể lắng ngang. N = 2. Lấy chiều rộng của bể phán ứng bằng chiều rộng của bể lắng ngang,B = 5.4 m. Chiều dài của bể phản ứng L = = => Chọn L = 14 m. Thể tích bể phản ứng với thời gian lưu nước trong bể W = = = 104.17m3 t: thời gian phản ứng, t = 20 phút. Chiều cao tổng cộng bể phản ứng lấy bằng chiều cao bể lắng H = 3.2 m, với 0,3m chiều cao bảo vệ, độ dốc 2%, công trình được hợp khối cùng bể lắng. Trong bể phản ứng đặt 3 tấm chắn hướng dòng Khoảng cách giữa các tấm chắn e = L/4 = 1/4 = 3.5m Đáy bể phản ứng đặt ống khoan lỗ để phân phối nước. Mỗi bể đặt 2 ống. Tốc độ nước chảy trong ống theo TCXDVN 33-2006 : v = 0,5 - 0,6m/s. Lấy v = 0,6 m/s. Tiết diện ống nhánh phân phối nước vào 1 bể Fn = = = 0,0134 m2 Chọn D => chọn D = 150mm. Tổng diện tích lỗ Lấy tổng diện tích lỗ phân phối bằng 30% tiết diện ống. = 0,00402 m2 Diện tích mỗi lỗ. Ống khoan lỗ d = 25mm => fl = 0,00049 m2 Tổng số lỗ n = = 8.2 lỗ => Chọn n = 9 lỗ Khoảng cách giữa các tim lỗ e = a: khoảng cách từ tâm lỗ đến mép tường, a = 0,6m. Tốc độ nước từ ngăn phản ứng sang bể lắng vt = 0,05 m/s Chiều cao lớp nước trên vách tràn. ht = 0,334m 5.6 Bể lắng ngang thu nước bề mặt 5.6.1 .Sơ đồ cấu tạo 5.6.2 .Tính toán Ta sử dụng loại bể lắng ngang thu nước bề mặt với hệ thống xả cặn bằng thuỷ lực. Công suất Q= 15000 m3/ngđ = 625 m3/h. Hàm lượng cặn sau khi đưa hoá chất vào Cmax= 52.4 mg/l. Tổng diện tích bể: Trong đó: Q: là lưu lượng tính toán, Q= 625 m3/h Uo: là tốc độ rơi của cặn, Uo= 0,6 mm/s (do hàm lượng căn nằm trong 50-250 mg/l). Và vận tốc nước trung bình của dòng chảy trong bể: vtb= 6mm/s. ( theo TCXDVN 33-2006 là 6-8 mm/s) a :hệ số kể đến sự ảnh hưởng của thành phần vận tốc rối của dòng nước theo phương thẳng đứng. => L/Ho = 1.5 => F = Chọn chiều cao vùng lắng Ho = 2,8m Số bể lắng N = 2 bể Chiều rộng mỗi bể lắng: B == Mỗi bể lắng chia làm n = 2 ngăn, chiều rộng mỗi ngăn là: b= 5.2/2 = 2.6m. Chiều dài bể: L = = Kiểm tra ảnh hưởng của dòng chảy rối Trong đó Q: Lưu lượng mỗi ngăn bể lắng Q = 625 / 4 = 312.5 m3/h = 0.043 m3/s B: Chiều rộng bể, B = 5.2 m H : Chiều cao bể, H = 2.8 m : Độ nhớt động học của nước. Nhiệt độ của nước nguồn t = 20oC => = 1.003 x 10-6 m2/s nước chảy tầng => lắng tốt. Lưu lượng nước qua một ngăn qn = 156.25(m3/h) = 0,0434(m3/s) Chiều cao nước trên thành tràn(phần bể phản ứng) (m). Trong đó: qn: là lưu lượng nước qua một ngăn, qn = 0,0434(m3/s) b: là chiều rộng một ngăn, b = 2.6m v: là vận tốc nước qua thành tràn, v = 0,05m/s (m). Phần thu nước sau bể lắng dùng hệ thống máng đục lỗ chảy ngập trên mặt nước. Chiều dài máng Lm = L = Cứ mỗi ngăn bố trí 1 máng thu Vận tốc nước trong máng thu: vm = 0.6 m/s. (TCXDVN 33-2006 vm = 0.6-0.8 m/s ) Chiều dài máng Kiểm tra tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng. l/s.mdài thõa mãn điều kiện thu nước. Tiết diện của máng thu Ft = = = 0,0723(m2) Chiều rộng máng Chọn bm = 0,25m Chiều sâu máng hm = Ft / bm= 0,0723 / 0,25 = 0,2892 m => Chọn hm = 0.300 m Tốc độ nước chảy qua lỗ vl = 1(m/s) Diện tích lỗ trên một máng thu = = 0,0434 m2 Đường kính lỗ chọn dl= 25mm ( TCXDVN 33-2006 dl25mm ) (m2) Số lỗ trên máng n = = = 88 lỗ Mỗi bên bố trí n = 44 lỗ. Các lỗ thường nằm ngang hai bên máng, lỗ của máng phải đặt cao hơn đáy máng 50 – 80mm. Khoảng cách giữa các tâm lỗ e = Lm / n = 28 / 44 = 0.7 m. Mép trên của máng, cao hơn mức nước cao nhất trong bể 0,1m. Tính toán mương thu nước tập trung Diện tích mương vm : vận tốc cuối mương vm =0.5 m/s Chọn chiều rộng mương Btt = 0.6 Chiều cao mương Htt = Ftt /Btt = 0.3472 / 0.6 = 0.5787 m Chọn Htt = 0.6 m. Đường kính ống dẫn nước sang bể lọc Lưu lượng của một bể Q = 625 m3/h = 0.1736 m3/s. Vận tốc nước chảy trong ống: v = 1m/s Chọn đường kính dẫn nước vào bể D500mm Thể tích vùng chứa nén cặn của 1 bể lắng (m3) Trong đó: T : Thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn, T = 24h. : Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Cmax = 52.4 mg/l. C : Hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng, C = 10 mg/l. : Nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, = 8000 mg/m3. N : Số bể lắng, N = 2. Wc Diện tích mặt bằng một bể lắng là (m2) Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn => chọn Hc = 0.2 m Chiều cao dự trữ là 0.2 Tổng chiều cao của vùng chứa cặn là Hc = 0.4m. Chiều cao trung bình của bể lắng Hb= Ho + Hc = 2,8 + 0,4 = 3.2 (m). Chiều cao xây dựng của bể Chiều cao bảo vệ (0,3 – 0,5m) => Hbv = 0.3m Hxd = Hb + Hbv = 3.2 + 0.3 = 3.5 m Thể tích của một bể lắng là Wb = Lb.Hb.B = 42 x 3.2 x 5.2 = 698.88 (m3) Hệ thống xả cặn làm bằng ống đục lỗ và đặt dọc theo trục mỗi bể,thời gian xả cặn quy định t = 8 – 10 phút lấy t= 10 phút. Tốc độ nước chảy ở cuối máng không nhỏ hơn 1m/s. Lưu lượng cặn ở một bể qc = (m3/s) Đường kính ống xã cặn của 1 bể chọn D =300mm Tốc độ nước chảy trong ống v = 1.2 m/s Đường kính ống xã cặn chung dẫn về hồ lắng bn chọn D =400mm Tốc độ nước chảy trong ống v = 1.2 m/s Dung tích chứa cặn của một ngăn là Wc-n = (m3) Lưu lượng cặn ở một ngăn qc-n= (m3/s) Đường kính ống xã cặn của 1 ngăn Tổng diện tích lỗ trên ống xã cặn của 1 ngăn Tốc độ nước qua lỗ bằng 1,5m/s chọn dl = 25mm (TCXDVN 33-2006 dl 25mm) => fl = 0,000491m2 = 0,022 m2 Số lỗ trên ống xã cặn của 1 ngăn n = lỗ Khoảng cách giữa các lỗ l = L/n = 42 / 45 = 0.933 m 5.7 Tính Toán Bể Lọc Nhanh Hai Lớp Tính kích thước bể Diện tích các bể lọc nhanh hai lớp được tính theo công thức: Trong đó, Q: Công suất trạm xử lý, Q = 15000 m3/ ngày. T: Thời gian làm việc của trạm xử lý, T = 24h. vbt : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường. vbt= 6 m/h a: Số lần rửa một bể trong một ngày, chọn a =1 W: Cường độ rửa lọc, W = 16 l/sm2. : Thời gian rửa bể lọc , =6 phút. : Thời gian ngừng bể lọc để sữa chửa hoặc để rửa, => Số bể lọc cần thiết Chọn N = 6 bể Kiểm tra tốc độ lọc khi làm việc tăng cường, với điều kiện ngừng một bể để rửa: m/h. Đạt yêu cầu qui phạm (6 – 7,5) Diện tích mỗi bể: Chọn kích thước mỗi bể lọc:L x B = 5,7 x 3,3 = 18.81 m2. Tính toán mương phân phối nước lọc tập trung: Diện tích máng vm : vận tốc cuối máng vm =0.5 m/s Chọn chiều rộng máng Btt = 0.6 Chiều cao máng Htt = Ftt /Btt = 0.3472 / 0.6 = 0.5787 m Chọn Htt = 0.6 m. Chiều cao của bể lọc nhanh hai lớp vật liệu: . Trong đó, : Chiều cao lớp sỏi đỡ lớp vật liệu, : Chiều cao lớp vật liệu, vật liệu lọc gồm 2 lớp. Lớp phía trên là lớp vật liệu lọc than ăngtraxit nghiền nhỏ có cở hạt dtđ = 0.6 ¸ 0.65 mm, chiều dày lớp than Lớp phía dưới là lớp vật liệu lọc cát thạch anh có dtđ = 0,9 ¸ 1.1 mm, chiều dày lớp cát : Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc hs : chiều cao sàn đỡ chụp lọc, hs = 0.11m hd : chiều cao dầm đỡ sàn chụp lọc, hd = 0.2m hh : chiều cao hầm phân phối gió và nước rửa lọc, hh = 0.9 m hp: chiều cao phụ, hp = 0.5m hbv : chiều cao bảo vệ, hbv = 0.34 m . Tính hệ thống ống phân phối nước rửa lọc Lưu lượng nước rửa lọc của 1 bể lọc( dùng hệ thống ông phân phối trở lực lớn). Vận tốc chảy trong ống chính cho phép , chọn Đường kính ống dẫn nước rửa lọc chính: Chọn ống chính bằng thép không rỉ, có đường kính Dc-n = 450mm Để phân phối nước rửa lọc ta dùng hệ thống chụp lọc loại K1, có đường kính phía trên 48mm, và tổng chiều dài 280mm. Chọn phương pháp phân phối khí và nước bằng chụp lọc. Số chụp lọc lấy n = 40 cái/1 m2 diện tích lọc ( 33-2006TCXDVN) Tổng số chụp lọc trên toàn bộ bể là: N= F x n = 18.81 x 40 = 753 (chụp). Ta bố trí 15 hàng ngang khoảng cách giữa các tim chụp lọc là a : khoảng cách giữa tim chụp lọc đến tường, a =0.25m Và bố trí 49 hàng dọc khoảng cách giữa các tim chụp lọc là Tính toán máng phân phối thu nước rửa lọc Chiều rộng mỗi bể 3.3 m, ta đặt trong mỗi bể 1 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác. Khoảng cách giữa các máng d = 3.3 / 1 = 3.3 m Lưu lượng nước rửa thu vào mỗi máng: Trong đó, W: Cường độ rửa lọc, W = 16 l/s.m2. d: khoảng cách giữa các tâm máng, d = 3.3 m lm: Chiều dài của máng, lm = B = 5.7 m qm =16 x 3.3 x 5.7 = 300 l/s = 0.3 m3/s. Chiều rộng của máng Trong đó, a: Tỉ số giữa chiều cao phần hình chữ nhật (hcn) với nửa chiều rộng của máng a = 1 ¸ 1,5. Chọn a = 1,3 K: Hệ số đối với tiết diện máng tam giác, K = 2,1 => Chọn Bm = 880mm Chiều cao phần hình chữ nhật: Chiều cao phần hình tam giác Chọn hd = 0,2. Tổng chiều cao của máng thu nước: Khoảng cách từ bề mặt vật liệu đến mép trên mang thu: Trong đó, Lvl: Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 0.15 + 0.5 + 0.8 = 1.45 m e: Độ giản nỡ tương đối của lớp vật liệu lọc, e =50% . Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0.07m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm = 0.64m, vì máng dốc về phía máng tập trung i=0.01, máng dài 5.7m. Máng thu nước rửa lọc tập trung của 1 bể Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung hM = 1,75 ´ + 0,2 (m). Trong đó: qtt: lưu lượng nước chảy vào máng tập trung, qtt = 0.1505 x 2 = 0.3(m3/s). Btt : chiều rộng máng tập trung. Chọn Btt = 0.7m g: gia tốc trọng trường bằng 9,81 m/s2 Vậy. Chọn hm=0.5 (m) Tổng chiều cao của máng thu nước rửa lọc tập trung Hm = 0.5 + 0.65 = 1.15 m Đáy mương tạo độ dốc i= 0,01 về phía ống xả nước rửa lọc về hệ thống thoát nước mưa trạm xử lý Với qtt = 0.3(m3/s). Chọn đường kính dẫn sang hồ chứa cặn D500 mm => vtt =1.55 m/s ( quy phạm v =1.5-2m/s). Tính hệ thống rửa lọc Chọn biện pháp rửa bể bằng gió, nước kết hợp. Bơm khí với cường độ 20l/s.m2 trong thời gian 2 phút. Sau đó bơm khí với cường độ khí 15 l/s.m2 kết hợp với nước với cường độ nước 4 l/s.m2 sao cho cát lọc không bị trôi vào máng trong thời gian 5 phút. Cuối cùng ngừng bơm khí và tiếp tục bơm nước thuần tuý với cường độ 12 l/s.m2 trong thời gian 5 phút. Tổn thất qua hệ thống phân phối bằng chụp: h = Trong đó: Vk: là vận tốc nước qua khe chụp lọc, = 2m/s : là hệ số lưu lưọng của chup lọc, loại có xẻ khe = 0,5 => h = = 0,41m. Tính toán ống dẫn nước rửa 1 bể lọc: Lưu lượng nước rửa bể, qr = 0,3 (m3/s). Theo quy phạm vận tốc trong ống rửa lọc cho phép từ: 1- 1,5m/s Ta chọn vr = 1,5m/s. Đường kính ống tính theo công thức sau: dr = (m). => Chọn đường kính ống là: dr = 500 (mm) => vtt = 1.55 m/s Tính toán hệ thống cấp khí rửa lọc: Cương độ rửa gió thuần tuý là: Wg = 20 l/s.m2 Chọn vận tốc gió trong ống gió là Vg = 20m/s. Lưu lượng gió cung cấp là: qg = Wg ´ f = 20 ´ 18.81 = 376.2 (l/s) = 0.3762 (m3/s) Đường kính ống dẫn gió là: dg = (m) => dg = 150mm => vtt =21.3 m/s Chọn đường kính ống xả kiệt D = 100mm. Đáy bể lọc tạo độ dốc i= 0,005 về phía ống xả kiệt, đầu ống lắp khoá. Mỗi bể ta bố trí một cửa thăm D600 để tiện cho việc kiểm tra bể. Đường kính ống dẫn nước đã lọc ra khỏi một bể lọc => D1 = 200mm v: vận tốc nước chảy trong ống: v = 1m/s. Đường kính ống dẫn nước đã lọc tập trung sang bể chứa => D = 500mm Tính công suất bơm Bơm rửa lọc có các thông số sau: Diện tích bể lọc: 5.7 x 3.3 = 18.81 (m2) Lưu lượng nước dùng để rửa lọc:Qr = 0.3 (m³/s) = 1080(m3/h) Vận tốc nước chảy trong ống (lấy bằng vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước rửa) và bằng 2 (m/s). Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc 50 (m) Dường kính ống dẫn nước : 400 mm Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc, r = 998 (kg/m3) Tính cột áp cần thiết của bơm: Cột áp của bơm được xác định theo công thức: Hbơm = H1 + H2 + H3 Trong đó: H1 - cột áp để khắc phục chiều cao hình học tính từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa. H2 - là cột áp để khắc phục tổn thất trong bể lọc bao gồm tổn thất qua lớp sỏi đỡ, tổn thất qua lớp vật liệu lọc và tổn thất áp lực khi phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc. H3 - cột áp để khắc phục tổn thất trên đường ống. Ta có : H1 = 4 + 0.5 + 2,5 = 7 (m) Trong đó: 4 - là chiều sâu lớp nước thấp nhất trong bể chứa - là độ cao từ lớp nước trên cùng của bể chứa đến đáy bể lọc. 2,5 - là chiều cao tính từ đáy bể lọc đến mép máng tràn. Ta có: H3 = (i x l) + 5%(i x l) Trong đó: l - là đoạn ống dẫn nước rứa lọc tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc, l =50 (m) i - là độ dốc thuỷ lực. Ta có lưu lượng nước cần dùng để rửa lọc là: 242 (l/s), và với đường kính ống dẫn nước rửa lọc D = 400mm ta tra bảng thuỷ lực suy ra: i = 0.00268 Do vậy : H3 = 0.00268 x 50 + 5%(0.00268 x 50) = 0.141 (m) Ta có: H2 = hđ + hđáy + hVL Trong đó: hđáy - tổn thất áp lực qua hệ thống phân phối bằng chụp lọc hđáy = 0.41m. Ta có : hđ = 0.22 x LS x W LS - chiều dày lớp thạch anh và cát, LS = 0.8m W - cường độ rửa lọc, W = 16 (l/s.m2). Do đó: hđ = 0.02 x 0.8 x 16 = 0.256(m) Ta có: hVL = ( a + b x W).L.e Trong đó: a,b - là hệ số với kích thước hạt là 0.5-1mm. ta chọn a = 0.7, b = 0.017 e - là độ giản nở lớp vật liệu lọc, e = 50% = 0.50 L - chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 1.3 m Do vậy: hVL = (0.7 + 0.9 x 16) x 1.3 x 0.50 = 10.06 (m) Suy ra : H2 = 0.256 + 0.41 + 10.06 = 10.726 (m) Do đó ta có: H = H1 + H2 + H3 = 7 + 10.726 + 0.141 = 17.867 (m) Chọn H = 18m Công suất bơm: Ta có công suất bơm nước rửa lọc được xác định theo công thức sau: N = Trong đó: Q - lưu lượng nước bơm, Q = 0,3 (m3/s) H - là cột áp của bơm, H = 18 m r - là khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc. r = 998 (kg/m3) g = 9.81(m/s2) h - là hiệu suất của bơm, chọn h = 80% = 0.8 suy ra: N = Vậy ta chọn 2 bơm nước rửa lọc có các thông số sau: Qb = 600 (m3/h), N = 35 (kw), cột áp H = 20 5.8 Tính toán dung tích bể chứa Qua kiểm tra ta xác định được dung tích điều hòa của bể chứa (tính toán ở phần cấp nước) là : 20% Qngđ Thể tích bể chứa được tính theo công thức : WBC = WĐH + WCC + WBT Trong đó : WĐH : thể tích điều hòa của bể chứa (m3) WĐH = 20% Qngđ = 20% 15000 = 3000 (m3) WCC : dung tích dự trữ cho chữa cháy trong vòng 3 giờ liền (m3) WCC = n qcc 3h = = 108 (m3) WBT : lượng nước dự trữ cho bản thân trạm xử lý WBT = (4 ÷ 6) % Qngđ chọn WBT = 6% Qngđ WBT = 6% 15000 = 900 (m3) Vậy thể tích bể chứa : WBC = 3000 + 108 +900 = 4000 (m3) Bố trí hai bể chứa, mỗi bể có dung tích: W = 2000 m3. Chọn chiều sâu của bể chứa: h = 5 m. Diện tích mặt cắt ngang của bể chứa: Fbc = 2000/5 = 400 m2. Kích thước bể chứa: Chọn chiều dài: l = 16 m. Chọn chiều rộng: b = 400/16 = 25 m. Chiều cao từ mực nước đến thành bể: 0,5 m. Chiều cao tổng cộng của bể chứa: Hbc = 5 + 0,5 = 5.5 m Trong bể ta bố trí 2 vách ngăn chắn dòng chiều dài mỗi vách 16m chiều cao 5m dày 200mm. Mỗi v ách ngăn cách tường 5m, hai vách cách nhau 5.6m. Tính toán lượng Clo để khử trùng Lượng Clo đưa vào để khử trùng Lcl = 3mg/l. (TCXDVN 33 -2006 từ 2-3 mg/l) Liều lượng Clo dùng trong 1 giờ: Q= (kg/h). Thể tích Clo : Vclo = = 3,06 (l/h). Với trọng lượng riêng của Clo là: 1,47 (kg/l). Lượng nước tính toán cho Cloratơ làm việc lấy bằng 0,6 (m3/kgClo). Lưu lượng nước cấp cho trạm clo Q = 0,6. Q= 0,6´1.875 = 1.125 (m3/h) =3.125.10(m3/s) = 0.3125 (l/s). Đường kính ống D = = 0,026 (m) = 26 (mm)=> D=32mm Vận tốc nước chảy trong ống dẫn: Vn = 0,6 (m/s) Lượng Clo dùng cho 1 ngày: Q= Q´ 24 = 1.875 ´ 24 = 45 (kg/ng®). Lượng Clo tiêu thụ trong ngày Với trọng lượng riêng Clo bằng 1,47 (kg/l). Vcl =45 / 1,47 = 30.61 (l) Chọn số bình Clo dự trữ trong trạm đủ dùng tối thiểu là 30 ngày. Lượng Clo dùng trong 30 ngày: Vcl30 = 30.61 x 30 =981.3 (l/tháng). Chọn 5 bình loại 250(l), 4 bình hoạt động và 1 bình dự trữ. 5.10 Trạm bơm cấp 2 5.10.1.Bơm sinh hoạt: Bơm sinh hoạt gồm có 4 bơm , có 1 bơm dự phòng. Ống hút chung của tổ máy Lưu lượng Q = 625 m3/h = 0.1736m3/s. Chiều dài Lh= 72(m) Chọn đường kính D500 => vh = 0,884 (m/s) Ống đẩy chung của tổ máy Lưu lượng Q = 625 m3/h = 0.1736m3/s. Đường kính D400 => vđ = 1.38 (m/s), Ống hút và ống đẩy chung của một máy bơm Lưu lượng của một máy bơm: Q1 = Q / 3 = 0.1736 / 3 = 0.058 (m3/s) Chọn ống hút bằng thép D300 => vh1 = 0.82(m/s), Chọn ống đẩy bằng thép D250 => vd1 = 1.18 (m/s), 5.10.2 .Bơm rửa lọc Bơm rửa lọc có Q = 410 (l/s); H = 12m. Lắp thêm 1 bơm dự phòng. Đường kính ống hút D = 600mm vh = 1,34(m/s). Đường kính ống đẩy D = 550mm ; vd = 1,718m/s. 5.11 Hồ chứa bùn Lưu lượng cặn của bể lắng đưa vào hồ chứa bùn: Qbl = qc-n x 4 = 0.033 x 4 = 0.132 m3/s = 475.2 m3/h = 11404,8 m3/ngđ Diện tích mặt bằng hồ chứa bùn (m2) Trong đó: Q : lưu lượng nước đưa vào hồ chứa Q = 475.2( m3/h). Uo : tốc độ rơi của cặn trong hồ chứa (mm/s). Chọn Uo = 0,6 (mm/s). a : hệ số kể đến ảnh hưởng do thành phần thẳng đứng của vận tốc nước dâng vtb : tốc độ ngang trung bình của nước chảy trong hồ chứa, vtb = K x Uo (mm/s) K : hệ số kể đến tỷ lệ giữa chiều dài và chiều sâu trung bình của vùng lắng, chọn tỷ số L / Ho = 15 => K = 10. (m2) Chiều rộng hồ chứa bùn B xác định theo côngthức: (m2) Trong đó: vtb : tốc độ trung bình của dòng chảy trong hồ chứa(mm/s), vtb = K ´ Uo = 10 ´ 0,6 = 6 (mm/s) Ho : chiều cao trung bình của vùng lắng (m), Ho = 1.8 (m) N : số bể lắng bùn, N = 2. (m) Chiều dài hồ chứa (m). 5.12 Sân phơi bùn Lượng cặn khô xả ra hằng ngày, được tính theo công thức: kg/ngày Trong đó, Q: Lưu lượng trạm xử lý, Q = 15000 m3/ngày.đêm C1: Hàm lượng cặn lớn nhất cho vào bể, C1 = 52.4 mg/l C2: Hàm lượng cặn sau khi nước qua bể lắng, C2 = 10 mg/l. Lượng bùn cần nén trong 1,5 tháng: Gt = 30 x 1,5 x 636 = 28620 kg Diện tích hồ cần thiết: Chia hồ ra 5 ngăn nhỏ, diện tích mỗi ngăn 6 x 8. Bùn chứa trong hồ 1,5 tháng, sau đó rút nước ra và bùn được phơi, nồng độ bùn khô đạt 25%, tỷ trọng = 1,2 T/m3. Thể tích bùn khô trong hồ: Chiều cao bùn khô trong bể: Trong lượng cặn xả ra hằng ngày có nồng độ cặn 0,4%, tỷ trọng 1,011 T/m3 Trọng lượng dung dịch cặn xả ra ngoài, kg/ngày Thể tích bùn loãng xả ra trong một ngày, Chiều cao bùn loãng Tổng chiều cao của hồ: H = hđ + hcặn + hbv = 0,5+ 0,710 + 0,3 = 1,51m. Tính hệ thống ống phân phối nước vào sân phơi bùn Lưu lượng xả cặn: Q =2 x 0,033 = 0.066m3/s, nước từ hồ chứa bùn lên sân phơi bùn với vận tốc vc = 2,1 m/s. Đường kính ống chính dẫn nước từ bể thu cặn đến sân phơi bùn. chọn D = 200mm Tính hệ thống ống thu nước bùn. Để thu nước bùn ta dùng hệ thống ống có cấu tạo hình xương cá và trên các ống nhánh ta khoan các lỗ để thu nước bùn. Lưu lượng nước trong mỗi ngăn, q = 0,0132 m/s,vận tốc chảy trong ống chính cho phép , chọn ® Đường kính ống chính: Chọn ống chính bằng nhựa uPVC, có đường kính Dc = 90mm, Số ống nhánh của ngăn phơi bùn : ống Trong đó, B: Chiều rộng của một sân phơi bùn, B = 6 m l: Khoảng cách giữa các ông nhánh, l = (0,25 – 0,35) m. Chọn l = 0,35m Chiều dài một ông nhánh: Lưu lượng nước bùn qua mỗi ống nhánh: Vận tốc chảy trong ông nhánh cho phép , chọn ® Đường kính ống nhánh: Chọn ống nhánh bằng nhựa uPVC, có đường kính dn = 21mm, Để có thể thu nước trên khắp diện tích của mỗi ngăn thu bùn, trên các ống nhánh ta khoan các lỗ có đường kính dl = 5mm( quy phạm 5 – 10 mm). Tổng diện tích các lỗ này lấy bằng (30 – 35 %) diện tích tiết diện ngang của ống chính. Chọn 35 %, tổng diện tích lỗ: Số lỗ cần thiết: Số lổ trên mỗi ống nhánh: , Trên mỗi ống nhánh ta khoan 2 lỗ, 4 lỗ này xếp thành 2 hàng so le nhau hướng lên trên và nghiên một góc 45o so với phương nằm ngang. Vì khoảng các lỗ qúa lớn, nên ta khoan thêm lỗ, trên mỗi hàng của ống nhánh ta khooan thêm 22 lỗ, tổng số lỗ trên mỗi hàng là 24. Khoảng cách giữa các lỗ: Chương 6 : KHAI TOÁN CÔNG TRÌNH 6.1 Chi phí xây dựng trạm bơm cấp I. Đối với công trình thu - trạm bơm cấp I chi phí xây dựng chiếm 20%, chi phí thiết bị chiếm 80%. Giá thành xây dựng công trình thu - trạm bơm cấp I GXDCTT-TBI = Q´ g Q: công suất trạm, Q = 15000 m3. g: đơn giá xây dựng cho 1 m3 công suất, g = 150.000 (đồng/ m3). GXDCTT-TBI = 15000 ´ 150000 GXDCTT-TBI = 2250 (triệu đồng). Ta chỉ lắp đặt thiết bị GTBCTT-TBI = GXDCTT-TBI ´ 80%/20% GTBCTT-TBI = 2250´ 8/ 2 = 9000 (triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bị cho công trình thu trạm bơm cấp I: GCTT-TBI = GXDCTT-TBI + GTBCTT-TBI GCTT-TBI = 2250+ 9000= 11250 (triệu đồng). 6.2 Chi phí xây dựng trạm xử lý 6.2.1 Chi phí xây dựng khối bể trộn. Với bể trộn chi phí xây dựng chiếm 40%, chi phí thiết bị chiếm 60%. Chi phí xây dựng bể trộn: GXDBT = VBT ´ gBT VBT: tổng dung tích 2 bể trộn, VBT = 21 m3. gBT: đơn giá xây dựng bể trộn, gBT = 2000.000 (đồng/m3) GXDBT = 21 ´ 2000.000 = 42 (triệu đồng) Chi phí thiết bị cho bể trộn. GTBBT = GXDBT ´ 60% / 40% = 42 ´ 6 / 4 = 63(triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bị bể trộn. GBT = GXDBT + GTBBT= 42 + 63= 105 (triệu đồng). 6.2.2 Chi phí xây dựng bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng. Với bể phản ứng có tầng cặn lơ lửng chi phí xây dựng chiếm 40%, chi phí thiết bị chiếm 60%. Chi phí xây dựng bể phản ứng có tầng cặn lở lửng: GXDBể pư = VBểpư ´ gBể pư VBểpư: tổng dung tích 2 bể phản ứng, VBể pư = 104.17 ´ 2 = 208.34 m3. gBể pư: đơn giá xây dựng bể phản ứng, gBpư= 2.000.000 (đồng/m3). GXDBpư = 208.34 ´ 2000.000 = 426.68 (triệu đồng). Chi phí thiết bị cho bể phản ứng. GTBBpư = GXDBpư´ 60% /40%= 426.68 ´ 6 / 4= 625.02 (triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bị bể phản ứng. GBpư = GXDBpư + GTBBpư= 426.68 + 625.02 = 1041.7triệu đồng). 6.23. Chi phí xây dựng bể lắng ngang thu nước bề mặt. Chi phí xây dựng chiếm 80%, thiết bị chiếm 20% Chi phí xây dựng bể lắng: GXDBLắng = VBlắng´ gBlắng VBlắng: tổng dung tích bể lắng, VBlắng = F ´ Ho =434´ 2,8 = 1215..2( m3). gBlắng: đơn giá xây dựng bể lắng, gBlắng= 2000.000 (đồng/m3). GXDBlắng = 1215.2 ´ 2000.000 = 2430.4 (triệu đồng). Chi phí thiết bị cho bể lắng. GTBBlắng = GXDBlắng ´ 20% / 80% = 2430.4 ´ 2 / 8 GTBBlắng = 607.6(triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bị bể lắng. GBlắng = GXDBlắng + GTBBlắng= 2430.4 + 607.6=3038 (triệu đồng). 6.2.4 .Chi phí xây dựng khối bể lọc. Với bể lọc nhanh chi phí xây dựng chiếm 30%, chi phí thiết bị chiếm 70%. Chi phí xây dựng bể lọc nhanh: GXDBLọc = VBlọc ´ gBlọc VBlọc: tổng dung tích 6 bể lọc, VBlọc = 5.73.3 ´ 5,2´ 6 =586.872 (m3) gBlọc: đơn giá xây dựng bể lọc nhanh, gBlọc= 3.500.000 (đồng/m3). GXDBlọc = 586.872 ´ 3.500.000 = 2054.052(triệu đồng). Chi phí thiết bị cho bể lọc. GTBBlọc = GXDBlọc ´ 70% / 30% GTBBlọc =2054.052´ 7 / 3 = 4792.788 (triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bể lọc nhanh. GBlọc= GXDBlọc + GTBBlọc = 2054.052+ 4792.788 = 6846.84 (triệu đồng). 6.2.5 .Chi phí xây dựng bể chứa nước sạch. Giá thành xây dựng bể chứa tính theo công thức: GBC = VBC´ gBC VBC: tổng dung tích bể chứa Kích thước xây dựng bể 2 chứa 2´ a ´ b ´ h = 2´ 35355,5m VBC = 2000 m3. gBC: đơn giá xây dựng bể chứa, gBC= 2000.000 (đồng/m3). GBC = 2000´ 2000.000 = 4000(triệu đồng). 6.2.6 Chi phí xây dựng các công trình khác lấy bằng 30% tổng giá thành xây dựng các công trình chính của trạm xử lý. GK = 30%´ ( GBT + GBlắng + GBlọc + GBC) = 0.3 ( 105 + 3038 + 6846.8 + 4000) GK = 6197.499 (triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bị cho trạm xử lý: GTR = GBT + GBểpư + GBlắng + GBlọc + GBC + GK GTR = 105 +1041.7+ 3038 + 6846.8 + 4000+6197.499 GTR = 21229.039(triệu đồng) 6.3 Chi phí xây dựng trạm bơm cấp II Đối với trạm bơm cấp II chi phí xây dựng chiếm 20%, chi phí thiết bị chiếm 80%. Chi phí xây dựng trạm: GXDTBII = Q ´ g Q: công suất trạm, Q = 15.000 m3. - g: đơn giá xây dựng cho 1 m3công suất, g = 150.000 (đồng / m3). GXDTBII = 15.000 ´ 1500.000 GXDTBII = 2250 ( triệu đồng). Chi phí thiết bị GTBTBII = GXDTBII´ 8/ 2 GTBTBII = 2250´ 8/ 2 = 9000 (triệu đồng). Tổng giá thành xây dựng và thiết bị trạm bơm cấpII: GTBII = GXDTBII + GTBTBII GTBII = 2250 + 9000= 11250(triệu đồng). => Vậy tổng giá thành xây dựng và thiết bị ban đầu toàn bộ hệ thống cấp nước: GXD-TB = GTXL+ GCTT-TBI + GTBII GXD-TB = 21229.039+ 11250 + 11250 GXD-TB = 43729.039 (triệu đồng) 6.4. Chi phí xây dựng quản lý hệ thống cấp nước của nhà máy 6.4.1 Chi phí điện năng. Chi phí điện năng trong 1 năm tính theo công thức: GĐ = Trong đó: Qb: lưu lượng bơm tro