Đồ án Tính toán thiết kế trạm xử lý nước ngầm cho khu dân cư - Tái định cư Trà Long - Ba Ngòi Thành phố Cam Ranh - Khánh Hoà công suất 800m3- ngày đêm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC NGẦM CHO KHU DÂN CƯ - TÁI ĐỊNH CƯ TRÀ LONG - BA NGÒI - TP. CAM RANH - KHÁNH HÒA CÔNG SUẤT 800m3/ NGÀY ĐÊM Ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC CẤP Sinh viên thực hiện : Võ Đình Trung Thành MSSV: 0811080039 Lớp: 08CMT TP. Hồ Chí Minh, 07/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐẠI HỌC KTCN TP HCM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC Khoa: Kỹ thuật môi trường NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bộ môn: Kỹ thuật xử lý nước cấp HỌ VÀ TÊN: VÕ ĐÌNH TRUNG THÀNH MSSV: 0811080039 NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG LỚP: 08CMT 1. Đầu đề đồ án tốt nghiệp: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC NGẦM CHO KHU DÂN CƯ - TÁI ĐỊNH CƯ TRÀ LONG - BA NGÒI - TP. CAM RANH - KHÁNH HÒA CÔNG SUẤT 800m3/ NGÀY ĐÊM. 2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu) - Xác định đặc tính nước cấp: Lưu lượng, thành phần, tính chất nguồn nước cung cấp cho khu vực nghiên cứu. - Lựa chọn và đề xuất dây truyền công nghệ xử lý nước phù hợp với yêu cầu. - Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước ngầm. - Dự toán chi phí xây dựng và chi phí vận hành tạm xử lý nước. 3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 28/05/2011 4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 04/07/2011 5. Họ và tên người hướng dẫn: ThS. Võ Hồng Thi. Phần hướng dẫn:……………………………….. Nội dung và yêu cầu ĐATN đã được thông qua Bộ môn. Ngày ………..tháng……….năm 2011. CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH (Kí và ghi rõ họ tên) (Kí và ghi rõ họ tên) Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Võ Đình Trung Thành MSSV: 0811080039 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đồ án tốt nghiệp, bên cạnh sự nỗ lực của bản than, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của Quý thầy, cô khoa Môi trường & Công nghệ sinh học – Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh, Phòng Tài Nguyên và Môi trường Thị xã Cam Ranh - Khánh Hòa. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Quý Thầy, Cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu trong quá trình học tập. Cảm ơn các cán bộ phòng Tài Nguyên và Môi trường thị xã Cam Ranh đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu, tài liệu chất lượng nước nguồn. Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong chặng đường học tập. Tp. Hồ Chí Minh , ngày 30 tháng 06 năm 2011 Sinh viên Võ Đình Trung Thành Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Võ Đình Trung Thành MSSV:0811080039 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................... 2 1.3 Đối tượng phạm vi nguyên cứu ................................................................................. 2 1.3.1 Đối tượng nguyên cứu ............................................................................................ 2 1.3.2 Phạm vi nguyên cứu ............................................................................................... 2 1.4 Nội dung đề tài .......................................................................................................... 2 1.5 Phương pháp thực hiện .............................................................................................. 2 1.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................... 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ KHU DÂN CƯ- TÁI ĐỊNH CƯ TRÀ LONG – BA NGÒI ................................................................................................ 4 2.1 Điều kiện địa lý ......................................................................................................... 4 2.1.1 Vị trí địa lý ............................................................................................................. 4 2.1.2 Địa hình .................................................................................................................. 5 2.1.3 Điều kiện khí hậu ................................................................................................... 5 2.1.4 Thủy hải văn ........................................................................................................... 6 2.1.5 Địa chấn công trình ................................................................................................ 7 2.2 Hiện trạng sử dụng đất và xây dựng.......................................................................... 7 2.3 Hiện trạng hạ tầng xã hội và dân cư .......................................................................... 8 2.4 Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật ....................................................................................... 8 2.5 Định hướng khu dân cư ............................................................................................. 9 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NGẦM......................................................................................................... 10 3.1 Tổng quan về nước ngầm ........................................................................................ 10 3.2 Tổng quan về các thông số chất lượng nước ........................................................... 11 3.2.1 Các thông số đánh giá chất lượng nước ............................................................... 11 3.2.2 Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống ................................. 17 3.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước ngầm .................................................. 18 3.3.1 Đặt trưng của nước ngầm ..................................................................................... 18 3.3.2 Các thành phần của nước ngầm ........................................................................... 20 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Võ Đình Trung Thành MSSV:0811080039 3.3.3 Một số phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm sắt ............................................... 25 3.3.4 Một số công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Fe điển hình tại Việt Nam hiện nay ........................................................................................ 27 CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN, ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP CHO KHU DÂN CƯ – TÁI ĐỊNH CƯ TRÀ LONG – PHƯỜNG BA NGÒI – TP CAM RANH ....................................................................................... 29 4.1 Thành phần, tính chất nước ngầm tại phường Ba Ngòi .......................................... 29 4.2 Đề xuất công nghệ ................................................................................................... 30 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ ............................................................................................................................ 32 5.1 Tính toán công suất thiết kế cho hệ thống cấp nước ............................................... 32 5.2 Thiết kế các bộ phận của giàn mưa ......................................................................... 33 5.3 Tính toán bể lọc nhanh ............................................................................................ 38 5.4 Tính toán bể chứa ................................................................................................... 53 CHƯƠNG 6: KHÁI QUÁT ĐẦU TƯ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG ........................... 58 6.1 Chi phí xây dựng, thiết bị ....................................................................................... 58 6.2 Chi phí vận hành .................................................................................................... 59 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 60 Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Võ Đình Trung Thành MSSV: 0811080039 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TCVN : Tiêu Chuẩn Việt Nam QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCXD : Tiêu chuẩn xây dựng XLNC : Sử lý nước cấp Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Võ Đình Trung Thành MSSV: 0811080039 DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1 Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt. Bảng 3.2 Một số quá trình thường được sử dụng trong xử lý nước ngầm. Bảng 4.1 Một số chỉ tiêu chất lượng nước ngầm của một giếng khoan tại phường Ba Ngòi. Bảng 4.2 So sánh ưu nhược điểm của hai công nghệ xử lý. Bảng 5.1 Lượng nước phục vụ cho khu dân cư. Bảng 5.2 Chọn lớp vật liệu lọc. Bảng 5.3 Chiều cao lớp đỡ. Bảng 5.4 Bảng tổng hợp nhu cầu dùng nước. Bảng 5.5 Bảng thể tích bể chứa. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 1 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề: Thành phố Cam ranh là đô thị loại 3 thuộc tỉnh Khánh Hòa, là trung tâm kinh tế phía Nam của tỉnh Khánh Hòa. Sau nhiều năm hình thành và phát triển theo đồ án quy hoạch được phê duyệt năm 1999, bộ mặt đô thị đã thay đổi rõ nét, nhiều công trình kiến trúc và hệ thống kỹ thuật được xây dựng. Quá trình đô thị hóa của thành phố Cam Ranh đã và đang diễn ra khá mạnh mẽ, dân số nội thị tăng nhanh, đời sống người dân ngày càng nâng cao việc hình thành các khu dân cư với đầy đủ tiện nghi, các dịch vụ công cộng và hạ tầng kỹ thuật hoàn chỉnh là cần thiết. Việc đưa sân bay Cam Ranh có tầm cỡ quốc gia và quốc tế đi vào hoạt động, phát triển khu du lịch phía Bắc bán đảo Cam Ranh và phát triển Ba Ngòi thành một cảng tổng hợp cũng đã tạo tiền đề cho đô thị Cam Ranh một định hướng phát triển mới. Vì vậy việc xây dựng khu dân cư - tái định cư Trà Long - Ba Ngòi là cần thiết, góp phần phát triển không gian đô thị, giải quyết nhu cầu bố trí tái định cư của người dân góp phần đáp ứng nhu cầu cấp bách của các hộ dân bị giải tỏa tại các dự án xây dựng trong thành phố, giảm áp lực về việc bố trí tái định cư và tạo điều kiện đất sạch để triển khai thực hiện đầu tư xây dựng, cơ sở hạ tầng cho các dự án được thuận lợi, đúng tiến độ đề ra nhằm thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội của phường Ba Ngòi nói riêng và toàn thành phố Cam Ranh nói chung. Cùng với việc xây dựng khu dân cư – tái định cư Trà Long thì nhu cầu về một nguồn nước sạch và đạt tiêu chuẩn cũng được đặt ra. Do đó, việc đầu tư xây dựng một trạm xử lý nước cấp cho khu dân cư – tái định cư Trà Long là một yêu cầu cấp thiết cần tiến hành đồng thời với quá trình xây dựng khu dân cư hướng tới mục tiêu phát triển và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 2 MSSV:0811080039 1.2. Mục tiêu đề tài Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho khu dân cư - tái định cư Trà Long - Ba Ngòi với công suất 800 m3/ngày đêm. 1.3. Đối tượng và phạm vi nguyên cứu 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu. Công nghệ xử lý nước cấp cho loại hình khu dân cư. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài giới hạn trong việc tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp cho khu dân cư - tái định cư Trà Long- Ba Ngòi. 1.4. Nội dung đề tài Xác định đặc tính nước cấp: Lưu lượng, thành phần, tính chất nguồn nước cung cấp cho khu vực nghiên cứu. Lựa chọn và đề xuất dây truyền công nghệ xử lý nước phù hợp với yêu cầu. Tính toán thiết kế các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước ngầm. Dự toán chi phí xây dựng và chi phí vận hành trạm xử lý nước. 1.5. Phương pháp thực hiện - Phương pháp thu thập số liệu: Thu thập số liệu về khu dân cư, tái định cư, tìm hiểu thành phần, tính chất nước ngầm và các số liệu cần thiết khác. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu những công nghệ xử lý nước ngầm cho các khu dân cư trong các tài liệu chuyên ngành. - Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu: Thống kê, tổng hợp số liệu thu thập và phân tích để đưa ra công nghệ xử lý phù hợp. - Phương pháp so sánh: So sánh ưu, nhược điểm của công nghệ xử lý hiện có và đề xuất công nghệ xử lý nước ngầm phù hợp. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 3 MSSV:0811080039 - Phương pháp toán: Sử dụng công thức toán học để tính toán các công trình đơn vị trong hệ thống xử lý nước ngầm, dự toán chi phí xây dựng, vận hành trạm xử lý. - Phương pháp đồ họa: Dùng phần mềm AutoCad để mô tả kiến trúc công nghệ xử lý nước ngầm. 1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Xây dựng trạm xử lý nước ngầm đạt quy chuẩn Việt Nam giải quyết được vấn đề nước sạch cho khu dân cư. Góp phần nâng cao ý thức về vệ sinh môi trường và nước sạch cho người dân cũng như Ban quản lý khu dân cư. Khi trạm xử lý hoàn thành và đi vào hoạt động sẽ là nơi để các doanh nghiệp, sinh viên tham quan, học tập. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 4 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ KHU DÂN CƯ- TÁI ĐỊNH CƯ TRÀ LONG - BA NGÒI. 2.1. Điều kiện địa lý 2.1.1. Vị trí địa lý Vị trí khu đất: Tọa lạc tại khóm Trà Long, phường Ba Ngòi, thành phố Cam Ranh. Là khu dân cư mới và tái định cư cùng một số công trình công cộng bố trí mới. Khu đất có quy mô 359100 ha, với vị trí như sau: - Phía Bắc giáp : Khu dân cư tổ 3, khóm Trà Long, phường Ba Ngòi. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 5 MSSV:0811080039 - Phía Đông giáp : Tuyến đường sắt Thống Nhất và Lạch Cầu 3. - Phía Nam giáp : Tuyến đường sắt Thống Nhất và Quốc lộ 1. - Phía Tây giáp : Núi Sạn. 2.1.2. Địa hình khu vực Khu vực nghiên cứu nằm dưới chân núi Sạn có địa hình tương đối phức tạp, hướng dốc địa hình chủ yếu từ Tây sang Đông với nhiều ao trũng, vườn cây và đất trống… Điểm cao nhất: +25.16m Điểm thấp nhất: -1.21m 2.1.3. Điều kiện khí hậu khu vực a. Nhiệt độ Nhiệt độ không khí trung bình năm 26,90 C. Nhiệt độ trung bình cao nhất 28,80 C. Nhiệt độ không khí trung bình thấp nhất là 24,30C. b. Nắng Tại Cam Ranh có tổng số giờ nắng trung bình năm là 2.658 giờ ( tháng 3 cao nhất có 290 giờ, tháng 11 thấp nhất 166 giờ). Tổng số ngày không có nắng trung bình năm 15,3 ngày. Số ngày không có nắng ở Cam Ranh rất ít, trong đó tháng mùa mưa và tháng 4 đạt 3,0-3,2 ngày và những tháng còn lại hầu hết dưới 1 ngày. c. Mưa Thời gian mưa ngắn, chỉ trong 3 tháng bắt đầu từ tháng 9 và kết thúc vào tháng 12, lượng mưa chiếm 70% lượng mưa cả năm. Tổng lượng mưa trung bình năm 1.187mm. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 6 MSSV:0811080039 Số ngày mưa trung bình năm là 97 ngày. Lượng mưa ngày lớn nhất trung bình năm là 163,7mm. d. Lượng bốc hơi Lượng bốc hơi trung bình năm là 1.586mm bằng 1,34 lần lượng mưa cả năm. Trong đó lớn nhất là tháng 7 và tháng 8. e. Độ ẩm Độ ẩm tuyệt đối trung bình năm 219g/m3. Độ ẩm tương đối trung bình năm 76%. Độ ẩm thấp nhất 28%. 2.1.4. Thủy văn Phía Tây Nam thành phố sông Tà Dục, sông có dòng chảy quanh năm, lưu lượng mùa kiệt 1501/s. Sông có đặc điểm ngắn, dốc, cửa sông chịu ảnh hưởng của thủy triều, nước sông bị nhiễm mặn, mặt cắt sông bị lấn chiếm làm đìa tôm nên vào mùa mưa gặp nhiều triều cường sông thường gây ngập lụt cho khu vực Ba Ngòi từ đường sắt trở ra. Mức độ ngập 0,4+1,2m ảnh hưởng lớn tới giao thông và sinh hoạt. Gần đây cầu Trà Long đã được cải tạo nâng cao ( 3,7÷4,0m) nên mức độ ngập úng đã được cải thiện một phần. Diện tích lưu vực sông: 77km2. Lưu lượng mùa kiệt: 1501/s. Chế độ triều của vùng biển Khánh Hòa là nhật triều không đều ( số ngày nhật triều là 22 ngày và bán nhật triều là 18 ngày), thời gian triều dâng kéo dài hơn triều rút. Vịnh Cam Ranh là một vịnh nhỏ, kín gió nhưng độ sâu trung bình tương đối lớn 15m. Sự trao đổi nước trong vịnh chủ yếu thông qua một cửa rất hẹp và sâu. Tốc độ dòng Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 7 MSSV:0811080039 chảy trung bình khoảng 30cm/s. Vịnh Cam Ranh – đầm Thủy Triều có độ mặn đạt cực đại 34,30% vào mùa hè, còn nhiệt độ thì có giá trị tương tự giữa mùa hè và mùa đông do trong mùa hè chịu ảnh hưởng khá lớn của vùng nước trồi mạnh Nam Trung Bộ với sự xâm nhập của khối nước lạnh và nước mặn từ các tầng sâu lên mặt đất. Mức nước cục đại của thủy triều là 2,0m. Mức nước trung bình của thủy triều là 1,28m. Mức nước thủy triều nhỏ nhất 0,5m. 2.1.5. Địa chất công trình Qua tham khảo tài liệu địa chất của một số mũi khoan tại khu vực, sơ bộ nhận xét địa chất của khu vực thiết kế: loại đất đỏ vàng trên nền đá Granit có thành phần cơ giới chủ yếu là đất thịt nhẹ và trung bình, khả năng giữ nước kém. Nhìn chung điều kiện địa chất của khu vực thiết kế là tương đối thuận lợi. Tuy nhiên khi xây dựng cần khảo sát cụ thể tại vị trí công trình để có giải pháp thích hợp đối với móng và cần lưu ý hơn các vị trí khe tụ thủy. 2.2. Hiện trạng sử dụng đất và xây dựng Đất đai trong khu vực nghiên cứu chủ yếu phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, gồm đất trồng cây ăn quả, trồng lúa- cây ngắn ngày, và đất trống… Trong đó: - Đất nhà ở: 0.41 ha chiếm 1.14%. - Đất trồng cây ăn quả: 5.48 ha chiếm 15.26%. - Đất trồng hoa màu: 0.14 ha chiếm 0.39%. - Đất trồng bạch đàn: 0.04 ha chiếm 0.11%. - Đất bụi rậm: 3.03 ha chiếm 1.20%. - Đất nghĩa trang: 0.43 ha chiếm 1.20%. - Đất trống: 23.81 ha chiếm 66.32%. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 8 MSSV:0811080039 - Đường giao thông: 0.91 ha chiếm 2.53%. - Mặt nước: 1.65 ha chiếm 4.60%. 2.3. Hiện trạng hạ tầng xã hội và dân cư Nhà ở: hiện có 99 căn nhà, trong đó: - Nhà tole: 57 căn. - Nhà gạch: 42 căn. Mộ: hiện có 98 ngôi mộ nằm rải rác trong khu vực quy hoạch. 2.4. Hiện trạng hạ tầng kỹ thuật - Đường bộ: Hiện trạng khu đất quy hoạch có đường đất đỏ hướng từ phía Nam ( nối với Quốc lộ 1) lên phía Bắc rộng khoảng 5m. - Đường sắt: Hiện trạng có tuyến đường sắt Thống Nhất tiếp giáp phía Đông và Đông Nam khu đất quy hoạch. - Thoát nước: Hệ thống thoát nước mưa và nước thải sinh hoạt trong khu vực dân cư hiện trạng chưa được đầu tư xây dựng, nước mưa và nước thải chảy trực tiếp ra kênh rạch. - Cấp nước: Khu vực dân cư hiện trạng chưa có nước máy để sinh hoạt, chỉ sử dụng kết hợp hai nguồn nước là nước mặt tại kênh rạch và nước ngầm từ giếng khoan để sinh hoạt và sản xuất. - Cấp điện: Hiện trạng có đường dây cao thế chạy cắt ngang khu đất quy hoạch và hiện nay người dân trong khu vực sử dụng nguồn điện lưới quốc gia từ hệ thống đường dây trung hạ thế chạy cặp theo Quốc lộ 1. - Vệ sinh môi trường: Do chưa có điểm thu gom rác nên rác thải sinh hoạt thường được người dân đốt hoặc chon lấp tại hộ gia đình gây nên ô nhiễm môi trường và nguồn nước mặt. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 9 MSSV:0811080039 2.5. Định hướng khu dân cư Việc quy hoạch Khu dân cư- Tái định cư Trà Long- Ba Ngòi nhằm mang đến một môi trường sống tiện nghi – an lành cho cư dân tại khu vực nghiên cứu quy hoạch là tương đối phức tạp và khó khăn. Tuy nhiên, việc quy hoạch Khu dân cư này được thực hiện sẽ khai thác hiệu quả quỹ đất hiện có, giải quyết nhu cầu đất ở của nhân dân và bố trí tái định cư cho các hộ bị giải tỏa bởi các dự án trong địa phương; đồng thời để đầu tư cơ sở hạ tầng một cách đồng bộ với các dự án liền kề, đáp ứng nhu cầu phát triển trong tương lai của đô thị thị xã Cam Ranh. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 10 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC NGẦM 3.1. Tổng quan về nước ngầm Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét hay vài trăm mét. Đối với các hệ thống cấp nước tập trung quy mô nhỏ và vừa thì nguồn nước ngầm thường được lựa chọn nếu thành phần không quá xấu. Bởi vì các nguồn nước mặt thường hay bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Trong khi đó, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt xét trên các khía cạnh độ đục và vệ sinh của nước. Ngoài ra, các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những thành phần gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hóa và sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có sinh hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hòa tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa thấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị ô nhiễm, nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và đông vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hóa học và việc sử dụng phân bón hóa học… tất cả những loại chất thải đó theo thời gian sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hóa chất độc hại như kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ các chất phóng xạ. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 11 MSSV:0811080039 3.2. Tổng quan về các thông số chất lượng nước 3.2.1. Các thông số đánh giá chất lượng nước 3.2.1.1. Các chỉ tiêu vật lý a. Độ đục Nước nguyên chất là một môi trường trong suốt và có khả năng truyền ánh sáng tốt, nhưng khi trong nước có tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, các vi sinh vật và cả các hóa chất hòa tan thì khả năng truyền ánh sáng của nước giảm đi. Dựa trên nguyên tắc đó mà người ta xác định độ đục của nước. - Có nhiều đơn vị đo độ đục, thường dùng : mg SiO2/1, NTU,FTU. - Nước cấp cho ăn uống độ đục không vượt quá 5 NTU. Nước mặt thường có độ đục 20 – 100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500-600 NTU. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp nước thấy được gọi là độ trong, ở độ sâu đó người ta có thể đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Đối với nước sinh hoạt độ sâu phải lớn hơn 30 cm. b. Mùi, vị của nước Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi vị. Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hoặc mùi đặc trưng của các hóa chất hòa tan trong nó như mùi clo, ammoniac, sunfua hydro… Nước có thể có vị mặn, ngọt, chát… tùy theo thành phần và hàm lượng muối hòa tan trong nước. c. Hàm lượng chất rắn trong nước Gồm có chất rắn vô cơ ( các muối hòa tan, chất rắn không tan như huyền phù đất, cát…), chất rắn hữu cơ ( gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo và các chất rắn hữu cơ vô sinh như phân rác, chất thải công nghiệp…). Trong xử lý nước khi nói đến hàm lượng chất rắn, người ta đưa ra các khái niệm: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 12 MSSV:0811080039 -Tổng hàm lượng lơ lửng TSS( Total Suspended Solid) là trọng lượng khô tính bằng miligam của phần còn lại sau khi bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 1030C tới khi có trọng lượng không đổi, đơn vị là mg/l. -Cặn lơ lửng SS( Suspended Solid), phần trọng lượng khô tính bằng miligam của phần còn lại trên giấy lọc khi 1 lít mẩu nước qua phễu, sấy khô ở 1030C-1050C tới khi có trọng lượng không đổi, đơn vị là mg/l. -Chất rắn hòa tan DS( Disolved Solid) bằng hiệu giữa tổng lượng cặn lơ lửng TSS và cặn lửng SS. DS = TSS – SS -Chất rắn bay hơi VS( Volatile Solid) là phần mất đi khi nung ở 5500C trong một thời gian nhất định. Phần mất đi là chất rắn bay hơi, phần còn lại là chất rắn không bay hơi. 3.2.1.2. Các chỉ tiêu hóa học a. 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. Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hòa tan trong nước, pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả các quá trình xử lý nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường. b. Độ kiềm Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion dicacbonat, cacbonat, hydroxyl và các anion của các muối axit yếu. Do hàm lượng các muối này rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO2 tự do có trong nước. Độ kiềm chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Để xác định độ kiềm dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric. c. Độ cứng của nước Là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước. Trong xử lý nước thường phân biệt ba loại độ cứng: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 13 MSSV:0811080039 -Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi,magie có trong nước. -Độ cứng tạm thời: biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi, magie có trong các muối cacbonat ( hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magie) có trong nước. -Độ cứng vĩnh cửu: biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi, magie trong các muối axit mạnh của canxi và magie. Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do canxi và magie phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Trong sản xuất, nước cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. d. Các hợp chất nitơ Là kết quả của quá trinh phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, các chất thải và các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này thường tồn tại dưới dạng ammoniac, nitric, nitrar và cả dạng nguyên tố nitơ ( N2). Tùy theo mức độ có mặt của các hợp chất nitơ mà ta có thể biết được mức độ ô nhiễm của nguồn nước. Khi nước mới bị nhiễm bẩn bởi phân bón hoặc nước thải, trong nguồn nước có NH3, NO2, NO3. Sau một thời gian NH3, NO2 bị oxy hóa thành NO3. Nếu nước chứa NH3 và nitơ hữu cơ thì coi như nước mới bị nhiễm bẩn và nguy hiểm. Nếu nước chủ yếu có NO3 thì quá trình oxy hóa đã kết thúc. Ở điều kiện yếm khí NO3 sẽ bị khử thành N2 bay lên. Amoniac là chất gây nhiễm độc trầm trọng cho nước, gây độc cho loài cá. Việc xử dụng rộng rãi các nguồn phân bón hóa học cũng làm cho hàm lượng amoniac trong nước tự nhiên tăng lên. Trong nước ngầm và nước đầm lầy hay gặp NO3 và amoniac hàm lượng cao. Nếu trong nước uống chứa hàm lượng cao NO3 thường gây bệnh xanh xao ở trẻ nhỏ có thể dẫn đến tử vong. e. Clorua Tồn tại ở dạng Cl-, ở nồng độ cho phép không gây độc hại, nồng độ cao(>250mg/l) nước có vị mặn. Nguồn nước ngầm có thể có hàm lượng clo lên tới Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 14 MSSV:0811080039 500÷1000mg/l. Sử dụng nước có hàm lượng clo cao có thể gây bệnh thận. Nước chứa nhiều ion Cl- có tính xâm thực đối với bêtông. Ion Cl- có trong nước do sự hòa tan muối khoáng, do quá trình phân hủy các chất hữu cơ. f. Các hợp chất của axit silic Trong thiên nhiên thường có các hợp chất của axit silic, mức độ tồn tại của chúng phụ thuộc vào độ pH của nước. Ở pH< 8-11 silic chuyển hóa dạng HSiO3, các hợp chất này có thể tồn tại dạng keo hay dạng ion hòa tan. Sự tồn tại của các hợp chất này gây lắng đọng cặn silicat trên thành ống, nồi hơi, làm giảm khả năng vận chuyển và khả năng truyền nhiệt. g. Sunfat SO42- Ion sunfat thường có nguồn gốc khoáng chất hay nguồn gốc hữu cơ.Nước có hàm lượng sunfat hơn 250mg/l có tính độc hại cho sức khỏe người sử dụng. h. Sắt và mangan Trong nước ngầm sắt tồn tại ở dạng Fe2+, kết hợp với gốc SO42-, Cl-. Đôi khi tồn tại dưới dạng keo của axit humic hoặc silic. Khi tiếp xúc với oxy không khí tạo ra Fe3+ dễ kết tủa màu nâu đỏ. Nước mặt thường chứa sắt dạng Fe3+, tồn tại keo sở hữu cơ hoặc cặn huyền phù. Với hàm lượng sắt>0,5mg/l: nước có mùi tanh khó chịu, vàng quần áo, hỏng sản phẩm dệt. Mangan có trong nước ngầm dạng Mn2+. Nước có hàm lượng mangan khoảng 1mg/l sẽ gây trở ngại giống như khi sử dụng nước có hàm lượng sắt cao. Công nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước. Mangan thường gặp trong nước ngầm nhưng ít hơn sắt nhiều, ít khi lớn hơn 5 mg/l. k. Các hợp chất photpho Trong nước tự nhiên các hợp chất ít gặp nhất là photphat, khi nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi rác thải và các chất hữu cơ trong quá trình phân hủy, giải phóng ion PO43-, có thể tồn tại dưới dạng H2PO4-, HPO42-, PO42-, NA3(PO4)3. Photpho không thuộc loại độc hại với con người nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt động của bể lắng. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 15 MSSV:0811080039 l. Các hợp chất florua Nước ngầm ở giếng sâu hoặc ở các vùng đất có chứa cặn apatit thường có hàm lượng các hợp chất florua cao (2÷2,5mg/l), tồn tại dạng cơ bản là canxi florua và magie florua. Các hợp chất florua khá bền vững, khó bị phân hủy ở quá trình tự làm sạch. Hàm lượng florua trong nước cấp ảnh hưởng đến việc bảo vệ răng. Nếu thường xuyên dùng nước có hàm lượng florua lớn hơn 1,3mg/l hoặc nhỏ hơn 0,7mg/l đều dễ mắc bệnh loại men răng. m. Các chất khí hòa tan Các chất khí hòa tan thường gặp trong thiên nhiên là khí cacbonic, oxy và sunfurhydro. Trong nước ngầm khi pH<5,5 thì nước chứa nhiều CO2. Hàm lượng CO2 trong nước cao thường làm cho nước có tính ăn mòn bêtông ngăn cản sự tăng pH của nước. Trong nước ngầm khí H2S là sản phẩm của quá trình khử diễn ra trong nước. Nó cũng xuất hiện trong nước ngầm mạch nông khi nước ngầm nhiễm bẩn các loại nước thải. Hàm lượng khí H2S hòa tan trong nước nhỏ hơn 0,5mg/l đã tạo cho nước có mùi khó chịu và làm cho nước có tính ăn mòn kim loại. 3.2.1.3. Các chỉ tiêu vi sinh Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng, trong đó có các loại vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm là: kiết lị, thương hàn, dịch tả, bại liệt,… việc xác định sự có mặt của các vi trùng gây bệnh này thường rất khó khăn và mất nhiều thời gian. Trong thực tế việc xác định E.coli vi đặc tính của nó có khả năng tồn tại cao hơn các vi trùng gây bệnh khác. Do đó, sau khi xử lý, nếu trong nước không còn phát hiện thấy E.coli chứng tỏ các loài vi trùng khác cũng đã bị tiêu diệt, mặt khác cũng đã bị tiêu diệt, mặt khác việc xác định loại vi khuẩn này đơn giản và nhanh chóng. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 16 MSSV:0811080039 a. Vi trùng gây bệnh Vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước trong sinh hoạt. Các sinh vật này vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần vật chủ để sống kí sinh phát triển và sinh sản. Một số vi khuẩn gây bệnh sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tang. - Vi khuẩn: Các loại vi khuẩn trong nước thường gây các bệnh về đường ruột như: + Vi khuẩn Shigella spp: chủ yếu gây nên các triệu chứng lỵ. Biểu hiện bệnh từ tiêu chảy nhẹ đến nghiêm trọng như đi tiêu ra máu, mất nước, sốt cao và bị co rút thành bụng. Các triệu chứng này có thể kéo dài 12-14 ngày thậm chí hơn. + Vi khuẩn Salmonella typhii: gây sốt thương hàn. + Vi khuẩn Vibrio cholera: tác nhân gây nên các vụ dịch tả trên toàn thế giới. Dịch tả gây bởi Vibrio cholera thường được lan truyền rất nhanh qua đường nước. - Virus: Các bệnh do virus gây ra thường mang tính triệu chứng và cấp tính với giai đoạn mắc bệnh tương đối ngắn, virus sinh sản với mức độ cao, liều lây nhiễm thấp và giới hạn động vật chủ. Gồm: + Virus Adenovirus bệnh khuẩn xâm nhập từ khí quản: virus đậu mùa, thủy đậu, virus zona,… + Virus Poliovirus: virus bại liệt. + Hepatitis- A Virus ( HAV ): virus viêm gan siêu vi A. + Reovirus, rotavirus, Norwalk virus: viêm dạ dày ruột. - Động vật đơn bào ( protozoa): Các loại động vật đơn bào dễ dàng thích nghi với điều kiện bên ngoài nên chúng tồn tại rất phổ biến trong nước tự nhiên. Trong điều kiện môi trường không thuận lợi, các loại động vật đơn bào thường thường tạo lớp vỏ kén bao bọc (cyst), rất khó tiêu diệt trong quá trình khử trùng. Vì vậy thông thường trong quá trình xử lý nước sinh hoạt cần có công đoạn lọc để loại bỏ các động vật đơn bào có dạng vỏ kén này. + Giardia spp: nhiễm trùng đường ruột. + Cryptosridium spp: gây bệnh thương hàn, ỉa chảy. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 17 MSSV:0811080039 Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm rác bẩn, phân người và động vật. Trong người và động vật thường có vi khuẩn E. coli sinh sống và phát triển. Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân ra môi trường. Sự có mặt của E.coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít phụ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn. Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác. Do đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nước qua việc xác định số lượng E.coli đơn giản và nhanh chóng. Do đó vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đạc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước. b. Các loại rong tảo Rong tảo phát triển trong nước làm nước bị nhiễm bẩn hữu cơ và làm cho nước có màu xanh. Nước mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống trong đó có loại gây hại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào. Hai loại tảo này khi phát triển trong đường ống có thể gây tắc nghẽn đường ống đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn do quá trình hô hấp thải ra khí cacbonic. 3.2.2. Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống Người ta thường sử dụng nước mặt và nước ngầm để cấp nước uống và sinh hoạt . Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước bề mặt do ít thay đổi hơn theo thời gian và thời tiết, dây chuyền công nghệ cũng đơn giản hơn, cần ít hóa chất hơn và chất lượng sau xử lý cũng tốt hơn. Tuy nhiên nguồn nước ngầm không phải là vô thời hạn nên nếu chỉ sử dụng nước ngầm thì đến lúc nào đó sẽ gây ảnh hưởng xấu đến địa tầng của khu vực. Nước sau xử lý cần bảo đảm an toàn cho sử dụng. Các tiêu chuẩn, quy chuẩn cần phải bảo đảm an toàn về sức khỏe, mùi vị, thẩm mỹ, và phù hợp càng nhiều càng tốt các tiêu chuẩn quốc tế. Nước cấp sinh hoạt phải đảm bảo không có vi sinh vật gây bệnh, nồng Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 18 MSSV:0811080039 độ các chất độc, các chất gây bệnh mãn tính phải đạt tiêu chuẩn. Độ trong, độ mặn, mùi vị và tính ổn định phải cao. Một số quy chuẩn về nước ăn uống sinh hoạt được ban hành kèm theo Thong tư số 04:2009/BYT ngày 17 tháng 06 năm 2009 của Bộ Trưởng Bộ Y Tế như QCVN 01:2009/BYT, QCVN 02:2009/BYT… 3.3. Tổng quan về nước ngầm và các phương pháp xử lý nước ngầm 3.3.1 Đặc trưng của nước ngầm Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới đất, thường từ 30 – 40 m, 60 – 70 m có khi 120 – 150 m và cũng có khi tới 180m. Đối với các hệ thống cấp nước tập trung thì nguồn nước ngầm luôn là loại nguồn nước được ưa tiên lựa chọn nếu có thể. Bởi vì các nguồn nước mặt thường bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Trong khi đó, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lơ lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 19 MSSV:0811080039 Thông số Nước ngầm Nước mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và thay đổi theo mùa Chất khoáng hòa tan Ít thay đổi, cao hơn so với nước mặt Thay đổi tùy thuộc chất lượng đất, lượng mưa Hàm lượng Fe+, Mn+ Thường xuyên có trong nước Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát dưới đáy hồ Khí SO2 hòa tan Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0 Khí O2 hòa tan Thường không tồn tại Gần như bão hòa Khí NH3 Thường có Có khi nguồn nước bị nhiễm bẩn Khí H2S Thường có Không có SiO2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình NO3- Có ở nồng độ cao, do bị nhiễm bẩn bởi phân bón hóa học Thường rất thấp Vi sinh vật Chủ yếu là các vi trùng sắt gây ra Nhiều loại vi trùng gây bệnh và tảo Bảng 3.1. Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 20 MSSV:0811080039 Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phân bón hoá học…Tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ. 3.3.2 Các thành phần của nước ngầm Thành phần chất lượng của nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nước ngầm, cấu trúc địa hình của khu vực và chiều sâu địa tầng nơi khai thác nước. Ở các khu vực được bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nước ngầm nói chung được đảm bảo về mặt vệ sinh và chất lượng khá ổn định. Người ta chia làm 2 loại khác nhau: Nước ngầm hiếu khí Thông thường nước có oxy có chất lượng tốt, có trường hợp không cần xử lý mà có thể cấp trực tiếp cho người tiêu thụ. Trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như H2S, CH4, NH4+… Nước ngầm yếm khí Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 21 MSSV:0811080039 Trong quá trình nước thấm qua các tầng đá, oxy bị tiêu thụ. Khi lượng oxy hòa tan trong nước bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+, Mn2+ sẽ được tạo thành. Mặt khác các quá trình khử NO3- → NH4+; SO42- → H2S; CO2 → CH4 cũng xảy ra. 3.3.2.1 Các ion trong nước ngầm Ion canci Ca2+ Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật. Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO2 + H2O ® H2CO3 Axit yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxi cacbonat tạo ra ion Ca2+ 2H2CO3 + 2CaCO3 ® Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3- Ion magie Mg2+ Nguồn gốc của các ion Mg2+ trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silicat và CaMg(CO3)2, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí CO2. Sự có mặt Ca2+ và Mg2+ tạo nên độ cứng của nước. Ion natri Na+ Sự hình thành của Na+ trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O ® Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3 Na+ cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na2SO4 là những muối có độ hòa tan lớn trong nước biển. Ion NH4+ Các ion NH4+ có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp, chất thải chăn nuôi, phân bón hóa học và quá trình vận động của nitơ. Ion bicacbonat HCO3- Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 22 MSSV:0811080039 Được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan đá vôi khi có mặt khí CO2 CaCO3 + CO2 + H2O ® Ca2+ + 2HCO3- Ion sunfat SO42- Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hóa FeS2 trong điều kiện ẩm với sự có mặt của O2 2FeS2 + 2H2O + 7O2 ® 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ Ion clorua Cl- Có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt. Ion sắt Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+, kết hợp với gốc bicacbonat, sunfat, clorua, đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic. Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước trong điều kiện yếm khí sau: 4Fe(OH)3 + 8H+ ® 4Fe2+ + O2 + 10H2O Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa, ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.Vì vậy, khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung. Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hữu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất sunfat và clorua. Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thoáng khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hóa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxyt sắt hóa trị III. 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O ® 4Fe(OH)3¯ + 8CO2­ Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 23 MSSV:0811080039 Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Trên giàn làm nguội, trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa thành sắt hóa trị III, tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước. Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước đó dùng làm nước cấp cho các nồi hơi. Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt, giấy, sản xuất phim ảnh…. Nước có chứa ion sắt, khi trị số pH < 7,5 là điều kiện thuận lợi để vi khuẩn sắt phát triển trong các đường ống dẫn, tạo ra cặn lắng gỗ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năng vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống. Ion mangan Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do vậy việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt. Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ các tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau: 6MnO2 + 12H+ ® 6Mn2+ + 3O2 + 6H2O Mangan II hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạng hyđroxyt kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O ® 2Mn(OH)4¯ + 4H+ + 4HCO3- Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hyđroxyt sắt sớm hơn vì sắt dễ bị oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy hòa tan trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan. Cặn mangan hóa trị cao là chất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt. Cặn hyđroxyt mangan hóa trị IV Mn(OH)4 có màu hung đen. Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình là do hợp chất sắt và mangan tạo nên. Vì vậy, tùy thuộc vào tỷ số của chúng, cặn có thể có mà từ hung đỏ đến màu nâu đen. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 24 MSSV:0811080039 Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5 mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0,1 mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng giống như trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao. 3.3.2.2 Các chất khí hòa tan trong nước ngầm v O2 hòa tan Tồn tại rất ít trong nước ngầm. Tùy thuộc vào nồng độ của khí oxy trong nước ngầm, có thể chia nước ngầm thành 2 nhóm chính sau: + Nước yếm khí: trong quá trình lọc qua các tầng đất đá, oxy trong nước bị tiêu thụ, khi lượng oxy bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+, Mn2+ sẽ tạo thành nhanh hơn. + Nước dư lượng oxy hòa tan: trong nước có oxy sẽ không có các chất khử như NH4+, H2S, CH4. Đó chính là nước ngầm mạch nông. Thường khi nước có dư lượng oxy sẽ có chất lượng tốt. Tuy nhiên, nước ngầm mạch nông phụ thuộc nhiều vào nguồn nước mặt, nếu nước mặt bị ô nhiễm thì nó cũng sẽ bị ảnh hưởng. v H2S Hyđrosunfua được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn 2SO42- + 14H+ + 8e- ® 2H2S + 2H2O + 6OH- v Metan CH4 và khí CO2 Được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn: 4C10H18O10 + 2H2O ® 21CO2 + 19CH4 Nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc và các vị trí địa lý của nguồn nước, thành phần các tầng đất đá trong khu vực, độ hòa tan của các hợp chất trong nước, sự có mặt của các chất dễ bị phân hủy bằng sinh hóa trong chất đó. Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người như phân bón, chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật. Do Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 25 MSSV:0811080039 vậy các khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần phải được bảo vệ cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước. Để bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ và quản lý, bố trí các nguồn thải ở khu vực xung quanh. Tóm lại, trong nước ngầm có chứa các cation chủ yếu là Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, NH4+ và các anion HCO3-, SO42-, Cl-. Trong đó các ion Ca2+, Mg2+ chỉ tồn tại trong nước ngầm khi nước này chảy qua tầng đá vôi. Các ion Na+, Cl-, SO42- có trong nước ngầm trong các khu vực gần bờ biển, nước bị nhiễm mặn. Ngoài ra, trong nước ngầm có thể có nhiều nitrat do phân bón hóa học của người dân sử dụng quá liều lượng cho phép. Thông thường thì nước ngầm chỉ có các ion Fe2+, Mn2+, khí CO2, còn các ion khác đều nằm trong giới hạn cho phép của TCVN đối với nước cấp cho sinh hoạt. 3.3.3 Một số phương pháp xử lý nước ngầm nhiễm sắt Tùy thuộc vào hàm lượng Fe2+ có trong nước ngầm mà người ta lựa chọn các phương pháp khử sắt khác nhau: 3.3.3.1 Làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ Làm thoáng đơn giản trên bề mặt lọc: dàn phun nước cao 0.7m, lỗ phun đường kính 5-7 mm; lưu lượng 10m3/m2h. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng =40 % lượng oxy hòa tan bão hòa ( ở 25oC lượng oxy bão hòa =8.4 mg/l). Làm thoáng bằng dàn mưa tự nhiên: dàn một bậc hay nhiều bậc với sàn rải xỉ hoặc tre gỗ. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng=55% lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lượng CO2 giảm 50%. Làm thoáng cưỡng bức: tháp làm thoáng cưỡng bức lưu lượng 30 – 40 m3/h, lượng không khí tiếp xúc 4 – 6 m3/m3 H2O. Lượng oxy hòa tan sau làm thoáng = 70% lượng oxy hòa tan bão hòa. Hàm lượng CO2 giảm 75%. Trong nước ngầm, ngoài Fe2+ còn có HS-, S2- (H2S) có tác dụng khử đối với sắt nên ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa sắt. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 26 MSSV:0811080039 2H2S + O2 → 2S + 2H2O Nếu trong nước có oxy hòa tan thì phản ứng oxy hóa S2- xảy ra trước sau đó mới tiếp tục oxy hóa Fe2+ thành Fe3+. Vì vậy, ta tính toán lượng oxy cung cấp để đủ oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ để đạt tiêu chuẩn cấp nước. 3.3.3.2 Khử sắt bằng phương pháp dùng hóa chất Khử sắt bằng các chất oxi hóa mạnh Các chất oxi hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3…Khi cho các chất oxi hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn ra như sau: 2Fe2+ + Cl2 +6H2O = 2 Fe(OH)3 + 2Cl- + 6H+ 3Fe2+ + KMnO4 +7H2O = 3Fe(OH)3+ MnO2 + K+ + 5H+ Trong phản ứng, để oxy hóa 1 mg Fe2+, cần 0,64 mg Cl2 hoặc 0,94 mg KMnO4 và đồng thời độ kiềm của nước giảm đi 0,018 mgđl/l. So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóa mạnh phản ứng nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH < 6). Nếu trong nước tồn tại các hợp chất như: H2S, NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt. Khử sắt bằng vôi Phương pháp khử sắt bằng vôi thường không đứng độc lập, mà kết hợp với các quá trình làm ổn định nước hoặc làm mềm nước. Khi cho vôi vào nước, quá trình khử sắt xảy ra theo 2 trường hợp: Trường hợp nước có oxy hòa tan: vôi được coi là chất xúc tác , phản ứng khử sắt diễn ra như sau: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O +4Ca(OH)2 → 4Fe(OH)3↓ + 4 Ca(HCO3)2 Sắt (III) hydroxit được tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc. Trong trường hợp không có oxy hòa tan: khi cho vôi vào nước phản ứng diễn ra như sau: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 27 MSSV:0811080039 Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 → FeCO3 + CaCO3 +H2O. 3.3.4 Một số công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Fe điển hình tại Việt Nam hiện nay 3.3.4.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước tại trạm Qui Đức 2 huyện Bình Chánh + Sơ đồ công nghệ Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước tại trạm Quy Đức 2 huyện Bình Chánh. Giếng khoan Giàn mưa khử sắt Bể lọc Mạng lưới đạt QCVN 01:2009/BYT Bể chứa + khử trùng Clorine sông Cặn Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 28 MSSV:0811080039 3.3.4.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước tại trạm cấp nước Hà Lan xã Trường Bình, huyện cần Guộc + Sơ đồ công nghệ Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước tại trạm cấp nước Hà Lan xã Trường Bình, huyện cần Guộc Giếng khoan Bồn nâng pH Mạng lưới đạt QCVN 01:2009/BYT Bồn lọc áp lực Bể chứa nước sạch Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 29 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN, ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ PHÙ HỢP CHO KHU DÂN CƯ – TÁI ĐỊNH CƯ TRÀ LONG – PHƯỜNG BA NGÒI – TP CAM RANH 4.1. Thành phần, tính chất nước ngầm tại phường Ba Ngòi Các chỉ tiêu Kết quả phân tích QCVN 01:2009/BYT pH 6,25 6,5 – 8,5 Độ ôxy hóa (mg O2/l) 1 2 Cl- (mg/l) 44 250 NO2- (mg/l) KPH 3 NO3- (mg/l) 0,34 50 SO42- (mg/l) 46,4 250 PO43- (mg/l) KPH KQĐ Sắt tổng (mg/l) 5,59 0,5 Độ kiềm tổng (mg CaCO3/l) 126 KQĐ Độ cứng tổng (mg CaCO3/l) 118 300 Chất hữu cơ (mg/l) 0,96 KQĐ Coliform tổng (Khuẩn lạc/100ml) 0 KPH Bảng 4.1. Một số chỉ tiêu chất lượng nước ngầm của một giếng khoan tại phường Ba Ngòi (Nguồn: Phòng tài nguyên môi trường TP.Cam Ranh) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 30 MSSV:0811080039 4.2. Đề xuất công nghệ Phương án 1 Phương án 2 G giếng Bơm Cl Clo Nước ngầm Bể lọc nhanh Dàn mưa Trạm bơm cấp I Bể chứa nước sạch Mạng cấp nước Trạm bơm cấp II Xả cặn Thùng quạt gió Lắng tiếp xúc Lọc hai lớp Bể chứa Hố thu cặn Nước ngầm Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 31 MSSV:0811080039 STT Các chỉ tiêu so sánh Phương án 1 Phương án 2 1 Hàm lượng sắt của nguồn < 25 mg/l < 25 mg/l 2 Khả năng lắng Tốt Tốt 3 Chi phí xây dựng Thấp Tương đối 4 Khả năng vận hành Đơn giản Đơn giản 5 Độ bền của công trình Cao Cao 6 Diện tích mặt bằng trạm Nhỏ Tương đối 7 Mỹ quan Tốt Tốt Bảng 4.2. so sánh ưu nhược điểm của hai công nghệ xử lý Sau khi phân tích ưu nhược điểm của hai dây chuyền công nghệ khử sắt như trên ta thấy phương án 1 là phương án phù hợp nhất cho trạm xử lý này vì hàm lượng sắt trong nước nguồn không cao. Các hạng mục công trình ít làm giảm chi phí xây dựng và diện tích mặt bằng . Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 32 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ 5.1. Tính toán công suất thiết kế cho hệ thống cấp nước à . à = ∑ . . 1000 + Trong đó: qn : tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt (lấy theo bảng 3.1/5 TCXD 33:2006) Nn: số dân tính toán ứng với tiêu chuẩn cấp nước qn fn: tỷ lệ dân được cấp nước (lấy theo bảng 3.1/5 TCXD 33:2006) D: lượng nước phục vụ công cộng, dịch vụ, công nghiệp, thấp thoát, nước cho trạm xử lý nước và lượng nước dự phòng( lấy 5-10% tổng lượng nước phục vụ ăn uống) Bảng 5.1 lượng nước phục vụ cho khu dân cư Tiêu chuẩn nước sinh hoạt (a) Tỷ lệ dân được cấp nước (a’) Nước công trình công cộng (b) Nước tưới cây, rửa đường (c) Nước thất thoát (d) 120 l/người.ngày 85% 25%x a 10%x a 25%x (a+b+c) - Nước dự trữ phòng cháy, chữa cháy cho 2 đám cháy xảy ra trong 3h với lưu lượng 20l/s = 216 m3 - Nước dự phòng : 10% x a - Số dân Nn= 4000 dân - Nước dung ăn uống sinh hoạt: = ∗ ∗ . = 408 à - Nước công trình công cộng: = 0.25 ∗ = 0.25 ∗ 408 = 102 à - Nước tưới cây rửa đường: = 0.1 ∗ = 0.1 ∗ 408 = 40,8 à - Nước thất thoát: = 0.25 ∗ ( + + ) = 0.25 ∗ (408 + 102 + 40.8) = 137,7 / à - Nước dự phòng: = 0.1 ∗ = 0.1 ∗ 408 = 40.8 / à Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 33 MSSV:0811080039 → = 102 + 40,8 + 137,7 + 40,8 = 321,3 / à → à . = 408 + 321 = 729,3m3/ngày.đêm Chọn công suất trạm xử lý là 800 m3/ngày.đêm 5.2. Thiết kế các bộ phận của giàn mưa v Diện tích mặt bằng giàn mưa Diện tích mặt bằng giàn mưa được tính theo công thức: F = Qq (m ) Trong đó: Q - Lưu lượng nước xử lý (m3/h), Q = 33.33 (m3/h) qm - Cường độ phun mưa theo mục 6.246 TCXD 33-2006 nằm trong khoảng 10 - 15 (m3/m2.h), chọn qm = 10,5 (m3/m2.h) F = Qq = 33.3310,5 = 3.17(m ) Chọn kích thước giàn mưa a×b = 3.17×1(m) v Hệ thống phân phối nước của giàn mưa Dùng hệ thống phân phối bằng ống dạng xương cá gồm: ü Ống phân phối chính - Chọn vận tốc nước chảy trong ống theo mục 6.246 TCXD 33-2006 lấy từ 0,8 - 1,2 (m/s), chọn vc= 1(m/s). - Đường kính ống phân phối chính: D = 4 × Qv × pi = 4 × 33.331 × 3600 × pi = 0,108(m) = 108 (mm) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 34 MSSV:0811080039 Vậy chọn đường kính ống là D= 110mm và ống bằng nhựa PVC. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: v = 4 × Qpi × D = 4 × 33.33(m h)⁄pi × 0.11 × 3600 (s h⁄ ) = 0,974 (m s)⁄ Nằm trong giới hạn cho phép (0,8-1,2m/s). ü Ống nhánh - Trên các ống phân phối chính có các ống nhánh nối với ống phân phối chính theo hình xương cá. - Khoảng cách giữa các ống nhánh lấy theo mục 6.111 TCXD 33-2006 (250 -350 mm), chọn 250mm. - Số ống nhánh cần thiết: Số nhánh = Chiều rộng 0,25 × 2 = 10,25 × 2 = 8(nhánh) - Lưu lượng nước chảy trong ống nhánh: q á = Qs nhánh = 33.338 = 4.16 (m h)⁄ - Chọn tốc độ chảy trong ống nhánh theo mục 6.111 TCXD 33-2006 (từ 1,6- 2m/s), chọn vc = 1,9 (m/s) - Đường kính ống nhánh: D = 4 × qv × pi = 4 × 4.161,9 × 3600 × pi = 0,0272 (m) = 27 (mm) - Chọn D = 27 mm và ống được làm bằng nhựa PVC. Tính lại vận tốc nước chảy trong ống: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 35 MSSV:0811080039 v = 4 × qpi × D = 4 × 4.16(m h)⁄pi × 0,027 × 3600(s h)⁄ = 1,96 (m s)⁄ Nằm trong giới hạn cho phép (1,6-2m/s) -Tiết diện ngang của ống chính là: S = pi × D4 = pi × 0,114 = 0,0095(m ) - Được lấy từ 30 – 35% diện tích tiết diện ngang của ống (sách XLNC trang 141- Nguyễn Ngọc Dung ), chọn 35%. - Như vậy, tổng diện tích lỗ: S = 0,35% × S = 35% × 0,0095 = 3.325 × 10 (m ) - Đường kính lỗ phun mưa được lấy từ 5- 10mm (sách XLNC trang 170 – Nguyễn Ngọc Dung), chọn lỗ có đường kính 5 mm. - Diện tích mỗi lỗ phun là: S = pi × D4 = pi × 0,0054 = 1,96 × 10 (m ) - Tổng số lỗ phun mưa là: Số lỗ = ∑ SS = 3.325 × 10 1,96 × 10 = 169.6 lỗ = 170 (lỗ) - Số lỗ trên mỗi ống nhánh: Số lỗ trên mỗi nhánh = Tổng số lỗTổng số nhánh = 1708 = 21,25 lỗ = 22(lỗ) - Trên mỗi nhánh khoan 2 hàng lỗ so le nhau hướng ra 2 bên, hợp với phương ngang 1 góc 45o, mỗi lỗ có đường kính 5mm. Số lỗ trên 1 hàng của mỗi ống nhánh 22/2 = 11 (lỗ) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 36 MSSV:0811080039 - Chiều dài mỗi ống nhánh: l = Chiều dài giàn mưa − Đường kính ống phân phối chính2 = 3,17 − 0,112= 1.53(m) = 1530(mm) - Các lỗ được khoan sao cho tâm lỗ thứ nhất cách đầu ống nhánh 1 khoảng là 11mm, khoảng cách giữa 2 tim lỗ kề nhau trên mỗi hàng là: d = l − (2 × 11)Số lỗ − 1 = 1530 − (2 × 11)11 − 1 = 150,8 (mm) Nằm trong giới hạn cho phép (từ 150-200mm). v Hệ thống các sàn tung nước - Hệ thống sàn tung nước gồm có 3 sàn tung đặt cách nhau 0,9m và cách hệ thống phân phối nước 0,9m (theo mục 6.246 TCXD 33-2006) - Mỗi sàn tung bao gồm một tấm inox có kích thước dài × rộng × cao = 3,17m × 1m × 0,02m và lớp vật liệu tiếp xúc bằng than cốc dày 0,3m. - Chọn đường kính lỗ trên các tấm inox: nếu đường kính lỗ càng nhỏ thì số lỗ càng nhiều, hiệu quả làm thoáng càng cao. Tuy nhiên khi số lỗ quá dày dẫn đến tình trạng không khí khó khuếch tán vào trung tâm giàn mưa ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nên ta chọn đường kính của mỗi lỗ là 20mm. Khoảng cách giữa các lỗ là 61mm. Khoảng cách từ mép biên đến tâm lỗ thứ nhất là 55mm. - Số lỗ theo chiều dài 3,17m của tấm inox: Số lỗ theo chiều dài = 3,17 − (2 × 0,055)0,061 + 1 = 51,16 lỗ = 51( lỗ) -Số lỗ theo chiều rộng 1m của tấm inox: Khoảng cách từ mép biên đến tâm lỗ thứ nhất là 50mm. Số lỗ theo chiều rộng = 1m − (2 × 0,05m)0,06 + 1 = 16 lỗ -Tổng số lỗ trên mỗi sàn là 51 × 16 = 512 (lỗ) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 37 MSSV:0811080039 v Hệ thống ngăn nước và thu khí Để có thể thu oxy của khí trời, kết hợp với đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa, đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, người ta thiết kế hệ thống cửa chớp thu không khí. Theo sách Xử lý nước cấp của TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 171 thì hệ thống ngăn nước thu khí được thiết kế như sau: - Các cửa chớp bê tông cốt thép. - Góc nghiêng của cửa chớp với mặt phẳng khoảng 45o. - Khoảng cách giữa hai cửa chớp là 250mm và chiều rộng mỗi cửa là 300mm. - Các cửa chớp được thiết kế xung quanh toàn bộ xung quanh giàn mưa. v Hệ thống thu nước ü Sàn thu nước Sàn thu nước được đặt ở dưới đáy giàn mưa để hứng nước sau quá trình làm thoáng, có độ dốc 0,05 về phía ống xả cặn. Sàn được làm bằng bê tông cốt thép. Chiều dày bê tông có kích thước 200 mm. Bố trí một ống thu nước đặt dưới đáy sàn thu và tâm ống thu cao hơn mặt đáy sàn 0,2 m để ngăn cặn bẩn theo dòng nước vào các công trình phía sau. ü Ống thu nước - Bố trí ống dẫn nước đưa nước từ sàn tung xuống bể lọc với tốc độ là 0,8 – 1,2 m/s(theo mục 6.120 TCXD 33-2006) .Chọn v = 1 m/s. - Đường kính ống dẫn nước xuống bể lọc, chọn ống bằng nhựa PVC: D = 4 × qv × pi = 4 × 33.331 × 3600 × pi = 0,108 (m) = 108 (mm) Chọn đường kính là 110 mm. Kiểm tra lại vận tốc: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 38 MSSV:0811080039 v = 4qpiD = 4 × 33.33pi × 0,11 × 3600 = 0,97 (m s)⁄ (Nằm trong giới hạn cho phép 0,8-1,2 m/s) v Chiều cao dàn mưa Chiều cao giàn mưa được tính theo công thức: H = 2 × h + h + 3 × h + h Trong đó: h1 : Khoảng cách giữa 2 sàn tung kế tiếp nhau; h1 =0,9 (m). h2 : Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn tung đầu tiên ;h2 =0,9 (m). h3 : Bề dày của sàn tung ; h3 =0,02 (m). h4 : bề dày của máng thu nước bằng bê tông cốt thép; h4 =0,2 (m). H = 2 × 0,9 + 0,9 + 3 × 0,02 + 0,2 = 2,96 (m) 5.3. Tính toán bể lọc nhanh Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn sắt Fe(OH)3được tạo nên do Fe2+ bị oxy hóa bởi O2 sau làm thoáng. Chọn bể lọc nhanh có 2 lớp vật liệu lọc. Lớp vật liệu lọc ở phía trên có kích cỡ hạt lớn hơn nên độ rỗng lớn hơn làm cho sức chứa cặn bẩn của bể lọc tăng lên từ 2 – 2,5 lần so với bể lọc nhanh một lớp. Vì vậy khi cần ta có thể tăng tốc độ lọc của bể và kéo dài chu kì lọc của bể. Chọn vật liệu lọc Theo Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của Trịnh Xuân Lai trang ta chọn lớp vật liệu lọc như sau : Bảng 5.2. Chọn lớp vật liệu lọc Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 39 MSSV:0811080039 Bể lọc Đường kính hạt vật liệu lọc (mm) Hệ số không đồng nhất K Chiều cao lớp vật liệu lọc (m) Tốc độ tính toán (m/h) trong chế độ làm việc Tối thiểu Tối đa Tương đương Bình thường Tăng cường Bể lọc nhanh 0,5 0,7 0,9 1,2 1,5 1,8 0,7– 0,8 0,9- 0,1 1,1- 1,2 2- 2,2 1,8 -2 1,5 -1,7 700 1200-1300 1800-2000 6 8 10 7,5 10 12 Bể lọc 2 lớp cát và antraxit 0,5 0,8 1,2 1,8 0,8 1,1 2 2 400-500 400-500 10 12 ( Nguồn: xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, Trịnh Xuân Lai ) - Lớp phía dưới là cát thạch anh, có đường kính d=0,5÷1,2 (mm) có đường kính tương đương là dtd=0,8(mm). Hệ số không đồng nhất K=2. Chiều dày lớp cát lọc lấy bằng L1=500(mm). Độ rỗng là 50%. - Lớp phía trên là lớp than antraxit với đường kính d = 0,8 ÷ 1,8 (mm), đường kính tương đương dtd = 1,1 (mm), Hệ số không đồng nhất K = 2 và chiều dày lớp than atranxit là L2 = 500 (mm). Độ rỗng là 50%. Vậy tổng chiều dày lớp vật liệu lọc là: 500 + 500 =1000 (mm)=1(m) Chính vì vật liệu lọc gồm có 2 lớp nên khi rửa lọc cát và than rất dễ xáo trộn lẫn nhau. Do dó chỉ dùng biện pháp rửa nước thuần túy 2 lớp vật liệu lọc. Lớp sỏi đỡ Bảng 5.3: Chiều cao lớp đỡ Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 40 MSSV:0811080039 Cỡ hạt lớp đỡ (mm) Chiều dày các lớp đỡ( mm) 40 ÷ 20 20 ÷ 10 10 ÷ 5 5 ÷ 2 Mặt trên lớp này cao bằng mặt trên của ống phân phối nhưng phải cao hơn lỗ phân phối ít nhất là 100(mm) 100 ÷ 150 100 ÷ 150 50 ÷ 100 (Nguồn xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung ) Chọn tổng chiều dày lớp sỏi đỡ dày 400 (mm). Lớp sỏi đỡ gồm 2 lớp: - Lớp trên là lớp sỏi đỡ nhỏ đường kính 4,5 (mm), kích thước trung bình là 4,5 (mm), chiều dày là 100 (mm), độ rỗng là 45%. - Lớp dưới đáy có đường kính 15,5 (mm), kích thước trung bình là 15,5 (mm), chiều dày là 300 (mm), độ rỗng là 45%. → Như vậy tổng chiều dày của lớp sỏi đỡ là 400 (mm) =0,4(m). Khi thi công lớp sỏi đỡ dưới cùng có đường kính 16 – 32 (mm) phải xếp bằng tay sao cho các hạt sỏi lớn nằm sát lỗ và không che lấp diện tích lỗ. v Diện tích của bể lọc -Tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý được tính theo công thức F = QT × V − 3,6 × a × W × t – a × t × V (m ) Trong đó: Q - Công suất trạm xử lý (m3/ ngày đêm), Q = (800 m3/ ngày đêm). T - Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giờ) T=12 (h). Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 41 MSSV:0811080039 Vbt - Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường (m/h) lấy V = 7,5 (m/h) a - Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường. chọn a = 1 W - Cường độ nước rửa lọc (l/sm2) lấy. W =14( l/sm2 ) t1 - Thời gian rửa lọc (giờ) lấy t1 = 6(ph) = 0,1giờ. t2 - Thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 =0,35 (giờ). F = 80012 × 7,5 − 3,6 × 1 × 14 × 0,1– 1 × 0,35 × 7,5 = 9,24(m ) Chọn F = 9.2 (m2) - Số bể lọc cần thiết theo công thức thực nghiệm: N = 0,5× √F N = 0,5× √9,2 = 1,58 (bể) Vậy chọn N = 2 (bể). Chọn kích thước mỗi bể là: dài × rộng = 2,3(m) × 2(m) = 4,6 (m2). Chiều cao bể lọc nhanh được xác định theo công thức: H = Hd + Hv + Hn + Hp (m) Trong đó: Hd: chiều cao lớp sỏi đỡ; Hd = 0,4 (m). Hv: chiều dày lớp vật liệu lọc; Hv = 1 (m). Hn: Chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc; Hn= 2 (m). Hp: Chiều cao kể đến việc dâng nước khi đóng bể để rửa Hp= 0,6 (m). Vậy H = 0,4 + 1 + 2 + 0,6 = 4 (m) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 42 MSSV:0811080039 v Đường kính ống dẫn nước từ giàn mưa xuống bể lọc: D = 4 × QN × v × pi Trong đó: Q: lưu lượng xử lý.Q = 33.33 m3/h N: số bể lọc. N=2 v: vận tốc nước chảy trong ống. v= 1m/s D = 4 × 33.332 × pi × 3600 × 1 = 0,077m = 77mm Chọn đường kính ống dẫn nước ra và vào bể lọc là D = 90mm. v Chiều cao của khe phân phối nước vào bể lọc Chọn vận tốc nước chảy vào khe phân phối là 1m/s = = 33.332 × 3600 × 1 = 0.0046 → = × → = = 0.00462 = 0.0023 = 2.3 Khe phân phối nước vào bể lọc có chiều cao là 2.3 cm và chiều dài chính là chiều rộng của bể lọc 2m. v Lưu lượng nước cần thiết để rửa lọc - Lưu lượng nước cần thiết để rửa lọc được tính theo công thức 4-55, trang 141, sách Xử lý nước cấp của TS.Nguyễn Ngọc Dung: Q = f × W1000 (m s⁄ ) Trong đó: f- Diện tích 1 bể lọc (m2), f = 4,6(m2). Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 43 MSSV:0811080039 W- cường độ nước rửa lọc (l/s-m2), lấy W =7(l/s-m2). Q = 4,6 × 71000 = 0,032 (m s)⁄ v Hệ thống phân phối nước rửa lọc Dùng nước để rửa lọc cho bể lọc, hệ thống phân phối nước rửa lọc bằng hệ thống ống dạng xương cá, các ống được làm bằng nhựa PVC gồm: v Ống dẫn nước rửa lọc Chọn vận tốc trong ống dẫn nước rửa lọc là 1,5 – 2 (m/s) theo mục 6.111 TCXD 33- 2006. Chọn vc = 1,8(m/s). D = 4 × Qv × pi = 4 × 0,032(m s)⁄1,8 (m s) × pi⁄ = 0,150 (m) = 150 (mm) Chọn D = 150 (mm), tính lại vận tốc nước rửa lọc: v = 4 × Qpi × D = 4 × 0,032(m s)⁄pi × 0,22 = 1,81 (m s) ⁄ Nằm trong giới hạn cho phép (1,5 – 2 m/s) v Ống phân phối nước rửa lọc chính - Chọn vận tốc nước chảy trong ống lấy từ 1 - 2 (m/s) theo mục 6.111 TCXD 33- 2006, chọn vc= 1,8(m/s). - Đường kính ống phân phối chính: D = 4 × Qv × pi = 4 × 0,032 (m s)⁄1,8 (m s) × pi⁄ = 0,150(m) = 150 (mm) Chọn D = 150 (mm), tính lại vận tốc nước chảy trong ống: v = 4 × Qpi × D = 4 × 0,032(m s)⁄pi × 0,22 = 1,81 (m s) ⁄ Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 44 MSSV:0811080039 Nằm trong giới hạn cho phép (1 -2m/s) v Ống nhánh - Khoảng cách giữa các ống nhánh (250-350 mm) theo mục 6.111 TCXD 33- 2006, chọn 260 (mm). - Số ống nhánh cần thiết: Số nhánh = Chiều dài − (2 × 0,06 ) − 0.020,26 + 1 × 2 = 2,3 − (2 × 0,06 ) − 0,02 0,26 + 1 × 2 = 18(nhánh) Trong đó: - Khoảng cách từ mép trong của thành bê tông đến tim lỗ đầu tiên của ống nhánh là 60 (mm). - Khoảng cách bảo vệ của ống nhánh khi lắp đặt là 20 (mm). - Lưu lượng nước chảy trong ống nhánh: q á = Qs nhánh = 0,03224 = 1,3 × 10 (m s)⁄ - Chọn tốc độ chảy trong ống nhánh (từ 1,6 - 2m/s) theo mục 6.111 TCXD 33- 2006, chọn vc = 1,8 (m/s). - Đường kính ống nhánh: D = 4 × qv × pi = 4 × 1,3 × 10 1,8 × pi = 0,030 (m) = 30(mm) - Chọn D = 34 mm, tính lại vận tốc nước chảy trong ống v = 4 × qpi × D = 4 × 1,3 × 10 pi × (0,034 ) = 1,62(m s)⁄ Nằm trong giới hạn cho phép (1,6-2m/s) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 45 MSSV:0811080039 -Tiết diện ngang của ống chính là: S = pi × D4 = pi × 0,154 = 0,018(m ) - Tổng diện tích các lỗ lấy theo sách Xử lý nước cấp của TS.Nguyễn Ngọc Dung trang 141, được lấy từ 30 – 35% diện tích tiết diện ngang của ống, chọn 30%. - Như vậy, tổng diện tích lỗ: S = 30% × S = 30% × 0,018(m ) = 0,0054(m ) - Theo Xử lý nước cấp của TS.Nguyễn Ngọc Dung, đường kính lỗ phun mưa được lấy từ 5- 10mm, chọn lỗ có đường kính 7 mm. - Diện tích mỗi lỗ là: S = pi × D4 = pi × 0,0074 = 3,8 × 10 (m ) - Tổng số lỗ là: Tổng số lỗ = ∑ SS = 0,0054(m )3,8 × 10 (m ) = 142 lỗ - Số lỗ trên mỗi ống nhánh: Số lỗ trên mỗi nhánh = Tổng số lỗTổng số nhánh = 14218 = 8 lỗ = 8(lỗ) - Trên mỗi nhánh khoan 2 hàng lỗ so le nhau hướng xuống phía dưới và nghiên 1 góc 45o so với mặt phẳng ngang. Số lỗ trên 1 hàng của mỗi ống nhánh 8/2 = 4 (lỗ) - Chiều dài mỗi ống nhánh: l = Chiều rộng bể lọc − Đường kính ống phân phối chính2 = 2 − 0,222 = 0,89(m)= 890(mm) - Ta sẽ khoan lỗ sao cho khoảng lỗ thứ nhất cách đầu ống nhánh 1 khoảng là 32,5mm, khoảng cách giữa 2 tim lỗ kề nhau trên mỗi hàng là: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 46 MSSV:0811080039 d = l(mm) − 2 × 32,5Số lỗ − 1 = 890 − 2 × 32,58 − 1 = 118 (mm) = 0.118 (m) v Máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc -Bể có chiều dài 2,3 m, chọn bể lọc bố trí 1 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác. -Lượng nước rửa thu vào máng thu nước bằng lượng nước rửa lọc: Qm = Qr= 0,032 (m3/s) - Chiều rộng máng B được tính theo công thức B = K Q (1,57 + a) (m) Trong đó: Qm: Lưu lượng nước rửa tháo theo máng (m3/s). a: Tỷ số giữa chiều cao của phần hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng, lấy bằng 1-1,5. Chọn a = 1,5. K: Hệ số lấy bằng 2 đối với máng có thiết diện nửa tròn, bằng 2,1 đối với máng có tiết diện cạnh. K = 2,1. Vậy chiều rộng của máng: B = 2,1 × 0.032(1,57 + 1,5) = 0,27(m) = 270 (mm) Chọn B = 270 (mm) Vì chiều cao máng 0,5 B = 1,5 → chiều cao máng = 1,5 × 0,5 × 0,27 =0,203(m) Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 47 MSSV:0811080039 Chọn hmáng = 0,203 (m) Vậy chiều cao phần máng hình chữ nhật là hCN = 0,203 (m). Lấy chiều cao phần đáy tam giác là: hđ = 0,2(m). Độ dốc đáy máng về phải tập trung nước là i = 0,01. Chiều dày thành máng lấy là: δm = 0,08 (m). - Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = hCN + hđ + δm = 0,203 + 0,2 +0,08 = 0,48 (m). - Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép máng thu nước xác định theo công thức h = H × e100 + 0,3 Trong đó: H: Chiều cao lớp vật liệu lọc (m), H = 1 (m). e: Độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc lấy e = 50% Vậy: h = 1 × 50100 + 0,3 = 0,8 (m) - 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 = 0,48 (m), vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 2,3m nên chiều cao của máng ở phía máng tập trung là: 0,48 + 0,01×2,3 = 0,503 (m). Khoảng cách từ bề mặt vât liệu lọc đến đáy máng thu nước:0,8 – 0,503 = 0,297 (m) - Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung , khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung được tính theo công thức: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 48 MSSV:0811080039 h = 1,75 Q gA + 0,2 (m) Trong đó: Qm: Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s), Qm=0,032 (m3/s). A: Chiều rộng của máng tập trung. Chọn A = 0,75 (m). g: gia tốc trọng trường bằng 9,81(m/s2) Vậy h = 1,75 0,0329,81 × 0,75 + 0,2 = 0,30(m) = 300 (mm) v Tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh - Tổn thất áp lực hp (m) trong hệ thống phân phối bằng ống khoan lỗ của bể lọc được tính theo công thức: h = ξ V 2g + V 2g (m) Trong đó: Vc: Tốc độ nước chảy ở đầu ống chính; Vc = 1,5 m/s. Vn: Tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh; Vn = 1,8 m/s. g: Gia tốc trọng trường; g = 9,81 m/s2 x: Hệ số sức cản: x = , + Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 49 MSSV:0811080039 KW: Tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống hoặc máng và diện tích tiết diện ngang của ống hoặc máng chính. Biết : Tổng diện tích các lỗ trên ống là 0,0054 (m2) Diện tích tiết diện ngang của ống chính là 0,018 (m2) K = 0,0054 (m )0,018(m ) = 0,3 Nên x = , , + 1 = 23,1 Vậy tổn thất áp lực: h = 23,1 × 1,5 (m/s)2 × 9,81(m/s ) + 1,8(m/s)2 × 9,81(m/s ) = 1,86(m) -Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, tổn thất áp lực qua sỏi đỡ hđ được tính bằng công thức: hđ = 0,22 × L × W (m) Trong đó: LS: Chiều dày lớp sỏi đỡ; LS = 0,4 (m). W: Cường dộ rửa lọc; W = 14 (l/m2s). Tổn thất áp lực: hđ = 0,22 × 0,4(m) × 14 (l/m2s )= 1,232 (m). - Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc được tính theo công thức : hvl = (a + b×W) × L×e (m) Trong đó: a, b: Hệ số phụ thuộc vào kích thước hạt -Tổn thất áp lực trong lớp cát thạch anh: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 50 MSSV:0811080039 hvlC = (a + b×W)× L×e (m) Vì kích thước hạt cát thạch anh là dtd = 0,8 mm nằm trong giới hạn 0,5 – 1mm nên chọn a = 0,76; b = 0,017 (Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung) hvlC = (0,76 + 0,017× 14 l/m2s ) ×0,5(m) ×0,5 =0,249 (m) -Tổn thất áp lực trong lớp than antraxit: hvlT = (a + b×W)× L×e (m) Vì kích thước hạt than antraxit là dtd = 1,1 mm nằm trong giới hạn 1 – 2 mm nên chọn a = 0,85; b = 0,004 (Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung) hvlC = (0,85 + 0,004× 14 l/m2s) ×0,5 (m) ×0,5 =0,226 (m) Vậy tổng tổn thất trong lớp vật liệu lọc là: hvl = hvlC + hvlT =0,249 (m) + 0,226 (m) = 0,475 (m) -Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy bằng hbm = 2 (m). Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc sẽ là: ht = hp + hđ + hvl + hbm = 1,86 + 1,232 + 0,475 + 2 = 5,567 (m). v Chọn máy bơm rửa lọc: Áp lực công tác cần thiết của máy bơm: Hr = Hhh + Hô + Ht + Hcb (m) Trong đó: Hhh : độ cao hình học từ cốt mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m). Hô :Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) Ht : Tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc (m) Ht =6,357 (m) Hcb : Tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa (m) Tính Hhh : Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 51 MSSV:0811080039 Hhh = H1 + H2 - H3 + H4 H1: Chiều sâu mực nước trong bể chứa, H1 = 3 (m). H2 : Độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa: H2 = 2,5 (m). H3 : Chiều cao lớp nước trong bể lọc: H3 = 2 (m). H4 : Khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng : H4 = 0,8 (m). Hhh = 3(m) + 2,5 (m) – 2 (m) + 0,8 (m) = 4,3 (m) Tính Hô: Theo sách Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch của TS. Trịnh Xuân Lai trang 81 có công thức sau: Hô = λ × LD × V2 × g (m) λ: Hệ số ma sát trên đường ống L: chiều dài đoạn ống. Chọn L = 10 (m). D: Đường kính ống dẫn nước rửa lọc. D = 0,22 (m). g = 9,81 m/s2. V: vận tốc nước rửa lọc. V = 1,71 (m/s). Tìm λ: Chế độ chảy nước rửa trong ống được đặc trưng bởi chuẩn số Reynold: Re = V(m/s) × D(m) × ρµ Re = 1,71(m/s) × 0,22 (m) × 998(kg/m ).0,8 × 10 Re = 5,33 × 10 λ = 0,1 × (1,46 × εD + 100Re ) , λ = 0,1 × (1,46 × 0,2250 + 1005,33 × 10 ) , λ = 0,019 Vậy Hô Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 52 MSSV:0811080039 Hô = λ × LD × V2 × g (m) Hô = 0,019 × 10(m)0,22(m) × 1,71(m/s)2 × 9,81(m/s ) = 0,1132 (m) Tính tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa Hcb H = ξ × V2 × g (m) Giả sử trên đường ống dẫn rửa lọc có các thiết bị phụ tùng như sau: 1 van khóa → ξ = 4,7 2 cút 900 → ξ = 0,98 × 2 = 1,96 2 ống ngắn máy bơm → ξ = 1 × 2 = 2 H = 8,66 × 1,712 × 9,81 = 1,29(m) Như vậy áp lực công tác cần thiết của máy bơm rửa lọc: Hr = Hhh + Hô + Ht + Hcb (m) Hr =4,3 + 0,1132 + 6,357 + 1,29 = 12,06 (m) v Công suất máy bơm: N = Q × H × ρ × g1000 × η (KW) Trong đó: Q: Lưu lượng bơm rửa lọc. Q= 0,065 m3/s H: Cột áp của bơm. H=12,06 m. ρ: Khối lượng riêng của nước ρ = 998 Kg/m3. g: Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2 η : hiệu suất chung của bơm η=0,7 N = 0,065(m /s) × 12,06(m) × 998(kg/m ) × 9,81(m/s )1000 × 0,7 N = 10,9(KW) Chọn bơm rửa lọc có công suất 12 KW, với lưu lượng 234 m3/h và cột áp là 12m. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 53 MSSV:0811080039 v Kích thước đường ống xả cặn của bể lọc Chọn vận tốc xả cặn là 2,5 m/s. Để việc xả cặn được nhanh chóng. Lưu lượng xả cặn chính bằng lưu lượng rửa lọc Qr=0,032(m3/s) D = 4 × qv × pi = 4 × 0,0322,5 × pi = 0,127 (m) = 128(mm) Chọn đường kính ống xả cặn nhựa PVC là 150mm. 5.4. Bể chứa Để tính toán tương đối chính xác dung tích của bể chứa nước sạch,phải có nhu cầu dùng nước theo giờ của đối tượng sử dụng. Vì hệ thống xử lý nước trong khóa luận này để cung cấp cho khu dân cư, do vậy lưu lượng giờ trung bình để tính dung tích bể chứa nước sạch được tham khảo từ một số tài liệu về mạng lưới cấp thoát nước, được trình bày trong bảng 5.4 như sau: Bảng 5.4 bảng tổng hợp nhu cầu dung nước Giờ trong ngày Lưu lượng nước sinh hoạt Nước tưới cây Nước rò rỉ Nước công trình cc Nước dự phòng Lưu lượng nước tổng cộng % m3 m3 m3 m3 % 0 – 1 0,3 1,224 5,5 4.25 1,7 12,7 1,7 1 – 2 0,3 1,224 5,5 4.25 1,7 12,7 1,7 2 – 3 0,3 1,224 5,5 4.25 1,7 12,7 1,7 3 – 4 0,3 1,224 5,5 4.25 1,7 12,7 1,7 4 – 5 2,3 9,384 5,5 4.25 1,7 20,8 2.9 5 – 6 6,3 27,704 5,8 4.25 1,7 39,5 5,4 6 – 7 6,6 26,928 10,2 5,8 4.25 1,7 48.9 6,7 Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 54 MSSV:0811080039 7 – 8 4,9 19,992 10,2 5,8 4.25 1,7 41,9 5,7 8 – 9 4,6 18,768 5,8 4.25 1,7 30,5 4,2 9 – 10 5,5 22,44 5,8 4.25 1,7 34,2 4,7 10 – 11 6,4 26,112 5,8 4.25 1,7 37,9 5,2 11 – 12 6,8 27,744 5,8 4.25 1,7 39,5 5,4 12 – 13 5,8 23,664 5,8 4.25 1,7 35,4 4,9 13 – 14 4,5 18,36 5,8 4.25 1,7 30.1 4,1 14 – 15 4,3 17,544 5,8 4.25 1,7 29,3 4 15 – 16 4,9 19,992 5,8 4.25 1,7 31,7 4,3 16 – 17 6,2 25,296 10,2 5,8 4.25 1,7 47,2 6,5 17 – 18 6,7 27,336 10,2 5,8 4.25 1,7 49,3 6,8 18 – 19 7,1 28,968 5,8 4.25 1,7 40,7 5,6 19 – 20 5,5 22,4 5,8 4.25 1,7 34,2 4,7 20 – 21 4,3 17,544 5,8 4.25 1,7 29,3 4 21 – 22 3,8 15,504 5,8 4.25 1,7 27,3 3,7 22 – 23 2,0 8,16 5,8 4.25 1,7 19,9 2,7 23 – 24 0,3 1.224 5,8 4.25 1,7 13 1,8 100 408 40,8 137,7 102 40.8 729,3 100 Do trạm bơm cấp I làm việc 24/24h, trạm bơm cấp II làm việc không điều hòa theo nhu cầu dung nước của mạng lưới theo các giờ trong ngày. Vì vậy bể chứa nước làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng giữa trạm bơm I và trạm bơm II, dự trữ nước phục vụ cho chữa cháy và công trình công cộng cũng như trong lúc bể lọc tạm ngừng để rửa lọc. Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 55 MSSV:0811080039 Để tìm dung tích bể ta xác định bằng phương pháp lập bảng. Bảng 5.5 Bảng tính toán dung tích bể chứa nước sạch. Giờ trong ngày Chế độ bơm của trạm cấp I Chế độ bơm của trạm cấp II Lưu lượng nước vào bể Lưu lượng nước ra bể Lưu lượng còn lại trong bể 0 – 1 4, 16 1,7 2.46 6,01 1 – 2 4, 16 1,7 2.46 8,47 2 – 3 4, 16 1,7 2.46 10,93 3 – 4 4, 16 1,7 2.46 13,39 4 – 5 4, 16 2.9 1.26 14.65 5 – 6 4,17 5,4 1.23 13,42 6 – 7 4,17 6,7 2,53 10,89 7 – 8 4,17 5,7 1,53 10,36 8 – 9 4,17 4,2 0,03 10,33 9 – 10 4,17 4,7 0,53 9,8 10 – 11 4,17 5,2 1,03 8,77 11 – 12 4,17 5,4 1,23 7,54 12 – 13 4,17 4,9 0,73 6,81 13 – 14 4,17 4,1 0,07 6,88 14 – 15 4,17 4 0,17 7,05 15 – 16 4,17 4,3 0,13 6,92 16 – 17 4,17 6,5 2,33 4,59 Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 56 MSSV:0811080039 17 – 18 4,17 6,8 2,63 1,96 18 – 19 4,17 5,6 1,43 0,53 19 – 20 4,17 4,7 0,53 0 20 – 21 4,17 4 0,17 0,17 21 – 22 4,16 3,7 0,46 0,63 22 – 23 4,16 2,7 1,46 2,09 23 – 24 4,16 1,8 2,36 4,45 100 100 15.79 15.79 Từ bảng 5.5 kết quả là: - Lưu lượng còn lại trong bể lớn nhất là 14,65%Qngđ - Lưu lượng còn lại trong bể ít nhất là 0%Qngđ Từ bang 5.5 xác định dung tích điều hòa của bể chứa = 14,65% đ = 14,65 × 800100 = 117,2 ( ) Dung tích thiết kế của bể: = + = 117.2+108= 225.2 (m3) Trong đó là lưu lượng cần dập tắt 1 đám cháy trong 3 giờ. Chọn kích thước bể như sau 10x6x4m Trong bể xây 2 vách ngăn theo kiểu ziczac để trộn đều clo trong bể chứa, tường dày 200mm, chiều cao bằng 80% chiều cao bể chứa, chiều rộng bằng 3/4 bể chứa. Bể chứa có ống xả kiệt có nắp đậy và ống thông hơi, thiết kế 1 cầu thang từ nắp xuống đáy để dễ dàng vệ sinh và sửa chữa. v Đường kính ống dẫn nước vào bể chứa nước sạch: Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 57 MSSV:0811080039 D = 4 × qv × pi Trong đó: Q: lưu lượng nước vào bể chứa nước sạch. Q= 33.33m3/h v: vận tốc chảy trong ống (quy phạm v=0,8 – 1,2m/s). v= 0,8 m/s D = 4 × 33,330,8 × pi × 3600 = 0,13m Chọn ống vào bể chứa nước sạch là ống PVC có D = 150mm. Tương tự ta chọn được ống dẫn nước về trạm bơm II là ống PVC có D = 150mm. 5.5. Tính toán hóa chất khử trùng Dung dịch clo được bơm vào đường ống dẫn nước từ bể lọc sang bể chứa nước sạch. Liều lượng clo hoạt tính cần thiết sử dụng : = × Trong đó Q: lưu lượng nước xử lý (m3/h) a: liều lượng clo hoạt tính ( TCVN33-2006) chọn a= 3g/m3 = × 1000 = 33.33 × 31000 = 0.1 / Lượng clo cần dung cho một ngày : 0.1x12=1.2 kg Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 58 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 6: KHÁI TOÁN CHI PHÍ ĐẦU TƯ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG 6.1. Chi phí xây dựng, thiết bị STT Hạng mục ĐVị S.L Đơn Giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) A Phần xây dựng nhà- trạm bơm 1 Tường rào bao quanh: -cột bê tông và hàng rào lưới B40 cái 1 10,000,000 10,000,000 2 Nhà điều hành và phòng chứa clo,dụng cụ -Nhà cấp 4, mái tôn,nền gạch,tường sơn, đóng trần, cửa đi và cửa sổ sắt, hệ thống điện và tolet cái 1 25,000,000 25,000,000 B Xây dựng cụm bể xử lý 1 Sàn tung nước :3 sàn Mỗi sàn tung gồm 1 tấm inox:L×B×d=2×1×0,02 (m) m 3 3,000,000 9,000,000 Ống chính nhựa cứng m 10 160,000 1,600,000 Ống nhánh nhựa cứng phun mưa m 16 100,000 1,600,000 Ống xả cặn Φ100 m 1 120,000 120,000 Than cốc dày 0,3 m m 3 15 500,000 7,500,000 2 Bể lọc cái 1 15,000,000 15,000,000 3 Bể chứa nước sạch cái 1 40,000,000 40,000,000 4 Các thiết bị hỗ trợ 15,000,000 15,000,000 Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 59 MSSV:0811080039 129,840,000 Bằng chữ: Một trăm hai mươi chin triệu tám trăm bốn mươi ngàn đồng. 6.2. Chi phí vận hành: 6.2.1 Chi phí khấu hao hằng năm: Niên hạn thiết kế của hệ thống là 10 năm. Vậy mức khấu hao hàng năm khoảng 129,840,000/10= 12,984,000 đ/năm 6.2.2 Chi phí hóa chất: Giá clo hiện nay là 15,000 đ/kg số lượng dùng trong 1 ngày là 2,4 kg Chi phí hóa chất cho 1 ngày là 36,000 đồng. 6.2.3 Chi phí nhân công: - cán bộ vận hành : 1 người, lương trung bình 130,000 đ/ngày - công nhân : 2 người, lương trung bình 70,000 đ/ngày Tổng: 200,000 đ/ngày Khóa luận tốt nghiệp ___________________________________________________________________________________ SVTH: Võ Đình Trung Thành trang 60 MSSV:0811080039 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1. KẾT LUẬN Qua thời gian 7 tuần, những nội dung mà khóa luận thực hiện được bao gồm: - Đã khảo sát, thu thập được các số liệu về thành phần và tính chất đặc trưng của nguồn nước ngầm tại khóm Trà Long, phường Ba Ngòi, tp Cam Ranh. - Từ các số liệu đó, đã đưa ra được các sơ đồ công nghệ để lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp cho khu định cư – tái định cư Trà Long. Sau đó phân tích ưu nhược điểm của từng phương án để đề xuất công nghệ xử lý nước phù hợp. - Sau khi lựa chon được sơ đồ công nghệ đã tiến hành tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị và phát triển bản vẽ chi tiết cho toàn bộ hệ thống xử lý. - Lập được khái quát chi phí xây dựng và chi phívận hành 7.2 ĐỀ XUẤT Để hệ thống luôn đảm bảo hoạt động tốt, nước sau xử lý luôn đạt chất lượng yêu cầu, một số đề xuất trong quá trình vận hành hệ thống bao gồm: - Chủ đầu tư cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định vận hành của hệ thống xử lý - Trồng them cây xanh tạo cảnh quan môi trường - Cần kiểm tra chất lượng nước định kỳ và thường xuyên kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống để có sự cố kịp thời khắc phục. Khóa luận tốt nghiệp SVTH: Võ Đình Trung Thành MSSV: 0811080039 TÀI LIỆU THAM KHẢO –œ— [1] Bộ xây dựng công ty nước và môi trường Việt Nam (2006), TCXD 33-2006 cấp nước – mạng lưới đường ống công trình tiêu chuẩn thiết kế. [2] TS.Nguyễn Ngọc Dung (2005) Xử lý nước cấp. Nhà xuất bản xây dựng. [3] TS.Trịnh Xuân Lai (2002), Cấp nước. Tập 2: Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [4] TS.Trịnh Xuân Lai (2003), Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. [5] Nguyễn Thị Thu Thủy (2005), Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. [6] Ủy ban nhân dân phường Ba Ngòi – Tp Cam Ranh, Bản thuyết minh tóm tắt quy hoạch chi tiết khu định cư – tái định cư khóm Trà Long – P.Ba Ngòi.