Tài liệu Xử lý nước ngầm với công suất 21600 m3 ngày đêm

LỜI MỞ ĐẦU Nước là một nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc sống trên Trái Đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình cần 50 – 100 lít nước đáp ứng cho nhu cầu ăn uống sinh hoạt hằng ngày. Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, các hoạt động giải trí và các hoạt động cộng đồng như cứu hỏa, tưới đường... còn công nghiệp, nước cấp dùng trong quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu...Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay đổi trong sản xuất Tùy thuộc vào mức độ phát triển công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp của mọi cộng đồng mà nhu cầu về cấp nước với số lượng và chất lượng khác nhau. Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước ngày càng ô nhiễm và cạn kiệt. Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp để đáp ứng về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất công nghiệp Với mục tiêu đề tài là xây dựng một quy trình nước ngầm đáp ứng được về số lượng và chất lượng phục vụ nhu cầu của người dân quanh vùng. Nội dung của để tài nêu lên cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý nước ngầm sau đó đưa ra một số quy trình xử lý nước, lựa chọn công nghệ thích hợp và thiết kế các công trình đơn vị. Vì vậy đề tài “Xử lý nước ngầm với công suất 21600 m 3/ngày đêm” được thiết kế và đưa vào sử dụng 1 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU SỐ LIỆU, LỰA CHỌN SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC 1.1. Tính toán, kiểm tra các chỉ tiêu còn thiếu trong nước ngầm cần xử lý Bảng 1.1: Thông số đầu vào cho nhà máy xử lý nước cấp QCVN ST Thông số T Kết quả 01:2009/BY Yêu cầu T 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Công suất (m /ngày đêm) Cao độ mặt đất (m) Nhiệt độ (oC) pH Độ oxy hóa (mg/L) Độ mầu (pt - co) Chất rắn lơ lửng (mg/L) Fe tổng (mg/L) Fe II (mg/L) Mn (mg/L) H2S (mg/L) Na+ + K+ (mg/L) Ca2+ (mg/L) Mg2+ (mg/L) NH4+ (mg/L) HCO3- (mg/L) SO42- (mg/L) ClNO2Ecoli (MPN/l) Nhận xét: 21600 36 18 7,2 5,6 9 12 18 17 0.1 0.4 182,7 50 13 0,6 220 15 11 0,3 190 6,5-8,5 15 15 0,3 Cần xử lý 0,3 3 250 250 – 300 0 Cần xử lý Trên cơ sở phân tích mẫu nước ngầm và đối chiếu với QCVN 01: 2009/BYT ta thấy rằng nước ngầm ở khu vực này có: - Tổng hàm lượng sắt là 18 mg/L lớn hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn (giới hạn tối đa cho phép là 0,3mg/l), cần phải khử sắt. - Độ pH bằng 7,2. - Các chất độc hại khác đều không nhận thấy qua các kết quả phân tích mẫu nước. - Ngoài ra còn phải xử lí ổn định, làm mềm nước,kiềm hoá nước nếu cần thiết. Đối chiếu với tiêu chuẩn trên thì yêu cầu đặt ra là nước ngầm tại khu vực này cần phải xử lý các chất hoà tan là Fe và khử trùng. 2 1.1.1. Kiểm tra tổng ion dương và ion âm [ Na+ ] + [ K + ] + [ Ca2+ ]+ [ Mg 2+ ]+ [ NH + 4 ]=[ HCO ]+ [ SO ]+[ Cl − 3 4 2− − ]+ [ NO − 2 ]+[ SiO ] 3 2−  Tổng ion dương: [ Na+ ] + [ K + ] + [ Ca 2+ ]+ [ Mg 2+ ] + [ NH + 4 ]=182 ,7 +50+13+0,6=246 , 3 ( mg / L )  Tổng ion âm: [ HCO ]+[ SO ]+[ Cl ]+[ NO ]+ [ SiO ]=220+15+11+ 0,3+0=246 ,3 ( mg / L ) − 3 4 2− − − 2 3 2−  Kết quả chấp nhận được 1.1.2. Tổng hàm lượng muối hòa tan trong nước nguồn P = ∑ Me + + ∑ Ae - + 1,4[Fe2+] + 0,5[HCO3-] + 0,13[SiO32-] (mg/L) Trong đó: ∑ Me + : Tổng hàm lượng các ion dương không kể đến Fe2+ ∑ Me + = {[Fetổng] – [Fe2+]} + [Mn2+] + [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] + [NH4+] = {18 – 17} + 0,1 + 182,7 + 50 + 13 + 0,6 = 247,4 ∑ Ae ∑ Ae - (mg/L) : Tổng hàm lượng các ion âm không kể đến HCO3- và SiO32= [SO42-] + [Cl-] + [NO2-] = 15 + 11 + 0,3 = 26,3 (mg/L) Như vậy: P = 247,4 + 26,3 + 1,4×17 + 0,5×220 + 0,13×0 = 407,5 (mg/L) 1.1.3. Tính độ kiềm toàn phần Kitp = [OH-] + [HCO3-] + [CO32-] (mgđl/L) Do pH = 7,2 < 8,4 nên độ kiềm được tạo ra chủ yếu bởi HCO 3-. Khi đó độ kiềm toàn phần được tính như sau: K itp =¿ ¿ 1.1.4. Tính độ cứng toàn phần 2 2 Độ cứng toàn phần = Độ cứng của Ca + Độ cứng của Mg C tp =¿ ¿ ¿ 3,57 ( mgđl /L ) =3,57 ×50=178,5 (mgCaCO 3 /L) Độ cứng Cacbonat : C k =¿ ¿ 1.1.5. Xác định hàm lượng CO2 tự do 3 Từ các số liệu đề bài cho: nhiệt độ t = 18 0C ; pH = 7,2 ; độ muối P = 407,5 mg/L; độ kiềm Kitp = 3,61 mg/L. Tra toán đồ Langerlier ta xác định được hàm lượng CO2 tự do trong nước nguồn là 18,5 (mg/L) 1.1.6. Kiểm tra nước khi xử lý nước có phải Clo hóa sơ bộ hay không Mục đích của Clo hóa sơ bộ là : - Oxy hóa sắt và mangan hòa tan ở dạng phức chất hữu cơ - Loại trừ rong, rêu, tảo phát triển trên thành các bể - Trung hòa lượng amoni dư, diệt các vi khuẩn tiết ra chất nhầy trên mặt lớp cát lọc Do đặc đặc nước ngầm có hàm lượng chất rắn thấp vì vậy không cần phèn để đông keo tụ, hóa chất sử dụng chỉ bao gồm hóa chất clo hóa sơ bộ. Ta phải Clo hóa sơ bộ trong 2 trường hợp sau :  Trường hợp 1: [ O2] ¿0,15×[ Fe2+ ] +¿ 3 (mgO2/L) Ta có : [ O2] = 5,6 ¿0,15×[ Fe2+ ] +¿ 3 = 5,55 (mgO2/L). Vì vậy, cần phải Clo hóa sơ bộ.  Trường hợp 2: Trong nước nguồn có chứa NH3 (ở dạng NH4+) và NO2- nên ta phải Clo hóa sơ bộ. Liều lượng Clo dùng để Clo hóa sơ bộ tính theo công thức: 4 [Cl2] = 6׿ = 6× 0,6+1,5 ×0,3+0,47 × 0,4+2=6,24(mg/L) 1.1.7. Xác định các chỉ tiêu sau khi làm thoáng a. Độ kiềm sau khi làm thoáng ¿ i K =K o −0,036 ׿ Trong đó: - Ko : Độ kiềm ban đầu của nước nguồn, mgđl/L - ¿ : Hàm lượng sắt của nước nguồn, mg/L b. Hàm lượng CO2 sau khi làm thoáng ¿ o CO 2=CO2 + 1,6× ¿ Trong đó: - CO o2 : Hàm lượng khí CO2 tự do của nước nguồn trước khi làm thoáng, mg/L - ¿Hàm lượng sắt của nước nguồn, mg/L c. Độ pH của nước sau khi làm thoáng Từ biểu đồ quan hệ giữa pH, Ki*, CO2* ứng với các giá trị đã biết theo biểu đồ Langlier. Ta có: - Ki* = 2,998 (mg/L) - CO2* = 45,7 (mg/L) - t = 180C - P = 407,5 (mg/L) 5 Từ biểu đồ quan hệ trên thì pH sau khi làm thoáng là 6,75. d. Hàm lượng cặn sau khi làm thoáng Hàm lượng cặn sau làm thoáng xác định theo công thức: o C max=C max +1,92[ Fe2+ ¿¿]+0,25 M =12+1,92 ×17+ 0,25× 9=46,89(mg/ L) ¿ Trong đó: o - C max :Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước nguồn, mg/L - M : Độ màu nước nguồn, Pt-Co e. Lượng oxi cần thiết để khử sắt LO = [O2 ] +0,47 ×[ H ¿¿ 2 S]+ 0,15× ¿ ¿ 2 ¿ 5,6+0,47 × 0,4+0,15 × 17=8,338 ¿ ) 1.1.8. Kiểm tra độ ổn định của nước sau khi làm thoáng Sau khi làm thoáng, độ pH trong nước giảm nên nước có khả năng mất ổn định, vì vậy phải kiểm tra độ ổn định của nước. Độ ổn định của nước được đặc trưng bởi trị số bão hòa J xác định theo công thức (Theo mục 6.202 – Xử lý ổn định nước, TCVN 33-2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế) J= pH 0 − pH s=7,2−7,806=−0,61 Trong đó:  pHo: Độ pH của nước, xác định bằng máy đo pH, pHo = 7,2  pHs : Độ pH ở trạng thái cân bằng bão hòa CaCO 3 của nước sau khi khử Fe2+, được xác định theo công thức sau: o pH s=f 1 ( t ) −f 2 ¿( K i ¿+ f 4 ( P ¿ ¿ ¿ 2,15−1,7−1,48+ 8,836=7,806 Trong đó:  f 1(t o ) : Hàm số nhiệt độ của nước sau khi khử sắt  f 2(Ca 2 ) : Hàm số nồng độ ion Ca2+ trong nước sau khi khử sắt  f 3 ( K ¿i ) :Hàm số độ kiềm K ¿i của nước sau khi khử sắt  f 4( P) : Hàm số tổng hàm lượng muối P của nước sau khi khử sắt Tra biểu đồ Langlier ta được (Đồ thị hình 6.1 – Đồ thị để xác định pH của nước đã bão hòa Canxicacbonat đến trạng thái cân bằng, TCVN 33-2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế): 6  t = 18oC thì f 1(t o ) = 2,15  [Ca2+] = 50 mg/L => f 2 ¿  K ¿i = 2,998 mg/L => f 3 ( K ¿i )¿ 1,48  P = 407,5mg/L => f 4 ( P )¿ 8,836 Nhận thấy rằng trị tuyệt đối của J = 0,61 > 0,5, nên sau khi khử Fe 2+ phải xử lý ổn định nước để đánh giá tác dụng ăn mòn của nước đối với kết cấu bê tông cốt thép, phải theo tiêu chuẩn về thiết kế bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu xây dựng nhà và công trình. Trong trường hợp này nước có tính xâm thực nên cần thêm vôi với liều lượng vôi cần thiết là : (Theo mục 6.206 – Xử lý ổn định nước, TCVN 33-2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế): Dk =e k . b . K i . 100 100 =28 ×0,24 × 2,998× =25,18 (mg/ L) Ck 80 Trong đó:  ek: Trọng lượng đương lượng của vôi (dùng CaO). Chọn ek = 28  Từ chỉ số bão hòa | J | = 0,61 thì b = 0,24.  Ki : Độ kiềm của nước sau khử sắt  Ck: Độ tinh khiết của vôi chọn bằng 80% Vậy liều lượng chất kiềm cần thiết là 25,18 mg/L. Lưu lượng vôi dự trữ cần dùng cho 1 ngày. a Q G1  (kg ) 1000 P Trong đó: - Q là công suất trạm xử lý - a là liều lượng vôi cần thiết đưa vào (mg/l) - P = 80% CaO tính theo sản phẩm không ngậm nước G 1= 1.2. a×Q 26,76× 21600 = =7,23 ( kg ) 1000× P 1000× 80 Lựa chọn dây chuyền xử lý Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước cấp phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô. Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý. Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn 7 những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể. Theo chất lượng nước nguồn đã có đưa ra 2 phương án xử lý sau: Để lựa chọn được phương pháp hợp lý ta căn cứ vào trị số độ kiền và độ pH của nguồn nước sau khi làm thoáng. Để oxi hóa và thủy phân 1 mg Fe 2+ thì tiêu thụ 0,143 mg O2 đồng thời làm tăng 1,6 mg CO2 và độ kiềm giảm 0,036 mg dl/l. - Độ kiềm sau khi làm thoáng : Ki = 2,998 mgđl/L - Hàm lượng CO2 sau làm thoáng : CO2 = 45,7 mg/L - pH sau làm thoáng : pH = 6,75. Do pH < 6,8 nên không áp dụng được phương pháp làm thoáng đơn giản. (Điều kiện pH > 6,8 và độ kiềm > 1 mgđl/l). Lượng CO2 còn lại sau khi trừ đi 80% lượng CO2 : CO ¿2=0,2 ×CO o2=0,2 × 45,7=9,14(mg/ L) pH của nước sau khi làm thoáng theo toán đồ Langlier ứng với hàm lượng CO2=9,14 (mg/L), độ kiềm 2,998 mgđl/l xác định bằng 7,46. Vì vậy áp dụng phương pháp làm thoáng bằng giàn mưa. So sánh ưu nhược điểm của 2 phương án để có được lựa chọn chính xác hơn: So sánh Ưu điểm - - Phương án 1 Hệ số khử khí CO2 trong - Phương án 2 Giàn mưa: thùng quạt gió là 90% -  Dễ vận hành. 95% cao hơn so với giàn  Việc duy trì , bảo mưa. dưỡng và vệ sinh định Khối lượng công trình kỳ giàn mưa cũng nhỏ, ít chiếm diện tích. không gặp nhiều khó 8 - Bể lọc nhanh trọng lực có kết cấu đơn giản khăn. - Bể aquazur V có máng chữ V vừa giữ chức năng phân phối nước vừa có vai trò tạo ra lớp nước quét trên bề mặt cát lọc nên tiết kiệm nước và hiệu Nhược điểm Giàn mưa tạo tiếng ồn khi hoạt - quả lọc cao hơn Thùng quạt gió vận hành khó động, khối lượng công trình hơn giàn mưa, khó cải tạo khi chiếm diện tích lớn. chất lượng nước đầu vào thay đổi, tốn diện tích khi vận hành. Khi tăng công suất phải xây dựng them thùng quạt gió chứ không thể cải tạo. - Bể lọc nhanh trọng lực có kết cấu đơn giản nhưng tốc độ lọc lại chậm hơn bể Aquazur V.  Vậy ta lựa chọn dây chuyền công nghệ 2 để xử lý nước ngầm có số liệu đã cho. Thuyết minh dây chuyền công nghệ : Đầu tiên nước ngầm được hút từ các giếng khoan nhờ hệ thống máy bơm và được clo hóa sơ bộ rồi vào công trình làm thoáng. Công trình làm thoáng có chức năng chính là khử CO2, hòa tan oxy không khí vào nước để oxy hóa Fe 2+ thành Fe3+, để dễ dàng kết tủa, dễ dàng lắng đọng để khử ra khỏi nước nâng cao hiệu quả của các công trình lắng và lọc. Sau khi làm thoáng bằng giàn mưa, nước được đưa vào bể trộn đứng, tại đây nước được hòa trộn với vôi sữa. Bể trộn đứng được sử dụng để hòa trộn vôi sữa phục vụ quá trình ổn định nước và làm mềm nước. Bể trộn đứng bảo đảm giữ cho các phần tử vôi ở trạng thái lơ lửng, làm cho quá trình hòa tan vôi được triệt để hơn nữa. Bể trộn đứng có thể áp dụng với công suất xử lý bất kì. 9 Nước được đưa xuống bể lắng tiếp xúc ngang. Mục đích của công trình này là để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng và đưa về bể nén cặn , nước trong ở phần trên tiếp tục đưa sang bể lọc. Thời gian lưu nước lắng thường 90 – 120 phút. Sau đó nước được đưa qua bể lọc nhanh. Tại đây, nước không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt vật liệu lọc mà còn giữ lại keo sắt, keo hữu cơ gây độ đục, độ màu. Bể lọc sử dụng cát thạch anh và rửa bằng hệ thống gió nước kết hợp. Nước rửa lọc được thu và đưa vào hệ thống thoát nước. Sau khi đã được lọc, nước được đưa sang bể chứa nước sạch. Trước khi sang bể chứa nước sạch nước được châm với hóa chất khử trùng là Clo để loại trừ vi sinh vật tồn tại trong nước ngầm. Nước sau đó được phân phối vào mạng lưới sử dụng. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC NGẦM 2.1. Tính toán hệ thống làm thoáng tự nhiên (giàn mưa) Vì công suất trạm xử lý khá lớn 21600 m 3/ngàyđêm nên ta chia làm 2 đơn nguyên để xử lý. Mỗi đơn nguyên có công suất 10800 m3/ ngàyđêm.  Chức năng : giàn mưa hay còn gọi là công trình làm thoáng tự nhiên, có chứ năng làm giàu oxi cho nước và khử CO 2, H2S trong nước, nâng giá trị pH của nước. Giàn mưa cho khả năng thu được lượng oxi hòa tan bằng 55% lượng oxi bão hòa và có khả năng khử được 75 – 80% lượng CO 2 có trong nước. Nhưng lượng CO 2 còn lại sau làm thoáng không thấp hơn 5 – 6 mg/l. Ngoài ra, nước còn nhận được oxi từ không khí để cung cấp oxi cho quá trình oxi hóa Fe2+ có trong nước thành Fe3+. 10  Cấu tạo gồm có:  Hệ thống phân phối nước  Hệ thống máng phân phối bao gồm  Sàn tung nước  Sàn đổ vật liệu tiếp xúc  Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước  Sàn và ống thu nước 2 Áp dụng khi hàm lượng sắt nguồn Fe 25 (mg/L) . Nước sau khi làm thoáng '  NH 4  1 (mg/L) K  2 pH  6,8 i đạt được chỉ tiêu , (mgđl/L), 2.1.1. Xác định kích thước giàn mưa - Lưu lượng nước qua 1 giàn mưa : Q = 10800 m3/ ngàyđêm = 450 m3/h  Diện tích bề mặt cần cho giàn mưa là: F = = = 45 (m2) Trong đó: - Q : là lưu lượng tính toán, Q = 450 (m3/ h) - qm : là cường độ phun mưa (10- 15 m3/m2.h) chọn qm= 10 m3/m2.h Chọn kích thước giàn mưa : L × B = 8m × 6m = 48 (m2) Chia giàn mưa thành 2 ngăn, diện tích tiếp xúc mỗi ngăn là: f= F 48 = =24 (m2) N 2 Trong đó: - F : là diện tích giàn mưa (m2) - N : là số ngăn của giàn mưa, chọn N = 2. Chọn kích thước mỗi ngăn: l ×b = 6m ×4m.  Hệ thống phân phối nước 11 Dùng hệ thống giàn ống phân phối nước gồm ống chính và các ống nhánh nối với nhau theo dạng hình xương cá. Số ống phân phối chính trên giàn mưa là 2 ống, khoảng cách giữa các ống là 5m, chiều dài mỗi ống phân phối chính là 3m.  Ống dẫn nước thô lên giàn mưa: Tốc độ nước chảy trong ống dẫn nằm trong khoảng 0,8 – 1,2 m/s, chọn v =1m/s (Theo TCVN 33: 2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế). Vậy đường kính ống dẫn nước thô lên giàn mưa là: D dẫn = 4.Q 4 ×0,125 = =0,39 ( m ) π .v π ×1 √ √ Trong đó : Q là lưu lượng nước lên giàn mưa, Q = 450 m3/h = 0,125 m3/s.  Chọn đường kính ống dẫn nước lên giàn mưa là 400 mm. Kiểm tra lại vận tốc: v= 4. Q 4 ×0,125 = =0,99 ( m/s ) 2 π . Ddẫn π × 0,42  Ống phân phối nước chính: Lưu lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa: q= Q 450 3 3 = =225 ( m /h )=0,0625 ( m /s ) N 2 Trong đó:  Q: Công suất trạm xử lý (tính cho 1 đơn nguyên của giàn mưa), Q = 450 m3/h  N: Số ngăn giàn mưa. Chọn N = 2 ngăn. Đường kính ống chính phân phối nước vào các ống nhánh trên giàn mưa với vận tốc nước chảy trong ống là v = 0,9 m/s  Đường kính ống là: Dc = 4.q 4 × 0,0625 = =0,297 ( m ) π .v π ×0,9 √ √ Chọn đường kính ống phân phối chính là 300 mm. Kiểm tra lại vận tốc trong ống phân phối chính: v= 4. q 4 ×0,0625 = =0,88(m/s) 2 π . Dc π ×0,32  Hệ thống ống nhánh:  Số ống nhánh : 12 Các ống nhánh được bố trí dọc theo chiều rộng của mỗi ngăn. Khoảng cách giữa 2 ống nhánh theo quy phạm (0,2 – 0,3 m). Chọn l = 0,3 m. Số ống nhánh cần thiết: (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, trang 145) n=2× eq ¿ (L∗, l)=2× 4 =26 ( ống ) 0,3 Trong đó: L* : là chiều rộng của 1 ngăn giàn mưa, L* = 4m. l : là khoảng cách giữa các trục ống nhánh , l = 300mm.  Lưu lượng nước qua mỗi ống nhánh: q 0,0625 q n= = =2,4. 10−3 (m3 /s ) n 26  Đường kính ống nhánh : d n= 4. qn 4 ×2,4.10−3 = =0,04 ( m ) π . vn π ×1,8 √ √ Trong đó:  vn: Vận tốc nước trong ống phân phối nhánh vn = 1,8 m/s (Theo mục 6.246, TCVN 33: 2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế). Chọn ống nhánh bằng thép với đường kính là dn = 40 mm. 2.1.2. Sàn tung nước Sàn tung nước được đặt dưới máng phân phối với khoảng cách 0,6 m làm bằng ván gỗ rộng 20 cm đặt cách nhau 10 cm hay bằng nửa cây tre xếp cách mép nhau 5 cm. (Theo mục 6.246, TCVN 33: 2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế). Chọn các ván gỗ rộng 20 cm đặt cách nhau 10 cm. Dưới sàn tung nước là các sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc, cuối cùng là sàn thu nước bằng bê tông. 2.1.3. Sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc Vị trí nằm dưới sàn tung nước, khoảng cách giữa các sàn là 0,5m, sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc làm bằng tôn hay bê tông có xẻ khe hay đục lỗ. Tỷ lệ khe hoặc lỗ chiếm 30 – 40% diện tích sàn. Ngoài ra còn dùng thanh tre hoặc gỗ đặt cách nhau 20mm. Phía dưới đổ lớp vật liệu tiếp xúc dày 30 – 40cm. Lớp vật liệu tiếp xúc thường là cuội, sỏi, than cốc, than xỉ. Lớp vật liệu này có chức năng chia nước thành những màng mỏng xung quanh vật liệu tiếp xúc để tăng khả năng tiếp xúc nước và không khí. (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, 1999, trang 171). 13 Chọn sàn đổ lớp vật liệu tiếp xúc làm bằng các tấm đan bê tông dày là 30 – 40mm, đường kính lỗ d = 15mm. Chọn tỷ lệ lỗ chiếm 35% diện tích sàn. 2.1.4. Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước Để có thể thu oxy trong không khí kết hợp với việc khử khí CO2, đồng thời đảm bảo nước không bắn ra ngoài ta bố trí các cửa chớp bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gỗ. Góc nghiêng giữa các chớp mặt phẳng nằm ngang là 45o. Khoảng cách giữa hai cửa chớp kế nhau là 200mm và chiều rộng mỗi cửa là 200mm. Cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí. Các cửa chớp này được xây dựng cách mép ngoài của sàn tung là 0,6m khoảng cách này được làm lối đi xung quanh khi làm vệ sinh giàn mưa. (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, trang 171). 2.1.5. Sàn và ống thu nước Sàn thu nước được đặt ở dưới đáy giàn mưa, có độ dốc từ 0,02 – 0,05 về phía ống dẫn dưới nước xuống bể lắng tiếp xúc. Sàn làm bằng bê tông cốt thép Bố trí 3 vòi phun nước rửa sàn (mỗi ngăn một vòi) với vòi rửa sàn tung có đường kính dv = 20mm với khoảng cách phục vụ không quá 10m, áp lực vòi phun tối thiểu là 10m, nằm về một phía của giàn mưa. Bố trí 3 ống thu nước (mỗi ngăn một ống) thoát nước sàn với đường kính dt = 100 – 200mm để xả nước và thau rửa sàn. 2.1.6. Tính toán chiều cao giàn mưa H DM H FM  HVL  H N 0,6  1,9  0,3 2,8 (m) Trong đó:  HFM: Chiều cao từ lớp vật liệu thứ nhất đến giàn phun. Chọn HFM = 0,6m (Theo TCVN 33: 2006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế).  HVL: Chiều cao vật liệu tiếp xúc. Dàn mưa thiết kế có 3 sàn tung với khoảng cách 0,5 m. Trên mỗi sàn đặt vật liệu tiếp xúc là than cốc dạng cục có đường kính d = 29mm. Mỗi lớp vật liệu tiếp xúc có chiều dày 0,3 m (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, trang 171). HVL 2.0,5  3.0,3 1,9 (m)  HN: Chiều cao ngăn thu nước. Chọn HN = 0,3 (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, trang 176). 2.2. Tính toán công trình bể trộn vôi sữa 14 Dung tích bể: Q n a W ( m3 ) 10000 bv  Trong đó: Q là công suất trạm xử lý (m3/h) n là số giờ làm việc giữa 2 lần pha vôi (h) a là liều lượng vôi cần thiết đưa vào bv là nồng độ vôi sữa (5%)  Khối lượng riêng vôi sữa là 1 T/m3. W= Q× n ×a 21600× 12× 25,18 = =5,4( m3 ) 10000 × bv ×γ 10000 ×24 × 5 ×1 Bể được làm bằng bê tông cốt thép, phần trên hình trụ, phần dưới là hình nón, góc nghiêng giữa 2 phần của bể là 45o, đường kính bể lấy bằng chiều cao công tác. π . d2. h π . d3 3 4×W 3 4 ×5,4 W= = =¿ d= = =1,9(m) 4 4 π π √ √ Chiều cao phần nón: h= d 1,9 = =0,95 (m) 2 tan 45 ° 2. tan 45 ° Thể tích phần hình nón: π . R2. h Wn= =0,9 (m 3) 3 Thể tích phần hình trụ là: Wtru = W – Wn = 1 m3 Chiều cao công tác phần hình trụ: htru = W tru π.R 2 = 1 =0,35(m) Chọn chiều cao trụ là 0,4 m 2 π . 0,95 Chiều cao tổng cộng bể là: H = h + htru + hatoan = 0,95+0,4+0,3=1.65 (m) 1.1 Tính toán bể lắng ngang 2.2.1. Cấu tạo bể lắng ngang Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật, có thể bằng gạch hoặc bê tông cốt thép thường được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất lớn hơn 3000m 3/ngày đêm đối với xử lý bằng phèn và áp dụng công suất bất kỳ cho các trạm không cần dùng phèn. Cấu tạo bể lắng ngang bao gồm có bốn bộ phận chính - Bộ phận phân phối nước rửa vào bể - Vùng lắng cặn 15 - Hệ thống thu nước đã lắng - Hệ thống thu xả cặn Hình 1: Cấu tạo bể lắng ngang tiếp xúc 1) Ống dẫn nước từ bể trộn cơ khí 2) Máng phân phối nước 3) Vách phân phối đầu bể 4) Vùng lắng 5) Vùng chứa cặn 6) Vách ngăn thu nước cuối bể 7) Máng thu nước 8) Ống dẫn nước sang bể lọc 9) Ống xả cặn 16 2.2.2. Tính toán kích thước bể lắng Theo bảng 6.9 TCXDVN 33:2006: Tốc độ rơi của hạt cặn u 0 (quy phạm 0,35 – 0,45 mm/s), chọn u0 = 0,45 mm/s. Chọn tỷ số L/Ho = 15, theo bảng 3 – 1: Trị số K và α phụ thuộc vào tỷ số L/Ho thì K = 10, α = 1,5 (Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, 1999, trang 76). Vận tốc trung bình dòng nước trong bể là: vtb = K.uo = 10.0, 45 = 4,5 (mm/s)  Tổng diện tích mặt bằng của bể lắng ngang là: F=α . Q 900 2 =1,5 =833,3 ( m ) 3,6.u o 3,6.0,45 Trong đó:  Q: Lưu lượng nước đưa vào bể lắng, m3/h α : Hệ số sử dụng thể tích của bể lắng  u0 : Tốc độ rơi của cặn ở trong bể lắng, mm/s  Chọn chiều cao vùng lắng Ho = 3,5m (Quy phạm 1,5 – 3,5m, theo TCVN 332006/BXD – Tiêu chuẩn thiết kế) Chọn số bể lắng N = 4 bể, chiều rộng mỗi bể là: B= Q 900 = =3,97 ( m ) 3,6. v tb . H o . N 3,6.4,5 .3,5 .4 Chọn B = 4 m. Chiều dài bể 1 lắng là: L= F 833,3 = =52(m) B.N 4.4 Kiểm tra tỷ số L/Ho theo tính toán là : 52/3,5 = 15 đúng bằng tỷ số đã chọn  Hệ thống phân phối nước vào bể: Để có thể phân phối đều nước trên toàn bộ diện tích bể lắng, cần đặt vách ngăn có đục lỗ ở đầu bể, cách tường (1-2m), chọn bằng 1,5m. Đoạn dưới của vách ngăn trong phạm vi chiều cao từ 0,3-0,5m kể từ mặt trên của vùng lắng chứa nén cặn không cần phải khoan lỗ. Các lỗ của ngăn phân phối có kích thước cạnh 50x150mm, vận tốc nước qua lỗ 0,2-0,3m/s. Khoảng cách giữa tâm các lỗ từ 0,25-0,5m 17 Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn phân phối nước vào: Q ∑ f lo 1= v = lo 1 900 2 =0,21(m ) 3600 × 4 ×0,3 Trong đó: vlo1: Vận tốc qua lỗ ở vách ngăn phân phối nước, vlo1 = 0,2 – 0,3m/s. Chọn vlo1 =  0,3m/s Diện tích cần thiết của các lỗ ở vách ngăn thu nước ở cuối bể đặt cách tường 1, 5m Q ∑ f lo 2= v lo 2 = 900 =0,125(m2) 3600 × 4 ×0,5 Trong đó:  vlo2: Vận tốc qua lỗ ở vách ngăn thu nước, vlo1 = 0,5m/s.  Diện tích 1 lỗ phân phối nước: 50 150 flo  7,5 10 3 (m 2 ) 1000000 Tổng số lỗ ở vách ngăn phân phối thứ nhất là: n1 = ∑ f lo 1 = f lo 0,21 =28 7,5 ×10−3 Chọn n1 = 28 lỗ Tổng số lỗ ở vách ngăn thứ hai là : n2 = ∑ f lo 2 = f lo 0,125 =16,7 7,5 ×10−3 Chọn n1 = 17 lỗ  Thể tích vùng chứa nén cặn của bể lắng Việc xả cặn dự kiến tiến hành theo chu kỳ với thời gian giữa 2 lần xả cặn T = 24h. Thể tích vùng chứa nén cặn của một bể lắng là:(Theo Xử lý nước cấp của Nguyễn Ngọc Dung, trang 77) W c= T . Q . ( Cmax −C ) 24.900. ( 46,89−10 ) = =13,28 ( m3 ) N .δ 4.15000 Trong đó: 18  T: thời gian làm việc giữa 2 lần xả cặn, t = 6 – 24h, chọn T = 24h  Q: Lưu lượng nước đưa vào bể, m3/h  N: Số lượng bể lắng ngang  C: Hàm lượng cặn còn lại trong bể nước sau khi lắng, C = 10 – 12mg/L, chọn C = 10 mg/L.  Cmax: Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng, Cmax = 46, 89 mg/L.  δ : Nồng độ trung bình cặn đã nén chặt, δ = 15000g/m3 Diện tích mặt bằng một bể lắng: f be= F 833,3 = =208 ( m2 ) N 4 Chiều cao trung bình của vùng chứa nén căn là: H can= W c 13,28 = =0,06 m f be 208 Chiều cao trung bình của bể lắng: Hb = Ho + Hc = 3,5+ 0,06 = 3,56 (m) Chiều cao xây dựng bể có tính đến chiều cao bảo vệ (0,3 – 0,5m): Hxd= 3,56 + 0,5 = 4,06 (m) Tổng chiều dài bể lắng kể cả hai ngăn phân phối và thu nước Lb = L + 2.1,5 =52 +3 = 55(m) Bảng 2: Kích thước bể lắng ngang Thông số STT Ký hiệu Số lượng Đơn vị 1 Số đơn nguyên N 4 cái 2 Chiều rộng 1 đơn nguyên B 4 m 3 Chiều dài bể L 55 m 4 Chiều cao bể HXD 4,06 m 2.3. Bể lọc Aquazur V 2.3.1. Ưu điểm của bể lọc Aquazur V 19 Bể lọc Aquazur V tập hợp tát cả các nguyên lý làm việc tốt của một thiết bị lọc và rửa lọc hiệu quả: - Nước lọc được cấp liên tục từng phần hoặc toàn bộ vào bể lọc trong cả thời gian rửa bể để đảm bảo quét nước bề mặt. Các bể lọc khác không chịu sự tăng lưu lượng và vận tốc lọc trong thời gian rửa bể. - Chiều sâu lớp nước trên bề mặt bể lọc 1 – 1,2m nên tiết kiệm chiều cao xây dựng công trình, giảm kích thước xây dựng công trình. - Bể lọc phù hợp với tốc độ lọc cao. Để thực hiện điều đó người ta sử dụng cát lọc có chiều cao từ 1,5-2m, thông thường là 1,2m. - Nó giữ một áp suất dương trên tất cả bề dày của cát lọc và kéo dài trong tất cả chu trình lọc. - Việc rửa lọc với tác dụng của dòng nước quét bề mặt làm tăng hiệu quả rửa lọc cũng như tiết kiệm nước rửa. - Tổn thất áp lực khi rửa lọc là tối thiểu (do có dòng nước quét trên bề mặt) nên áp lực bơm rửa lọc không cần cao, tiêu hao năng lượng ít. 2.3.2. Tính toán công trình  Thông số chọn - Bể lọc một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh. - Đường kính hạt lớn nhất dmin = 0,7 (mm) và dmax = 1,6(mm), đường kính hạt hiệu dụng d10 = 0,75 – 0,8 (mm). (Theo TCXDVN 33:2006) - Độ nở tương đối e = 40% - Chiều dày lớp vật liệu lọc là: L = 1,5 m - Hệ số đồng nhất K = 1,5 - Vận tốc lọc: v = 7 (m/h) - Tốc độ lọc khi làm việc bình thường: vbt = 7(m/h) Do hệ thống Aquazur V có hệ thống quét bề mặt nên khi 1 bể rửa lọc các bể khác không phải làm việc tăng cường, do vậy khi tính toán ta chỉ cần tính với vận tốc làm việc bình thường 20