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

phần đáy dưới côn loe (2). Trong côn loe nước chuyển động từ dưới lên trên với tiết diện dòng chảy mở rộng dần, do đó tốc độ của nước giảm đến trị số cho phép tạo ra ở phần hỡnh cụn (3) một lớp cặn lơ lửng. Cặn dư do tích luỹ dần dần được tràn qua mộp hỡnh cụn rơi xuống ngăn nén cặn (4). Nước trong đi qua lớp nước bảo vệ H2 nằm phía trên côn loe (3) tập trung vào máng thu (5) rồi chảy sang bể lọc. Cặn được thu bằng ống khoan lỗ (6) từng chu kỳ theo ống dẫn (7) xả ra ngoài. • Loại thứ hai: kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng tách rời, ngăn phản ứng đặt ở tâm bể lắng. Hình 23 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của loại bể thứ hai. Hỡnh 22: Bể lắng trong có ngăn tạo bông cơ khí đặt ở tâm bể Bể lắng là hình nón cụt dựng trờn đỏy nhỏ, ở tâm bể lắng có ngăn tạo bông cặn hình nón cụt dựng trờn đỏy lớn. Nước theo ống (1) đi vào ngăn tạo bông cặn, phèn và hoá chất theo ống (2). Trong ngăn tạo bông cặn có hệ thống cánh khuấy (3) để khuấy trộn nước và hoá chất, cánh khuấy (4) đế giữ cho cỏc bụng cặn lơ lửng ở phần dưới của ngăn tạo bông cặn. Cặn thừa của lớp cặn lơ lửng vào ngăn nén cặn (5), từ đó theo ống dẫn (6) từng chu kỳ tháo ra ngoài. Tháo nước làm khô bể khi cần sửa chữa nằng ống tháo (7). 3.5.2. Cấu tạo bể lắng trong: Loại thứ nhất: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời, ngoài kết cấu dạng đáy loe, cũn xõy dựng bể kiểu hành lang (hình 23). a) b) Hình 23: Bể lắng có quá trình tạo bông cặn và lắng xảy ra đồng thời a) Bể hình vuông hoặc tròn có ngăn chứa cặn đặt dưới ngăn lắng trong; b) Bể mặt bằng hình chữ nhật có ngăn chứa cặn đặt dưới ngăn lắng trong; c) Bể hành lang có ống phân phối đặt xiên; d) Bể hành lang có ống phân phối thẳng đứng. 1. Máng dẫn nước đồng thời là ngăn tỏch khớ; 2. Ống phân phối nước vào bể; 3. Ống hay cửa sổ thu cặn; 4. Ngăn chứa và nén cặn; 5. Thu nước trong từ ngăn nén cặn; 7. Ống tháo cặn. Trờn (hình 24) giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong kiểu hành lang của hãng Kendy (Anh). Hình 24: Sơ đồ cấu tạo bể lắng kiểu hành lang của hãng Kendy (Anh) 1. Máng dẫn nước nguồn kết hợp làm ngăn tỏch khớ; 2. Ống xả cặn bể lắng; 3. Ống phân phối nước nguồn đã trộn đều với hoá chất; 4. Đưa cặn vào ngăn nén cặn; 5. Rửa cặn bằng nước; 6. Máng thu nước; 7. Máng dẫn nước trong sang bể lọc; 8. Xả cặn từ ngăn nén cặn ra ngoài. Trờn hình 24 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong đáy phẳng do WASE thiết kế đã hoạt động tốt tại nhà máy nước Chõu Phỳ- An Giang từ năm 1994 (công suất 2000m3/ngày). Chỉ tiêu thiết kế giống như bể lắng kiểu hành lang. Riêng phần thu và nén cặn dùng phễu thu đặt ở giữa bể. Phễu thu hình cụn gúc cụn nhỏ hơn hoặc bằng 600. Góc phễu có cao độ bằng mặt trên của lớp cặn lơ lửng. khoảng cách mép phễu đến thành bể Lmax = 2,2m. Diện tích đáy phễu ngang mặt lớp cặn lấy bằng 15- 20% diện tích bể lắng. Khoảng cách các ống phân phối nước nhỏ hơn hoặc bằng 1,2m, tốc độ đi lên của dòng nước u0 = 0,8- 0,9mm/s. Hình 25: Bể lắng trong đáy phẳng 1. Máng dẫn nước và là ngăn tỏch khớ; 2. Ống phân phối nước vào; 3. Phễu thu và nén cặn; 4. Ống xả cặn; 5. Máng thu nước trong dẫn sang bể lọc; 6. Ống xả kiệt. Loại thứ 2: Kiểu bể có quá trình phản ứng tạo bông cặn và lắng trong tách rời, ngăn phản ứng đặt ở tâm bể ngoài kiểu hình chóp cụt (hình 22) còn có nhiều kiểu cấu tạo ngăn phản ứng tạo bông cặn với quá trình tuần hoàn lại cặn. Chỉ tiêu thiết kế: - Thời gian phản ứng tạo bông cặn gần bằng 20 phút (dung tích ngăn phản ứng đặt giữa bể lắng tính theo thời gian lưu nước 20 phút). - Thời gian lắng trong ngăn lắng từ 1,5- 2 giờ. - Tải trọng bề mặt vùng lắng 2- 3m3/m2.h. - Tải trọng thu nước q = 2- 3vl/s.m dài mộp mỏng. - Vận tốc nước đi lên ở vùng lắng nhỏ hơn hoặc bằng 0,85mm/s. - Lượng nước và cặn tuần hoàn trong vùng phản ứng tạo bông cặn do máy khuấy cơ khí hay ejector tạo ra, qt = 3 ữ 5 lần lưu lượng nước thô đi vào bể lắng. Hình 27 giới thiệu sơ đồ cấu tạo bể lắng trong có ngăn keo tụ và tuần hoàn cặn tách biệt. - Lưu lượng nước đưa vào bể thay đổi không quá 1% trong 1h. - Điều chỉnh lưu lượng cặn tuần hoàn bằng cách giảm hoặc tăng số vòng quay của máy khuấy. Số lượng bể trong nhà máy chọn sao cho khi ngừng một bể để sửa chữa, vân tốc dòng nước đi lên ớ các bể còn lại tăng không quá 2 lần lúc làm việc bình thường. Hình 26: Bể lắng có ngăn keo tụ và tuần hoàn cặn đặt ở tâm bể 1. Ống dẫn nước nguồn vào; 2 và 3. Ống dẫn dung dịch hoá chất; 4. Vùng trộn và phản ứng tạo bông sơ cấp; 5. Vùng tạo bông cặn; 6. Máy khuấy tuần hoàn cặn; 7. Vùng lắng; 8. Ngăn chứa cặn; 9. Ống xả cặn. Hình 27: Sơ đồ cấu tạo bể lắng accelerato của hãng Inphilco (Mỹ) 1. Ống dẫn nước nguồn vào; 2 và 3. Ống dẫn dung dịch hoá chất; 4. Vùng trộn và phản ứng tạo bông sơ cấp; 5. Vùng tạo bông cặn; 6. Máy khuấy tuần hoàn cặn; 7. Vùng lắng; 8. Ngăn chứa cặn; 9. Ống xả cặn. Hình 28 giới thiệu cấu tạo bể lắng dùng áp lực nước nguồn qua ejector để tuần hoàn cặn. Bể có nhược điểm là không thường xuyên điều chỉnh được cường độ khuấy trộn và tỉ lệ nước tuần hoàn. Hình 28: Bể lắng tuần hoàn cặn bằng thuỷ lực 3.5.3. Nguyên lý tính toán bể lắng trong: Bể lắng trong gồm các cơ cấu chính sau: Hệ thống để phân phối đều nước theo toàn bộ diện tích bể; vùng cấu tạo bông cặn, lớp cặn lơ lửng, vùng lắng, ngăn nén cặn, hệ thống để thu nước trong ở vùng lắng và ngăn nén cặn, hệ thống xả cặn. Sau khi ra khỏi hệ thống phân phối, nước đi vào vùng tạo bông cặn của bể lắng. Do kết quả xáo trộn chậm bằng dòng nước đi lên với vận tốc 3- 10mm/s những bông cặn nhỏ do phèn tạo ra va chạm và dính kết với cặn bẩn của nước thành những bông cặn lớn khi làm mềm nước ở vùng tạo bông cặn hình thành cặn lắng tinh thể CaCO3 và Mg (OH)2. trong một số bể lắng có cấu tạo vùng tạo bông cặn đồng thời là bể trộn và là ngăn tạo bông cặn. Trong trường hợp này hoá chất được đưa thẳng trực tiếp vào vùng tạo bông cặn. Khi tính toán thể tích của vùng tạo bông cặn, tuỳ theo kết cấu của từng kiểu bể lắng có thể xác định theo thời gian lưu lại của nước trong vùng này từ 5- 20 phút. Khi nước chuyển động từ dưới lên trên đi qua lớp cặn lơ lửng, cỏc bụng cặn chuyển động hỗn loạn quanh vị trí cân bằng động trong dòng nước đi lên. Nồng độ bông cặn trong lớp cặn lơ lửng càng lớn nếu vận tốc đi lên của dòng nước càng bé và đường kính, trọng lượng riêng của hạt cặn càng lớn. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng: nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng tỉ lệ nghịch với vận tốc đi lên của dòng nước: , (3.23) Trong đó: C- nồng độ trung bình của cặn rắn trong lớp cặn lơ lửng (g/m3); K- Hệ số giãn nở của cặn, phụ thuốc vào kích thước và trọng lượng riêng của bông cặn; v- tốc độ đi lên của dòng nước (m/h); a- hệ số mũ; Trị số của hệ số mũ a theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm của các nhà khoa học Xô Viết có thể lấy trung bình bằng 1. Trị số của hệ số giãn nở K thay đổi trong giới hạn rộng: từ 0,8gam/m2.h đối với trường hợp xử lý nước có màu và độ đục thấp cho đến 30gam/m2.h đối với nước có độ đục cao. Khi chuyển động cùng với dòng nước qua lớp cặn lơ lửng, những bông cặn bé do phèn tạo ra và cặn bẩn của nước va chạm và dính kết với cỏc bụng cặn to của lớp cặn lơ lửng và bị giữ lại ở lớp cặn lơ lửng. Rõ ràng là nồng độ của cỏc bụng cặn trong lớp cặn lơ lửng càng lớn thì xác suất va chạm và dính kết cỏc bụng cặn nhỏ trong nước càng lớn, nghĩa là tốc độ giảm trọng lượng cặn bẩn trong nước tỉ lệ thuận với nồng độ bông cặn C trong lớp cặn lơ lửng. Mặt khác số bông cặn bé trong nước càng nhiều thì khả năng va chạm với cỏc bụng cặn của lớ cặn lơ lửng cũng càng lớn, tức khả năng giữ cặn bẩn tỉ lê thuận với hàm lượng cặn M của nước xử lý, ngoài ra lớp cặn lơ lửng càng dày, khả năng giứ cặn bẩn càng cao. Từ hình 30 ta có: Nước nguồn tại mặt cắt 1- 1 có nồng độ cặn M1 sau khi đi qua lớp cặn lơ lửng chiều dày ΔH giảm xuống M2 tại mặt cắt 2.2. Hình 29: Sơ đồ tính toán hiệu quả lắng của lớp cặn lơ lửng Ta có thể viết phương trình sau: (M2 – M1) = γC.MΔH Nếu chiều dày lớp cặn lơ lửng dH là vô cùng bé và giá trị M2 < M1: -dM = γC.MdH (3.24) Tích phõn hai vế phương trình (3.30): (3.25) Khi vận tốc đi lên của dòng nước không đổi thì nồng dộ bông cặn C trong lớp cặn lơ lửng sẽ không thay đổi theo toàn bộ chiều cao H nên: ; (3.26) m = MCeưγCH (3.27) Trong đó: m- hàm lượng cặn cũn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng (mg/l) MC – hàm lượng cặn lớn nhất trong nước đưa vào bể lắng (mg/l), MC tớnh theo công thức (3.23); γ - hệ số đặc trưng cho tớnh chất và khả năng dớnh kết của cặn.Căn cứ vào kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ có thể lấy γ = 0,004 khi xử lý nước đục và γ = 0,008 khi xử lý nước có màu, độ đục thấp; H - chiều cao lớp cặn lơ lửng trong bể lắng (m). Trị số nồng độ cặn C trong lớp cặn lơ lửng của bể lắng (theo công thức 3.29) phụ thuộc vào vận tốc đi lên của dòng nước. Thay giá trị nồng độ C từ phương trình (3.29) với a = 1 vào phương trình (3.32) và (3.33) ta có: (3.28) Hay (3.29) Chiều cao lớp cặn lơ lửng H cần thiết để đảm bảo hiệu quả lắng cho trước được tớnh từ công thức (3.35): (3.30) Việc xác định bằng thực nghiệm hệ số gión nở của cặn K và hệ số dớnh kết γ rất khó khăn bởi vì các hệ số này liên hệ với nhau và ảnh hưởng lẫn nhau nên trong thí nghiệm không thể xác định tác riêng chúng được. Để dễ dàng hơn thường xác định bằng thực nghiệm nồng độ chuẩn của lớp cặn lơ lửng Co theo vận tốc chuẩn vo của dòng nước đi lên khi nhiệt độ nước cố định (ví dụ: khi tốc độ đi lên của dòng nước vo = 3,6m/h (1mm/s) nhiệt độ nước to = 20o). Nếu như biết nồng độ chuẩn Co và vận tốc chuẩn vo theo công thức (3.29) với a = 1. K = Co.vo hay: Tỷ số: là trị số không thứ nguyên, biểu thị tỷ số giữa vận tốc thực trong bể lắng và vận tốc chuẩn vo khi thí nghiệm. Thay trị số K vào công thức (3.35) và (3.36) ta có: (3.31) và (3.32) Khi bể lắng làm việc lớp cặn lơ lửng giữ lại các cặn bẩn của nước, do đó lượng cặn trong lớp lơ lửng không ngừng tăng lên. Khi tốc độ đi lên của dòng nước cố định tức nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng không thay đổi thì chiều dày của lớp cặn lơ lửng không ngừng tăng lên. Để tránh việc lôi cặn từ lớp cặn lơ lửng vào máng thu nước trong, phải liên tục hoặc theo từng chu kỳ rút bớt cặn lơ lửng vào ngăn nén cặn để giữ chiều dày H không đổi. Nếu hàm lượng cặn trong nước cho vào bể lắng là MC (g/m3) hàm lượng cặn cũn lại trong nước khi ra khỏi bể lắng là m (g/m3) thì số lượng cặn được giữ lại nhờ lớp cặn lơ lửng trong bể lắng sẽ là: Q(mc – m) = QM , (g/h), (3.33) Trong đó: Q – lưu lượng nước đi qua bể lắng (m3/h); M - số lượng cặn được giữ lại (g/m3). Theo kết quả xác định nhiều lần trong thực tế và phòng thí nghiệm thì nồng độ cặn của lớp cặn lơ lửng thay đổi rất ít theo chiều cao và khi tốc độ đi lên của dòng nước cố định có thể coi là không đổi và bằng C (g/m3) (hình 31). Do đó ta có phương trình cõn bằng cặn: QM = Cq ( 3.34) Trong đó: q – lưu lượng nước cùng với cặn cần rút từ ngăn lắng sang ngăn nén cặn (m3/h). Vì: (3.35) và: (3.36) nên ta có: (3.37) rừ ràng trị số là hệ số phõn phối nước giữa vùng lắng và ngăn nén cặn; và như vậy thì Q.Kp là lưu lượng nước đi qua vùng lắng, cũn (1 – Kp)Q là lưu lượng nước cùng với cặn được rút sang ngăn nén cặn. (3.38) (3.45) Lưu lượng nước cùng với cặn thực tế phải rút từ ngăn lắng vào ngăn nén cặn là: (3.46) Trong đó: φ - hệ số tớnh đến khả năng cuốn theo một số nước trong từ vùng lắng vào ngăn nén cặn, thường lấy φ = 1,15 – 1,2. Diện tích vùng lắng cần thiết xác định theo công thức: (m2) (3.47) Diện tích ngăn nén cặn: (m2) (3.48) Trong đó: vtớnh - vận tốc tớnh toán của dòng nước đi lên trong vùng lắng (m/h). Hình 30: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ cặn trong lớp cặn lơ lửng theo chiều cao từ kết quả thực nghiệm. Đường cong 1: Làm mềm nước bằng vôi Đường cong 2: Lắng nước có độ đục 511 mg/l; Đường cong 3: Lắng nước có độ đục 47 mg/l. 3.6. Vận hành và quản lý bể lắng: Đội ngũ kỹ sư và công nhân vận hành nhà máy nước, khi vận hành quản lý bể lắng cần nắm vững các điều sau: 1. Điều kiện để lắng cỏc bụng cặn trong bể lắng. 2. Các hiện tượng bất thường xảy ra trong bể lắng. 3. Phân phối đều nước vào các bể lắng và phân phối đều nước trên toàn bộ tiết diện ngang của từng bể lắng. 4. Chu kỳ và lịch xả cặn. 5. Những điểm đặc biệt trong thiết kế bể lắng. Nếu bể phản ứng tạo bông làm việc tốt, phần lớn cỏc bụng cặn lắng được ở nửa đầu của bể, nếu bằng mắt thường quan sát thấy giữa bể còn có bông cặn và lớp nước trên mặt còn đục, thì phải điều chỉnh lại chế độ khuấy trộn của bể phản ứng hoặc xác định lại liều lượng phèn và kiểm tra lại hiệu quả làm việc của bể trộn. Nếu quan sát thấy nước ở giữa bể đã trong nhưng vẫn còn cỏc bụng cặn lơ lửng và trôi đến máng thu điều đó chứng tỏ tỷ trọng cỏc bụng cặn thấp, cặn nhẹ khó lắng, người vận hành có thể áp dụng hai biện pháp để khắc phục. ● Thứ nhất: bịt bớt 3- 6m đầu máng thu xẻ rãnh chữ V hay bịt lỗ ở đầu máng thu nước để tăng thời gian lắng của lớp nước trên mặt. Biện pháp này chỉ có thể thực hiện được khi hệ thống máng thu nước bề mặt dài đến tận giữa bể. ● Thứ hai: pha thêm chất trợ keo tụ (axit silixic hoạt hoá PAC) với liều lượng 0,5- 1mg/l vào nửa cuối của bể phản ứng tạo bông cặn để tăng cường độ bền chắc và tăng tỷ trọng của bông cặn. Nếu phát hiện thấy hiện tượng bất thường như từng đám cặn nổi lên, ấu trùng, muỗi trên mặt nước, rong rêu bám vào tương , vách ngăn và thành máng thu nước, điều đó chứng tỏ: nước có chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân huỷ, khi lắng xuống đáy bể lắng, cặn không được xả ngay, xảy ra hiện tượng phân huỷ yếm khí, tao ra các bọt khí làm nước sủi tăm và giảm nhẹ trọng lượng của cặn, đẩy từng đám cặn lên mặt nước, côn trùng cũng từ đó sinh ra. Biện pháp khắc phục: clo hoá nước nguồn với liều lượng từ 2- 3mg/l. Nhưng những năm gần đây, các nhà khoa học cảnh báo nếu dùng clo để clo hoá sơ bộ nước thô, clo tự do sẽ kết hợp với các chất hữu cơ tạo thành hợp chất trihalomentan (THM) bền vững có khả năng tích luỹ trong cơ thể người và là tác nhân gây bệnh ung thư. Vì thế, để khắc phục hiện tượng nổi cặn trong bể lắng chỉ nên tiến hành clo hoá sơ bộ nước thô theo từng đợt 5- 6giờ/ngày, 5- 6ngày/ tháng với liều lượng cao 3- 5mg/l. ● Phải có lịch xả cặn ra khỏi bể lắng thường xuyên hơn, tránh hiện tượng cặn bị phân huỷ yếm khí ngay trong bể lắng. ● Thường xuyên kiểm tra việc phân phối đều nước vào các bể lắng và thu nước đều trờn cỏc mỏng. Công việc có thể thực hiện qua việc đo chiều cao của nước ở cuối mỗi máng thu của từng bể. Nếu thấy chênh lệch giữa cỏc mỏng trong một bể thì tiến hành kiểm tra và điều chỉnh tấm khía chữ V sao cho chiều cao nước chảy qua khe chữ V là đều nhau. Nếu phát hiện thấy chênh lệch chiều cao nước ở cửa ra của máng thu giữa các bể lắng với nhau thì điều chỉnh các van phân phối nước vào từng bể lắng. ● Theo dõi hàng ngày lượng cặn tích lũy trong bể, nếu là xả cặn thủ công thì phải xả ngay khi mặt cặn đạt đến cao độ thiết kế, tránh hiện tượng thu hẹp diện tích mặt cắt ngang bể, tăng vận tốc làm xói cặn. ● Nếu xả cặn bằng máy cào trên dầm cầu chạy thì quy trình gạt cặn có thể điều chỉnh bằng cách tăng số lần gạt cặn ở phần nửa đầu bể gấp hai hoặc ba lần ở phần nửa cuối bể. ● Nếu phát hiện thấy hiện tượng xâm thực, ăn mòn thành bể cần áp dụng biện pháp bảo vệ thành bể. 1, Sơn phủ lớp cách ly không cho nước tiếp xúc sâu vào bề mặt, thành, tường bể. 2, Xử lý nước ổn định trước khi vào bể lắng nếu điều kiện keo tụ và lắng cỏc bụng cặn không bị ảnh hưởng xấu do tăng pH. 4. LẮNG LI TÂM VÀ XICLON THỦY LỰC Trong các bể lắng đứng và lắng ngang hạt cặn lắng xuống đáy bể dưới tác dụng của lực trọng trường có gia tốc bằng 9,81 m/s2. Khi quay một khối lượng nước có chứa các hạt cặn bẩn, các hạt cặn bị văng ra xa tâm quay dưới tác dụng của lực ly tâm có gia tốc a bằng: a = v2/R , (m/s2) (3.56) Trong đó: v- vận tốc quay vòng của nước khi quay (m/s); R- bán kính quay của hạt cặn (m). Khi vận tốc quay v lớn và bán kính quay R bé, lực ly tâm tác dụng lên hạt cặn nằm trong khối nước chuyển động quay sẽ lớn lơn rất nhiều so với lực trọng trường và tốc độ chuyển động của hạt cặn theo hướng từ tâm quay ra ngoài sẽ lơn hơn rất nhiều so với vận tốc lắng tự do của hạt cạn trong khối nước tĩnh. Do đó có thể tỏch cỏc hạt cặn bẩn ra khỏi nước trong các thiết bị ly tâm hay xiclon thủy lực sau một khoảng thời gian bé hơn nhiều so với các bể lắng. Các thiết bị lắng ly tâm có hiệu quả lắng cao nhưng do cấu tạo phức tạp, quản lý khó khăn không kinh tế nên trong lĩnh vực cấp nước ít sử dụng. Thiết bị lắng dùng lực ly tâm đơn giản nhất là xiclon thủy lực (hình 31). Nước nguồn đi vào xiclon thủy lực ở phần trên theo phương tiếp tuyến với tiết diện ngang và quay chung quanh trục của xiclon rồi đi vào ống thu đặt trên đỉnh đồng trục với xiclon. Cặn bị văng ra thành xiclon trượt xuống dưới đi vào côn thu rồi từ đó được tháo liên tục ra ngoài qua ống đặt ở đỏy côn. Quá trình tách cặn ra khỏi nước trong xiclon thủy lực xảy ra dưới tác dụng của lực bằng hiệu số lực ly tâm tác dụng lên nước và lên hạt cặn có trọng lượng riêng lớn hơn nước. Trị số của lực ly tâm P tác dụng lên hạt cặn trong xiclon thủy lực. (đin) (3.57) Trong đó: d – đường kớnh hạt cặn (cm); ρ1 và ρo - trọng lượng riêng của cặn và nước (g/cm3); v - tốc độ chuyển động của nước ở cửa vào xiclon thuỷ lực (cm/s); R - khoảng cách từ tõm xiclon thuỷ lực đến trục của ống dẫn nước vào theo phương tiếp tuyến với mặt cắt ngang của xiclon (cm). Hình 31: Xiclon thủy lực 1. Vỏ; 2. Ống dẫn nước nguồn vào; 3. Côn thu để tạo vận tốc cho dòng vào; 4. Ống dẫn nước ra; 5. Vỏ xiclon; 6. Vòi xả cặn. Công suất của xiclon được tớnh theo lượng nước đã được tách khỏi cặn, (công suất hữu ích) có thể tớnh theo công thức: (m3/h) (3.58) Trong đó: α - hệ số kể đến tổn thất nước do xả cặn liên tục lấy bằng 0,85 – 0,9; μx - hệ số lưu lượng của xiclon thuỷ lực; ω - diện tích bề mặt cắt ngang của đầu ống dẫn nước vào xiclon thuỷ lực (m2); ΔH - tổn thất áp lực trong xiclon thuỷ lực (m) Trị số của hệ số lưu lượng μx của xiclon thuỷ lực xác định bằng công thức: (3.59) Trong đó: dt - đường kớnh tương đương của ống thu nước đặt đồng trục trên đỉnh xiclon; dc - đường kớnh tương đương của miệng ống (lỗ) đưa nước vào xiclon. Trị số tổn thất áp lực trong xiclon phụ thuộc vào cấu tạo và công suất của. Tăng lưu lượng nước qua xiclon làm tăng tốc độ chuyển động của nước nhờ vậy tăng cả hiệu quả lắng nước nhưng đồng thời cũng tăng cả tổn thất áp lực trong xiclon. Trên hình (32) và (33) vẽ các biểu đồ quan hệ phụ thuộc giữa hiệu quả, công suất của xiclon thuỷ lực có đường kớnh khác nhau với tổn thất áp lực ở trong xiclon. Trên các biểu đồ này hiệu quả của xiclon biểu thị bằng độ lớn thuỷ lực của hạt cặn bé nhất có thể giữ lại được trong xiclon (vận tốc lắng tĩnh của hạt cặn bé nhất coa thể giữ lại trong xiclon). Hình 32: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc giữa hiệu quả lắng của xiclon và tổn thất áp lực của xiclon Hình 33: Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của công suất vào tổn thất áp lực trong xiclon Từ các biểu đồ trờn (hỡnh 36) ta thấy rằng khi tổn thất áp lực trong xiclon không đổi, hiệu quả lắng nước trong xiclon thuỷ lực tăng khi giảm đường kính của nó và hiệu quả của xiclon tăng khi áp lực tại cửa vào xiclon (xiclon khụng ỏp). Vì thế để giữ các hạt cặn phân tán nhỏ thường dùng xiclon có đường kớnh bộ, và cho nhiều xiclon làm việc đồng thời. Thiết bị trong đặt nhiều xiclon đường kính bé làm việc đồng thời gọi là xiclon tổ hợp (hình 34). Hình 34: Sơ đồ xiclon tổ hợp Xiclon tổ hợp gồm xiclon thùng thép (1) bên trong chia làm ba ngăn bởi các tấm (2) và (3). Các xiclon đường kớnh bé (4) đặt trên các tấm (2) và (3) sao cho đầu côn xả cặn của tất cả các xiclon nằm trong ngăn dưới (5) của thùng (1). Cũn lỗ để dẫn nước vào xiclon nằm ở ngăn giữa (6) và ống thu nước đặt ở đỉnh ngăn trên (7). Nước nguồn theo ống dẫn (8) đi vào ngăn giữa của xiclon rồi từ đó đi vào các lỗ dẫn nước vào tất cả các xiclon bé. Cặn rơi xuống đáy theo ống xả (9) xả ra ngoài. Nước trong đi lên trên (7) theo ống thu đưa sang bể lắng hoặc lọc. Xiclon thuỷ lực đường kớnh 10, 15- 20 mm làm bằng nhựa, chúng có khả năng giữ các hạt cặn có độ lớn thuỷ lực đến 0,1mm/s. Với tổn thất áp lực gần 1kG/cm2. Công suất của một xiclon thuỷ lực 15 mm, tổn thất áp lực 1kG/cm2 gần 70l/h. Do đó xiclon tổ hợp đường kớnh 1m trong có đặt 320 xiclon thuỷ lực đường kớnh 15 mm có công suất gần 500 m3 nước một ngày. Để lắng sơ bộ trước bể lọc chậm hoặc trước bể lọc nhanh có thể dung xiclon áp lực đúc bằng gang trắng (hình 32), các kích thước cơ bản có thể chọn theo bảng (2). Bảng 3.2: Kích thước cơ bản (mm) và trọng lượng (kg) của xiclon Đường kính của xiclon Đường kính ống thu nước Kích thước lỗ dẫn nước vào Đường kính tương đương của lỗ dẫn nước vào Đường kính vòi xả cặn Chiều cao xiclon Trọng lượng 75 150 250 350 500 30 45 90 105 150 10 x 30 15 x 30 10 x 45 20 x 45 20 x 65 30 x 65 10 x 90 20 x 140 20 24 24 34 41 50 48 60 8 12 12 17 17 24 24, 34 24, 34 305 695 1,070 1,450 2,015 37 115 251 424 172 Ghi chú: Góc côn của tất cả các xiclon α = 20o Tớnh toán xiclon thuỷ lực được tiến hành như sau: Theo phần trăm lắng cặn cần thiết tra trên biểu đồ đường cong lắng cặn thu được bằng thực nghiệm có dạng như (hình 12) tỡm ra vận tốc lắng tĩnh của hạt cặn bé cần phải giữ lại trũn xiclon. Theo các biểu đồ (hình 36) tìm đường kớnh xiclon và và tổn thất áp lực ứng với vận tốc lắng tĩnh của hạt cặn cần được giữ lại. Sau đó theo các biểu đồ (hình 37) hay theo công thức (3.58) xác định công suất của xiclon ứng với tổn thất áp lực cần thiết đã chọn . Chia lưu lượng nước hữu ích cần thiết cho công suất vừa tỡm được của mỗi xiclon ta tỡm được số xiclon làm việc đồng thời trong trạm. So sánh chi phí về năng lượng (tổn thất áp lực) của các xiclon thuỷ lực có đường kớnh khác nhau từ đó tỡm ra đường kớnh tối ưu của xiclon thuỷ lực có chi phí năng lượng bơm nước qua xiclon là bé nhất. CHƯƠNG IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LẮNG LỚP MỎNG ( LẮNG LAMEN ) 1. Nguyên lý: Đối với bể lắng dòng chảy ngang, chỉ có một đại lượng cơ bản là diện tích mặt bằng SH của bể lắng. Các hạt riêng rẽ được giữ lại ở bể lắng, nếu tốc độ lắng lớn hơn tốc độ Hazen VH; Về mặt lý thuyết giữ một phần tử lại không phụ thuộc vào chiều cao công trình. Như vậy, theo lý thuyết lắng ngang có khả năng xử lý hoàn thiện nhất. - Một lưu lượng nQ trong cùng một công trình bằng cách xếp chồng tầng có chiều cao cơ bản H/n: - Cùng một lưu lượng Q xếp chồng n tầng chiều cao mỗi tầng H/n và chiều dài L/n: Trong thực tế, việc xếp chồng bể lắng ngang không có thiết bị cào bùn làm cho việc thỏo bựn khó khăn và làm giảm hiệu quả của bể lắng. 2. Khái quát: Lắng lớp mỏng là việc tăng diện tích tách nước – bùn trong một công trình. Như vậy, vị trí của các tầng ( các ống hay các mặt song song) trong vùng lắng tạo ra một số lớn buồng lắng riêng biệt. Để đảm bảo tháo bùn cần phải đặt nghiêng các ô lắng một góc so với phương nằm ngang. Tương tự như định luật Hazen, tốc độ giới hạn lắng trong mỗi phần tử: Trong đó: L : Diện tích mặt bằng của mỗi ô lắng. N: Số ô lắng. Có 3 loại lắng lớp mỏng: Lắng gạn ngược dòng ( Bùn và nước chuyển động ngược chiều nhau): Hình 4.1: Lắng lớp mỏng dòng nước ngược với dũng bựn Lắng cùng chiều ( Bùn và nước chảy cùng chiều từ cao xuống thấp): Hình 4.2: Lắng lớp mỏng nước và bựn cựng chiều Lắng dòng chéo nhau ( Bùn và nước chảy vuông góc với nhau): Hình 4.3: Lắng lớp mỏng ở dòng chéo nhau Ghi chú: 1. Cửa vào nước kết bông; 2. Vùng phân phối; 3. Thu hồi nước đã lắng; 4. Cửa ra nước đã lắng; 5. Bể chứa bùn; 6. Cửa thỏo bựn. Trong đó: L: Chiều dài ô lắng. l: Chiều rộng ô lắng; S = l.L. E: Khoảng cách theo chiều cao giữa hai tầng lắng ( Khoảng cách vuông góc ). Công thức này không tính đến sức cản thuỷ lực và sức cản từ cửa vào đến cửa thỏo cỏc chất đã lắng. 3. Nghiên cứu lý thuyết: * Phõn bố tốc độ không đồng đều: Cho một hệ thống ô lắng lớp mỏng đặt trong bể lắng. Việc phõn bố tốc độ trong chế độ chảy tầng có dạng parabôn, trong hệ toạ độ đã chọn, phương trình biểu diễn biểu diễn hệ thống dòng gạn ngược như sau: Trong đó: v : Tốc độ dòng chất lỏng ở điểm đã cho. v0: Tốc độ trung bình của chất lỏng theo hướng Ox. u0: Tốc độ đi lên trung bình (thành phần thẳng đứng của v0 hay v0sin. u1: Tốc độ lắng cực tiểu để giữ lại một hạt trong hệ thống. L: Tỷ số 1/e, l là chiều dài của một phần tử theo dòng chảy, cũn gọi là chiều dài quy đổi. Y = y/e, tung độ của hạt theo hướng trục Y, cũng gọi là tung độ quy đổi; E: Khoảng cách giữa hai tầng; ( Theo chiều vuông góc). A và Sc: Các tham số phụ thuộc vào loại phẳng hay ống; Chiều dài lắng cần thiết l0 để tách các hạt có tốc độ lắng UL là: A SC Ống tròn 8 4/3 Tấm phẳng song song 6 1 Ống vuông 11/8 Ống lục giác 4/3 Ổn định chế độ lắng tạo chế độ chảy tầng: Công thức trên xem như chế độ chảy tầng ngay từ đáy ô lắng. Trong thực tế cần phải đưa thêm chiều dài quá độ lT sao cho chất lỏng từ chảy rối sang chảy tầng. lT được xác định theo công thức: Trong đó: a : Hằng số ( bằng 0.028 theo Schiller); dh: Đường kớnh thuỷ lực; : Hệ số Reynol. Chiều dài tổng cộng cần thiết: Trong đó đơn vị tớnh là: e,l(m); u0,u1 (m/h); (m2/s). Ngược lại, có thể dùng công thức này để tớnh khả năng lắng của bể lắng đã có với lưu lượng đã cho. 4. Ứng dụng thực tế: * Chọn kiểu lắng lớp mỏng ( lamen): Lắng ngược dòng cho phép tổ chức hệ thống thuỷ lực đơn giản nhất và chắc chắn nhất. Ngược lại, lắng cùng chiều gặp phải khó khăn hơn khi thu hồi nước đã lắng. Trong lắng dòng chéo việc phõn bố đồng đều dòng thuỷ lực là khó khăn. * Chọn cấu trúc cỏc mụđun lắng lamen: Phần lớn các mẫu đã có sẵn như: Tấm phản uốn sóng, ống trũn, ống vuông, gấp khúc, mụđun lục giác. Để so sánh các cấu trúc khác nhau cần phải xem xét các thông số gần đúng u1: hoặc Tỷ số này phụ thuộc vào loại kết cấu của mụđun. Như vậy với đường kớnh thuỷ lực như nhau, kết cấu có chiều dài 1 m đặt nghiêng 600, mụđun lục giác có diện tích hình chiếu lớn nhất. Dạng cấu trúc tấm phẳng song song cũng có diện tích lớn nhất, nhưng phải giữ ở độ cao hợp lý và nó chỉ làm việc tốt khi khoảng cách giữa các tấm phải nhỏ. Điều đó làm nguy hại đến độ tin cậy của thiết bị. Ngoài ra đặt các tấm phẳng phải có các giá đỡ, thang giằng, chỳng là các yếu tố gõy nhiễu loạn thuỷ lực, tạo điều kiện thuận lợi cho bùn bám vào. * Tính toán cụ thể ta có: Chế độ thuỷ lực của quá trình lắng trong các ống hình trụ thể hiện ở hình 4 như sau: Hình 4.4: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của ống lắng đặt nghiêng Trong ống lắng nước đi từ điểm A với vận tốc V0 đến điểm C, còn hạt cặn có vận tốc lắng u0 phải rơi được quãng đường CD, chạm đáy và trượt theo theo đáy xuống vùng thu cặn. AC = AE + EC; AE = H/sinα; EC = W/tgα; ; ; Diện tích mặt bằng của bể lắng nghiêng là F. Diện tích tiết diện vuông góc với hướng nước chảy trong ống là F.sinα vận tốc nước chảy trong ống lắng, thay vo vào phương trình trên rút ra: (4.1) Từ công thức (4.1), nếu khi ta chọn các ống lắng hình trụ vuông có cạnh là W = 0,1m hoặc trũn có đường kớnh W = 0,1m, H = 1m, α = 60o như tại 3 nhà máy nước Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình đang dùng hiện nay thì: Như vậy, khi đặt ống lắng nghiêng vào bể lắng ngang diện tích mặt bằng chỉ cần 0,19 lần diện tích bể lắng ngang thường hay diện tích bể lắng đã giảm đi 1/0,19 = 5,26 lần. CHƯƠNG V: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LẮNG NƯỚC BẰNG BỂ LẮNG LAMEN TẠI 3 NHÀ MÁY NƯỚC: THÀNH PHỐ SƠN LA, THÀNH PHỐ HOÀ BèNH, THÀNH PHỐ ĐIỆN BIấN Các yếu tố đánh giá: 1.1 Khái quát các chi phí: Theo đặc điểm và số lượng các hạng mục công trình trong dõy chuyền công nghệ hiện đang sử dụng, chia thành hai loại chi phí chớnh: Chi phí đầu tư xõy dựng công trình ban đầu và chi phí quản lý vận hành công trình. Chi phí đầu tư xây dựng công trình: Chi phí xõy lắp: Trước đõy chi phí đầu tư xõy lắp bể lắng lamen tại các nhà máy nước nêu trên tương đối cao so với các loại bể lắng khác bởi tất cả các thiết bị của hệ thống đều được nhập khẩu từ nước ngoài ( Với 3 nhà máy nước trên là từ Pháp). Chi phí thiết bị: Trước đõy các tấm lamen và các cấu kiện chủ yếu của bể lắng lamen được nhập khẩu từ Pháp vì vậy nên suất đầu tư xõy dựng bể lắng lamen thường cao hơn so với xõy dựng các loại bể lắng khác. Tuy nhiên hiện nay một số nhà máy trong nước đã sản xuất được các thiết bị trên với chất lượng tương đương nhưng giá thành lại thấp hơn rất nhiều vì vậy nên chi phí đầu tư xõy dựng đã giảm đi rất nhiều ( Chi tiết sẽ được đề cập đến ở phần sau). Các chi phí khác: Chi phí gián tiếp, chi phí tư vấn, chi phí giám sát thi công.... Diện tích xõy dựng nhỏ, bằng 20-25 % diện tích đất so với xõy dựng bể lắng ngang. Chi phí vận hành, quản lý: Chi phí nhõn công: Số lượng công nhõn không tăng khi nhà máy vận hành hệ thống xử lý nước có bể lắng lamen vì đội ngũ công nhõn hiện tại có thể đảm nhận được công việc này. Tuy nhiên để làm tốt công việc quản lý vận hành nhà máy nước có sử dụng bể lắng lamellae cần những người có chuyên môn và kỹ năng tốt trong việc theo dừi chất lượng nước đầu vào từ đó điều chỉnh liều lượng hoá chất cho phù hợp, đồng thời để theo dừi thời gian xử lý cặn, xả cặn hợp lý. Chi phí điện năng: Chi phí điện năng khi vận hành hệ thống xử lý nước cấp có bể lắng lamen tăng hơn do hệ thống vận hành hoàn toàn tự động. Tuy nhiên chi phí lương cho công nhõn lại giảm do có thể giảm được số công nhõn vận hành. Các chi phí khác: Chi phí bảo dưỡng, chi phí nguyên nhiên vật liệu, hoá chất ... 1.2 Hiệu quả kinh tế của các công trình: Có thể xem các yếu tố dưới đây như cái được về mặt kinh tế của công trình xử lý nước cú dựng bể lắng lamen: - Tiết kiệm được chi phí lương công nhõn do không cần nhiều công nhõn quản lý vận hành. - Giảm được lệ phí thải nước khi nhà nước ban hành quy định cụ thể về việc thu phí thải nước ra môi trường. - Hiệu quả của quá trình lắng tương đối cao nên có thể tiết kiệm được các hoá chất trong quá trình xử lý nước. - Tiết kiệm được kinh phí trả cho cơ quan quản lý tài nguyên nước, đặc biệt đối với những nơi khan hiếm nước thô và trong các trường hợp có các quy định chặt chẽ về việc khai thác sử dụng tài nguyên nước. - Tiết kiệm được diện tớch đất xõy dựng khi mà quỹ đất đang ngày càng bị thu hẹp. Việc tiết kiệm diện tích xõy bể có thể sẽ giảm được rất nhiều khoản chi phí: Sử dụng đất, xõy dựng công trình, mua sắm thiết bị, vật tư, quản lý vận hành ... 2. Đánh giá cụ thể bể lắng Lamen tại 3 nhà máy nước: Thành phố SƠn La; Thành phố Điện Biên và thành phố Hòa Bình: 2.1. Thông số của công trình: * Nhà máy nước Sơn La: - Gồm 2 đơn nguyên bằng thép, mỗi đơn nguyên có công suất là 5000 m3/ngđ. - Bể lắng trên nguyên tắc lắng lớp mỏng. Nước dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng lamen bằng hệ thống phõn phối răng cưa. Nước được phõn phối vào bể lắng lamen từ trên xuống. - Xõy dựng 2 bể lắng lamen bằng thép kích thước mỗi bể là 12mx2.3mx2.4m. - Xả cặn lắng bằng thuỷ lực, các van mở tự động bằng thiết bị điện theo giờ để lấy bùn một cách đều đặn. - Các tấm lamen bằng nhựa PVC tớnh toán định hình và đặt nghiêng 600. Các tấm lamen liên kết với nhau thành hình tổ ong và được thiết kế định hình theo tiêu chuẩn loại Greca 70x18 của Pháp. Nước sạch thu vào các máng răng cưa bằng thép không rỉ xung quanh bể. * Nhà máy nước Hòa Bình - Xây dựng bằng bê tông cốt thép, nước được dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng Lamen bằng đường ống chính DN400, tại ống này cho Clo hoá để Clo hoá sơ bộ, nước theo máng phân phối bằng nhựa PVC đặt chìm vào hai bể lắng Lamen kiểu đứng. - Bể lắng Lamen có kích thước BxLxH = 9.4x4.7x7.5m - Xả cặn bằng phương pháp thuỷ lực, các van được đóng mở tự động bằng một thiết bị hoạt động theo giờ lấy bùn đi một cách đều đặn. - Các tấm Lamen bằng nhựa PVC tính toán định hình, nghiêng 600 và mặt cắt cho phép hình thành các kiểu ống tổ ong. Nước sạch được thu lại qua cỏc mỏng răng cưa bằng thép không gỉ, tiếp tục đưa vào bể lọc bằng ống DN400. * Nhà máy nước thành phố Điện Biên: - Xây dựng bằng bê tông cốt thép, nước được dẫn từ bể phản ứng sang bể lắng Lamen bằng đường ống chính DN400, tại ống này cho Clo hoá để Clo hoá sơ bộ, nước theo máng phân phối bằng nhựa PVC đặt chìm vào hai bể lắng Lamen kiểu đứng. - Bể lắng Lamen có kích thước BxLxH=9.4x4.7x7.5m - Xả cặn bằng phương pháp thuỷ lực, các van được đóng mở tự động bằng một thiết bị hoạt động theo giờ lấy bùn đi một cách đều đặn. - Các tấm Lamen bằng nhựa PVC tính toán định hình, nghiêng 600 và mặt cắt cho phép hình thành các kiểu ống tổ ong. Nước sạch được thu lại qua cỏc mỏng răng cưa bằng thép không gỉ, tiếp tục đưa vào bể lọc bằng ống DN400. 2.2 Tính toán kỹ thuật: * Với nhà máy nước Sơn La hiện nay các bể lắng lamen hiện tại đã được xõy dựng và lắp đặt từ năm 1998 với độ nghiêng 600. Còn 2 nhà máy nước Điện Biên và Hòa Bình bể lắng lamen hiện tại được xây dựng năm 1999. Độ nghiêng của các tấm lamen là 600. Khi thí nghiệm hiệu quả xử lý độ đục của bể lắng la men tại 3 nhà máy nước trên, một số mẫu nước điển hình ta có các kết quả sau: STT Ngày tháng năm Độ đục của nước nguồn (NTU) Độ đục sau khi ra khỏi bể lắng (NTU) Liều lượng phèn nhôm cần xử dụng (mg/l) Hiệu quả xử lý của bể lắng (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 29/5/2009 30/5/2009 01/6/2009 12/6/2009 30/6/2009 22/10/2009 24/10/2009 28/10/2009 29/10/2009 5/11/2009 14/11/2009 1278 556 83 420 17256 18.2 16.4 15.2 16.8 14.3 15.2 11 10.2 8.3 9.1 K XL được 0.95 0.98 1.52 1.344 0.58 0.46 80 65 20 50 K XL được 17 15 15 15 15 15 99 98 90 97.8 0 95 94 90 92 96 97 Bảng 5.1: Kết quả xử lý độ đục của bể lắng lamen tại nhà máy nước thành phố Sơn La STT Ngày tháng năm Độ đục của nước nguồn (NTU) Độ đục sau khi ra khỏi bể lắng (NTU) Liều lượng phèn nhôm cần xử dụng (mg/l) Hiệu quả xử lý của bể lắng (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 01/01/2009 20/01/2009 12/03/2009 25/05/2009 01/6/2009 20/6/2009 29/6/2009 21/7/2009 01/8/2009 9.35 3.95 1.73 42.96 91 152 115 165 101 11 10.2 8.3 1.71 4.55 1.52 3.45 3.3 1.515 0 0 0 10 15 35 25 35 25 99 98 90 96 95 99 97 98 98.5 Bảng 5.2: Kết quả xử lý độ đục của bể lắng lamen tại nhà máy nước thành phố Hoà Bình STT Ngày tháng năm Độ đục của nước nguồn (NTU) Độ đục sau khi ra khỏi bể lắng (NTU) Liều lượng phèn nhôm cần xử dụng (mg/l) Liều lượng phèn cao cấp cần (mg/l) Hiệu quả xử lý của bể lắng (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 25/5/2009 26/5/2009 7/7/2009 9/7/2009 20/8/2009 24/9/2009 26/9/2009 12/10/2009 13/10/2009 15/11/2009 16/11/2009 1478 1125 456 420 90 25.2 20 19.2 17.5 16.3 14.89 9.5 9.1 8.3 9.1 7.8 1.23 1.18 1.52 1.41 0.72 0.51 80 75 45 40 23 15 13 13 10 10 10 2,5 2,5 1,5 1,5 0 0 0 0 0 0 0 99 99 98.2 97.8 91.5 95.2 94 92.1 92 95.6 96.6 Bảng 5.3: Kết quả xử lý độ đục của bể lắng lamen tại nhà máy nước thành phố Điện Biên Phủ Qua các bảng kết quả nghiên cứu trên ta thấy khi qua bể lắng có sử dụng phốn nhôm và phốn cao cấp PAC hiệu quả xử lý độ đục đạt từ 90-99 %. * Tuy nhiên hiện nay dần dần phốn nhụm đang dần không được khuyến khích sử dụng bởi một số nhược điểm như: Dạng cục, miếng khó hoà tan, khả năng loại bỏ chất hữu cơ thấp, liều lượng cao, liều lượng không hợp lý gõy hiệu quả keo tụ thấp, lượng nhôm dư cao, ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ; Có gốc sunfat nên ăn mũn ống bê tông mạnh.... Vì vậy nên chúng ta nên sử dụng một số loại chất keo tụ khác như PAC, PAA... Căn cứ một số kết quả nghiên cứu trước đây tôi rút ra một số kết quả về khả năng loại bỏ độ đục của nước như sau: Hình 5.1: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH=7,72) Hình 5.2 Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH=7,72) Hình 5.3: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 258; pH=7,39) Hình 5.4: Tốc độ lắng với liều lượng phèn sắt và phèn nhôm tối ưu (NTU đầu vào: 258; pH=7,39) Hình 1, 2, 3, 4 thể hiện kết quả dùng phốn nhôm sunfat, phốn sắt clorua để xử lý nước có độ đục là 48,4 NTU, pH = 7,72 và độ đục 258 NTU, pH = 7.39. Như vậy, liều lượng phốn sắt ( Liều lượng tối ưu: 30mg/l) và phốn nhôm (Liều lượng tối ưu: 25-30mg/l) để đạt được hiệu quả keo tụ tốt nhất gần như tương đương nhau khi nước nghiêng về tớnh kiềm. Kích thước bông cặn cũng như tốc đọ lắng xấp xỉ nhau. Ở độ đục 258 NTU thì phốn nhôm lại ưu thế hơn một chút so với phốn sắt. Như vậy, xét về hiệu quả loại bỏ độ đục thì với nước có độ pH từ 7- 8, phèn sắt không thể hiện ưu thế hơn so với phốn nhụm, trong khi đó chi phí của phèn sắt lại lớn hơn của phốn nhụm. Khi dựng phốn sắt và phốn nhụm để keo tụ với độ nghiêng về tính axit thỡ phốn sắt thể hiện ưu thế rõ rệt hơn so với phốn nhôm ( hỡnh 5, 6, 7, 8) về hiệu quả loại bỏ độ đục và liều lượng phèn. Tuy nhiên, so trường hợp keo tụ với độ pH cao thì độ pH thấp yêu cầu liều lượng phèn sắt và phốn nhụm cao hơn. Hình 5.5: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 64; pH=6,45) Hình 5.6: Tốc độ lắng với liều lượng phèn sắt và phèn nhôm tối ưu (NTU đầu vào:64; pH=6,45) Hình 5.7: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng phèn sắt và phèn nhôm thay đổi (NTU đầu vào: 251; pH=6,77) Hình 5.8: Tốc độ lắng với liều lượng phèn tối ưu (NTU đầu vào: 251; pH=6,77) Hình 9, 10 thể hiện kết quả dùng PAC để xử lý nước có độ đục là 48,4 NTU, pH= 7,72 và độ đục 258 NTU, pH = 7,39 . NTU của nước sau xử lý trong trường hợp dùng PAC xấp xỉ như dựng phốn nhụm và phèn sắt. Tuy nhiên, điểm cần lưu ý là liều lượng của PAC chỉ bằng khoảng 1/8 của phốn nhụm, phốn sắt. Hình 5.9: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng PAC thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) & (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Hình 5.10: Tốc độ lắng với liều lượng PAC tối ưu (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72; LPAC= 3mg/l) & (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39; LPAC = 6mg/l) Hình 11, 12, 13 thể hiện kết quả keo tụ khi dùng PAA làm chất keo tụ. Dễ dàng nhận thấy liều lượng của PAA rất thấp so với cá chất keo tụ khác, chỉ có 0.2- 0.5 mg/l nhưng hiệu quả keo tụ rất tốt, NTU sau lắng rất thấp, tốc độ lắng rất nhanh. Sau 5 phút lắng, độ đục chỉ cũn khoảng từ 1-2 NTU (so với các hoá chất khác là 8 – 12 NTU). Liều lượng PAA tối ưu để xử lý nước với khoảng độ đục khảo sát nằm trong khoảng từ 0,05 đến 0,5 mg/l. Tuy nhiên, với liều lượng thấp như 0,05 mg/l thì bông keo tạo ra có kích thước nhỏ tương tự như đối với trường hợp dùng các hoá chất keo tụ khác. Hình 5.11: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng PAA thay đổi (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) & (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Hình 5.12: Tốc độ lắng với liều lượng PAA là 0,2 mg/l và 0,5 mg/l (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) Hình 5.13: Tốc độ lắng với liều lượng PAA là 0,2 mg/l và 0,5 mg/l (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Như vậy, trong ba loại hoá chất phèn sắt, phốn nhụm, PAC thì PAC mặc dù có đơn giá cao hơn nhưng chi phí để xử lý một đơn vị thể tích nước vẫn nhỏ hơn vì liều lượng nhỏ hơn hai loại phèn kia rất nhiều. Mặt khác, PAC cũng ít ảnh hưởng đến độ pH, độ kiềm so với phốn nhụm và phèn sắt. Tuy nhiên, nếu so sánh PAC với PAA trong vai trò là chất keo tụ thì PAA vẫn có ưu thế hơn. Cho dù PAA đắt hơn so với PAC nhưng liều lượng rất thấp nên tính ra chi phí cho một đơn vị nước xử lý thì cũng tương đương. Tốc độ lắng cũng như khả năng loại bỏ độ đục khi dùng PAA đều tốt hơn PAC rất nhiều. So sánh giữa PAC và PAA (với vai trò là chất keo tụ) thể hiện trong hình 14, 15, 16, 17. Hình 5.14: Tốc độ lắng với liều lượng PAC và PAA tối ưu (NTU đầu vào: 48,4; pH = 7,72) Hình 5.15: Tốc độ lắng với liều lượng PAC và PAA tối ưu (NTU đầu vào: 258; pH = 7,39) Hình 5.16: Kết quả xử lý độ đục khi liều lượng PAC là 2mg/l kết hợp PAA với liều lượng thay đổi (NTU đầu vào: 115; pH = 7,49) Hình 5.17: Tốc độ lắng khi dùng PAC kết hợp chất trợ keo PAA (NTU đầu vào: 115; pH = 7,49) 2.3 Tớnh toán vấn đề kinh tế: a. Chi phí xây dựng: Trong đề tài này tôi nghiên cứu trên 2 phương diện: + Suất đầu tư. + Diện tích đất cần thiết để xõy dựng bể lắng. * Suất đầu tư: Theo tớnh toán của Công ty cổ phần tư vấn thiết kế Nước và Môi trường Việt Nam năm 2009 khi lập dự án đầu tư xõy dựng mở rộng hệ thống cấp nước tại 2 nhà máy nước tại thành phố Điện Biên Phủ và nhà máy nước thành phố Hoà Bình thì suất đầu tư của hệ thống xử lý nước cấp khi dùng bể lắng ngang và bể lắng lamen có kết quả như sau: - Thành phố Điện Biên Phủ: Xõy dựng thêm một đơn nguyên II đưa công suất cụm xử lý từ 8.000 m3/ngđ lên 16.000 m3/ngđ bao gồm: Bể lắng, bể lọc và đường ống kỹ thuật nối giữa các công trình hiện có và công trình mới + lắp bổ sung mạng truyền dẫn. Khi các yếu tố khác không thay đổi chỉ thay đổi việc dùng bể lắng lamen và bể lắng ngang thì suất đầu tư thay đổi như sau: + Khi dùng bể lắng lamen: Suất đầu tư 9.888.437,0 đ/m3. + Khi dùng bể lắng ngang: Suất đầu tư 10.001.835,0 đ/m3. - Thành phố Hoà Bình: Xõy dưng thêm một số công trình trong trạm xử lý để nõng công suất của trạm từ 6.000 m3/ngđ lên 12.000 m3/ngđ. Cũng khi các yếu tố khác không thay đổi chỉ thay đổi việc dùng bể lắng lamen và bể lắng ngang thì suất đầu tư thay đổi như sau: + Khi dùng bể lắng lamen: Suất đầu tư 2.876.770,0 đ/m3. + Khi dùng bể lắng ngang: Suất đầu tư 2.912.126,0 đ/m3. * Diện tích đất xây dựng: Theo tớnh toán tại mục 4.4 của chương IV. Khi các nhà máy nước Sơn La, Điện Biên, Hoà Bình sử dụng bể lắng lamen với các ống lắng hình trụ vuông có cạnh là W = 0,1 m, H = 1m, α = 600 thì diện tích mặt bằng của bể lắng lamen đã giảm đi 5,26 lần so với bể lắng ngang thông thường. Cụ thể: + Nếu tại nhà máy nước thành phố Sơn La chúng ta không sử dụng bể lắng lamen mà sử dụng bể lắng ngang thì diện tớch đất cần thiết để xõy dựng bể lắng ngang tương ứng với công suất của bể lắng lamen hiện tại sẽ là S = 12*2.3*5.26 = 145,2 m2 thay bằng 27,6 m2 như hiện nay. + Tương tự tại nhà máy nước thành phố Hoà Bình sẽ cần diện tích là: S = 9.4*4.7*5.26 = 232,37 m2 thay bằng 44,2 m2 như hiện nay và tại thành phố Điện Biên Phủ sẽ là S = 9.4*4.7*5.26 = 232,37 m2 thay bằng 44,2 m2 như hiện nay. b. Liều lượng phèn cần dùng tương ứng với chất lượng nước đầu vào: Căn cứ vào các kết quả thí nghiệm đã có và đơn giá của các loại hoá chất keo tụ đã được thí nghiệm ở trên ( thông qua khảo sát giá trên thị trường), ta có thể xác định được lượng chi phí hoá chất keo tụ để xử lý 1m3 nước đạt độ đục sau lắng 30 phút dao động từ 1-2 NTU. Hoá chất Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Liều lượng hoá chất (mg/l) Thành tiền VNĐ/1m3 NTU sau lắng 30 phút Phèn nhôm sunfat Kg 3000 25 75 1.42 Phèn sắt III Clorua Kg 18000 30 540 0.96 PAC Kg 7000 3 21 1.57 PAA Kg 50000 0.2 10 0.87 Bảng 5.4: Chi phí hoá chất keo tụ khi xử lý 1m3 nước có độ đục 48,4 NTU; pH = 7,72 Hoá chất Đơn vị Đơn giá (VNĐ) Liều lượng hoá chất (mg/l) Thành tiền VNĐ/1m3 NTU sau lắng 30 phút Phèn nhôm sunfat Kg 3000 30 90 1.82 Phèn sắt III Clorua Kg 18000 30 540 2.83 PAC Kg 7000 6 42 2.03 PAA Kg 50000 0.2 10 1.03 Bảng 5.5: Chi phí hoá chất keo tụ khi xử lý 1m3 nước có độ đục 258 NTU; pH = 7,39 c. Quản lý: Hiện nay xí nghiệp cấp nước Sơn La đang có 2 người trực mỗi ca. Ngày 4 ca, lương bình quõn 3.000.000,0 đ. 2 người trong ca trực này có thể đảm nhiệm cả việc rửa xả cặn bể lắng vì toàn bộ hệ thống dùng bể lắng lamen như trên đều dùng van xả cặn để xả bùn. Vì vậy chỉ cần người công nhõn được chuyển giao công nghệ đầy đủ là có thể đảm nhiệm công việc này mà không cần tới 4 công nhõn mỗi ca như khi ta sử dụng bể lắng ngang. Do đó lương công nhõn đã tăng lên đáng kể. Tương tự với 2 nhà máy nước tại thành phố Hoà Bình và thành phố Điện Biên Phủ chỉ khác lương công nhõn tại 2 nơi này bình quõn tương ứng là 2.800.000 đ/người/tháng và 2.650.000 đ/người/tháng. Như vậy tại thành phố Sơn La vì sử dụng bể lắng lamen nên lương công nhân đã giảm đi: 3.000.000x2 = 6.000.000,0 triệu đồng mỗi tháng. Tương tự như vậy ở thành phố Hòa Bình và thành phố Điện Biên Phủ cũng giảm đi tương ứng là: 5.600.000,0 và 5.300.000,0 triệu đồng mỗi tháng. 3. Kết luận Như vậy khi sử dụng bể lắng lamen trong dõy chuyền xử lý nước mặt rất phù hợp với các địa phương, đặc biệt là các tỉnh miền núi phớa Bắc vì hàm lượng cặn lớn. Ngoài ra với quỹ đất ngày càng em hẹp như hiện nay thì ở các thành phố lớn khi xử lý nước mặt dùng bể lắng lamen sẽ giảm rất nhiều sức ép về mặt quỹ đất cho chớnh quyền. Cụ thể tôi đã đề cập đến ở phần II. Về mặt kinh tế: Khi xõy dựng dõy chuyền công nghệ có sử dụng bể lắng lamen giá thành xõy dựng cũng đã giảm đi rất nhiều. Với việc xõy dựng bể lắng lamen mà không sử dụng bể lắng ngang 2 dự án mở rộng hệ thống cấp nước tại thành phố Hoà Bình đã tiết kiệm được rất nhiều chi phí. Cụ thể như sau: - Hệ thống cấp nước mở rộng Thành phố Hoà Bình khi sử dụng bể lắng lamen trong dõy chuyền công nghệ xử lý để nõng công suất từ 6.000 m3/ngđ lên 12.000 m3/ngđ đã giảm được chi phí: 6000*(2912126-2876770) = 212.136.000,0 VNĐ. - Hệ thống cấp nước mở rộng Thành phố Điện Biên Phủ khi sử dụng bể lắng lamen trong dõy chuyền công nghệ xử lý để nõng công suất từ 8.000 m3/ngđ lên 16.000 m3/ngđ đã giảm được chi phí: 8000*(10001835-9888437) = 907.184.000,0 VNĐ. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận: Qua nghiên cứu bể lắng lamen tại một số nhà máy nước thành phố Sơn La, thành phố Điện Biên Phủ, Thành phố Hoà bình cho thấy: - Hiệu quả xử lý của bể lắng lamen tại các nhà máy nước trên đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu theo tiêu chuẩn. - Tiết kiệm được chi phí xây dựng bể lắng so với các bể lắng cùng loại và cùng công suất do các thiết bị sử dụng trong bể hiện nay đã được đa số các công ty trong nước như: Công ty Nam An, Công ty Bình Nguyên, Công ty Sông Hồng ... sản xuất chứ không phải nhập ngoại hoàn toàn như khi còn xây dựng 3 nhà máy trên. Vì vậy việc đưa bể lắng la men vào trong dây chuyền công nghệ xử lý nước sẽ đạt các mục tiêu về kinh tế. - Trong thời điểm diện tích đất ngày càng eo hẹp như hiện nay việc đua bể lắng lamen vào trong dây chuyền công nghệ xử lý nước là một việc làm hết sức cần thiết làm giảm áp lực về quỹ đất đối với các nhà quản lý. - Kết quả xử lý tại 3 nhà máy nước trên hiện nay cho thấy độ đục nước sau lắng vẫn cũn ở mức cao (≈ 10 NTU) như các loại bể lắng khác khiến cho chu kỳ lọc nhỏ, thường xuyên phải rửa lọc. - - Việc dùng phốn nhôm sunfat làm chất keo tụ có nhiều nhược điểm: Liều lượng cao; hàm lượng nhôm dư cao; giảm pH của nước sau xử lý. - Việc sử dụng PAC thay thế phốn nhôm tại những nhà máy xử lý nước mặt như trên là rất hợp lý vì PAC có nhiều ưu điểm: Hàm lượng nhôm dư thấp; liều lượng thấp; thời gian keo tụ nhanh; không gõp nhiều hậu quả xấu khi liều lượng không hợp lý; loại bỏ được chất hữu cơ, kim loại nặng tốt; giảm thể tích bùn; ít tác động đến độ pH và độ kiềm; khoảng pH tối ưu rộng (5-8); dễ hoà tan, lưu giữ và vận chuyển. - Dùng PAA làm chất keo tụ hoặc trợ keo tụ có nhiều ưu điểm: Liều lượng sử dụng thấp; giảm lượng hoá chất keo tụ; bông cặn to, chắc, lắng nhanh; hiệu quả loại bỏ độ đục, chất hữu cơ cao; kéo dài chu kỳ lọc và tăng chất lượng nước sau lọc; giảm hàm lượng kim loại tồn dư trong nước; mặc dù đơn giá cao hơn so với các loại hoá chất keo tụ khác nhưng liều lượng rất thấp nên chi phí cũng không cao hơn. Tuy nhiên PAA có nhược điểm là rất khó tan, khó bảo quản. 2 Kiến nghị: - Các thiết bị của bể lắng lamen hiện nay đã được các công ty ở trong nước sản xuất với chất lượng tương đương với các thiết bị nhập ngoại vì vậy chúng ta nên mạnh dạn sử dụng để giảm được chi phí đầu tư khi xây dựng trạm xử lý. - Với cả 3 nhà máy trên hiện đang sử dụng phốn nhụm nờn dựng PAC để thay thế. Liều lượng của PAC sơ bộ sử dụng cho 1 m3 là 1-4 g đối với nước đục thấp (15-100 NTU), 5-6 g PAC đối với nước đục trung bình (100-300 NTU). 7-15 g đối với nước đục cao ( 300-1000 NTU). Khi nước đục trên 100 NTU thì liều lượng PAC sử dụng cần được xác định bằng thử nghiệm trực tiếp đối với nước cần xử lý. Khi độ đục ≥ 7000 NTU thì cũng không nên xử lý như nhà máy nước Sơn La hiện nay đang áp dụng. - Ngoài ra có thể mạnh dạn dùng PAA để keo tụ hoặc trợ keo nhằm nâng cao chất lượng nước sau lắng ( còn 1-2 NTU) thay vì độ đục ≈ 10 NTU như hiện nay nhằm giảm tải cho bể lọc. - Với tất cả những lợi thế trên của bể lắng lamen so với các loại bể lắng khác ( trong luận văn này tác giả so sánh với bể lắng ngang cùng công suất) tôi đề nghị đưa bể lắng lamen vào trong dây chuyền công nghệ xử lý nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sổ tay xử lý nước - Tập 1, 2 – Trung tõm đào tạo nghành nước và môi trường, NXB Xõy dựng 2008. 2. Cấp thoát nước - Trần Hiều Nhuệ, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, Ứng Quốc Dũng, Nguyễn Văn Tín. 3. Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Ts. Trịnh Xuõn Lai – NXB Xõy dựng 2004. 4. Công nghệ môi trường, Tập 1: Xử lý nước – PGS.TS Hoàng Văn Huệ - NXB Xõy dựng 2004. 5. Xử lý nước cấp – TS Nguyễn Ngọc Dung – NXB Xõy dựng 2003. 6. Tớnh toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch - Trịnh Xuõn Lai – NXB Khoa học kỹ thuật. 7. Báo cáo nghiên cứu khả thi cải tạo và mở rộng hệ thống cấp nước Thị xã Sơn La - Tỉnh Sơn La – VIWASE – Hà Nội, 1998. 8. Báo cáo nghiên cứu khả thi cải tạo và mở rộng hệ thống cấp nước Thị xã Hoà Bình - Tỉnh Hoà Bình – VIWASE – Hà Nội, 1999. 9. Báo cáo nghiên cứu khả thi cải tạo và mở rộng hệ thống cấp nước Thị xã Điện Biên - Tỉnh Lai Chõu – VIWASE – Hà Nội, 1999. 10. Báo cáo nghiên cứu khả thi cải tạo và mở rộng hệ thống cấp nước Thành phố Hoà Bình - Tỉnh Hoà Bình – VIWASE – Hà Nội, 2009. 11. Báo cáo nghiên cứu khả thi cải tạo và mở rộng hệ thống cấp nước Thành phố Điện Biên Phủ - Tỉnh Điện Biên – VIWASE – Hà Nội, 2009. 12. Sổ theo dừi kết quả xét nghiệm mẫu nước 2007, 2008, 2009 của Xí nghiệp cấp nước Thành phố Sơn La – Công ty cổ phần cấp nước tỉnh Sơn La. 13. Sổ theo dừi kết quả xét nghiệm mẫu nước 2009 của Xí nghiệp sản xuất và kinh doanh nước sạch Thành phố Hoà Bình – Công ty TNHH một thành viên nước sạch Thành phố Hoà Bình. 14. Sổ theo dừi kết quả xét nghiệm mẫu nước 2009 của Xí nghiệp sản xuất và kinh doanh nước sạch Thành phố Điện Biên Phủ – Công ty cấp nước tỉnh Điện Biên.