Đề tài Thiết kế công trình xử lý nước ngầm phục vụ khu dân cư công suất 5000 m3/ngày đêm

MỤC LỤC Chương I: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC SẠCH. Tổng quan nguồn nước. Tổng quan về nguồn nước dưới đất. Tiêu chuẩn chất lượng nước. Tình hình xử lý và phân phối nước sạch tại TP.HCM. Chương II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ. Các phương pháp xử lý nước dưới đất. Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý. Thuyết minh dây chuyền công nghệ. Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ. Các thông số tính toán. Tính toán các công trình đơn vị. 1. 2. 3. … Tài liệu tham khảo CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ NƯỚC SẠCH ˜ & ™ I.TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC: 1.Vai trò của nguồn nước đối với đời sống con người: -Nước không thể thiếu đối với cuộc sống của con người và nước đóng vai trò rất quan trọng trong việc hình thành sự sống trên trái đất.Nước tham gia tích cực vào phản ứng lý, hóa học, sự hình thành và tích lũy chất hữu cơ, là dung môi của rất nhiều chất và đóng vai trò dẫn đường cho các muối đi vào cơ thể con người. -Trong các khu đô thị và nông thôn, nước sạch dùng để phục vụ cho dân sinh.Trong công nghiệp, nông nghiệp…nước được dùng cho nhiều mục đích khác nhau nhằm tạo ra các sản phẩm phát triển kinh tế, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của người dân. 2.Tài nguyên nước trong tự nhiên: Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên -Tổng lượng nước trên trái đất có khoảng 1.390.000.000 km3,trong đó 97% nước trên Trái Đất là nước muối, chỉ 3% còn lại là nước ngọt nhưng gần hơn 2/3 lượng nước này tồn tại ở dạng sông băng và các mũ băng ở các cực. Phần còn lại không đóng băng được tìm thấy chủ yếu ở dưới dạng nước ngầm, và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí. Nước trong các lục địa khoảng 8.600.000 km3,trong đó: -Các sông 40.000 km3 -Các hồ nước ngọt 90.000 km3 -Các hồ nước mặn và biển nội địa 105.000 km3 -Tổng cộng nước mặn trong lục địa 235.000 km3 Độ ẩm của đất: -Nước dưới độ sâu đến 800m: 4.000.000 km3 -Nước dưới đất ở độ sâu lớn hơn 800m: 4.300.000 km3 Tổng cộng lượng nước ngầm: 8.300.000 km3 Băng ở các cực của trái đất khoảng : 29.000.000 km3 Lượng nước trong các đại dương khoảng: 1.350.000.000 km3 Từ những con số trên cho thấy lượng nước dùng cho sinh hoạt và sản xuất chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ so với lượng nước có trong tự nhiên.Tuy vậy trên thế giới có rất nhiều vùng thiếu nước ngọt. -Nước mặt là nước trong sông, hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất ngập nước. Nước mặt được bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và chúng mất đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất. -Ở Việt Nam với lượng mưa trung bình năm khoảng 1960 mm phân bố tương đối đều, nước ta lại có mạng lưới sông ngòi dày đặc nên lưu lượng nước mặt rất phong phú (324km3/năm). - Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới đất, thường từ 30-40,60-70 có khi 120-150 và cũng có khi tới 180m. Nước ngầm được thẩm thấu từ trên xuống, hoặc cũng có thể từ nơi xa chảy về. Dòng nước ngầm xuất hiện trên một lớp đất hoặc đá hoàn toàn không thấm nước. Qua các lớp đá sỏi đã bị hấp phụ hết các tạp chất nên chất lượng nước ngầm sạch,ổn định. Nước ngầm có thể có những túi lớn nằm rải rác trong lòng đất, cũng có thể chảy thành mạch. Trữ lượng nước ngầm khá lớn và rất quan trọng cho cấp nước ở thành phố và nông thôn vùng phèn mặn… Nước ngầm được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nươc ngầm thấm qua. Do vậy chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thò nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra đặc trưng chung của nước ngầm là: -Độ đục thấp. -Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định. -Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như:CO2,H2S… -Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là:sắt, mangan, canxi, magie và flo. -Không có sự hiện diện của vi sinh vật. Theo báo cáo của Liên Hiệp Quốc,chỉ có khoảng 2/3(60%) dân số Việt Nam được sử dụng nước sạch theo tiêu chuản chất lượng nước của Liên Hiệp Quốc. (Báo cáo diễn biến môi trường nước Việt Nam 2003). II:TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NƯỚC DƯỚI ĐẤT 1.Gới thiệu về nước dưới đất: Nước dưới đất là nước chảy trong mạch kín ở dưới đất, là các túi nước thông nhau hoặc là nước chảy sát với tầng đá mẹ, thường ở độ sâu từ 30- 40m và cũng có khi sâu hơn, có thể tới 180m. Nước dưới đất được hình thành là do nước được thấm từ trên xuống, hoặc từ nơi xa chảy về. Dòng nước ngầm xuất hiện trên một lớp đất hoặc đá hoàn toàn không thấm nước. Qua các lớp cát sỏi đã bị hấp phụ hết các tạp chất nên lượng nước dưới đất thường sạch và ổn định. Nước dưới đất có thể chia thành nước dưới đất tầng mặt và nước dưới đất tầng sâu. Đặc điểm chung của nước dưới đất là có khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp tạo thanh các mạch nước dưới đất theo địa hình. Theo không gian phân bố, một lớp nước dưới đất tầng sâu thường có ba vùng chức năng: Vùng thu nhận nước. Vùng chuyển tải nước. Vùng khai thác nước có áp. Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước thường khá xa, từ vài chục đến vài trăm km. Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực. Đây là loại nước ngầm có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định. Nước dưới đất được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất, chất lượng nước dưới đất phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước dưới đất chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Thành phần của nước cứng Các đặc trưng chung của nước ngầm: Độ đục thấp. Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định. Không chứa oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S… Chứa nhiều khoáng chất hòa tanchu3 yếu là: sắt, mangan, canxi, magie và flo Không có sự hiện diện của vi sinh vật. Ưu và nhược điểm khi sử dụng nước ngầm: Ưu điểm: Nước ngầm là tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu như hạn hán. Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như nước mặt. Chù động hơn trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, dân cư thưa, nhất là trong hoàn cảnh hiện nay bởi vì nước ngầm có thể khai thác với nhiều công suất khác nhau. Để khai thác nước ngầm có thể sử dụng các thiết bị điện như bơm li tâm, máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị không cần điện như các loại bơm tay. Ngoài ra nước ngầm còn được khai thác tập trung tại các nhà máy nước ngầm, các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cư. Đây là ưu điểm nổi bật của nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn. Giá thành xử lí nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt. Nhược điểm: Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu được hình thành từ hàng trăm năm, hàng nghìn năm và ngày nay nhận được rất ít sự bổ cập từ nước mưa. Và tầng nước này nói chung không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tương lai cần phải tìm nguồn nước khác thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt. Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho hàm lượng muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý nước trước khi đưa vào sử dụng. Khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp xuống, một mặt làm cho quá trình nhiễm mặn tăng lên, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hư hại các công trình xây dựng – một trong các nguyên nhân gây hiện tượng lún sụt đất. Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn đến tình trang ô nhiễm nguồn nước ngầm. 2. Các thành phần có trong nước ngầm: Chất lượng nước ngầm nói chung là tốt, ít có trường hợp bị nhiễm bẩn hữu cơ, ở nhiều vùng có thể sử dụng trực tiếp không cần làm sạch. Tuy nhiên, nước ngầm thường có tổng khoáng hóa cao, nhiều khi chứa các chất khí hòa tan, có nhiều chất sắt và mangan. Hàm lượng sắt dao động từ vài mg/l đến hàng chục mg/l. Ở nhiều vùng có nguồn bị nhiễm mặn hoặc có độ cứng cao. Một loại nước ngầm tồn tại trong đất( phạm vi từ 1m đến 15m) thực chất là nước mặt, thường được gọi là nước ngầm “ mạch nông”. Chất lượng nước ngầm mạch nông ở nhiều vùng khá tốt, nhưng nhiều vùng cũng chỉ khá hơn nước mặt một chúc vì bị ảnh hưởng trực tiếp của nước mặt bị ô nhiễm và thời tiết. Tuy nhiên, hiện nay ở nhiều vùng dân cư nông thôn không chỉ dựa vào loại nguồn nước này để phục vụ cho các nhu cầu đời sống hàng ngày. Nước dưới đất nhìn chung là nguồn nước tốt, thuận lợi khi khai thác sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, ăn uống. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nước ngầm, cấu trúc địa tầng 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 bảo vệ về mặt vệ sinh và chất lượng khá ổn định. a. Các ion có thể có trong nước ngầm: Ion canxi Ca²+ : Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao. Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và 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 tao ta 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 Mg 2+ 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, chấy thải chăn nuôi, phân bón hóa học và quá trình vận động của nitơ. Ion bicacbonat HCO3- Được tạo ra trong nước nhờ quá trình hòa tan đá vôi khi có mặt khí CO2: CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3- Ion sunfat SO42- : Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxi 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 mật thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn lắng màu đỏ hung. Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hữu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất sunfat và clorua. Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thoáng khử khí CO2 hyđrocacbonat sắt hóa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxit sắt hóa trị III. 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 + 8CO2 Trong qui trình xử lý sắt trong nước ngầm, điều quan trọng là biết được điều kiện để chuyển sắt hóa trị II thành sắt hóa trị III và hyđroxit sắt (II) và hyđroxit sắt (III) được tạo thành từ trạng thái hòa tan sang cặn lắng. Với hàm lượng sắt cao hơn 0.5 mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Trên dàn làm nguội, trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa 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 gồ ghề bám vào thành ống làm giảm khả năng vận chuyển và tăng sức cản thủy lực của ống. Ion mangan: Mangan thường tồn tại song song với sắt ở dạng ion hóa trị II trong nước ngầm và dạng keo hữu cơ trong nước mặt. Do vậy việc khử mangan thường được tiến hành đồng thời với khử sắt. Các ion mangan cũng được hòa tan trong nước từ các tầng đất đá ở điều kiện yếm khí như sau: 6MnO2 + 12H+ 6Mn2+ + 3O2 + 6H2O Mangan II hòa tan khi bị oxy hóa sẽ chuyển dần thành mangan IV ở dạng hyđroxit kết tủa, quá trình oxy hóa diễn ra như sau: 2Mn(HCO3)2 + O2 + 6H2O 2Mn(OH)4 + 4H+ + 4HCO3- Khi nước ngầm tiếp xúc với không khí trong nước xuất hiện cặn hyđroxit sắt sớm hơn vì sắt dễ bị oxy hóa hơn mangan và phản ứng oxy hóa sắt bằng oxy hòa tan trong nước xảy ra ở trị số pH thấp hơn so với mangan. Để oxy hóa mangan trị số pH cần thiết >9.5. Cặn mangan hóa trị cao là chất xúc tác rất tốt trong quá trình oxy hóa khử mangan cũng như khử sắt. Cặn hyđroxit mangan hóa trị IV Mn(OH)4 có màu hung đen. Trong thực tế cặn và chất lắng đọng trong đường ống, trên các công trình là do các hợp chất sắt và mangan tạo nên, vì vậy tùy thuộc vào tỉ số của chúng, cặn có thể có màu từ hung đỏ đến màu nâu đen. Quá trình oxy hóa diễn ra ngay với các chất dễ oxy hóa, do vậy , để oxy hóa hàm lượng mangan xuống đến 0.2mg/l, pH của nước phải có giá trị xấp xỉ bằng 9. Kết quả thực nghiệm cho thấy khi pH < 8 và không có chất xúc tác thì quá trình oxy hóa mangan (II) thành (IV) diễn ra rất chậm, độ pH tối ưu thường trong khoảng từ 8.5 đến 9.5. Với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng mangan trong nước lớn hơn 0.1mg/l sẽ gây nhiều nguy hại trong việc sử dụng giống như trong trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao. 3. Các chất khí hòa tan trong nước ngầm: a. 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. Hơn nữa, cũng xảy ra quá trình khử sau: NO3- NH4; SO42- H2S, CO2 CH4 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. b. H2S: Hyđrosunfua được tạo thành trong điều kiện yếm khí từ các hợp chất humic với sự tham gia của vi khuẩn. 2SO42- + 14H+ + 2H2S + 2H2O + 6OH- c. 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: 6C10H18O10 + 2H2O 21CO2 + 19CH4 Nồng độ các tạp chất chứa trong nước ngầm phụ thuộc váo các vị trí địa lí của các 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. Các nguồn nước thường chứa hàm lượng lớn các chất bẩn hữu cơ NH4+, PO43- cũng như các vi sinh vật gây bệnh. Xử lý nước nhiễm bẩn là công việc khá khó khăn để đạt được các chỉ tiêu chất lượng nước sinh hoạt. Do 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. 4. Nước ngầm ở Việt Nam: Việt Nam là quốc gia có nguồn nước dưới đất khá phong phú về trữ lượng và chất lượng. Nhưng việc khai thác sử dụng nước dưới đất ở Việt Nam còn thấp so với nước mặt. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hỏng và các khe nứt của đất đá được tạo thành trong các giai đoạn trầm tích của đất đá hoặc do sự thẩm thấu thắm của nguồn nước mặ, nước mưa…Nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục hay hàng trăm mét. Do nhu cầu khai thác nước dưới đất để cấp nước sinh hoạt, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản tăng nhanh dễ dẫn đến nguy cơ cạn kiệt và ô nhiễm các nguồn nước dưới đất, làm cho nhiều nguồn nước dưới đất ở ven biển đang dễ bị nhiễm mặn. Đối với các hệ thống cấp nước cộng đồng thì nguồn nước ngầm luôn là nguồn ưa thích. Bởi vì, các nguồn nước mặt hay bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phải phụ thuộc váo biến động theo mùa. Nguồn nước ngầm ít chịu tác động bởi con người. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo và các hạt lơ lửng, vi trùng và vi sinh vật gây bệnh thấp. Thông số Nước ngầm Nước bề 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 Hàm lượng Fe2+, Mn2+. Thường xuyên có trong nước. Rất thấp chỉ có khi nước ở sát đáy hồ. Khí CO2 hòa tan. Có nồng độ cao. Rất thấp hoặc bằng 0. Khí O2 hòa tan Thường không tồn tại. Gần như bảo hòa. Khí NH3. Thường có. Có khi nguồn nước bị nhiễm bẩn. Khí H2S. Thường có. Không có. SiO2. Thường có nồng độ cao. Có ở nồng độ trung bình. NO3-. Có ở nồng độ cao do bị nhiễm bởi phân bón hóa học. Thường rất thấp. Vi sinh vật. Chủ yểu các vi trùng do sắt gây ra. Nhiều loại vi trùng vi rút và tảo. Một số điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt: 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 hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hóa vá sinh hóa trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hóa tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì lượng 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 nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, chất thải sinh hoạt, chất thải hóa học và việc sử dụng phân bón hóa học…tất cả các chất thải đó theo thời gian sẽ thấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do bị tác động bởi con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, các vi khuẩn gây bệnh đặc biệt nhất là các hóa chất độc hại như là kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ bởi các chất phóng xạ. III: QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SINH HOẠT : TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa cho phép Phương pháp thử Mức độ giám sát I II 1 Màu sắc(*) TCU 15 15 TCVN 6185 - 1996 (ISO 7887 - 1985) hoặc SMEWW 2120 A 2 Mùi vị(*) - Không có mùi vị lạ Không có mùi vị lạ Cảm quan, hoặc SMEWW 2150 B và 2160 B A 3 Độ đục(*) NTU 5 5 TCVN 6184 - 1996 (ISO 7027 - 1990) hoặc SMEWW 2130 B A 4 Clo dư mg/l Trong khoảng 0,3-0,5 - SMEWW 4500Cl hoặc US EPA 300.1 A 5 pH(*) - Trong khoảng 6,0 - 8,5 Trong khoảng 6,0 - 8,5 TCVN 6492:1999 hoặc SMEWW 4500 - H+ A 6 Hàm lượng Amoni(*) mg/l 3 3 SMEWW 4500 - NH3 C hoặc SMEWW 4500 - NH3 D A 7 Hàm lượng Sắt tổng số (Fe2+ + Fe3+)(*) mg/l 0,5 0,5 TCVN 6177 - 1996 (ISO 6332 - 1988) hoặc SMEWW 3500 - Fe B 8 Chỉ số Pecmanganat mg/l 4 4 TCVN 6186:1996 hoặc ISO 8467:1993 (E) A 9 Độ cứng tính theo CaCO3(*) mg/l 350 - TCVN 6224 - 1996 hoặc SMEWW 2340 C B 10 Hàm lượng Clorua(*) mg/l 300 - TCVN6194 - 1996 (ISO 9297 - 1989) hoặc SMEWW 4500 - Cl- D A 11 Hàm lượng Florua mg/l 1.5 - TCVN 6195 - 1996 (ISO10359 - 1 - 1992) hoặc SMEWW 4500 - F- B 12 Hàm lượng Asen tổng số mg/l 0,01 0,05 TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW 3500 - As B B 13 Coliform tổng số Vi khuẩn/ 100ml 50 150 TCVN 6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 A 14 E. coli hoặc Coliform chịu nhiệt Vi khuẩn/ 100ml 0 20 TCVN6187 - 1,2:1996 (ISO 9308 - 1,2 - 1990) hoặc SMEWW 9222 A Bảng giới hạn các chỉ tiêu chất lượng Ghi chú: - (*) Là chỉ tiêu cảm quan. - Giới hạn tối đa cho phép I: Áp dụng đối với các cơ sở cung cấp nước. - Giới hạn tối đa cho phép II: Áp dụng đối với các hình thức khai thác nước của cá nhân, hộ gia đình (các hình thức cấp nước bằng đường ống chỉ qua xử lý đơn giản như giếng khoan, giếng đào, bể mưa, máng lần, đường ống tự chảy). IV:TÌNH HÌNH NƯỚC SẠCH TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH: Hiện tại thành phố hồ chí minh có các hình thức sử dụng nước sau đây:  - Sử dụng nước qua đồng hồ nước: chiếm đa số trong nội thành (80% trong nội thanh cũ và 56% trong nội thành mới). Tuy nhiên ở khu vực ngoại vi tỉ lệ hộ sử dụng đồng nước của công ty cấp nước chỉ chiếm 21% bởi vì mạng lưới cấp nước kém hoặc không có mạng lưới cấp nước. Ngoài ra còn tồn tại tình trạng nhiều hộ sử dụng chung một đồng hồ nước do chưa cấp được đồng hồ riêng. - Sử dụng nước từ giếng tư nhân hoặc đổi nước. Đây là loại hình sử dụng nước khi hệ thống phân phối nước không tới được các khu vực này hoặc có tới nhưng không cấp đủ nước tiêu dùng. Giếng tư nhân là loại hình cấp nước chính ở nội thành mới và vùng ngoại vi (chiếm từ 34 – 45 %). Đổi nước (hoặc dùng nước của láng giềng) là giải pháp chủ yếu trong khu vực nội thành cũ nơi mà điều kiện nhà cửa không thuận lợi cho việc khoan giếng. Tỷ lệ này khá cao trong vùng ngoại vi (34%), đặc biệt là ở Bình Chánh và Nhà Bè (nơi mà chất lượng nước ngầm xấu). Nhìn chung hiện trạng phân phối nước của thành phố Hồ Chí Minh còn nhiều tồn tại sau: - Không phân phối đủ lượng nước cần cho các đối tượng tiêu thụ. - Ý thức sử dụng nước của người tiêu dùng kém, nhiều vùng cuối mạng nhân dân tự đực ống xây bể ngầm, lắp máy bơm hút trực tiếp từ đường ống gây tụt áp cho toàn mạng. - Phân bố không đầu dẫn chênh lệch lớn trong tiêu thụ. - Khả năng cung cấp nước của các nhà máy không đáp ứng nhu cầu dùng nước cho người dân. -Tỷ lệ thất thoát lớn (1985: lượng nước thất thoát chiếm 29%, 1993 – 1994 là 40%, hiện tại lượng nước thất thoát giảm còn khoảng 31,5%). -Phần lớn hệ thống phân phối quá cũ do tuổi thọ từ 50 năm trở lên, chưa được cải tạo và thay thế. -Ống bị đục, bị rỉ và sụt áp lớn. -Các thiết bị phụ tùng van đồng hồ, vòi công cộng hư hỏng không được bảo dưỡng gây thất thoát nhiều. -Hệ thống bể chứa và thủy đài chưa được sử dụng để tăng thêm công suất vào giờ cao điểm sử dụng nước. Mạng cấp I và II chưa phát triển theo yêu cầu quy hoạch và tình hình đô thị hóa tăng nhanh nên nhu cầu nước lớn lên rất nhiều. → Tóm lại tình hình cung cấp nước hiên tại là cung không đủ cầu. Hệ thống cấp nước quá cũ và quá tải, hệ thống mạng phân phối chưa đủ để đưa nước tới các khu vực mới phát triển. Vì vậy phải cần thiết cải tạo và mơ rộng hệ thống cấp nước. CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ˜ & ™ I: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC DƯỚI ĐẤT Mục đích xử lí nước cấp: cung cấp số lượng nước đầy đủ về mặt hóa học ,vi trùng học để thỏa mãn yêu cầu về ăn uống và sinh hoạt, dịch vụ ,sản xuất công nghiệpvà phục vụ các hoạt động công cộng có sử dụng nước. cung cấp nước có chất lượng tốt,không có chứa các chất vẩn đục gây ra mùi, màu,vị của nước. cung cấp đầy đủ các thành phần khoáng chất cần thiết cho việc bảo vệ sức khỏe của con người. nước sau khi xử lý phải thỏa mãn tiêu chuẩn "tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước cấp cho ăn uống và sinh hoạt" (bộ y tế số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002) A/ phương pháp xử lý nước phương pháp cơ học: nước từ nguồn được bơm cấp 1 phun qua giàn mưa thành nhưng tia nhỏ để oxy của không khí tác dụng vơi Fe2+ thành Fe3+. Nước sau khi qua giàn mưa được dẫn đi đến bể lắng rôi đến bể lọc chứa các vật liệu lọc (than hoạt tính, cát,đá…) phương pháp hóa học: là phương pháp dung hóa chất ,các phản ứng hóa học trong quá trình xư lí nước. nếu nước có độ đục cao chứng tỏ có nhiều tạp chất hữu cơ , vi sinh vật phù du thì dung phèn và chất tạo keo tụ. nước chứa nhiều ion kim loại (có độ cứng lớn) thì xử lí bằng vôi hoặc xô đa hoặc dung phương pháp trao đỏi ion nước chứa nhiều khí hòa tan H2S thì xử lí bằng phương pháp oxy hóa ,clo hóa,phèn. Nước chứa nhiều sắt thì oxy hóa Fe2+ bằng oxy không khí (làm thoáng giàn mưa, thùng quạt gió) hoặc dung các chất oxy hóa đẻ xử lý… Nước chứa nhiều mangan tương tự như xử lí sắ đó là khử mangan bằng cách làm thoáng hay dung các chất oxy hóa mạnh như clo,ozon, kali penmanganat,để oxy hóa Mn2+ thành Mn4+ Nước chứa nhiều vi khuẩn thì phải khử trùng bằng clo,ozon. Phương pháp vi sinh: Trên thế giới hiện nay phương pháp xử lí bằng vi sinh đang được nghiên cứu và có 1 số nơi đã áp dụng. trong phương pháp này 1 số loại vi sinh đã được nuôi cấy và đưa vào quá trình xử lí nước với liều lượng nhỏ nhưng hiệu quả cao. Tuy nhiên cho đến nay những kết quả nghiên cứu của phương pháp này chưa rộng rãi. Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lĩnh vực khác nhau mà người ta sử dụng các phương pháp xử lí n ước cấp cho các lĩnh vực đó. Thong thường người ta thường kết hợp cả 2 phương pháp cơ học và hóa học dể xử lí nước. B/ Các kĩ thuật –công nghệ xử lí nước dưới đất 1/ Các công trình thu nước ngầm: Giếng khoang: giếng khoan là công trình thu nước ngầm mạch sâu với công suất trung bình và lớn,có độ sâu từ vài chục m đến vài trăm m và đường kính giếng phụ thuộc vào lưu lượng cần khai thác. Giếng khoan gồm có: giếng khoan hoàn chỉnh (khoan tới lớp cách nước) giếng khoan không hoàn chỉnh (khoan tới lưng chừng đến lớp đất chứa nước) giếng khoan có áp và không áp. Khi cần khai thác nước với lượng lớn thì người ta dung 1nhoms giếng khoan. Các phương tiện lấy nước từ giếng lên: phương tiện chủ yếu đẻ lấy nước từ giếng lên là bơm ,người ta thường sử dụng các loại bơm li tâm hoặc máy nén khí,đối với các giếng khoan công nghiệp thì người ta thường dùng bơm hỏa tiễn. 2/ Các công trình xử lí sắt và mangan: Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại ở dạng ion,sắt hóa trị II là thành phần của muối hòa tan như Fe(HCO3)2 ;FeSO4 …hàm lượng sắt có trong nước ngầm cao và thường phân bố không đồng đều trong các lớp trầm tích dưới sâu. Nước có hàm lượng sắt cao gây mùi tanh, có nhiều cặn vàng gây ảnh hưởng tới chất lượng nước sinh hoạt và ăn uống. Hiện nay thì có ba nhóm khử sắt thường áp dụng đó là: khử sắt bằng phương pháp làm thoáng. khử sắt bằng hóa chất. khử sắt theo 1 số cách khác như trao đổi ion hay dùng vi sinh. a/ Khử Fe bằng cách làm thoáng: khử sắt bằng làm thoáng thực chất đó là phương pháp làm giàu O2 để tạo điều kiện oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, sau đò Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân tạo thành Fe(OH)3, rồi dùng bể lọc giữ lại. làm thoáng thì có làm thoáng tự nhiên và làm thoáng nhân tạo, quá trình oxy hóa Fe2+ và thủy phân Fe3+ có thể diễn ra trong môi trường tự do, môi trường hạt hay xúc tác. b/ Khử Fe bằng hóa chất: khi trong nước có hàm lượng chất hữu cơ cao thì khi đó sắt được bao bọc bởi 1 lớp keo hữu cơ, khi đó muốn khử sắt thì phải phá bỏ được lớp màng hữu cơ đó bằng tác dụng của các chất Oxy hóa mạnh như Clo,Ozon, KMnO4,… c/ Một số biện pháp khác: - Lọc qua các vật liệu đặc biệt, các vật liệu này có khả năng xúc tác cho quá trình Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, Fe3+ bị giữ lại trong tầng lọc. - biện pháp trao đổi ion. - sử dụng vi sinh: một số vi sinh vật có thể Oxy hóa sắt trong điều kiện mà Oxy hóa hóa học rất khó có thể xảy ra. Chúng ta cấy các mầm khuẩn ấy trong lớp cát lọc của bể lọc, thông qua các mầm khuẩn thì sắt được loại ra khỏi nước. Đối với Mn thì tương tự ta cũng có các biện pháp khử Mn trong nước ngầm giống như khử Fe. 3/ khử trùng nước: - Khử trùng nước bằng Cl2 và các hợp chất của nó như Ca(OCl)2 ;HClO… - Khử trùng bằng I2 (thường dùng khử trùng các hồ bơi). - Khử trùng bằng kim loại nặng. - Khử trùng bằng Ozon. II.CƠ SỞ LỰA CHỌN QUI TRÌNH XỬ LÝ: 1. Cơ sở lựa chọn công nghệ: Theo yêu cầu nguồn nước cần xử lý nước cấp phục vụ cho khu dân cư công suất 5000 m3/ngày đêm. Hàm lượng sắt trong nước là 20 mg/l, độ kiềm k = 2 mgđl/l, hàm lượng cặn max 2000 mg/l. Giả sử là ngoài các thông số trên thì một số các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý nguồn nước dưới đất có chất lượng như sau: STT Chỉ tiêu Đơn vị Nước dưới đất TCVN-5501 01 pH 6.5 6 - 8.5 02 Độ đục N.T.U 6 < 5 03 Độ màu(pt-Co) 10 < 15 04 Hàm lượng cặn mg/l 2000 - 05 Tồng hàm lượng muối hòa tan mg/l 300 - 06 Nitrit(N-NO2) mg/l 0.3 0 07 Nitrat(N-NO3) mg/l 0.1 < 5 08 Amonia(N-NH3) mg/l 0.5 < 3 09 Mangan mg/l 0.05 < 0.1 10 Sắt mg/l 20 < 0.3 Bảng TCVN 5501 Nhận xét chất lượng nguồn nước: đối với nước dưới đất có chất lượng như trên thì hệ thống xử lý dùng để khử sắt. Như vậy hệ thống xử lý được thiết kế dưới đây sẽ dùng xử lý cả Fe. 2. Công nghệ xử lý: - phương án 1 (làm thoáng đơn giản và lọc): Clo hóa sơ bộ khử trùng khử trùng Bể chứa nước sạch Bể lọc nhanh Bể lắng tiếp xúc Làm thoáng đơn giản Nước từ trạm Sơ đồ công nghệ phương án 1. Phạm vi áp dụng: phương pháp này có thể sử dụng cho nguồn nước có hàm lượng sắt ≤ 15 mg/l; độ Oxy hóa ≤ [0,15 (Fe2+) *5] mg/l O2; NH4 . Sơ đồ này có thể áp dụng cho các trạm xử lí có công suất bất kì. Ưu điểm của phương pháp là xử lí có hiệu đối với nước có hàm lượng Fe cao, khi đi vào hoạt động thì dễ quản lí và thuận tiện cho việc duy tu bảo dưỡng. Nhược điểm, chi phí đầu tư ban đầu cao, tốn nhiều diện tích. Bể nén bùn - Phương án 2 (làm thoáng tự nhiên): Clo hóa sơ bộ Giàn mưa (làm thoáng tự nhiên) Bể lọc nhanh Bể lắng đứng Bể trộn đứng Nước từ trạm Khử Bể chứa nước sạch trùng   Sơ đồ công nghệ phương pháp 2. Sử dụng phương pháp này có thể khử được 75 - 80% lượng CO2 hiệu quả cao hơn so với phương án xử lí làm thoáng đơn giản. sau khi làm thoáng nước được dẫn vào bể lắng tạo điều kiện để Fe2+ chuyển hóa thành Fe3+ kết tủa lắng xuống,tạo điều kiện cho quá trình lọc diễn ra nhanh hơn. Dùng bể lọc nhanh, thời gian lọc nhỏ, công suất lớn và nhanh. - Phương án thứ 3 (thùng quạt gió - lắng tiếp xúc – lọc): Thùng quạt gió   Khử trùng Bể chứa nước sạch Bể lọc nhanh Bể lắng tiếp xúc  Nước từ  Trạm bơm Sơ đồ công nghệ phương pháp 3. đây là phương pháp xử lí rất hiệu quả đối với nguồn nước ngầm có hàm lượng Fe cao từ 20 mg/l trở lên. Có thể áp dụng đối với các trạm xử lý nước có qui mô vừa và lớn. nhưng chi phí đầu tư ban đầu cao. 3. Lựa chọn và thuyết minh công nghệ: a. Dàn mưa: Nhiệm vụ của dàn mưa là: Hòa tan O2 từ không khí vào nước để Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, Mn2+ thành Mn4+ để dễ dàng kết tủa dễ lắng đọng để khử ra khỏi nước bằng lắng và lọc. Khử khí CO2, H2S có trong nước, làm tăng pH của nước, tạo điều kiện thuận lợi và đẩy nhanh quá trình Oxy hóa và thủy phân Fe và Mn, nâng cao công xuất của các công trình lắng lọc. Tăng lượng O2 hòa tan trong nước, nâng cao thế Oxy hóa khử của nước để thực hiện dễ dàng các quá trình Oxy hóa. b. Bể lắng: Lắng là khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước. các loại lắng được thiết kế để loại trừ ra khỏi nước các hạt cặng lơ lửng có khả năng lắng xuống dưới đáy bể bằng trọng lực. Nhiệm vụ của bể lắng là tạo điều kiện tốt để lắng các hạt cát có kích thướng lớn hơn hoặc bằng 0,2 mm và tỉ trọng lớn hơn hoặc bằng 2,6. để loại trừ hiện tượng bào mòn cơ cấu chuyển động cơ khí và giảm lượng cặn nặng tụ lại trong bể lắng. c. Bể lọc nhanh: Lọc là quá trình không chỉ giữ lại các hạt cặn lơ lửng trong nước có kích thước lớn hơn kích thước các lỗ rỗng tạo ra giữa các hạt lọc mà còn giữ lại keo sắt, keo hữu cơ gây độ đục độ màu. Bể lọc thường được dùng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tùy thuộc vào yêu cầu đối với chất lượng nước. Bể lọc được thiết kế gồm 2 lớp: lớp cát thạch anh và lớp sỏi. Nước cấp khi qua bể lắng hầu hết các cặn lơ lửng đều được giữ lại, chỉ còn khoảng 20% cặn lơ lửng không được lắng ở bể lắng và được đi vào bể lọc. Bể lọc nhiệm vụ giữ lại tất cả những hạt không được lắng đó. d. Bể chưa nước sạch: Dùng để chứa nước sạch sau khi lọc, tại đây ta thêm một lượng Cl2 vừa đủ nhằm đảm bảo chỉ tiêu vi sinh và khử trùng trong đường ống, ngăn chặn tảo phát triển trong đường ống làm tắc nghẽn đường ống. Bể chứa nước sạch được đặt gần bể lọc và trạm bơm cấp II. Ngoài ra, cốt mực nước trong bể lựa chọn cho phù hợp với điều kiện địa hình, cao độ mực nước ngẩm và có thể tự mồi nước cho trạm bơm cấp II. f. Trạm bơm cấp II: Nhiệm vụ phân phối nước ra mạng tiêu thụ, bơm rửa lọc, máy gió rửa lọc… Trạm bơm cấp II phải đảm bảo việc phân phối nước theo yêu cầu về công suất và độ tin cậy. Khi bố trí trạm bơm cấp II cần các yêu cầu: Diện tích choáng chỗ vào chiều cao trạm bơm. Cao độ trục bơm so với cốt mực nước thấp nhất trong bể bơm. Cốt nền trạm bơm. Vị trí trạm bơm thuận tiện và an toàn cho việc bố trí các tuyến cấp điện, ống hút và ống đẩy, chừa hành lang để sửa chửa thiết bị. Trước trạm bơm phải có vị trí để đặt các thiết bị hoặc tháp chống va. Trạm bơm và nhà điều hành là hai công trình tạo kiểu dáng kiến trúc và cảnh quan chung cho nhà máy xử lý nước cấp. Chương III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ. I. Dàn mưa: Diện tích dàn mưa: Q = 5000 m3/ngày = 208 m3/giờ = 0,057 m3/giây qm chọn bằng 10 m3/m2.h (10 – 15 m3/m2.h) Số dàn mưa chọn bằng 1 => kích thước giàn mưa là 4,5 x 4,5 (m) Thiết kế dàn mưa 3 tầng, số sàn tung chọn bằng 3, khoảng cách sàn tung là 0,8m, chiều cao ngăn thu là 0,5 m. Thiết kế chân đứng giàn mưa là 3,8m. Tổng chiều cao của dàn mưa: Sàn tung là các tấm inox khoang lỗ có đường kính lỗ là 10 mm, bước lỗ là 100 mm. Tấm inox có các cạnh là 4,5 x 4,5 (m) Hệ thống ống phân phối nước cho dàn mưa _Ống chính: Fống chính v là vận tốc nước chảy trong ống chính (1,8 – 2 m/s) Đường kính của ống chính là: _Ống nhánh: Khoảng cách các ống nhánh chọn là 300 mm. Số ống nhánh của dàn mưa: Lưu lượng trong ống nhánh: Đường kính ống nhánh: _Các lỗ trên dàn mưa: Tổng diện tích các lỗ chọn bằng 35 – 40% tiết diện ngang của ống chính. Chọn lỗ đường kính 3mm, có diện tích của 1 lỗ là: Tổng số lỗ phân phối trên dàn mưa là: (lỗ) Số lỗ trên ống nhánh: (lỗ) Khoảng cách giữa các lỗ trên ống là: _Đường kính ống dẫn nước vào và ra khỏi dàn mưa: Lưu lượng thiết kế Q = 0,057 m3/s = 57 l/s Chọn ống có đường kính 300 mm, 1 đường ống dẫn nước lên dàn mưa. _Ống dẫn nước từ dàn mưa qua 3 bể lắng: Chọn ống có đường kính 100 mm và 3 đường ống qua 3 bể lắng. II. Bể lắng đứng tiếp xúc: Dung tích của bể: Q = 5000 m3/ngày = 208,3 m3/h = 0,057 m3/s T là thời gian lưu nước của bể 30 – 45 phút Chọn T = 40 phút Lấy chiều cao là 2,5m (theo qui phạm từ 1,5 – 3,5 m) =>Tốc độ đi lên của nước trong bể là: Diện tích toàn phần của bể lắng là: Chia thành 3 bể lắng => Diện tích của mỗi bể là: Lưu lượng nước chảy qua mỗi bể lắng là: Tốc độ nước chảy qua ống trung tâm của bể là 1,01 l/s nên đường kính ống trung tâm là d = 200mm. Diện tích mặt cắt ngang ống trung tâm: Tổng diện tích của mỗi bể lắng: Kích thướng bể lắng đứng hình vuông là: 4,3 x 4,3 Chiều cao phần trụ của bể lắng đứng: Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng: D là kích thước của bể lắng đứng hình vuông = 4,3m. d = 0,2m chiều rộng của hỗ xã cặn. =55o (qui phạm 50 – 55o). Tổng chiều cao của bể lắng là: Hbv là chiều cao bảo vệ 0,5 – 1,5m ]Hệ thống máng thu nước: Lưu lượng máng thu: K = 0,7 N = 3 Máng có tiết diện hình chữ nhật, chiều rộng của máng xác định theo công thức thực nghiêm: Máng chữ V có chiều dài 1650m m Cao 250mm ]Dung tích chứa nén cặn: Thời gian làm việc giữa 2 lần xã cặn: tra bảng 3.3 sách Nguyễn Ngọc Dung Cmax = 2000 C là hàm lượng cặn sau khi lắng (10 – 12mg/l) Lượng nước dung cho xã cặn tính theo % lương nước xử lý: Kp hệ số pha loãng cặn (1,115 – 1,2). III Bể lọc nhanh: -Diện tích bể lọc nhanh: Trong đó: -Q = 5000m3/ngày = 208,3m3/h -W cường độ rửa: W=14 l/s.m2, T = 24h -a là số lần rửa bể trong một ngày a=1 -t1 = 1 giờ, t2 = 0,35 giờ [Theo bảng 4-5 sách Nguyễn Ngọc Dung] -Vbt = 6 (Theo bảng 4-6 sách Nguyễn Ngọc Dung) Chọn cát lọc dtd = 0,7 mm, hệ số không đồng nhất k = 2 Chiều dày lớp cát lọc: L = 0,8 m [Bảng 4-6 sách Nguyễn Ngọc Dung] Số bể lọc cần thiết xác định theo công thức: = 0,5 = 3,04 bể Chọn N = 3 Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện một bể đóng để rửa > (khoảng 6 – 7,5): không an toàn Vì vậy ta phải thiết kế thêm 2 bể lọc để dự phòng. Ba bể vận hành, hai bể dự phòng rửa lọc vào cuối ngày. -Diện tích bể lọc là: Chọn kích thước bể là : Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hđ + hv + hn + hp -hđ : chiều cao lớp đỡ (m) : hđ = 0,7 m [Bảng 4-7 sách Nguyễn Ngọc Dung] -hv : chiều dày lớp vật liệu lọc : hv = 0,8 m [Bảng 4-6 sách Nguyễn Ngọc Dung] -hn : chiều cao lớp nước trên vật liệu lọc : hn = 2 m H = 0,7 + 0,8 + 2 + 0,3 =3,8 m Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc : Chọn phương pháp rửa bể bằng nước, cường độ nước rửa lọc W = 14 l/s.m2 với độ trương nước 45%. Lượng nước rửa lọc 1 bể là: Chọn vận tốc chảy trong ống chính là: V = 1,8 m/s (Quy phạm Đường kính ống chính là: = Chọn đường kính ống chính 350 mm Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,3 m (Quy phạm: 0,25 – 0,3 m) thì số ống trong 1 bể là: Lưu lượng nước lọc chảy trong mỗi nhánh là: Chọn vận tốc chảy trong ống chính là: V = 1,9 m/s (Quy phạm Đường kính ống nhánh là: Chọn dn = 70 mm Hình: Hệ thống phân phối nước rửa lọc Với ống chính là 350 mm thì tiết diện ngang của ống là: Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (QP 30 -35%), tổng diện tích lỗ tính được là: = 0,35 Chọn lỗ đường kính 12 mm (QP 10 – 12 mm) diện tích 1 lỗ sẽ là Tổng số lỗ trên mỗi ống nhánh là: Số lỗ trên mỗi ống nhánh là: Trên mỗi ống nhánh, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng 1 góc so với mặt phẳng nằm ngang Số lỗ trên mỗi hàng của ống nhánh là: = 7,5 lỗ -Tính toán máng phân phối nước lọc và thu nước rửa lọc: Bể có chiều dài là 4m, chọn mỗi bế bố trí 2 máng thu nước có đáy hình tam giác: Khoảng cách giữa các máng sẽ là: d = = 2m (QP không được > 2,2m) Lượng nước rửa thu vào mỗi máng xác định theo công thức : l/s) Trong đó: -W : Cường độ rửa lọc : W = 14 l/s.m2 -d : Khoảng cách giữa các tâm máng : d = 2 m -l : Chiều dài của máng : l = 5,6 m -qm = 14 = 0,0868 m3/s Chiều rộng máng là: Trong đó: -a : là tỉ số giữa chiều cao hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng Lấy a = 1,3 (QP a = 1 – 1,5) -k : Hệ số đối với tiết diện máng hình tam giác: k = 2,1 Vậy chiều cao phần máng hcn là: hcn = 0,26 m lấy chiều cao phần đáy tam giác là hđ = hcn. Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i = 0,01. Chiều dày thành máng lấy là: Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = hcn + hđ + = 0,26 + 0,17 + 0,08 = 0,51 m Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước xác định theo công thức: Trong đó: -L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 0,8 m -e : Độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng 4 – 5, e = 45% + 0,25 = 0,61 m Theo quy phạm , khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu 0,07 m Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa: Hm = 0,51 m, vì máng dốc về phía máng tập trung i = 0,01, máng dài 3,1 m nên chiều cao máng thu tập trung là: 0,51 + (0,01 = 0,541 m Vậy sẽ phải lấy bằng: Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước Khoảng cách từ đáy máng thu đến đáy máng tập trung xác định theo công thức : -qm : Lưu lượng nước chảy vào máng tập trung nước (m3/s) -A : Chiều rộng của máng tập trung Chọn A = 0,75 m (QP không được nhỏ hơn 0,6 m) -g : gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2 -Tính tổn thật áp lực khi rút bể lọc nhanh: Trong đó: -v0 : Tốc độ nước chảy ở đầu ống chính : v0 = 1,8 m/s -vn : Tốc độ nước chảy ở đầu ống nhánh : vn = 1,9 m/s -g : Gia tốc trọng trường: g = 9,81 m/s2 -: Hệ số sức cản KW: tổng diện tích các lỗ trên ống hoặc trên máng và diện tích tiết diện ngang của ống hoặc máng chính, KW = 0,35 = 3,3 Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hđ = 0,22 Trong đó: -Ls : Chiều dày lớp sỏi đỡ : Ls = 0,7 m W : Cường độ rửa lọc : W =14 l/s.m2 hđ = 0,22 Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc: hvl = (a + b Trong đó: với kích thước hạt d = 0,5 ; a = 0,76 ; b = 0,017 hvl = (0,76 + 0,017 Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm = 2m Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể sẽ là : ht = hp + hđ + h + hbm = 3,3 + 2,16 + 0,35 + 2 = 7,81m Tỷ lệ nước rửa lọc so với lượng nước vào bể (công suất trạm) có thể tính như sau: Trong đó: W:Cường độ rửa lọc ; W = 14 l/s.m2 f :Diện tích một bể lọc ; f = 12,33m2 N: Số bể lọc ; N = 3 Q: Công suất trạm xử lý ; Q = 208,3m3/h To : Thời gian công tác của bể giữa 2 lần lọc Trong đó: T : Thời gian công tác của bể lọc trong một ngày, T = 24h n : số lần rửa bể trong 1 ngày, n = 1 t1, t2, t3 : thời gian rửa, xả nước lọc đầu và thời gian chết của bể lọc = 3,8% Bể chứa nước sạch: Để tiết kiệm chi phí xây dựng nên ta dùng hệ thống châm định lượng chất khử trùng trên đường ống dẫn từ bể lọc sang bể chứa. Nhiệm vụ của bể chứa là: Chủ yếu là chứa nước sạch đầu ra của hệ thống xử lý. Đổi 5000 m3/ngđ = 5000/(24 (m3/s) -Thể tích bể cần thiết là:(10 – 15% công suất) Wđh = q * T= 0,05787 * 10 * 3600=2083,32 m3 -Chọn kích thước bể: Dài Rộng = 30m * 20m Cao: h=2083,32/(30*20)=3,47m -Chiều cao công tác bể: Chiều cao dự trữ của bể 0,3 m Chiều cao thực của bể là 3,47 + 0,3 = 3,77 m