ĐẶ ĐIỂ M T NHIÊN VÀ NGU ỒN NƯỚ C Ở KHU V C HÓC MÔN
Đặc điể m t ự nhiên
Hóc Môn là huyện ngoại thành ở phía Tây Bắc củaThành phố Hồ hí Minh
Phía Bắc giáp huyện Củ Chi
Phía Nam giáp Quận 12, thành phố Hồ Chí Minh
Phía Đông giáp huyện Thuận An của tỉnh Bình Dương, ranh giới là sông Sài Gòn
Phía Tây giáp huyện Đức Hòa của tỉnh Long An, Huyện Bình Chánh và Quận Bình Tân
Hình 1 Bản đồ vịtrí địa lý Huyện Hóc Môn
Huyện Hóc Môn bao gồm 11 xã và thị trấn, cụ thể là: Tân Thới Nhì, Tân Hiệp, Thới Tam Thôn, Đông Thạnh, Nhị Bình, Xuân Thới Sơn, Xuân Thới Thượng, Bà Điểm, Tân Xuân, Trung Chánh và Xân Thới Đông.
Thành phố Hồ Chí Minh có hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Trung bình, thành phố nhận được 160 đến 270 giờ nắng mỗi tháng, với nhiệt độ trung bình khoảng 27°C, có thể lên đến 40°C và xuống thấp nhất là 13,8°C Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 1.949 mm Độ ẩm không khí cao vào mùa mưa và thấp vào mùa khô, với mức độ ẩm trung bình đạt 79,5%.
1.1.3Hiện trạng nước cấp ở khu vực Hóc Môn hương trình sử dụng nước sạch nông thôn ở thành phố được triển khai từ năm
Năm 1997, do dân cư phân tán trên diện rộng, hệ thống cấp nước của thành phố gần như không tồn tại Để khắc phục tình trạng này, thành phố đã đầu tư nguồn vốn ngân sách chủ yếu vào việc phát triển các bơm tay và các trạm cấp nước tập trung tại các khu dân cư Hiện tại, huyện Hóc Môn có 13 trạm cấp nước tập trung với công suất khoảng 3.000 m³/ngày đêm, do Trung tâm Nước Sinh hoạt và Vệ sinh môi trường nông thôn quản lý Theo thống kê năm 2006, nguồn nước sử dụng ở nông thôn đã được ghi nhận.
- Số hộ dân sử dụng nước sạch: 87,5% (toàn thành là 97,1%)
- Sử dụng nước máy: 25,53% số hộ
- Sử dụng nước giếng: 60,7% số hộ
- Sử dụng nước mưa: 3,08% số hộ
- Sử dụng nguồn nước khác: 3,69% số hộ
Ch ất lượ ng ngu ồn nướ c ở khu v ự c Hóc Môn
(Nguồn: Theo xét nghiệm của Trung Tâm Y Tế Dự Phòng - Sở Y Tế TP.Hồ Chí Minh 06/2001)
STT Các chỉ tiêu Đơn vị Nước nguồn QCVN 01/
10 Độ kiềm tổng cộng mg/l 0,6
14 Tổng hàm lƣợng các muối hòa tan mg/l 300
Bảng 1 hất lượng nước nguồn và tiêu chuẩn nước đầu ra
Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ: Không đạt tiêu chuẩn vềhàm lƣợng sắt tổng cộng theo QCVN 01/2009/BYT
Kết luận: nguồn nước ở khu vực Hóc Môn bị nhiễm phèn sắt.
NƯỚ C NHI Ễ M PHÈN S ẮT V Á PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Nướ c nhi ễm phèn, đặc điể m và ảnh hưở ng c ủa nướ c nhi ễ m phèn
2.1.1 Nước nhiễm phèn là gì?
Nước thiên nhiên, bao gồm cả nước mặt và nước ngầm, đều chứa sắt với hàm lượng và dạng tồn tại khác nhau tùy thuộc vào từng nguồn nước và điều kiện môi trường.
Trong nước mặt, sắt chủ yếu tồn tại dưới dạng hợp chất Fe 3+, thường ở trạng thái keo hoặc huyền phù Hàm lượng sắt này thường không cao và sẽ được loại bỏ trong quá trình làm trong nước.
Nước ngầm chứa nhiều sắt, thường được gọi là nước nhiễm phèn, hình thành do quá trình khử oxyt sắt (III) trong đất Trong điều kiện thiếu oxy, vi sinh vật yếm khí oxy hoá chất hữu cơ theo cơ chế anoxyc, trong đó Fe 3+ - thường tồn tại dưới dạng oxyt không tan - đóng vai trò là chất nhận electron.
Sự hiện diện của phèn sắt như Fe(OH)3, Fe2O3 và Fe2+ trong nước ngầm khi tiếp xúc với không khí sẽ dẫn đến quá trình oxy hóa, biến đổi thành hydroxyt sắt(III) và cuối cùng là oxyt sắt.
Sản phẩm của phản ứng phèn sắt trong nước thường ở dạng keo, khó lắng và có màu nâu đậm do sự hiện diện của Fe2O3 Nước giếng nhiễm sắt khiến các vật liệu tiếp xúc bị ố vàng nâu Chất hữu cơ trong nước ngầm là nguyên nhân chính gây nhiễm phèn sắt, đặc biệt ở các vùng đất trũng Việc khai thác nước ngầm quá mức làm hạ thấp mực nước, dẫn đến sự thâm nhập của chất hữu cơ từ bề mặt vào nước ngầm, làm tăng hàm lượng sắt Keo sắt trong đất còn hấp phụ nhiều ion kim loại khác như mangan và arsenic, do đó, sự khử oxyt Fe3+ đi kèm với sự hòa tan của sắt và các ion kim loại này.
2.1.2 Đặc điểm của nước bị nhiễm phèn
- Nước nếm có vị chua chua.
- Nước có màu vàng đục
- Nước bị nhiễm phèn nặng, ngửi thấy m i tanh tanh…
2.1.3 Ảnh hưởng của nước nhiễm phèn
Nước phèn có nhiều đặc điểm khác nhau tùy thuộc vào từng vùng miền, với các biểu hiện như độ vichy và màu sắc, thường là màu vàng.
Sử dụng nước nhiễm phèn cho sinh hoạt và ăn uống có thể gây ăn mòn các dụng cụ trong nhà và làm rộp da khi tắm Nước phèn thường có màu đục, gây cảm giác không thẩm mỹ Mặc dù các thành phần như nhôm, sắt, sulfat và mangan trong nước phèn không độc hại cho sức khỏe, nhưng hàm lượng sắt (Fe) cao có thể gây ra những vấn đề tiềm ẩn.
Nồng độ Mn vượt quá 0,1 mg/l và 0,3 mg/l có thể làm hoen ố quần áo khi giặt, trong khi hàm lượng sulfat cao gây ra vị khó chịu cho nước uống do pH thấp Thêm vào đó, nhôm trong nước ở mức cao có thể dẫn đến loãng xương ở người già và ảnh hưởng xấu đến chức năng lọc máu của thận Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp, công cụ và thiết bị để loại bỏ các thành phần độc hại này trong nước nhiễm phèn là rất cần thiết.
ác phương pháp xử lý nướ c nhi ễ m phèn s ắ t
Phương pháp này dựa trên nguyên lý oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) và loại bỏ chúng khỏi nước dưới dạng hidroxyt sắt (III) Trong nước ngầm, sắt (II) bicabonat là một muối không bền, dễ dàng thủy phân thành sắt (II) hydroxyt thông qua phản ứng hóa học.
Fe(HCO3)2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H2CO3 (2.3)
Nếu trong nước có oxy hòa tan, sắt (II) hydroxyt sẽ bị oxy hóa thành sắt (III) hydroxyt theo phản ứng:
Sắt (III) hydroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra nước dễ dàng nhờ quá trình lắng lọc.
Kết hợp các phản ứng trên ta đƣợc phản ứng chung của quá trình oxy hóa nhƣ sau: 4Fe 2+ + 8HCO3 -+ O2 + H2O → 4Fe(OH)3↓ + 8H + +8HCO3 - (2.5)
Nước ngầm thường có hàm lượng oxy hòa tan rất thấp Để cải thiện nồng độ oxy hòa tan trong nước ngầm, phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất là thực hiện quá trình làm thoáng.
Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu oxy cho quá trình khử sắt.
2.2.1 Khử sắt bằng phương pháp làm thoáng a Làm thoáng đơn giản bề mặt lọc
Nước cần khử sắt được làm thoáng bằng dàn phun mưa đặt cao khoảng 0,7m trên bề mặt lọc, với lỗ phun có đường kính từ 5-7mm và lưu lượng tưới vào khoảng 10m³/m².h Sau quá trình làm thoáng ở nhiệt độ 25°C, lượng oxy hòa tan trong nước đạt khoảng 40% so với mức bão hòa, tương đương với 8,1mg/l.
Nước cần được làm thoáng bằng cách tưới lên giàn làm thoáng với các sàn rải xỉ hoặc tre gỗ Lượng tưới và chiều cao tháp được áp dụng tương tự như trường hợp trước Sau khi làm thoáng, lượng oxy hòa tan đạt khoảng 55% so với mức bão hòa, với hàm lượng O2 giảm 50% Ngoài ra, có thể thực hiện làm thoáng cưỡng bức với lưu lượng tưới từ 30 đến 40m³/h, trong đó lượng không khí tiếp xúc đạt từ 4 đến 6m³ cho mỗi m³ nước Kết quả là lượng oxy hòa tan sau làm thoáng đạt 70% mức bão hòa, với hàm lượng O2 giảm 75%.
2.2.2 Khử sắt bằng phương pháp hóa chất a Khử sắt bằng vôi
Khi cho vôi vào nước, độ pH của nước tăng lên Ở điều kiện này ion OH - ion
Sắt (II) nhanh chóng thủy phân thành Fe(OH)2, dẫn đến sự lắng xuống của một phần chất này Thế oxy hóa khử tiêu chuẩn của hệ Fe(OH)2/Fe(OH)3 giảm, tạo điều kiện cho sắt (II) chuyển hóa thành sắt (III) Sắt (III) hydroxyt sau đó kết tụ thành bông cặn, dễ dàng lắng trong bể lắng và tách ra khỏi nước.
Phương pháp này có thể áp dụng cho cả nước mặt và nước ngầm, nhưng nhược điểm là cần sử dụng thiết bị pha chế cồng kềnh và quản lý phức tạp Do đó, thường kết hợp khử sắt với các quy trình khác như xử lý ổn định nước bằng kiềm và làm mềm nước bằng vôi kết hợp soda.
Phương pháp khử sắt bằng vôi thường được áp dụng kết hợp với các quy trình ổn định nước hoặc làm mềm nước Phản ứng khử sắt xảy ra trong hai trường hợp khác nhau.
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2→ 4Fe(OH)3↓ + 4Ca(HCO3)2 (2.6)
Sắt (III) hydroxyt đƣợc tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc.
Không có oxy hòa tan:
Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2→ FeCO3 + CaCO3 + 2H2O (2.7) Sắt được khử đi dưới dạng Fe O3 chứ không phải hydroxyt sắt. b Khửsắt bằng lo
2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 + 6H2O → 2Fe(OH)2CaCl2 + 6H + + 6HCO - 3(2.8) c Khử sắt bằng kali penmanganat (KMnO 4 )
Khi sử dụng để khử sắt, quá trình diễn ra nhanh chóng nhờ vào cặn mangan(IV) hydroxyt được tạo thành, đóng vai trò như một chất xúc tác Phản ứng này có thể được mô tả qua một phương trình hóa học cụ thể.
2.2.3 ác phương pháp khử sắt khác a Phương pháp lọc qua lớp vật liệu đặc biệt ác vật liệu đặc biệt có khả năng xúc tác, đẩy nhanh quá trình oxy hóa khử Fe 2+ thành Fe 3+ và giữ lại trong tầng lọc Quá trình này diễn ra rất nhanh chóng và có hiệu quả cao át đen là một trong những chất có đặc tính nhƣ thế. b Phương pháp trao đổi ion ho nước đi qua lớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion ác ion H + và Na + có trong thành phần của lớp vật liệu lọc, sẽ trao đổi với các ion Fe 2+ có trong nước Kết quả Fe 2+ đƣợc giữ lại trong lớp vật liệu lọc ớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion là ation thường được sử dụng cho nguồn nước có chứa Fe 2+ ở dạng hòa tan. c Phương pháp vi sinh vật
Một số vi sinh vật có khả năng oxy hóa sắt trong điều kiện khó khăn mà quá trình oxy hóa hóa học không thể xảy ra Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt vào lớp lọc của bể lọc, giúp loại bỏ sắt ra khỏi nước thông qua hoạt động của các vi khuẩn này Thiết bị bể lọc chậm thường được sử dụng để khử sắt hiệu quả.
ĐỀ XU Ấ T CÔNG NGH Ệ X Ử LÝ
Thi ế t k ế h ệ th ống nướ c nhi ễ m phèn
Quá trình xử lý nước với mục đích tăng pH, khử sắt, nhôm, mangan… để chất lượng nước đầu ra đạt tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt
Nguồn thu mãn nước cần đáp ứng các tiêu chí như dễ dàng trong thiết kế, thi công và lắp đặt, đồng thời phải đảm bảo khả năng vận hành và quản lý hiệu quả với chi phí thấp Bên cạnh đó, nguồn nước này cũng không được gây cản trở cho các nhu cầu sử dụng nước khác.
Cung cấp nước sạch và an toàn về mặt hóa học và sinh học là rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu ăn uống, sinh hoạt và sản xuất cho cộng đồng dân cư huyện Hóc Môn.
L ự a ch ọ n công ngh ệ : ơ sởđể lựa chọn công nghệ xửlý nước dựa vào các yếu tố sau:
- Chất lượng của nước nguồn (nước thô) trước khi xử lý
- Chất lượng của nước yêu cầu (sau xử lý) phụ thuộc mục đích của đối tượng sử dụng
- Công suất nhá máy nước
- Điều kiện kinh tế kỹ thuật
- Điều kiện của địa phương.
Đề xu ấ t công ngh ệ
Thuy ết minh sơ đồ
Nước thô từ giếng khoan được trạm bơm chuyển vào đường ống, sau đó đi qua giàn mưa để làm thoáng nước Quá trình này chủ yếu nhằm cung cấp oxy cho nước và loại bỏ CO2.
Nước từ giàn mưa sẽ chảy vào bể lắng, nơi diễn ra quá trình oxy hóa ion Fe 2+ thành Fe 3+ Quá trình này tiếp theo là thủy phân Fe 3+ thành Fe(OH)3, dẫn đến lắng đọng của hợp chất này.
Sau khi các cặn nhỏ được giữ lại ở bể lọc nhanh, nước sẽ chảy qua bể chứa nước sạch Tại đây, dung dịch chlorine được thêm vào đầu bể chứa để khử trùng, đảm bảo nồng độ chlorine duy trì ổn định ở mức 0,3-0,5 mg/l trước khi được phân phối đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống dẫn.
Giàn mưa hay thùng quạt gió
Thuy ết minh sơ đồ
Nước thô từ giếng khoang được trạm bơm chuyển vào đường ống và qua giàn mưa, giúp làm thoáng nước Quá trình này chủ yếu cung cấp oxy cho nước và loại bỏ CO2.
Nước từ giàn mưa sẽ chảy qua bể lắng ngang Tại đây sẽ xảy ra quá trình oxy hóa
Sự chuyển đổi từ Fe 2+ thành Fe 3+ và quá trình thủy phân Fe 3+ tạo ra Fe(OH)3 sẽ lắng xuống và một phần được bơm lên bể lọc áp lực Nước được dẫn qua phễu ở đỉnh bể, đi qua lớp cát lọc và lớp đỡ, sau đó vào hệ thống thu nước trong và thoát ra ở đáy bể để hòa vào mạng lưới Tại đây, các cặn nhỏ hơn từ bể lắng sẽ được giữ lại bởi các vật liệu lọc.
Nước từ bể lọc áp lực chảy vào bể chứa nước sạch, nơi dung dịch chlorine được thêm vào để khử trùng Nồng độ chlorine được duy trì ổn định ở mức khoảng 0,3-0,5 mg/l trước khi nước được phân phối đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống dẫn.
Giàn mưa hay thùng quạt gió
Nước thô từ giếng khoang được chuyển qua đường ống và giàn mưa để làm thoáng, quá trình này chủ yếu cung cấp oxy cho nước và loại bỏ CO2.
Sơ đồ hệ thống lọc nước bao gồm hai bể lọc: bể lọc sơ bộ giữ lại các cặn lớn và bể lọc nhanh loại bỏ cặn nhỏ hơn Tốc độ lọc được điều chỉnh bằng xitông đồng tâm, đảm bảo nước sau khi lọc trong suốt và tự chảy vào bể chứa nước sạch.
Dung dịch Chlorine được bổ sung vào đầu bể chứa để khử trùng, đảm bảo nồng độ chlorine dư ổn định khoảng 0,3-0,5 mg/l trước khi được phân phối đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải.
L ự a ch ọ n công ngh ệ
Phương án 1 và 3: Bể lọc nhanh
Kết cấu của hệ thống không sử dụng bơm từ ngăn trung gian qua bể lọc áp lực như phương án 2, giúp tiết kiệm điện năng và chi phí mua bơm.
Phun nước trên bề mặt bể lọc
-Dễ vận hành và bảo dƣỡng định kỳ
-Giá thành xây dựng thấp hơn lọc áp lực
- Thời gian lưu nước lớn hơn lọc áp lực
- Mặt bằng xây dựng lớn
Phương án 2: Bể lọc áp lực
- Hiệu suất cao hơn lọc nhanh
- Ít tốn diện tích xây dựng
- Chế độ quản lí chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc liên tục suốt ngày đêm
- Giá thành xây dựng cao
Kết luận, chúng tôi đã chọn thiết kế và xây dựng trạm theo phương án 1, vì đây là phương pháp phổ biến trong xử lý nguồn nước ngầm và phù hợp với điều kiện địa phương Phần 4 sẽ trình bày tính toán thiết kế các công trình đơn.
- àm giàu oxy trong nước tạo điều kiện để Fe 2+ oxy hóa thành Fe 3+
- Dạng giàn mƣa: làm thoáng tự nhiên
- Hệ thống phân phối khí: sử dụng ống phân phối có đục lỗ
- Ống chính phun mƣa làm bằng inox
- Trên ống chính có bố trí các ống nhánh
- Hệ thống thu và thoát khí: để có thể thu oxy từ khí trời, kết hợp với việc thổi khí
CO2 ra khỏi giàn mưa, đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, người ta xây dựng hệ thống cửa chớp bằng bê tông cốt thép
Giàn mưa được trang bị hai ống inox dẫn nước lên, một ống thu nước từ giàn mưa qua bể lắng đứng, cùng với hai ống PVC để thu nước xả và rửa giàn mưa Ngoài ra, còn có các ống dẫn vôi, clo và các vòi phục vụ cho công tác vệ sinh, đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Xác định các chỉ tiêu sau làm thoáng
Ta có tổng hàm lượng các muối hòa tan trong nước là P00mg/l
Xác định lượng CO2 tự do trong nước nguồn chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ kiềm Ki và pH, và được thực hiện thông qua biểu đồ Langlier.
Tra biểu đồlanglier ta xác định đƣợc hàm lƣợng CO2 tự do là 380mg/l
T ổn g hà m l Ư ợn g m uố i P ( m g/ l ) o N hi ệt đ ộ (T C ) p (m uối )
T ha ng p hô § é ki Òm
Hình 4.1 Biểu đồ quan hệ giữa Ki, CO2và độ pH trong nước Độ kiềm sau làm thoáng:
Ki0= Độ kiềm của nước nguồn = 0,6 (mgđl/l)
Ki* = 0,6 – (0,036*15) = 0,06 (mgđl/l) àm lƣợng CO 2 sau làm thoáng:
CO2 * = (1-a)CO2 0 + 1,6[Fe 2+ ] a: hiệu quả khử O2 bằng công trình làm thoáng, tuỳ thuộc vào loại công trình làm thoáng Đối với phương pháp lám thoáng bằng giàn mưa thì: a = 0,75 – 0,8
CO2 *= (1-0,8)*380 + 1,6*15 = 100 (mg/l) pH của nước sau làm thoáng:
Vậy ta cần thêm 1 lƣợng kiềm để nâng pH từ 6,5 - 8,5 tốt nhất là 7 để quá trình oxy hóa và thủy phân sắt tốt nhất
- Q : lưu lượng nước xử lí (m 3 /h) Q = 300m 3 /ngày = 12,5m 3 /h = 3,47*10 -3
- qm: cường độmưa lấy từ 10 – 15 (m 3 /m 2 h)
Kích thước của giàn mưa:
Chọn đường ống phân phối nước theo hình xương cá.
Đườ ng kính ố ng chính:
Vận tốc chảy trong ống v = (1,5 – 2m/s) , ta chọn v = 1,5m/s
Vậy ta chọn ống chính là nhựa PVC có đường kính 56mm
Ta tính lại khoảng cách giữa các nhanh là 0,2875m
Lưu lượng trong ống nhánh:
Vậy ta chọn ống nhánh PV có đường kính là
Tổng diện tích lỗ phun:
( ) (Đường kính lỗ nằm 5-7 (mm) ta chọn 5mm)
Số lỗ trên 1 nhánh nhỏ:
Vậy ta sẽ bố trí thành 2 hàng và mỗi bên có 4 lỗ
Giàn mưa có chiều rộng 1m, và khoảng cách giữa mép ngoài của sàn tung với đầu ống nhánh là 0,05m Do đó, chiều dài của một ống nhánh được xác định dựa trên các thông số này.
Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ, kích thước mỗi tấm inox là 1m x 1,25m đƣợc ghép lại với nhau
Khoảng cách từ giàn phân phối nước đến sàn tung mưa trên c ng là 0,8m (H )
Khoảng cách giữa các sàn tung là 0,6m Ta chọn 3 sàn và cách nhau 0,6m Đường kính lỗ khoan 5mm, bước lỗ 30mm
Số lỗ khoan theo chiều rộng :
Số lỗ khoan theo chiều dài :
Mỗi sàn tung khoan : 32 x 41 = 1312 lỗ
Tính chiều cao giàn mƣa:
- Khoảng cách từ sàn tung tới ngăn thu nước là 0,7m
- Chiều cao ngăn thu nước là 2.5m
- Sàn thu nước đặt dưới phía đáy giàn mưa có độ dốc 0,05 về phía ống dẫn nước sang cụm xử li
Để ngăn cặn bẩn theo dòng nước vào các công trình phía sau, cần bố trí một ống thu nước nằm dưới đáy sàn thu nước, với chiều cao tối thiểu là 0,2m so với mặt đáy sàn.
4.1.5Hoạt đồng của giàn mƣa :
Nước thô được dẫn từ ống góp chung qua các ống có đường kính 56 mm lên giàn mưa, nơi có hệ thống ống xương cá với ống chính 56 mm và các ống nhanh 27 mm Tại giàn mưa, nước được phân phối và phun ra ngoài qua các lỗ trên ống nhánh, rơi xuống từng sàn tung nước Nước từ các sàn này di chuyển xuống dưới do trọng lượng bản thân và tập trung tại sàn thu nước, nơi nước chảy vào ống thu nước có đường kính.
Chọn vận tóc trong ống là 1,7 m/s:
Tại đầu ống thu nước cho clo và vôi đểoxy hóa Fe và tăng pH.
4.1.6Hệ thống ống xả cặn của giàn mƣa
Ống xả cặn sử dụng ống PV với đường kính tùy thuộc vào vận tốc nước và lượng cặn cần xả trong quá trình rửa giàn mưa Đường kính lý tưởng cho ống xả cặn là 100mm, được đặt ở vị trí thấp nhất của sàn thu nước Đánh giá hiệu quả xử lý của giàn mưa cho thấy khả năng loại trừ CO2 đạt được một mức độ nhất định.
Giàn mưa không chỉ hiệu quả trong việc khử CO2 mà còn có vai trò quan trọng trong việc hòa tan oxy vào nước, giúp oxy hóa Fe Quá trình này đặc biệt quan trọng trong xử lý nước ngầm, đặc biệt là trong việc khử Fe, vì việc hòa tan O2 đồng thời làm tăng pH trong nước ngầm và oxy hóa Fe2+.
Khi pH tăng cao, môi trường thuận lợi cho phản ứng oxy hóa Fe và Mn xảy ra Tuy nhiên, nguồn nước hiện tại có hàm lượng Fe cao và độ kiềm thấp, dẫn đến lượng oxy hòa tan không đủ để oxy hóa hoàn toàn Fe Do đó, cần sử dụng clo để oxy hóa hết Fe Giàn mưa trong quá trình này có nhiệm vụ chính là loại bỏ CO2 và nâng cao pH.
Bảng 2: Thông số thiết kếcho giàn mƣa :
Thông số Số liệu thiết kế
Kích thước mặt bằng làm giàn mưa Bx 1m x 1,25m
Nồng độ CO2trước làm thoáng 150mg/l
Nồng độ CO2 sau làm thoáng 54mg/l Độ kiềm nước sau làm thoáng 0,06 mgđl/l pH sau làm thoáng 5,6 Ống phân phối nước chính 56 sỐng phân phôi nhánh 10 27
Số lỗ phân phối nước trên ống nhánh 8 5
Khoảng cách giữa các lỗ trên ống nhánh 110mm
Chọn bể lắng đứng tiếp xúc giúp lưu trữ nước, tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa và thủy phân sắt diễn ra hiệu quả Đồng thời, bể này còn giữ lại một phần bông cặn trước khi nước được chuyển sang bể lọc nhanh.
4.2.2Tính toán bể lắng tiếp xúc
Tính toán hàm lƣợng cặn sinh ra trong bể lắng
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2
4 x 56 mg/l Fe 2+ →4 x 107mg/l Fe(OH)3
15 mg/l Fe 2+ → a mg/l Fe(OH)3
Hàm lượng cặn sinh ra do sự hình thành Fe(OH)3 từ Fe 2+ trong nước ngầm
Cn =0 mg/l hàm lƣợng cặn ban đầu
Vậy hàm lượng cặn trong nguồn nước : C%,7mg/l
Xác đị nh dung tích b ể :
Q : công suất trạm xử lí (m 3 /h) = 12,5 m 3 /h
T : thời gian lưu nước lại trong bể 30 – 45phút , chọn t = 35 phút
T ốc độ dâng nướ c trong b ể s ẽ là :
Lấy chiều cao vùng lắng của bể là 1,5m (Quy phạm 1,5-3,5 m)
( ) Chiều cao ống trung tâm = 0,9xHl = 0,9x1,5 = 1,35m
Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:
Diện tích ống trung tâm:
( ) Chọn đường kính ống trung tâm là:
Tổng diện tích bể kể cảống trung tâm
Chọn bể lắng đứng có tiết diện tròn,
Đường kính ống trung tâm là Đường kính phần loe của ống trung tâm Đường kính của tấm chắn :
Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 lần chiều cao phần hình trụ
Chiều cao phần hình trụ
Chiều cao phần hình nón là :
(0,3 là chiều rộng hố thu cặn ởđáy )
Lấy chiều cao bảo vệ là 0,3m
Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc sẽ là:
4.2.3 Tính kích thước máng thu nước Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh bể Nước chảy theo 2 chiều nên diện tích mặt cắt ngang của máng vòng tính nhƣ sau:
Vận tốc nước vào máng v= (0,6-0,7m/s) chọn 0,7m/s
Thiết kế máng có tiết diện 0,1m x 0,1m
Chiều dài máng răng cƣa bằng chiều dài máng thu:
Máng gồm nhiều răng cƣa, mỗi răng hình chữ V
Chiều cao một răng cƣa : 60mm
Chọn chiều rộng đoạn vát đỉnh 60mm
Khoảng cách giữa 2 đỉnh răng : 120mm
Chiều cao toàn bộ máng : 200mm
Khe dịch chỉnh cách nhau 500mm
Máng răng cƣa đƣợc nối với máng nhờ Bulong M10
Tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng
Sốrăng cƣa trên toàn bộ máng
Sốrăng cƣa trên 1m chiều dài máng
4.2.4 Tính lƣợng bùn tích lại ở bể lắng
Dung tích phần chứa nén cặn hình nón đƣợc tính nhƣ sau:
Hn chiều cao phần nón nén cặn, hn= 0,95m
d đường kính phần đáy hình tròn, d = 0,15m ( quy phạm 150-200mm)
Thời gian giữa 2 lần xả cặn:
Wc= dung tích phần chƣa cặn của bể, Wc = 1,3 m 3
Q: lưu lượng tính toán , Q = 300 m 3 /ngày= 12,5 m 3 /h
: nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, bằng g/m 3 t y theo hàm lƣợng cặn trong nước và thời gian chứa cặn trong bể, lấy theo bảng = 11000g/m 3
Cmax= hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng = 25,7 mg/l
c: hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng được tính như sau:
Hiệu quả của bể lắng đứng:
Trong đó a,b là hằng số thực nghiệm ở t o C, a=0,0075, b= 0,014
Hàm lƣợng sau khi lắng c = Cmax – Cmax x Rt = 25,7-25,7 x 56,34% = 11,22 mg/l
Bảng 3: Một số thông số của bể lắng
Hàm lƣợng cặn khi vào bể lắng (mg/l) 25,7 Đường kính (m) 2,2
Chiều cao(m) 3,15 Đường kính ống trung tâm (m) 0,6
Dung tích phần nén cặn m 3 1,3
Thời gian giữa 2 lần xả cặn (h ) 38
4.3.1Nhiệm vụ ọc 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 d ng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước t y thuộcvào yêu cầu đối với chất lượng nước Bể lọc này được thiết kế gồm hai lớp: lớp thạch anh và lớp cát sỏi
Nước cấp sau khi qua bể lắng sẽ giữ lại hầu hết các cặn lơ lửng, chỉ còn khoảng 20% cặn không lắng được tiếp tục đi vào bể lọc Bể lọc có vai trò quan trọng trong việc loại bỏ tất cả các cặn không thể lắng đọng, đảm bảo nước sạch hơn.
4.3.2Tính toán bể lọc nhanh
Tổng diện tích bể lọc nhanh:
Q: công suất trạm xử lí (m 3 /ngày đêm) Q = 300m 3 /h
T: thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm T=8h
Vbt: Tốc độ lọc tính toán ở chếđộ làm việc bình thường (m/h) vtb= 6 m/h
a : Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường a=2
W : cường độnước rửa lọc (l/s) W= 14-16 l/s.m 2 , chọn W = l/s.m 2
t1 : thời gian rửa lọc (giờ) t1=0,1h
t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 giờ
Số bể lọc cần thiết có thểxác định theo công thức thực nghiệm sau:
Bể lọc nhanh một lớp vật liệu với cỡ hạt khác nhau:
Chiều dày của lớp thạch anh 700mm, đường kính tương đương dtđ=0,7mm, hệ số đồng nhất 2,1
Kích thước mỗi bể lọc LxB = 2m x 2m
Chiều.cao xây dựng bể lọc nhanh xác định theo công thức :
h đ : Chiều cao lớp sỏi đỡ (m) h đ = 0,4m
hv: chiều cao lớp vật liệu lọc hv=0,7m
hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc hn=1m
hp: chiều cao dự trữ trên mặt nước, hp= 0,4m
hc: chiều cao phần chứa nước đã lọc , hc = 0,5m
4.3.3 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc ƣu lƣợng cần thiết để rửa lọc là:
f: diện tích một bể lọc (m 2 )
Theo TCVN 4513 : 1988, v ậ n t ố c ch ả y trong ố ng chính cho phép t ừ 1,5 – 2m/s ch ọ n V c = 1,6m/s
Đường kính ống chính tính theo công thức :
Chọn đường ống chính bằng thép có đường kính: Dc = 220 mm Đường kính ngoài :Dn= 240 mm
Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25m
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước chính : vc=1,58 m/s
Sốống nhánh trong 1 bể lọc :
Với B = 2m chiều dài của bể lọc
Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là:
Vậy đường kính ống nhánh là Dn = 55mm
Với ống chính là 220mm, thì tiết diện ngang của ống là :
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (Quy phạm cho phép 30-35%), tổng diện tích lỗđƣợc là :
Chọn lỗcó đường kính 10mm (quy phạm 10-12mm ) diện tích 1 lỗ sẽ là :
Tổng số lỗ sẽ là :
Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là : 140/14 lỗ
Trên mỗi ống nhánh, các lỗ được bố trí thành hai hàng so le, hướng xuống dưới và nghiêng 45 độ so với mặt phẳng ngang Mỗi hàng của ống nhánh có 5 lỗ, tổng cộng là 10 lỗ trên 2 hàng.
Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là:
Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc: ƣu lƣợng gió rửa lọc của bể là:
Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 16 m/s ( quy phạm 15 –20 m/s), đường kính ống gió chính tính nhƣ sau :
Chiều dài của một ống nhánh :
Sốống gió nhánh cũng lấy bằng 14 nhánh ƣợng gió trong 1 ống nhánh sẽ là: Đường kính ống gió nhánh là :
√ Đường kính ống gió chính là 70mm, diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính :
T NH TOÁN THIẾ T K Ế Á ÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ C PHƯƠNG ÁN 1
B ể l ắ ng ti ế p xúc
Chọn bể lắng đứng tiếp xúc giúp lưu giữ nước để tối ưu hóa quá trình oxy hóa và thủy phân sắt, đồng thời giữ lại một phần bông cặn trước khi chuyển sang bể lọc nhanh.
4.2.2Tính toán bể lắng tiếp xúc
Tính toán hàm lƣợng cặn sinh ra trong bể lắng
4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2
4 x 56 mg/l Fe 2+ →4 x 107mg/l Fe(OH)3
15 mg/l Fe 2+ → a mg/l Fe(OH)3
Hàm lượng cặn sinh ra do sự hình thành Fe(OH)3 từ Fe 2+ trong nước ngầm
Cn =0 mg/l hàm lƣợng cặn ban đầu
Vậy hàm lượng cặn trong nguồn nước : C%,7mg/l
Xác đị nh dung tích b ể :
Q : công suất trạm xử lí (m 3 /h) = 12,5 m 3 /h
T : thời gian lưu nước lại trong bể 30 – 45phút , chọn t = 35 phút
T ốc độ dâng nướ c trong b ể s ẽ là :
Lấy chiều cao vùng lắng của bể là 1,5m (Quy phạm 1,5-3,5 m)
( ) Chiều cao ống trung tâm = 0,9xHl = 0,9x1,5 = 1,35m
Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc:
Diện tích ống trung tâm:
( ) Chọn đường kính ống trung tâm là:
Tổng diện tích bể kể cảống trung tâm
Chọn bể lắng đứng có tiết diện tròn,
Đường kính ống trung tâm là Đường kính phần loe của ống trung tâm Đường kính của tấm chắn :
Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 lần chiều cao phần hình trụ
Chiều cao phần hình trụ
Chiều cao phần hình nón là :
(0,3 là chiều rộng hố thu cặn ởđáy )
Lấy chiều cao bảo vệ là 0,3m
Tổng chiều cao của bể lắng tiếp xúc sẽ là:
4.2.3 Tính kích thước máng thu nước Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh bể Nước chảy theo 2 chiều nên diện tích mặt cắt ngang của máng vòng tính nhƣ sau:
Vận tốc nước vào máng v= (0,6-0,7m/s) chọn 0,7m/s
Thiết kế máng có tiết diện 0,1m x 0,1m
Chiều dài máng răng cƣa bằng chiều dài máng thu:
Máng gồm nhiều răng cƣa, mỗi răng hình chữ V
Chiều cao một răng cƣa : 60mm
Chọn chiều rộng đoạn vát đỉnh 60mm
Khoảng cách giữa 2 đỉnh răng : 120mm
Chiều cao toàn bộ máng : 200mm
Khe dịch chỉnh cách nhau 500mm
Máng răng cƣa đƣợc nối với máng nhờ Bulong M10
Tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng
Sốrăng cƣa trên toàn bộ máng
Sốrăng cƣa trên 1m chiều dài máng
4.2.4 Tính lƣợng bùn tích lại ở bể lắng
Dung tích phần chứa nén cặn hình nón đƣợc tính nhƣ sau:
Hn chiều cao phần nón nén cặn, hn= 0,95m
d đường kính phần đáy hình tròn, d = 0,15m ( quy phạm 150-200mm)
Thời gian giữa 2 lần xả cặn:
Wc= dung tích phần chƣa cặn của bể, Wc = 1,3 m 3
Q: lưu lượng tính toán , Q = 300 m 3 /ngày= 12,5 m 3 /h
: nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt, bằng g/m 3 t y theo hàm lƣợng cặn trong nước và thời gian chứa cặn trong bể, lấy theo bảng = 11000g/m 3
Cmax= hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng = 25,7 mg/l
c: hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng được tính như sau:
Hiệu quả của bể lắng đứng:
Trong đó a,b là hằng số thực nghiệm ở t o C, a=0,0075, b= 0,014
Hàm lƣợng sau khi lắng c = Cmax – Cmax x Rt = 25,7-25,7 x 56,34% = 11,22 mg/l
Bảng 3: Một số thông số của bể lắng
Hàm lƣợng cặn khi vào bể lắng (mg/l) 25,7 Đường kính (m) 2,2
Chiều cao(m) 3,15 Đường kính ống trung tâm (m) 0,6
Dung tích phần nén cặn m 3 1,3
Thời gian giữa 2 lần xả cặn (h ) 38
B ể l ọ c nhanh
4.3.1Nhiệm vụ ọc 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 d ng để lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước t y thuộcvào yêu cầu đối với chất lượng nước Bể lọc này được thiết kế gồm hai lớp: lớp thạch anh và lớp cát sỏi
Nước sau khi đi qua bể lắng sẽ giữ lại hầu hết các cặn lơ lửng, chỉ còn khoảng 20% cặn không lắng được tiếp tục vào bể lọc Bể lọc có chức năng loại bỏ tất cả các cặn không thể lắng đọng, đảm bảo nước sạch hơn.
4.3.2Tính toán bể lọc nhanh
Tổng diện tích bể lọc nhanh:
Q: công suất trạm xử lí (m 3 /ngày đêm) Q = 300m 3 /h
T: thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm T=8h
Vbt: Tốc độ lọc tính toán ở chếđộ làm việc bình thường (m/h) vtb= 6 m/h
a : Số lần rửa mỗi bể trong một ngày đêm ở chế độ làm việc bình thường a=2
W : cường độnước rửa lọc (l/s) W= 14-16 l/s.m 2 , chọn W = l/s.m 2
t1 : thời gian rửa lọc (giờ) t1=0,1h
t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa (giờ) t2 = 0,35 giờ
Số bể lọc cần thiết có thểxác định theo công thức thực nghiệm sau:
Bể lọc nhanh một lớp vật liệu với cỡ hạt khác nhau:
Chiều dày của lớp thạch anh 700mm, đường kính tương đương dtđ=0,7mm, hệ số đồng nhất 2,1
Kích thước mỗi bể lọc LxB = 2m x 2m
Chiều.cao xây dựng bể lọc nhanh xác định theo công thức :
h đ : Chiều cao lớp sỏi đỡ (m) h đ = 0,4m
hv: chiều cao lớp vật liệu lọc hv=0,7m
hn: chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc hn=1m
hp: chiều cao dự trữ trên mặt nước, hp= 0,4m
hc: chiều cao phần chứa nước đã lọc , hc = 0,5m
4.3.3 Xác định hệ thống phân phối nước rửa lọc ƣu lƣợng cần thiết để rửa lọc là:
f: diện tích một bể lọc (m 2 )
Theo TCVN 4513 : 1988, v ậ n t ố c ch ả y trong ố ng chính cho phép t ừ 1,5 – 2m/s ch ọ n V c = 1,6m/s
Đường kính ống chính tính theo công thức :
Chọn đường ống chính bằng thép có đường kính: Dc = 220 mm Đường kính ngoài :Dn= 240 mm
Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25m
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước chính : vc=1,58 m/s
Sốống nhánh trong 1 bể lọc :
Với B = 2m chiều dài của bể lọc
Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là:
Vậy đường kính ống nhánh là Dn = 55mm
Với ống chính là 220mm, thì tiết diện ngang của ống là :
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diện ngang của ống (Quy phạm cho phép 30-35%), tổng diện tích lỗđƣợc là :
Chọn lỗcó đường kính 10mm (quy phạm 10-12mm ) diện tích 1 lỗ sẽ là :
Tổng số lỗ sẽ là :
Số lỗ trên mỗi ống nhánh sẽ là : 140/14 lỗ
Trên mỗi ống nhánh, các lỗ được bố trí thành hai hàng so le, hướng xuống dưới và nghiêng một góc 45 độ so với mặt phẳng ngang Mỗi hàng có 5 lỗ, tổng cộng là 10 lỗ trên mỗi ống nhánh.
Khoảng cách giữa các lỗ sẽ là:
Tính hệ thống dẫn gió rửa lọc: ƣu lƣợng gió rửa lọc của bể là:
Lấy tốc độ gió trong ống dẫn gió chính là 16 m/s ( quy phạm 15 –20 m/s), đường kính ống gió chính tính nhƣ sau :
Chiều dài của một ống nhánh :
Sốống gió nhánh cũng lấy bằng 14 nhánh ƣợng gió trong 1 ống nhánh sẽ là: Đường kính ống gió nhánh là :
√ Đường kính ống gió chính là 70mm, diện tích mặt cắt ngang của ống gió chính :
Tổng diện tích các lỗ lấy cần đạt 35% diện tích tiết diện ngang của ống gió chính, theo quy phạm từ 35-40% Đường kính lỗ gió được chọn là 3mm, nằm trong quy chuẩn 2-5mm, và diện tích của một lỗ gió sẽ được tính toán dựa trên thông số này.
Tổng số lỗ gió sẽ là :
Số lỗ trên mỗi ống nhánh :190/14 lỗ
Khoảng cách giữa các lỗ là :
Đường kính ngoài của ống gió chính là 0,075, với 7 lỗ trên mỗi hàng Các lỗ gió trên ống nhánh được sắp xếp thành 2 hàng so le và nghiêng một góc 45 độ so với trục thẳng đứng của ống.
4.3.4Tính toán máng phân phối nước và thu nước rửa lọc
Bể có chiều dài là 2m , chọn mỗi bể bố trí 1 máng thu nước rửa lọc có đáy hình tam giác
d là khoảng cách giữa các tâm máng , d=(L/N)=1m
Chiều rộng máng tính theo công thức :
a : tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật (hcn) với nửa chiều rộng của máng lấy a=1,2 (quy phạm a = 1 – 1,5)
K : hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K = 2,1
Chiều cao của phần máng chữ nhật là 0,168m, trong khi chiều cao của đáy tam giác là 0,15m Độ dốc của đáy máng, hướng về phía máng tập trung nước, được xác định là i = 0,01 Thông tin về chiều dày thành máng cũng cần được xác định.
Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là :
Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu đƣợc xác định theo công thức :
Chiều dày lớp vật liệu lọc, L=0,7m
Độ giản nở tương đối của lớp vật liệu lọc , lấy theo bảng 4-5, e= 45%
Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải năm cao hơn lớp vật liệu tối thiểu là 0,07m
Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là Hm=0,448m Máng dốc về phía máng tập trung với độ dốc i=0,01 và chiều dài 2m, do đó chiều cao máng ở phía máng tập trung được xác định.
Vậy sẽ phải lấy bằng:
Nước rửa lọc từ máng thu tràn vào máng tập trung nước
Khoảng cách từđáy máng thu đến đáy máng tập trung xác định theo công thức :
qm : lưu lượng nước chảy cào máng tập trung nước (m 3 /s) , qm=0,03 m 3 /s
A : chiều rộng của máng tập trung : chọn A = 0,6m, quy phạm ≥0,6m
g: gia tốc trọng trường bằng 9,81 m/s 2
4.3.5Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh
Tính tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối giàn ống khoan lỗ :
vc: vận tốc nước chảy ở đầu ống chính, vc=1,58m/s
vn: vận tốc nước chảy ởđầu ống nhánh, vn=1,8 m/s
Ls : Chiều dày lớp sỏi đỡ ; Ls = 0,4m
Tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc:
Trong đó : với kích thước hạt d = 0,5 – 1mm ; a =0,76 ; b=0,017
( ) Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy hbm= 0,5m
Vậy tổn thức áp lực trong nội bồ bể lọc sẽ là :
4.3.6 Tính bơm khí rửa lọc
Bơm khí d ng rửa lọc đƣợc tính toán dựa trên các yêu cầu sau :
ƣờng độ gió rửa bể lọc là Wgió l/s.m 2
dung tích 1 bể lọc là 2 x 2= 4m 2
Vậy lưu lượng khí dùng rửa lọc là 60l/s =0,06 m 3 /s
Vận tốc không khí chuyển động trong ống, vgió m/s
Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là 10m
Đường kính ống dẫn khí chính là 70mm
Khối lƣợng riêng của không khí ở nhiệt độ làm việc là p= 1,13 kg/m 3
Tính cột áp cần thiết của bơm khí
h1 : cột áp để khắc phục tổn thất áp lực chung trong ống dẫn khí tình từ máy thổi khí đến bể lọc
h2 : cột áp để khắc phục cột nước và lớp cát lọc trên lỗ phân phối gió
h3 : cột áp để khắc phục tổn thất từ hệ thống phân phối đến mép máng thu nước rửa lọc
là trọng lƣợng riêng của lớp cát thạch anh = 2,6
H1 là chiều cao lớp cát thạch anh, H1 =0,7 m
H2 : chiều cao lớp nước từ mặt lớp vật liệu lọc tới mép máng, H2= 1m h2 = 2,82 m
Chọn h3 bằng chiều cao lớp nước từ ống phân phối đến mép máng thu nước rửa h3 = 2m
Cột áp cần thiết của bơm gió rửa lọc là :
Áp lực của khí nén
: hiệu suất chung của máy thổi khí
Tính bơm nước rửa lọc :
Bơm rửa lọc có các thông số sau :
ường độ nước rửa lọc là 15l/s.m 2
Diện tích 1 bể lọc là 2 x 2 =4m 2
ưu lượng nước d ng để rửa lọc là : Qr = 0,06 m 3 /s
Vận tốc nước chảy trong ống ( lấy bằng vận tốc nước chảy trong ổng dẫn nước rửa ), v=1,58 m/s
Chiều dài đoạn ống tính từ vị trí đặt bơm đến bể lọc là 18m
Đường kính ống dẫn nước chính là d = 220mm= 0,22m
Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc là p8kg/m 3 Áp lực cần thiết của máy bơm nước rửa lọc :
hhh : độ cao hình học từ cột mực nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m) hhh = 4+3,5-2+0,8=6,3 m
4 : chiều sâu mực nước trong bể chứa
3,5 : độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa
2 : chiều cao lớp nước trong bể lọc
0,8 : khoảng cách từ lớp vật liệu đến mép máng thu
H0 : tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa lọc đến bể lọc
Giả sử chiều dài đường ống dẫn nước rửa lọc là 20m, đường kính ống là 220mm,
hcb : tổn thất áp lực cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa
Giả sửtrên đường ống rửa lọc có các thiết bị phụ tùng sau :2 cút 90 0 , 1 van khóa,
2 ống ngắn có hệ số sức kháng nhƣ sau:
Vận tóc nước chảy trong ống , v=1,58m/s
Vậy công tác cần thiết của máy bơm nước rửa lọc là :
Chọn bơm rửa lọc có công suất là 8kw, lưu lượng là 0,006 m 3 /s Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng sang bể lọc,
Tốc độ lọc tính toán bình thường của bể lọc nhanh là vtb =5,5 m 3 /m 2 h ( theo quy phạm là 5 – 6 m 3 /m 2 h)
Bể lọc nhanh có diện tích mỗi bể là 4m 2
Trong 1h cần phải cung cấp một lưu lượng nước cho mỗi bể là :
Vận tốc nước chảy trong ống là 1m/s, quy phạm từ 0,8 – 1,2 m/s
Vậy D =0,092m, chọn ống có đường kính là 90mm
Kiểm tra lại vận tốc chảy trong ống :
Bảng 4: Thông số của bể lọc nhanh
B ể ch ứa nướ c s ạ ch
ưu lượng bể chứa nước sạch
Chọn chiều cao bể là 3m
Diện tích bể chứa nước sạch
Bể lọc nhanh Giá trị
Chiều dày lớp vật liệu lọc (m) 0,7
Rửa lọc ường độnước rửa lọc (l/m 2 s) 15
Công suất bơm nước rửa lọc (kW) 7,67kW ƣờng độ khí rửa lọc (l/m 2 s) 15
Công suất bơm khí rửa lọc (kW) 4kW
Nhu c ầ u cholorine trung bình trong ngày :
a : liều lƣợng chlorine trung bình, chọn a = 0,8 mg/l ( quy phạm từ 0,7 -1 mg/l)
Q : liều lƣợng xử lý, Q= 300m 3 /ngày Đường kính ống dẩn chlorine:
q : lưu lượng giây lớn nhất của clo khí, 0,0032 m 3 /s
v : tốc đô trong đường ống 8m/s
Tính toán lượ ng vôi c ầ n dùng:
) ƣợng vôi cần để xử lý trong 1 ngày :
5.1 Tính chi phí xây dựng ban đầu và thiết bị của hệ thống
Giá thành xửlí nước bao gồm
- Chi phí xây dựng cơ bản và thiết bị
- Chi phí vận hành, quản lí
Chi phí xây dựng cơ bản được xác định dựa trên khối lượng công trình Bảng dưới đây trình bày chi phí đầu tư ban đầu được thiết kế cho dự án.
Bảng 5: Chi phí đầu tƣ công trình
Công trình Đơn vị tính
Số lƣợng hay thể tích, diện tích Đơn giá (triệ u đồn g )
- Chiều ống thép chính 54 dẫn nước lên giàn mưa
- ống dẫn nước sang bể lọc = 75 m 3 m
- ống thép chính phân phối nước rửa lọc 220
- ống thép nhánh phân phối nước rửa lọc
- ống gió chính rửa lọc bằng thép p
- ống gió nhánh rửa lọc bằng thép m 3 m 3 m 3 m m m m
- Bơm khí rửa lọc 4kW
- Bơm chứa nước sạch 30kW
Tổng vốn đầu tƣ hệ thống xử lý 704 triệu trong đó :
- Chi phí xây dựng :453,65 triệu
- Chi phí cho thiết bị và vật liệu :250,35 triệu ượng nước sản xuất trong một năm:
Hệ thống xử lý hoạt động trong vòng 20 năm
Lấy chi phí bảo trì cho phần xây dựng là 1% chi phí xây dựng
Chi phí bảo trì cho thiết bị là 5% chi phí thiết bị
Chi phí cho việc bảo trì , bảo dƣỡng hệ thống xử lý trong thời gian hoạt động là :
Khấu hao tài sản cho 1 m 3 nước là :
Lãi xuất ngân hàng là 12% năm, lãi xuất ngân hàng tính cho 1 m 3 nước là :
Vậy chi phí xây dựng cơ bản và thiết bị cho 1m 3 nước là :360 đ/m 3
5.2 Chi phí v ậ n hành và x ử lí :
Chí phí vận hành và quản lý gồm : chi phí hóa chất, chi phí điện năng, chi phí nhân công
Chi phí hóa chất được xác định dựa trên kết quả thử nghiệm liều lượng hóa chất sử dụng tại công ty, cùng với tình hình hoạt động hiện tại của công ty.
Chi phí điện năng cho hệ thống xử lý nước của công ty được xác định dựa trên tình hình hoạt động hiện tại, với mức tiêu thụ điện năng là 0,6 kWh/m³.
Bảng : chi phí hóa chất và điện năng cho 1 m 3 nước
Chi phí Đơn vị tính Sốlƣợng Đơn giá
Chi phí công nhân quản lý đường ống được xác định dựa trên tiêu chuẩn sử dụng nhân lực, với tỷ lệ 0,3 người cho mỗi 1km đường ống Đối với mạng lưới ước tính dài 3km, tổng số công nhân cần thiết là 1 người Ngoài ra, cần có 3 công nhân để quản lý trạm xử lý.
Vậy có tất cả là 4 công nhân quản lý mạng lưới và trạm xử lý :
- ƣơng 1 công nhân là 3.000.000 đ/ tháng
Tổng chi phí là : G triệu
- Chi phí bảo hiểm xã hội : GCNBG = 8% G =0,96 triệu
Giả sử lượng thất thoát nước tại nhà máy nước là không đáng kể trong 1 tháng
Trong 1 tháng lượng nước sạch là :
- Chi phí quản lý cho việc sản xuất ra 1 m 3 nước sạch là :
- Chi phí vận hành và quản lí hệ thống là :