Xử lý nước là các quá trình giúp cải thiện chất lượng của nước để phù hợp với mục đích sử dụng của con người. Mục đích sử dụng cuối cùng có thể là nước uống, cung cấp nước cho hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, tưới cây, duy trì dòng chảy của sông, cải thiện chất lượng nước hoặc các mục đích sử dụng khác hay chỉ đơn giản là nhằm đảm bảo không gây ô nhiễm trước khi xả thải vào môi trường. Xử lý nước loại bỏ các chất gây ô nhiễm và các thành phần không mong muốn, hoặc giảm nồng độ của chúng để nước trở nên phù hợp cho mục đích sử dụng cuối cùng. Quá trình này rất quan trọng đối với sức khỏe con người bởi nó tạo cho con người có một nguồn nước uống sạch và nguồn nước phục vụ cho tưới tiêu trong nông nghiệp.
MỤC TIÊU THIẾT KẾ
Hệ thống đảm bảo cung cấp nước đầy đủ và liên tục
Tránh tình trạng thiếu nước của huyện ảnh hưởng đến nhu cầu về sử dụng nước cho ngành du lịch sinh thái Cần Giờ
Giá thành xây dựng và quản lý rẻ
Việc xây dựng và quản lý thuận tiện.
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Tách riêng toàn bộ hệ thống nước cấp dành cho khu du lịch Vàm Sát – Cần Giờ để đảm bảo lượng nước ổn định.
TỔNG QUAN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC THIẾT KẾ
Vị trí địa lý, địa hình, diện tích
Cần Giờ là một trong 5 huyện ngoại thành của thành phố Hồ Chí Minh Đây là huyện biển duy nhất của thành phố Hồ Chí Minh
Cần Giờ nằm ở vị trí đặc biệt, phía Bắc giáp huyện Nhà Bè qua sông Soài Rạp, phía Nam giáp biển Đông, phía Tây tiếp giáp với huyện Cần Giuộc và huyện Cần Đước của tỉnh Long An cùng huyện Gò Công Đông của tỉnh Tiền Giang, đều được phân cách bởi sông Soài Rạp Phía Đông Bắc, Cần Giờ giáp huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai qua sông Lòng Tàu, trong khi phía Đông Nam tiếp giáp huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu qua sông Thị Vải Với vị trí này, Cần Giờ giống như một hòn đảo tách biệt, được bao quanh bởi sông và biển.
Vị trí của huyện Cần Giờ ở từ 106 độ 46’12” đến 107 độ 00’50” Kinh độ Đông và từ 10 độ 22’14” đến 10 độ 40’00” vĩ độ Bắc
Khu Du Lịch Sinh Thái Rừng Ngập Mặn Vàm Sát, nằm ở xã Lý Sơn huyện Cần Giờ, cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 50 km, là một điểm đến lý tưởng cho du khách yêu thiên nhiên Được thành lập vào năm 2000, khu du lịch này sở hữu hơn 1.800 ha rừng ngập mặn, bao gồm hơn 800 ha rừng đước và hơn 300 ha rừng tạp Với đặc điểm thổ nhưỡng chủ yếu là phèn và mặn, Cần Giờ có 56,7% diện tích là vùng ngập mặn, tạo nên một hệ sinh thái độc đáo với các loại cây như đước, bần, mắm Khu vực này không chỉ là nơi bảo tồn thiên nhiên mà còn phát triển các điểm tham quan dựa trên môi trường tự nhiên sẵn có, thu hút nhiều du khách đến khám phá.
Huyện Cần Giờ có địa hình chủ yếu là lòng chảo ở khu vực trung tâm, với sự biến đổi ở từng khu vực nhỏ Mặc dù có sự khác biệt về địa hình, độ cao của khu vực này không chênh lệch nhiều, chủ yếu nằm trong khoảng từ 0 đến 1,5 mét so với mực nước biển.
Quy mô du lịch
Vàm Sát có diện tích hơn 1.800 ha và trên 800 ha rừng đước (5 - 20 tuổi), hơn
Khu du lịch Sinh thái Vàm Sát, thành lập từ năm 2000, đã phát triển các điểm tham quan dựa trên môi trường tự nhiên, góp phần hồi sinh 300 ha rừng tạp Nhờ sự chăm sóc của con người, rừng ngập mặn Vàm Sát-Cần Giờ đã lấy lại vẻ uy nghi và rộng lớn vốn có Theo đánh giá của các chuyên gia quốc tế, đây là một trong những khu rừng được khôi phục và quản lý tốt nhất tại Việt Nam và trên thế giới.
Du lịch sinh thái đang trở thành một xu hướng mới mẻ tại Việt Nam, với Vàm Sát đón trung bình 45.000 lượt khách mỗi tháng (theo thống kê năm 2011) Nhiều dự án quy hoạch hiện đang được triển khai, hứa hẹn biến Vàm Sát và khu vực Cần Giờ thành những điểm đến hấp dẫn cho du khách.
Tình hình cấp nước tại khu vực
Huyện Cần Giờ đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm mặn ở nguồn nước mặt và nước ngầm, khiến cho người dân không thể sử dụng trực tiếp cho sinh hoạt và ăn uống Do đó, nguồn nước ngọt chủ yếu cung cấp cho cư dân trong khu vực được vận chuyển từ nội thành qua các phương tiện như xe bồn, sà lan, ghe và thuyền.
Trong 5 huyện thuộc khu vực ngoại thành Tp.HCM thì Cần Giờ là huyện khó khăn nhất về nguồn nước
Nguồn nước cung cấp cho huyện Cần Giờ phục vụ cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt chủ yếu đến từ công ty cấp nước thành phố, chiếm từ 53% đến 70% Tuy nhiên, chất lượng và số lượng nước hiện tại chưa đáp ứng đủ nhu cầu của người dân, gây ra nhiều khó khăn trong sinh hoạt hàng ngày.
Tỉ lệ hộ dân sử dụng nguồn nước đạt tiêu chuẩn 1329/2002/BYT/QĐ chỉ khoảng 25-30% Trong tương lai, khu vực này sẽ đối mặt với nhu cầu tăng cao về nước sạch phục vụ sinh hoạt, do đó cần triển khai các giải pháp hợp lý để đáp ứng kịp thời với sự phát triển của xã hội.
Huyện Cần Giờ phụ thuộc vào nguồn nước từ Tổng công ty cấp nước Sài Gòn, nhưng chất lượng và số lượng nước cung cấp không ổn định Do đó, tỷ lệ người dân được sử dụng nước đạt tiêu chuẩn về chất lượng và số lượng vẫn còn thấp trong khu vực này.
Huyện Cần Giờ vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu nước sạch cho người dân, với khoảng 0,6 triệu m³ nước thiếu hụt mỗi năm Tình trạng thiếu nước thường xuyên xảy ra tại khu vực này.
Giá nước người dân ở Cần Giờ để mua nước từ 25.000 – 45.000 (đồng/m 3 ).
NGUỒN NƯỚC
Lựa chọn nguồn nước: Chọn sông Vàm Sát làm nguồn cung cấp nước cho hệ thống xử lí nước cấp Đặc điểm, tính chất của nước sông Vàm Sát:
Bảng 1 Số liệu quan trắc chất lượng nước sông Vàm Sát – Cần Giờ
STT CHỈ TIÊU NỒNG ĐỘ ĐẦU
4 Tổng chất rắn lơ lửng - TSS 219,4 mg/l
5 Tổng chất rắn hòa tan - TDS 8.417,5 mg/l
6 Độ dẫn điện – EC 1.683,5 mS/m
(Nguồn: Chi cục bảo vệ môi trường Tp.HCM năm 2007)
Hệ thống xử lý nước nhiễn mặn phải đảm bảo chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và ăn uống, tuân thủ tiêu chuẩn của Bộ Y Tế Việt Nam.
Bảng 2 Chỉ tiêu chất lượng nước sau xử lý
STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ GIỚI HẠN
TỐI ĐA PHƯƠNG PHÁP THỬ
1 pH NTU 6,5-8,5 AOAC hoặc SMEWW
6 Độ oxy hóa mg/l 2 Chuẩn bằng KMnO 4
(Nguồn: Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống 1329/2009/BYT/QĐ)
QUY MÔ THIẾT KẾ
Bảng 3 Tiêu chuẩn dùng nước
STT ĐỐI TƯỢNG DÙNG NƯỚC TIÊU CHUẨN CẤP NƯỚC
1 Thành phố lớn, thành phố du lịch, nghỉ mát, khu công nghiệp lớn 300 – 400
2 Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, khu công nghiệp nhỏ 200 – 270
3 Thị trấn, trung tâm công-nông nghiệp, công- ngư nghiệp, điểm dân cư nông thôn 80 – 150
(Nguồn: Bảng 2.1 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế)
Để xác định công suất thiết kế cho khu du lịch Vàm Sát, ta áp dụng công thức Q = số dân/khách du lịch (người) × tiêu chuẩn sử dụng nước/người/ngày (l/người/ngđ).
Số lượng du khách trung bình trên một ngày: 120 (người/ngđ)
Số nhân viên phục vụ tại khu nghỉ dưỡng: 50 (nhân viên/ngđ)
Tống số người tại khu du lịch/ngđ = 120 + 50 0 (người.ngđ)
Tiêu chuẩn cấp cho khu du lịch là 300 – 400 (l/người/ngđ) Chọn tiêu chuẩn dùng nước bằng 400 (l/người/ngđ) = 0,4 (m 3 /người/ngđ)
Vậy lượng nước cần cung cấp là:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP 3.1 TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ
BỂ CHỨA NƯỚC THÔ
Bể chứa nước thô đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định nồng độ muối, chất rắn hòa tan và chất rắn lơ lửng trước khi nước được bơm vào bể keo tụ phía sau.
Thời gian lưu là 3 ngày, mỗi ngày bơm vào bể 12 tiếng
Q: lưu lượng nước trong bể (m 3 /h) Q = 120 (m 3 /ngđ) = 10 (m 3 /h) t: thời gian lưu của bể (h)
Chọn chiều cao an toàn = 0,5 (m) kích thước bể là: Cao Rộng Dài = 2,5 (m) 12 (m) 15 (m) = 360 (m 3 )
3.2.2 Ống dẫn qua ngăn phản ứng
Từ bể chứa nước thô, nước qua bể phản ứng xoáy kết hợp lắng đứng
Tiết diện ống dẫn nước:
Q: lưu lượng nước từ bể chứa nước thô Q = = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc 12 (h/ngày) v: vận tốc nước chảy trong ống Với ống có dùng bơm, vận tốc nước chảy trong ống dao động trong khoảng 0,7 – 1,2 (m/s) (Theo Mục 6.82
TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế) Chọn v = 1,0 (m/s) = 3.600 (m/h) Đường kính ống tiết diện tròn:
Dựa vào Bảng kích thước đường ống thông dụng, chọn đường kính ống bằng 63 (mm)
Tính lại vận tốc: v = = = = 0,891 (m/s) (Thỏa)
Chiều dài tối đa của đoạn ống dẫn sau thiết bị trộn: l max = = 107 (m)
Trong đó: l max : chiều dài tối đa của đoạn ống (m)
V: thể tích đoạn ống dẫn (m)
Q: lưu lượng đoạn ống (m 3 /h) t: thời gian lưu nước tối đa trong ống Theo Mục 6.59 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế, t = 2 (phút)
Trên đường ống dẫn đến ngăn phản ứng tạo bông, dung dịch phèn nhôm được bơm vào bằng bơm định lượng và trộn ngay trên đường ống thông qua thiết bị trộn vành chắn.
- Tiết diện vành chắn được xác định theo công thức:
H: tổn thất trong thiết bị trộn kiểu vành chắn Theo Mục 6.59 TCXDVN
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế, tổn thất trong thiết bị trộn kiểu vành chắn cần lấy bằng 0,3 – 0,4 m Chọn H = 0,4 (m)
F 1 : tiết diện của đoạn ống (m 2 ) Với F 1 = 3,115 10 -3 (m 2 )
V 1 : vận tốc nước trong đoạn ống (m/s) Với V 1 = 0,891 (m/s)
F 2 : tiết diện của vành chắn (m 2 )
V 2 : vận tốc nước tại vành chắn (m/s) Với V 2 = Q: lưu lượng tính toán, (m 3 /s) Với Q = (m 3 /s) g: gia tốc trọng trường Lấy bằng 9,8 (m/s 2 )
- Giải phương trình bậc hai ta được F 2 = 9,156 (m 2 ) Đường kính lỗ vành chắn:
Dung dịch phèn được cho vào trước vành chắn với khoảng cách 30 cm bằng ống PVC d= 21 mm bằng máy bơm định lượng.
TÍNH TOÁN LƢỢNG PHÈN CHO QUÁ TRÌNH KEO TỤ TẠO BÔNG 15 3.4 BỂ PHẢN ỨNG XOÁY KẾT HỢP LẮNG ĐỨNG
pH nước nguồn là 6,8 nên chọn loại phèn là phèn nhôm
Dựa vào hàm lượng SS và bảng để chọn lượng phèn
Bảng 4 Liều lượng phèn nhôm không chứa nước cần dùng tương ứng với hàm lượng cặn của nước nguồn
(Nguồn: Bảng 6.3 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế)
Hàm lượng cặn trong nước nguồn bằng 219,4 (mg/l); chọn lượng phèn cần sử dụng là 40 (mg/l) = 40 (g/m 3 )
Lượng phèn nhôm cần sử dụng trong 1 ngày đêm là: 40 (g/m 3 ) 120 (m 3 ) 4.800 (g) = 4,8 (kg/ngđ)
Thể thùng hòa trộn phèn:
Q: lưu lượng nước xử lí (m 3 /h) n: số giờ giữa 2 lần hòa trộn phèn p: liều lượng hóa chất dự tính cho vào nước, (g/m 3 ) b h : nồng độ dung dịch hóa chất trong thùng hòa trộn, ( %) Theo Mục
6.20 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công
STT HÀM LƢỢNG CẶN CỦA
LIỀU LƢỢNG PHÈN NHÔM KHÔNG CHỨA NƯỚC (mg/l)
Trang 17 | 46 trình tiêu chuẩn thiết kế , nồng độ dung dịch hóa chất trong thùng hòa trộn lấy trong giới hạn 10 – 17% tính theo sản phẩm không ngậm nước Chọn b h = 15%
: khối lượng lượng riêng của dung dịch lấy bằng 1T/m 3 Chọn thùng chứa PE có dung tích 50 lít để hòa trộn phèn
3.4 BỂ PHẢN ỨNG XOÁY KẾT HỢP LẮNG ĐỨNG
Trong công nghệ xử lý nước cấp, bể lắng đứng thường bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ (phần ống trung tâm)
Bể lắng đứng thường có dạng một bể chứa đáy vuông hoặc đáy tròn, xây bằng gạch hoặc bê tông cốt thép gồm ba phần:
Phần ống trung tâm: làm nhiệm vụ keo tụ và hình thành bông cặn (phần phản ứng)
Phần lắng: nước chuyển động từ dưới lên, làm nhiệm vụ lắng nước Phần đáy bể: có dạng hình phễu – dùng để chứa cặn
Hiệu quả của quá trình phụ thuộc vào diện tích bề mặt lắng F Với diện tích bề mặt bằng được xác định theo công thức:
: hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể Theo Mục 6.66 TCXDVN
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , hệ số kể đến việc sử dụng dung tích bể lấy trong giới hạn 1,3 – 1,5 Chọn = 1,4
Q: lưu lượng nước tính toán, (m 3 /h) Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12h
Tốc độ lắng của hạt bông cặn đã keo tụ theo quy phạm là 0,45 – 0,5 mm/s, tương ứng với hàm lượng cặn 219,4 mg/l Thông tin này được quy định trong Mục 6.71 của TCXDVN 33:2006.
Trang 18 | 46 nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế )
Chọn tốc độ lắng của hạt bông cặn đã keo tụ là 0,5 (mm/s)
3.4.2 Ngăn phản ứng kiểu xoáy a Kích thước
Diện tích ngăn phản ứng trong bể được xác định theo công thức:
Q: lưu lượng nước qua ngăn phản ứng, m 3 /h Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12 (h) t: thời gian lưu nước trong ngăn, (phút) Theo Mục 6.66 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , thời gian lưu nước trong ngăn lấy bằng 15 – 20
H: chiều cao ngăn phản ứng (m) Theo Mục 6.66 TCXDVN 33:2006
Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , chiều cao ngăn phản ứng lấy bằng 0,9 chiều cao vùng lắng
Theo Mục 6.66 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , chiều cao vùng lắng lấy từ 2,6
– 5 (m) Với tỷ số giữa đường kính bể lắng và chiều cao vùng lắng lấy không quá 1,5 Chọn chiều cao vùng lắng: H’ = 2,6 (m)
Chọn bể phản ứng xoáy hình trụ kết hợp lắng đứng với dạng hình vuông có cạnh a = 3,03 m Đường kính tương đương của bể được xác định theo công thức.
Kiểm tra lại tỷ số = =1,3 (Thỏa) Đường kính của ngăn phản ứng được xác định theo công thức:
= = 1,35 (m) b Ống phun và khung chắn
Nước được đưa vào buồng phản ứng qua ống phun theo hướng tiếp tuyến, với miệng phun cách thành buồng phản ứng xoáy 0,2D (D là đường kính buồng) và ngập sâu 0,5m dưới mặt nước Điều này tuân thủ theo Mục 6.65 trong TCXDVN 33:2006 về cấp nước.
Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế Chiều dài ống phun ngang là 0,2 = 0,27 (m) Đường kính lỗ phun d được tính theo công thức : d = = = 0,017 (m)
Q: lưu lượng nước qua ngăn phản ứng, m 3 /h Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12h
: tốc độ nước phun ra ở đầu miệng phun Theo Mục 6.65 TCXDVN
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , tốc độ nước phun ra ở đầu miệng phun lấy bằng 2 – 3 (m/s)
N: số lỗ phun Chọn số lỗ phun N = 2
Tổn thất áp lực trong ống phun của ngăn phản ứng xoáy được xác định theo công thức: h = 0,06 = 0,06 = 0,54 (m)
Trong đó: h: tổn thất áp lực trong ống phun
: tốc độ nước phun ra ở đầu miệng phun Theo Mục 6.65 TCXDVN
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , tốc độ nước phun ra ở đầu miệng phun lấy bằng 2 – 3 (m/s)
Chọn = 3 (m/s) Ở phần dưới của ngăn phản ứng xoáy phải có khung chắn có kích thước 0,5 x
0,5 (m) cao 0,8 (m) để loại bỏ chuyển động xoáy của nước (Theo Mục 6.65 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế)
Theo Mục 6.74 của TCXDVN 33:2006 về cấp nước và thiết kế mạng lưới đường ống, bể lắng xả cặn phải được thiết kế hệ thống thu và nén cặn bằng các ô hình nón hoặc hình chóp cụt, với đáy nhỏ hơn 1m² Góc tạo thành giữa hai tường nghiêng cần được chú ý trong quá trình thiết kế để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.
60 o – 70 o Chọn ngăn chứa gồm 4 hình chóp với góc tạo thành giữa hai tường nghiêng là 60 o ; chọn diện tích đáy là 0,6 x 0,6 = 0,36 (m 2 ) (thỏa)
Nồng độ cặn c trong nước đi vào bể lắng (g/m 3 ) tính bằng công thức: c = C n + K x P + 0,25 M + V = 219,4 + 1 x 40 + 0,25 x 0 + 0 = 259,4 (mg/l) 259,4 (g/m 3 )
C n : hàm lượng cặn nước nguồn, (mg/l) C n = 219,4 (mg/l)
P: liều lượng phèn khan, (mg/l) P = 40 (mg/l)
K: hệ số đối với loại phèn Theo Mục 6.68 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , Hệ số đối với phèn không sạch = 1
M: độ màu của nước nguồn M = 0
V: liều lượng vôi cho vào nước
Dung tích phần chứa cặn W c của bể được xác định theo công thức:
F d : diện tích đáy 1 khối chóp, (m 2 )
F: tiết diện ngăn lắng, (m 2 ) f: Tiết diện ngăn phản ứng, (m 2 ) h: chiều cao khối chóp (m) h= = = 1,08 (m)
: độ dài cạnh hình chóp, (m)
F c : diện tích đáy 1 phần cắt, (m 2 )
Xả cặn bằng thủy lực, xả cặn khi không phải cho bể ngừng làm việc Thời gian giữa 2 lần xả cặn T (giờ) xác định theo công thức:
W c : dung tích phần chứa cặn (m 3 )
Nồng độ cặn trung bình của cặn đã nén chặt đạt 32.000 g/m³, tương ứng với hàm lượng cặn 219,4 mg/l, theo quy định tại Mục 6.68 của TCXDVN.
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế )
Q: lưu lượng nước qua ngăn phản ứng, m 3 /h Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12h
Trang 22 | 46 c: nồng độ cặn trong nước đi vào bể lắng, (g/m 3 ) m : hàm lượng cặn sau khi lắng, (mg/l) Theo Mục 6.68 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , hàm lượng cặn sau khi lắng lấy bằng 10 – 12 mg/l
Lượng nước dùng cho việc xả cặn bể lắng, tính bằng phần trăm lượng nước xử lý, xác định theo công thức:
Hệ số pha loãng cặn khi thực hiện xả cặn bằng thủy lực được quy định trong Mục 6.68 của TCXDVN 33:2006, với giá trị dao động từ 1,2 đến 1,15 Để đảm bảo tính chính xác, giá trị được chọn là 1.
Theo Mục 6.69 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , đường kính ống xả của bể lắng lấy bằng 150 –
Theo quy định tại Mục 6.74 của TCXDVN 33:2006 về cấp nước, mạng lưới đường ống và công trình thiết kế, mỗi ô cần được trang bị một đầu ống rút cặn, với chiều cao đầu ống cách đáy ít nhất 200 mm.
Chiều cao bể lắng gồm:
Chiều cao phần chứa cặn: h 2 = h – h c =1,08 – 0,43 = 0,65 (m)
Chiều cao bảo vệ : h 3 = 0,3 m (Theo Mục 6.75 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế )
Vậy tống chiều cao xây dựng là:
Chọn chiều cao xây dựng là 3,6 (m)
Theo Mục 6.69 của TCXDVN 33:2006 về cấp nước, khi diện tích bể lắng nhỏ hơn 12 m², cần thiết phải thiết kế một máng thu nước xung quanh bể.
Chọn chiều dài cần thiết của máng bằng 4 lần chiều rộng của bể:
Q: lưu lượng nước qua ngăn phản ứng, (m 3 /h) Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12h
: hệ số tăng lưu lượng máng Theo Mục 6.85 TCXDVN 33:2006
Cấp nước yêu cầu thiết kế mạng lưới đường ống và công trình đạt tiêu chuẩn, trong đó ống dẫn nước ra khỏi bể lắng cần phải tính toán khả năng dẫn lưu lượng lớn hơn 20-30% so với lưu lượng tính toán, với mức chọn là 25% Vận tốc nước chảy trong máng được xác định theo Mục 6.69 của TCXDVN.
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , nước chảy trong máng với tốc độ 0,5 – 0,6 (m/s)
Q: lưu lượng nước qua ngăn phản ứng, m 3 /h Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12h
: hệ số tăng lưu lượng máng Theo Mục 6.85 TCXDVN 33:2006
Cấp nước là một phần quan trọng trong hệ thống cung cấp nước, đòi hỏi mạng lưới đường ống và công trình thiết kế đạt tiêu chuẩn Đặc biệt, ống dẫn nước ra khỏi bể lắng cần được tính toán để có khả năng dẫn lưu lượng nước lớn hơn từ 20% đến 30%, với mức chọn tối ưu là 25%.
: vận tốc nước chảy trong lỗ thu, (m/s) Theo Mục 6.69 TCXDVN
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế , nước chảy qua lỗ thu với tốc độ 1 m/s
Chọn tấm xẻ khe chữ V góc đáy 90°, tổng số khe chữ V là 20 khe Chiều cao lớp nước qua mỗi khe là: a = = = 13 (m)
Theo Mục 6.84 của TCXDVN 33:2006 về cấp nước và mạng lưới đường ống, mép trên của máng cần cao hơn mực nước cao nhất trong bể ít nhất 0,1 m Do đó, chiều cao mỗi khe chữ V được tính là h = 0,1 + 13 = 0,113 m, và đáy khe chữ V sẽ bằng 2 lần chiều cao khe, tức là 0,226 m.
Máng răng cưa được kết nối với máng thu nước bê tông thông qua các bu lông gắn vào các khe dịch chuyển Nước sau khi lắng sẽ được thu thập bằng máng, hoạt động theo cơ chế chảy tràn ra rãnh thu nước.
Kích thước máng bê tông
Chọn bề rộng máng bằng chiều cao lớp nước Bề rộng máng bằng: b = = 80 (mm)
Đường ống dẫn nước sang bể trung gian
Q: lưu lượng nước qua ngăn phản ứng, m 3 /h Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc là 12h
V: vận tốc nước chảy trong ống, (m/s) Theo Mục 6.69 TCXDVN
33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu
Trang 25 | 46 chuẩn thiết kế , nước chảy trong ống với tốc độ 0,5 – 0,6 (m/s) Chọn
BỂ TRUNG GIAN
Bồn chứa trung gian được làm bằng Inox dùng để chứa nước và ổn định nước trước khi qua bồn lọc áp lực
Nước tự chảy từ ngăn lắng của bể phản ứng xoáy kết hợp lắng đứng sang bể chứa trung gian
Q: lưu lượng bể , Q = 10 (m 3 /h) t: Thời gian lưu: chọn t = 30 (phút) = 0,5 (h)
Từ thể tính bể chứa đã tính toán, chọn bể chứa Inox đứng Sơn Hà dung tích 5 (m 3 ) b Tính toán đường ống sang lọc áp lực
Q: lưu lượng nước từ bể chứa nước thô Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc 12 (h/ngày) v: vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước vào bể lọc Với ống có dùng bơm, vận tốc nước chảy trong ống dao động trong khoảng 0,8 – 1,2 (m/s) (Theo Mục 6.120 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế) Chọn v = 1,0 (m/s) = 3.600 (m/h) Đường kính ống tiết diện tròn:
Chọn đường kính ống bằng 60 (mm)
Tính lại vận tốc: v = = = = 0,983 (m/s) (Thỏa)
Chọn 2 bơm làm việc luân phiên để bơm nước qua bồn lọc áp lực c Tính bơm
Công suất của bơm truyền cho nước:
H: là cột áp toàn phần của máy bơm, (mH 2 O) Tổn thất áp lực trong bể lọc áp lực lấy từ 6 – 8 (m) (Theo Mục 6.106 TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế) Chọn
H = 7 (m) khối lượng riêng của nước = 1.000 (Kg/m 3 ) hiệu suất của máy bơm, = 0,72 – 0,93 Chọn = 0,75
Công suất của động cơ:
N: công suất bơm truyền cho nước N= 0,345 (Hp)
Vậy công suất động cơ: N* = 0,345 1,5 = 0,518 (Hp)
Từ công suất đã tính toán, lựa chọn bơm cho phù hợp.
BỒN LỌC ÁP LỰC
3.6.1 Sơ lƣợc về thiết bị
Các hạt cặn bẩn trong nước có thể được loại bỏ hiệu quả khi nước nguồn có hàm lượng cặn lơ lửng (TSS) tối đa 30 mg/l và độ màu không vượt quá 50 o Trạm xử lý nước có công suất lên đến 3.000 m³/h có khả năng xử lý các vấn đề này (Nguồn: Bảng 6.2 TCXDVN 33:2006) Những ưu điểm này cho thấy khả năng cải thiện chất lượng nước trong các điều kiện cụ thể.
Hệ thống lọc nước được thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng chế tạo tại công xưởng và lắp ráp nhanh chóng, giúp tiết kiệm diện tích xây dựng Nhờ vào áp lực nước, hiện tượng chân không trong lớp lọc không xảy ra, đồng thời áp lực dư có thể được dẫn thẳng đến công trình tiếp theo.
Lớp nước trên mặt cát lọc chỉ cần 0,4 – 0,6 (m) đủ để thu nước rửa mà không kéo cát lọc ra ngoài
Do tổn thất qua lớp lọc có thể lấy từ 3 – 10 (m) nên có thể tăng chiều dày lớp lọc để tăng vận tốc lọc c Nhƣợc điểm
Do bể lọc kín, không quan sát được bên trong nên không khống chế dược lượng cát mất đi, dẫn đến bể lọc kém hiệu quả dần
Không theo dõi được hiệu quả của quá trình rửa lọc
Khi xảy ra mất điện đột ngột, nếu van một chiều bị hỏng, rò rỉ nước hoặc tình trạng rửa ngược diễn ra, cát lọc có thể bị đưa về bơm Cấu tạo và vận hành của hệ thống này cần được chú ý để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Vật liệu: thép hoặc composite Đường kính lớn nhất từ 4 – 5 (m)
Nguyên tắc hoạt động của bể lọc nước bao gồm việc nước được đưa vào qua một phễu ở đỉnh bể, sau đó đi qua lớp cát lọc và lớp đỡ, cuối cùng dẫn vào hệ thống thu nước trong và ra đáy bể Khi tiến hành rửa bể, nước từ đường ống áp lực sẽ chảy ngược lên trên qua lớp cát lọc, vào phễu thu, và sau đó thoát ra qua ống xuống mương thoát nước dưới sàn nhà.
3.6.2 Tính toán thiết bị a Vật liệu
Vật liệu cấu tạo bể lọc: chọn thép không gỉ
Chọn bể lọc có hai lớp vật liệu lọc giúp tăng dung tích chứa cặn bẩn hiệu quả hơn Lớp trên sử dụng than Anthracite, trong khi lớp dưới là cát thạch anh, tạo ra hệ thống lọc tối ưu cho nước.
Bảng 5 Các chỉ tiêu về vật liệu lọc và tốc độ lọc của bể lọc áp lực 2 lớp vật liệu
LỌC ĐẶC ĐIỂM LỚP VẬT LIỆU LỌC TỐC ĐỘ LỌC
(m/h) d min (m) d max (m) d hiệu dụng (m) Hệ số K Bề dày
(Nguồn: Bảng 7.2 Sách Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp – T.S Trịnh Xuân
Diện tích bề mặt bể lọc:
Q: lưu lượng nước vào bể, Q = 10 (m 3 /h) v: vận tốc lọc tính toán khi bể lọc hoạt động bình thường, (m/h) v = 10 (m/h), ( Bảng 5 ) Đường kính bồn lọc:
Chọn đường kính thiết bị là 1,15 (m)
Chiều cao thiết bị lọc được tính bởi công thức:
H: chiều cao tổng của bể lọc áp lực, (m)
H đ : chiều cao lớp sỏi đỡ, (m)
H th : chiều cao lớp than anthacide, (m) H th = 400 – 500 (mm) ( Bảng 5 ) Chọn H th = 450 (mm) = 0,45 (m)
H c : chiều cao lớp cát thạch anh, (m) H c = 400 – 500 (mm) ( Bảng 5 ) Chọn H c = 450 (mm) = 0,45 (m)
H n : khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến phễu thu nước rửa lọc, (m)
H bv : chiều cao bảo vệ, (m) Chọn H bv = 0,25 (m)
Khi rửa bằng nước và không khí phối hợp, cần thiết lập chiều dày lớp sỏi đỡ với cỡ hạt 10 – 5 mm và 5 – 2 mm đạt từ 150 đến 200 mm, theo quy định trong TCXDVN 33 – 2006 Do đó, chiều cao h được chọn là 150 mm hay 0,15 m.
H n : được tính bởi công thức: ( Theo Mục 6.119 – TCXDVN 33 – 2006)
Trong đó: e là độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc lấy theo Bảng
Bảng 6 Độ dãn nở tương đối của vật liệu lọc
VÀ BỂ LỌC ĐỘ NỞ TƯƠNG ĐỐI CỦA VẬT LIỆU LỌC (%)
CƯỜNG ĐỘ RỦA BỂ LỌC (l/s.m 2 )
THỜI GIAN RỬA BỂ LỌC (phút)
Bể lọc 1 lớp VLL d eff = 0,6 - 0,65 d eff = 0,75-0,8 d eff = 0,9-1,1
Chiều của thiết bị lọc là:
Vậy kích thước bồn lọc áp lực D H = 1,15 (m) 2,05 (m) b Tính trở lực
Khi dòng lưu chất chuyển động qua lớp vật liệu hạt thì áp suất của nó bị giảm
Bảng 7 Đặc tính của vật liệu lọc
MẬT ĐỘ TƯƠNG ĐỐI ĐỘ RỖNG (%)
(Nguồn: Dịch từ Bảng 14.3 Filter Media Charcteristics_SECTIONIV/Physical-
Trở lực qua lớp cát thạch anh
Vận tốc thực của dòng lưu chất đi qua lớp cát:
Trang 31 | 46 v là vận tốc trung bình của dòng lưu chất theo tiết diện thiết bị (hay vận tốc lọc của bể), (m/h) v = 10 (m/h) εc là độ rỗng của cát thạch anh (%) ε c = 40 % ( Bảng 7 )
(Nguồn: Công thức 14.16 SECTIONIV/Physical-Chemical treatment Processes)
Độ rỗng của cát thạch anh được xác định là 40% (ε c = 40 %), với vận tốc thực của dòng lưu chất đi qua lớp cát là 0,007 m/s (v c = 0,007 m/s) Tính hình cầu của cát thạch anh được biểu thị bằng ψ = 0,95, trong khi gia tốc trọng trường là 9,81 m/s² (g = 9,81 m/s²).
L là chiều cao lớp cát trong bể lọc L = 0,45 (m)
∑ f si :tổng tổn thất do ma sát (m) ∑ f si = 131,9 (mm -1 )= 131,9 10 3
Bảng 8 Tính toán tổn thất áp lực
Phần trăm (theo khối lượng) của vật liệu
Mean size Re a f i X i /d i b (mm -1 ) f i (mm -1 )
(Nguồn: SECTIONIV/Physical-Chemical Treatmetn Processes)
Vậy tổn thất qua lớp cát thạch anh:
Trở lực qua lớp than Anthracite
Vận tốc thực của dòng lưu chất đi qua lớp than:
Vận tốc trung bình của dòng lưu chất qua tiết diện thiết bị, hay còn gọi là vận tốc lọc của bể, được xác định là v = 10 m/h Độ rỗng của than anthracite là ε th = 55%.
(Nguồn: Công thức 14.16 SECTIONIV/Physical-Chemical treatment Processes)
Độ rỗng của than anthracite được xác định là 55% (ε th = 55%) Vận tốc thực của dòng lưu chất khi đi qua lớp than anthracite là 0,005 m/s (v th = 0,005 m/s) Tính hình cầu của cát thạch anh được ghi nhận với giá trị ψ = 0,72 Gia tốc trọng trường là 9,81 m/s (g = 9,81 m/s).
L: chiều cao lớp than trong bể lọc L = 0,45 (m)
∑ fsi : tổng tổn thất do ma sát ∑ f si = 43,7 (mm -1 )= 43,7 10 3 (m) ( Bảng 8 )
Vậy tổn thất qua lớp than anthracite
Tổng tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc: h = h c + h th = 1,242 + 0,189 = 1,431 (m)
Trở lực này nhỏ nhưng theo thời gian lọc trở lực này sẽ tăng lên do cặn bít tắt dần các lỗ rỗng c Tính rửa lọc
Khi tổn thất áp lực lọc vượt quá giới hạn H gh > 6 – 8 (m) do cặn bẩn làm tắc nghẽn lỗ rỗng của vật liệu, cần ngưng hoạt động và tiến hành rửa bể bằng nước thuần túy.
Mục đích của quá trình rửa lọc:
Loại bỏ cặn bám trên bề mặt hạt lọc bằng cách sử dụng lực ma sát và lực cắt từ dòng nước có cường độ lớn, giúp làm sạch hiệu quả hơn.
Để nâng cao hiệu quả lọc, cần làm giãn nở lớp lọc nhằm tăng thể tích các khe rỗng, giúp các hạt cặn đã được tách ra dễ dàng di chuyển lên trên cùng với nước thoát ra ngoài Việc này là cần thiết để tính toán quá trình rửa lọc.
Xác định cường độ rửa lọc
Lượng nước cần thiết để rửa lọc
Tấm đỡ và lớp lưới phân phối dòng lưu chất khi rủa lọc
Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc
Lưu lượng nước cần cho rửa lọc:
F: tiết diện bề mặt lọc (m 2 ) F = 1 (m 2 ) u: cường độ rửa lọc, (l/s.m 2 )
Dựa trên các thông số trong Bảng 7, độ giãn nở tương đối của vật liệu lọc tương ứng với độ giãn nở 50% của hai lớp vật liệu lọc cho thấy cường độ rửa bể lọc đạt giá trị từ 14 đến 16 l/s.m².
Lượng nước cần thiết cho việc rửa lọc:
Lưu lượng nước cần cho quá trình rửa lọc là 0,015 m³/s, với thời gian rửa lọc được chọn là 6 phút, theo thông số từ Bảng 7 về độ dãn nở tương đối của vật liệu lọc.
LỌC MF VÀ NANO
3.7.1 Chọn màng lọc và tính số ống lọc Để đảm bảo chất lượng nước trước khi vào hệ thống RO không còn cặn lơ lửng, ta phải xử dụng bồn lọc tinh để loại cỏc hạt cú kớch thước 5àm Với mục đớch tăng hiệu quả khử cặn và kéo dài thời gian lọc nước ta bố trí hai cấp lọc nối tiếp nhau với kớch thước lỗ màng là 10àm (màng lọc MF) và 5 àm (màng lọc Nano) Chọn loại màng của nhà sản xuất DIGARD TM với các thông số như sau: Đường kính: 2,5 inches (6,35cm)
Vật liều chế tạo: sợi cotton tẩy trắng với lõi màng bằng Polypropylen Nhiệt độ tối đa cho phép: 140 o F (60 o C) Áp suất tối đa cho phép: 20psi (3,4 (Bar))
Số ống lọc cần cho mỗi bồn lọc:
Q là lưu lượng nước cần lọc, (m 3 /h) Q = 10 (m 3 /h) q là lưu lượng nước qua mỗi ống lọc, (m 3 /h) q = 2,268 (m 3 /h)
Suy ra, số ống lọc:
= 4,4 Chọn số ống lọc là: 5 ống MF và 5 ống Nano
Tính lại lưu lượng qua mỗi ống lọc
3.7.2 Tổn thất áp lực qua lọc
Hình 3 Tổn thất áp lực qua lõi lọc 10 inches
Ta có lượng nước qua mỗi ống lọc 20 inches là
Lượng nước qua 1 ống lọc 10 inches:
Dựa vào lưu lượng trên, ta tra đồ thị được tổn thất áp lực:
Tổn thất ỏp lực qua lỗi MF (10àm) 10 icnhes là 0,05 ((Bar)) tổn thất qua lỗi 20 inches là 0,1 (Bar)
Tổn thất ỏp lực qua lỗi Nano (5àm) 10 icnhes là 0,06 ((Bar)) tổn thất qua lỗi 20 inches là 0,12 ((Bar))
Vậy tổng tổn thất áp lực qua 2 bồn lọc là 0,22 ((Bar))
3.7.3 Tính toán cơ khí bồn lọc Để tính toán cơ khí cho bồn lọc, ta cần có các thông số thiết kế từ nhà sản xuất lõi lọc DIGARD như sau:
Hình 4 Kích thước bồn lọc hình chiếu bằngHình Kích thước bồn lọc hình chiếu đứng
Bảng 9 Thông số thiết kế của bồn lọc theo nhà sản xuất DIGARD
Chọn kích thước bồn với 3 cột lọc 20 inch là D x H = 0,3m x 0,85m
Số cột lọc Đầu vào/ra
Kích thước bồn lọc, inch(cm)
Thực hiện rửa lọc: Khi tổn thất áp lực vượt quá 6mH 2 O cần tháo lõi lọc và thực hiện việc rửa lọc
Bước 1: Ngâm lõi lọc vào dung dịch HCl 0,2% trong vòng 10 phút, sau đó rửa lại bằng nước sạch
Bước 2 : Ngâm lõi vào dung dịch NaOH 0,1% trong 10 phút, sau đó rửa lại bằng nước sạch
Bước 3 : Ngâm vào dung dịch H 2 O 2 từ 0,2-0,25% trong 10 phút, lấy ra rửa bằng nước sạch và lắp lại vào hệ thống Thực hiện rửa khoảng 3 lần cần phải thay mới.
BỂ TRUNG GIAN
3.8.1 Tính toán bể chứa trung gian
Bồn chứa trung gian được làm bằng Inox dùng để chứa nước và ổn định nước trước khi qua bơm cao áp cấp vào hệ thống lọc RO
Nước tự chảy từ ngăn lắng của bể keo tụ tạo bông kết hợp lắng sang bể chứa trung gian
Q: lưu lượng bể , Q = 10 (m 3 /h) t: Thời gian lưu: chọn t = 30 (phút) = 0,5 (h)
Từ thể tính bể chứa đã tính toán, chọn bể chứa Inox đứng Sơn Hà dung tích 5 (m 3 )
3.8.2 Tính toán ống dẫn nước sang RO
Q: lưu lượng nước từ bể chứa nước thô Q = 10 (m 3 /h) ứng với thời gian làm việc 12 (h/ngày) v: vận tốc nước chảy trong ống Với ống có dùng bơm, vận tốc nước chảy trong ống dao động trong khoảng 0,8 – 1,2 (m/s) (Theo Mục 6.120
TCXDVN 33:2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình tiêu chuẩn thiết kế) Chọn v = 1,0 (m/s) = 3.600 (m/h) Đường kính ống tiết diện tròn:
Chọn đường kính ống bằng 60 (mm)
Tính lại vận tốc: v = = = = 0,983 (m/s) (Thỏa)
Chọn 2 bơm làm việc luân phiên để bơm nước qua hệ thống RO
Bảng 10 Áp lực tối ưu khi TDS thay đổi
STT TDS của nguồn nước (ppm) Áp lực tối ưu (Bar)
(Nguồn: Kết quả chạy pilot trên mô hình xử lí nước tại xã Tam Thôn Hiệp – Cần Giờ)
Khi nồng độ TDS trong nguồn nước tăng, áp lực hoạt động tối ưu của hệ thống cũng gia tăng Đối với nước sông Vàm Sát có hàm lượng TDS là 88.417,3 mg/l, áp lực tối ưu cho hệ thống được xác định trong khoảng từ 18 đến 22 Bar.
Công suất của bơm truyền cho nước:
H là cột áp toàn phần của máy bơm, (mH 2 O) H = 200 (mH 2 O) là khối lượng riêng của nước, (Kg/m 3 ) = 1.000 (Kg/m 3 ) là công suất của máy bơm, = 0,72 – 0,93 Chọn = 0,75
Công suất của động cơ:
N là công suất bơm truyền cho nước (N = 9,87 Hp)
Từ công suất đã tính toán, lựa chọn bơm cho phù hợp.
