Đồ án Thiết kế hệ thống xử lý nước cấp nhiễm asen

khoan gia đình ở Đồng bằng sông Hồng thường chứa nhiều sắt. Nồng độ sắt thông thường từ 10--20 mg/l, có nơi đến 40-- 50mg/l hoặc hơn. Nếu bể lọc có cấu trúc tách sắt tốt, có thể làm giảm nồng độ asen đến dưới ngưỡng cho phép. Trong quá trình tách sắt đã nêu, một phần hoặc toàn bộ mangan cũng được loại bỏ.  Dùng khoáng vật kết tủa asen Những khoáng vật chứa sắt, mangan hoặc nhôm có khả năng làm kết tủa asen ở dạng FeAsO4, Mn3(AsO4)2, AlAsO4. Khoáng vật trước khi sử dụng phải được chế hoá sơ bộ để chuyển sang dạng hoạt hoá và phải trung tính.  Những việc dân tự làm được Ở các giếng chứa nhiều sắt thì bố trí lại cơ cấu lọc hợp lí để kết hợp loại sắt đồng thời với loại Asen. Khi sắt kết tủa dạng Fe(OH)3 có khả năng hấp thụ kết tủa chứa Asen dưới dạng FeAsO4, cần có kết cấu loại sắt hợp lí để lợi dụng tối ưu khả năng này. Tức là tận dụng cái rủi ro nhìn thấy, là nhiều sắt, để hạn chế cái rủi ro không nhìn thấy, không lường trước mà nguy hiểm hơn, là thạch tín/asen.  Ở hộ gia đình dùng bơm điện: - Giàn mưa làm bằng ống nhựa, đường kính 27 mm, khoan 150--200 lỗ, mỗi lỗ có đường kính 1,5--2mm tuỳ công suất máy bơm đang sử dụng. - Dưới cùng của bể lọc là lớp sỏi đỡ dày khoảng 1 gang, trên lớp sỏi đỡ là lớp cát dày khoảng 2,5--3 gang. - Không dùng đệm xốp, loại đệm lót giường, hoặc than củi. Các vật liệu này dễ sinh phản ứng phụ, sau một thời gian sử dụng, chúng có thể làm tăng nồng độ nitrit trong nước. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 17  Ở hộ gia đình dùng bơm tay: - Nước từ vòi bơm róc vào máng mưa. Máng mưa cần có nhiều lỗ nhỏ để không khí dễ tan vào nước, phát huy hiệu quả oxi hoá của oxi có sẵn trong không khí.  Bể lọc nên có 3 ngăn: Ngăn đầu dùng lọc cặn, nước thô chảy từ dưới lên; có đường xả cặn ở đáy. Ngăn thứ hai dùng lọc tinh, nước chảy từ trên xuống. Ngăn thứ ba dùng chứa nước sạch. Kích thước tối ưu bể lọc phụ thuộc vào công suất, lưu lượng từng giếng. Trung tâm nước sạch và VSMT NT tỉnh Thái Bình đã sử dụng loại hình này từ lâu.  Những việc Viện Hoá học Công nghiệp hỗ trợ được 1/ Tư vấn về kĩ thuật xử lí nước có độc tố. 2/ Xét nghiệm thạch tín, mangan và nhiều thông số khác tại các trạm cấp nước đã xây dựng hoặc tại hộ gia đình. 3/ Cung cấp thiết bị lọc thạch tín, mangan cho gia đình. Các hộ đã có bể lọc sắt đã được cải tạo mà nước còn bị nhiễm độc, do nguồn ít sắt thì lắp thêm bộ lọc Asen. Viện Hoá học CN đang hoàn thiện bộ lọc này sao cho phù hợp túi tiền của người sử dụng. Việt nam có tiêu chuẩn nước sinh hoạt riêng (TCVN 5502- 1991), nước ăn uống riêng (TCVN 5501-1991). Thiết bị này bảo đảm cung cấp đủ nước ăn uống cho hộ gia đình. Thiết bị gồm 2 bộ phận chính. Bộ phận thứ nhất chứa các khoáng vật có sẵn trong thiên nhiên dùng để kết tủa sen, mangan. Bộ phận thứ hai chứa cát thạch anh, lọc sạch các kết tủa đã hình thành. Làm sạch các vật liệu lọc bằng cách định kì dùng nước sục, xả cặn. Hình 1--3 là thiết bị lọc được chế tạo theo mô đun, công suất xử lí là 20-- 100 lít/giờ, giá thành mỗi bộ từ 420.000 -- 500.000 đ. Sử dụng 10 năm mới phải bổ sung vật liệu. Loại như hình 1 có thể đặt nằm ngang, phục vụ cho các hộ không có bể chứa nước ở tầng hai. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 18 Hình 4 là thiết bị lọc toàn bộ, giá 350.000 đ. Cho 20 lít nước có độc tố (thạch tín, mangan) vào ngăn trên, sau 1 giờ được 20 lít nước sạch ở ngăn dưới, đạt tiêu chuẩn. Ưu tiên phục vụ bà con ở vùng sâu, vùng xa. Những hộ có yêu cầu lắp đặt cần có thông số nguồn nước trước để cán bộ kỹ thuật điều chỉnh thành phần vật liệu lọc và đặt chế độ hoạt động của thiết bị cho thích hợp. Kiểm tra chất lượng nước trước khi bàn giao. Lắp đặt trạm xử lí nước có độc tố qui mô cụm gia đình. Hình 1-2-3 2.2 Thuyết minh và lựa chọn công nghệ xử lí: Hình 4:Quy trình công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm Asen Clo Nước ngầm Làm thoáng Bể lắng đứng tiếp xúc Lọc Bể chứa nước sạch Hồ chứa nước rửa NaOH Xả Cặn Cấp nước THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 19 Công nghệ xử lý được mô tả như sau: Tiến hành làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước. 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ + 8CO2 2Mn(HCO3)2 + O2 + H2O = 2Mn(OH)4↓ + 4H + + 4HCO3 - Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không tốt cho quá trình oxy hoá Fe. Sau khi làm thoáng ta sẽ châm hóa chất NaOH để nâng pH và Fe 2+ sẽ dễ dàng chuyển hóa thành Fe3+ trong môi trường pH=7-7,5. 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 As2O3 + O2  As2O5 Fe(OH)3↓ + As2O5  FeAsO4 + H2O Công trình làm thoáng trong các hệ thống xử lý nước ngầm là giàn mưa và tháp oxy hóa. Sau khi làm thoáng và châm hóa chất thì nước được chảy xuống bể lắng đứng hay bể lọc tiếp xúc. Thông thường trong các công trình xử lý nước ngầm lớn người ta thường hay sử dụng bể lắng tiếp xúc. Bể lắng tiếp xúc có nhiệm vụ giữ lại các cặn tạo ra trong quá trình oxy hóa cũng như cặn vôi sau khi các phản ứng xảy ra. Thời gian lưu nước trong bể lắng thường là 90-120 phút. Và công trình cuối cùng là bể lọc nhanh. Bể lọc này có nhiệm vụ giữ lại các cặn nhỏ mà không thể giữ lại trong bể lắng cũng như là để khử Mn.  Lựa chọn các công trình trong hệ thống xử lý  Trước hết, đối với quá trình làm thoáng có thể sử dụng giàn mưa hoặc tháp oxy hóa.  Nếu sử dụng giàn mưa thì tốn diện tích cũng như chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi hoạt động thì việc quản lý tương đối dễ dàng và thuận tiện. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 20 Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn. Cần tiến hành vệ sinh thường xuyên do các cặn Fe dễ dàng bám trên các sàn tung làm chít các lỗ dẫn đến giảm hiệu quả giàn mưa.  Nếu sử dụng tháp oxy hóa thì sẽ tiết kiệm được mặt bằng xây dựng và chi phí xây dựng ban đầu nhưng khi vận hành thì tốn chi phí hơn so với sử dụng giàn mưa (do phải cung cấp điện năng để hoạt động máy thổi khí), quản lý cũng gặp khó khăn hơn. Việc duy tu bảo dưỡng cũng khó khăn do lâu ngày cặn Fe dễ bám chít trên lớp vật liệu tiếp xúc (hay sàn tiếp xúc). Lúc này phải ngừng hoạt động của tháp để tiến hành vệ sinh.  Sau quá trình làm thoáng là châm hóa chất (clo và vôi,NaOH). Hóa chất được châm ngay sau khi làm thoáng. Cũng có khi hóa chất được châm trước khi làm thoáng nhưng điều này không có lợi. Bởi vì trong nước ngầm thường có một số khí do quá trình phân hủy kị khí trong đất sinh ra (H2S), nếu cho hóa chất vào trước thì sẽ hao tốn thêm hóa chất để khử các chất này trong khi các chất này thường là các chất khí dễ dàng bị khử qua làm thoáng. Clo cho vào nước nhằm mục đích oxy hóa Fe 2+ thành Fe 3+, còn vôi cho vào nước với mục đích là nâng pH và độ kiềm trong nước tạo môi trường cho phản ứng oxy hóa và thủy phân Fe diễn ra dễ dàng. Lượng hóa chất cho vào phải đảm bảo khử hết Fe2+ có trong nước và pH đầu bể lắng khoảng 7,5 – 8,3,ta chọn NaOH.  Nước được tự chảy xuống bể lắng đứng tiếp xúc. Mục đích của công trình này là tạo thời gian để các phản ứng diễn ra và thu hồi cặn của các phản ứng này. Đối với hệ thống xử lý nước công suất lớn thì ta nên sử dụng bể lắng tiếp xúc và thời gian lưu trong bể tốt nhất là 90-120 phút. Bể lắng đứng thường được sử dụng trong hệ thống xử lý nước ngầm với công suất nhỏ.  Sau khi ra khỏi bể lắng nước tiếp tục sang bể lọc. Bể lọc có nhiệm vụ giữ lại các cặn còn sót lại sau bể lắng đồng thời khử Mn. Đối với hệ thống xử lý nước có công suất lớn người ta thường sử dụng bể lọc nhanh với vận tốc lọc THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 21 khoảng 5 – 8 m/h. Ở đây ta có thể sử dụng bể lọc áp lực với vận tốc > 10 m/h nhưng nếu sử dụng loại bể lọc này sẽ tốn chi phí đầu tư cao đồng thời chi phí bảo trì, sửa chữa cũng là 1 vấn đề.  Tóm lại hệ thống xử lý bao gồm: - Giàn mưa - Bể lắng đứng tiếp xúc - Bể lọc nhanh 2 lớp - Bể chứa nước sạch2.3. Các công trình trong hệ thống xử lý: Hình 5: Sơ đồ hệ thống xử lý nước cấp nhiễm Asen 1- Giếng và trạm bơm cấp I 2- Ống dẫn nước thô 3 -Trạm bơm cấp II 4- Mạng lưới phân phối Bể lọc nhanh 2 lớp Bể chứa nước sạch 3 3 Cl2 Bể lắng đứng tiếp xúc 1 1 1 Giàn mưa NaOH 4 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 22 Chương 3: THIẾT KẾ Tính toán công nghệ và thiết kế các đơn vị trong hệ thống xử lý 3.1 Giàn mưa:  Nhiệm vụ: - Khử CO2 trong nước - Làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện để Fe2+ oxy hóa thành Fe3+  Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên.  Cấu tạo: giàn mưa bao gồm:  Hệ thống phân phối khí: sử dụng ống phân phối có đục lỗ gồm:  Ống chính phun mưa làm bằng inox  Trên ống chính có bố trí các ống nhánh  Sàn tung nước:  Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 1,5m  2 m được ghép lại với nhau  Đường kính lỗ khoan 10 mm, bước lỗ là 50mm  Số lỗ khoan theo chiều rộng:  1500 2 50 1 25 60     lỗ  Số lỗ khoan theo chiều dài :  2000 2 50 1 32 60     lỗ  Mỗi sàn tung khoan: 25  32 = 800 lỗ  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,9 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,9m  Hệ thống thu và thoát khí Để có thể thu oxy của 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 bêtông cốt thép. Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 23 ngang là 45 0 , khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 900 mm với chiều rộng mỗi cửa là 250 mm. Cửa chớp được bố trí ở xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí.  Sàn thu nước: sàn thu nước làm bằng bê tông cốt thép được đặt dưới giàn mưa có độ dốc 0,05 về phía ống dẫn nước qua bể trộn  Ống dẫn và thu nước trên giàn mưa: Mỗi giàn mưa còn bao gồm hai ống inox dẫn nước lên giàn mưa, một ống thu nước từ giàn mưa qua bể trộn, hai ống PVC thu nước xả, rửa giàn mưa, các ống dẫn vôi, clo và các vòi phục vụ cho công tác vệ sinh. Tính toán:  Kiểm tra độ kiềm của nước sau khi làm thoáng: 2 0 0 0,036i i FeK K C    Trong đó: 0iK :độ kiềm ban đầu của nguồn nước, 0 30 0,6 / 50 iK meq l  2 0Fe C  :hàm lượng Fe2+ của nguồn nước, 2 0Fe C  =3 mg/l Vậy: 2 0 0 0,036 0,6 0,036 3 0,492 /i i FeK K C meq l        Kiểm tra lượng CO2 còn lại trong nước sau khi làm thoáng:   2 2 0 0 1 1,6CO FeC C a C      Trong đó:C0:hàm lượng CO2 của nước nguồn trước khi làm thoáng 0 0 1 44 10 i pH K C K     mg/l Trong đó: 0iK :độ kiềm ban đầu của nguồn nước  :lực ion của dung dịch, 622 10   P P:tổng hàm lượng muối khoáng (mg/l);nếu hàm lượng muối khoáng ≤ 1000 0,022  K1:hằng số phân ly bậc 1 của axit cacbonic Nhiệt độ của nước nguồn,t=270C THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 24    7 7 7 7 1 27 25 4,52 10 4,31 10 4,31 10 4,394 10 30 25 K                0 0 7 5,6 0,022 1 44 44 0,6 107,256 4,394 10 1010 i pH K C K            mg/l a:hiệu quả khử CO2 của công trình làm thoáng,làm thoáng bằng giàn mưa a=0,75-0,8.Chọn a=0,8    2 2 0 0 1 1,6 107,256 1 0,8 1,6 3 26,251CO FeC C a C            mg/l  pH của nước sau làm thoáng: 2 7 1 44 44 0,492 0,022 6,125 6,8 4,394 10 26,251 i CO K pH K C              Như vậy cần phải châm một lượng hóa chất kiềm hóa như vôi CaO,NaOH,Na2CO3 để nâng pH của nước trước khi đưa vào bể lắng. Diện tích giàn mưa : F = 3 3 2 200m / ng y 2,5 8 / à 10m / mm Q à q h ng y h    m 2 Trong đó Q: công suất trạm xử lý (m3/ngày) qm: cường độ tưới (m 3 /m 2 h), qm: 10 ÷ 15 m 3 /m 2 h .Chọn qm = 10 m 3 /m 2 h -Chọn kích thước mỗi ngăn của giàn mưa : 2 1,5L B m m    Hệ thống phân phối nước: -Ống dẫn nước chính: Lưu lượng nước thiết kế: Q=25m3/h Chọn vận tốc nước vc=1,2 m/s (0,8-1,2 m/s) Đường kính ống chính: 3 c c 4 4 25 / D 0,086 v 3600 / 1,2 / Q m h m s h m s                 Chọn ống chính bằng thép Dc=90 mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 25   3 2 2 4 4 25 / 1,09 1 1,2 / D 0,090 3600s/h Q m h v m s m           Các ống nhánh được bố trí dọc theo chiều dài.Khoảng cách giữa các trục của ống nhánh theo quy định 0,25-0,3 m,chọn 0,25 m Số ống nhánh cần thiết: 1,5 2 2 12 0,25 0,25 B m      Lưu lượng qua mỗi ống nhánh: 4 325 4,96 10 / 3600 14 n Q q m s m      Chiều dài một ống nhánh: 2 0,09 0,955 2 2 c n L D l m      -Ống phân phối nhánh: Chọn vn = 1,8 m/s,(quy phạm 1,6-2 m/s) Đường kính ống nhánh:           4 4 4,96 10 4 0,019 1,8 n n n q d m v Chọn ống nhánh bằng thép, có đường kính dn = 20mm  Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống phân phối nhánh:   4 2 2 4 4 4,96 10 1,58 1 2 / d 0,02 n n n q v m s            Để nước có thể phân phối đều trên khắp diện tích mỗi ngăn của dàn mưa, trên các ống nhánh ta khoan các lỗ có đường kính dl = 5mm( quy phạm 5 – 10 mm). Tổng diện tích các lỗ này lấy bằng (30 – 35 %) diện tích tiết diện ngang của ống chính. Chọn 35 %, tổng diện tích lỗ:         2 2 3 20,090,35 0,35 2,23 10 4 4 c D m Số lỗ cần thiết: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 26            3 2 2,23 10 113,6 114 0,005 4 4 l n d lỗ Số lỗ trên mỗi ống nhánh:     114 9,5 14 12 n n , Chọn n =10 lỗ. Trên mỗi ống nhánh ta khoan 10 lỗ,các lỗ này được xếp thành hai hàng so le nhau và nghiêng một góc 450 so với phương nằm ngang. Trên mỗi hàng của ống nhánh có 5 lỗ,khoảng cách giữa các lỗ: 2 0,096 0,190 2 5 2 5 c nL Da m        Sàn tung nước:  Sử dụng sàn tung nước bằng các tấm inox có đục lỗ. Kích thước mỗi tấm inox là 1,5m  2 m được ghép lại với nhau  Đường kính lỗ khoan 10 mm, bước lỗ là 50mm  Số lỗ khoan theo chiều rộng:  1500 2 50 1 25 60     lỗ  Số lỗ khoan theo chiều dài :  2000 2 50 1 32 60     lỗ  Mỗi sàn tung khoan: 25  32 = 800 lỗ  Số sàn tung : 3  Khoảng cách giữa các sàn: 0,7 m  Khoảng cách từ hệ thống phân phối nước đến sàn đầu tiên: 0,6m  Tính chiều cao dàn mưa nvlfmdm HHHH  Trong đó: Hfm: Khoảng cách từ sàn tung thứ nhất đến dàn phun. Chọn Hfm = 0,9 m. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 27 Hvl: Chiều cao vật liệu tiếp xúc. Dàn mưa thiết kế có 3 sàn, với khoảng cách 0,9 m. Trên mỗi sàn đặt vật liệu tiếp xúc là than cốc dạng cục có đường kính d = 29mm. Mỗi lớp vật liệu tiếp xúc có chiều dày 0,3m.  Hvl = 2 x 0,9 = 1,8 m. Khoảng cách từ sàn tung tới ngăn thu nước là 0,7 m Hn: Chiều cao ngăn thu nước, chọn Hn = 7 m Chiều cao của dàn mưa: 0,9 1,8 0,7 7 10,4 mdmH      - Hệ thống thu thoát khí và ngăn chứa: Để có thể thu được khí trời,kết hợp với việc đuổi khí CO2 ra khỏi giàn mưa,đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài,người ta xây dựng cửa chớp bằng betong cốt thép Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng ngang là 450,khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 200 mm với chiều rộng mỗi cửa là 200 mm Cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa,nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí Các cửa chớp này được xây dựng cách các mép ngoài của sàn tung là 0,6 m để làm lối đi xung quanh giàn mưa khi tiến hành làm vệ sinh -Hệ thống thu nước: Sàn thu nước đặt dưới phía đáy giàn mưa có đọ dốc 0,04 về phía ống dẫn nước sang cụm xử lí Bố trí một ống thu nước đặt phía dưới đáy sàn thu nước và cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 0,2m để ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình phía sau.  Hoạt động của giàn mưa: - Nước thô được dẫn từ ống góp chung rồi qua các ống đường kính 90 đưa lên giàn mưa. Trên giàn mưa gồm một hệ thống các ống xương cá trong đó các ống chính đường kính 90 mm và các ống nhánh có đường kính 20 mm. Nước từ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 28 giàn phân phối sẽ phun ra ngoài qua các lỗ trên ống nhánh và rơi xuống qua từng sàn tung nước. Nước từ các sàn tung nước di chuyển dẫn xuống dưới do trọng lượng bản thân và tập trung tại sàn thu nước, tại đây nước sẽ chảy vào ống thu nước có đường kính: Chọn vận tốc trong ống là 1,3 m/s ô 4 4 25 0,082 = 82 mm 3600 1,3 Q D m v                   Chọn Dô=85 mm Kiểm tra lại vận tốc trong ống thu:  ô 2 4 25 1,224 1 2 / 3600 0,085 v m s        Tại đầu ống thu nước clo và vôi đồng thời được cho vào để khử Fe, Mn. Hệ thống xả cặn của giàn mưa: Mỗi ngăn một ống xả cặn, ống này có thể lấy là ống PVC đường kính ống tùy thuộc vào vận tốc nước trong ống và lượng nước cần xả khi tiến hành rửa giàn mưa. Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính 150 mm đặt ở giữa ngăn và sát sàn thu nước phía đáy thấp. Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước (bỏ qua thời gian nước đọng lại trên sàn tung) 2 2 0,7 3 0,65 9,81 h t s g                 Do H2O rơi tự do trên giàn mưa nên tổn thất thủy lực của nước qua giàn mưa là 0,5 m  Đánh giá hiệu quả xử lý của giàn mưa Hiệu quả loại trừ CO2 của giàn mưa khoảng 75 – 80%. Ngoài hiệu quả khử CO2 thì giàn mưa còn nhằm mục đích hòa tan oxy vào nước để oxy hoá Fe. THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 29 Với quá trình xử lý nước ngầm đặc biệt là quá trình khử Fe trong nướn ngầm thì việc khử CO2 đồng thời hòa tan O2 vào nước bằng giàn mưa có tác dụng quan trọng vì nó làm tăng pH trong nước ngầm và oxy làm cho Fe2+ bị oxy hóa. Nếu pH có tăng cao thì mới tạo môi trường tốt để phản ứng oxy hóa Fe và Mn diễn ra. Nhưng trong nguồn nước hiện đang khai thác có hàm lượng Fe cao đồng thời độ kiềm nhỏ do đó lượng oxy hòa tan không đủ để oxy hóa Fe nên phải sử dụng thêm clo để oxy hóa hết Fe. Nhiệm vụ chính của giàn mưa sử dụng ở đây là đuổi CO2 và nâng pH. Hình 6: Giàn mưa THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 30 Bảng 2: Tóm tắt các thông số thiết kế cho dàn mưa Thông số Số liệu thiết kế Số đơn nguyên 1 Kích thước mặt bằng dàn mưa B x L 1,5 x 2 m Chiều cao dàn mưa 10,4 m Nồng độ CO2 trước làm thoáng 127,28 mg/L Nồng độ CO2 sau làm thoáng 29,02 mg/L Độ kiềm nước sau làm thoáng 2,568 meq/L pH sau làm thoáng 6,8 Ống phân phối nước chính Φ90 Ống phân phối nhánh 12ống Φ20 Số lỗ phân phối nước trên ống nhánh 10 lỗ Φ20 Khoảng cách giữa các lỗ trên ống nhánh 190 cm 3.2 Tính toán bể lắng đứng:  Nhiệm vụ: Lắng đọng các bông cặn sinh ra trong các phản ứng trong đó chủ yếu là Fe(OH)3 Tăng thời gian để các phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn.  Cấu tạo: là dạng bể lắng ngang thu nước cuối Hàm lượng cặn trong nước khi đưa vào bể lắng đứng: 0,25nC C k P M V     (mg/l) Trong đó: Cn:hàm lượng cặn trong nước nguồn, Cn=0 mg/l THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 31 P:liều lượng phèn tính theo sản phẩm không chứa nước.Khi xử lý nước có màu 4P M (mg/l) K:hệ số với phèn sạch ,lấy =0,5;với phèn không sạch =1,0;với sắt clorua =0,7 M:độ màu của nước nguồn tính bằng độ(thang màu Pt-Co) V:liều lượng vôi nếu có cho vào nước (mg/l) Tính hàm lượng cặn sinh ra trong bể lắng: 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 4 56 mg/l Fe 2+  4 107 mg/l Fe(OH)3 3 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 nguồn: Fe(OH)3= 3 4 107 5,732 4 56 a      mg/l Số mol Asen: 3 As 0,15 n 2 10 75    mmol/l Khối lượng As2O5 là: 32 10 1 230 0,23 2     mg/l As2O3 + O2  As2O5 ( 2As 3+  2As5+ ) 198mg/l  230mg/l 0,15mg/l As3+  0,15 mg/l As5+ 2Fe(OH)3 + As2O5  2FeAsO4 + H2O 2 107 mg/l Fe(OH)3 230 mg/l  2 195 mg/l 0,23 2 107 0,214 230    mg/l  0,23 mg/l  0,23 2 195 0,39 230    mg/l Hàm lượng cặn ban đầu:Cn=0 mg/l Hàm lượng cặn trong nguồn nước: C=0+5,732-0,214+0,39=5,908 mg/l  Kích thước bể lắng THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 32 Thể tích bể lắng là: 25 120 50 60 60 Q t W      m 3 Với Q=25 m3/h T=120 phút,thời gian lưu bể Chọn chiều cao vùng lắng: Hl=3m (2,6-5m) Chiều cao ống trung tâm= l0,9 H 0,9 3 2,7    m Tốc độ nước dâng trong bể: V= lH 1000 3 1000 0,42 120 60t      mm/s (≤ 1mm/s) Diện tích toàn phần của bể lắng: l W 50 16,67 H 3 F    m 2 Ống trung tâm của bể lắng dẫn nước từ giàn mưa tới bể lắng Diện tích ống trung tâm: 22d 4 4 5 D f           Chọn đường kính ống trung tâm là: d= 5 D f= 0,04 16,67 0,6667  m 2 Tổng diện tích bể lắng: 17,34F F f   m 2 Chọn bể lắng đứng có tiết diện tròn,đường kính bể lắng: 17,34 4 4 4,7 F D       m Đường kính ống trung tâm: 0,94 5 tt D d   m Đường kính phần loe của ống trung tâm: loed 1,35 1,35 0,94 1,269ttd     m THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 33 Đường kính của tấm chắn: loed 1,3 d 1,3 1,269 1,65chan      m Chiều cao vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ,chiều cao phần hình trụ: l tru H H 3,75 0,8   m Phần chứa ép cặn của bể lắng xây dựng thành hình nón,thành nghiêng 1 góc 45 0 so với phương ngang Chiều cao phần hình nón:   0 n n 4,7 0,3 45 H 2,2 2 ó tg    m (0,3 chiều rộng hố thu cặn ở đáy) Chọn chiều cao bảo vệ: Hbv=0,3 m Tổng chiều cao của bể lắng đứng : H=Htru+ n nH ó + Hbv=3,75+2,2+0,3=6,25 m  Tính kích thước máng thu nước: Để thu nước đã lắng,dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh bể. Diện tích mặt cắt ngang của máng vòng: 3 v 25 f 5,79 10 2 3600 2 0,6 Q v        m 2 (v:vận tốc nước vào máng),v=0,6 m/s Thiết kế máng có tiết diện:0,2m  0,2m Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu: Lr=lm= 4,7 14,765D     m Chọn máng răng cưa làm bằng inox bề dày bR=3 mm Bề dày miếng đệm dR=10 mm=0,01m Máng gồm nhiều răng cưa,mỗi răng hình chữ V -Chiều cao một răng cưa:60 mm THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 34 -Chiều rộng đoạn vát đỉnh:60mm -Góc chữ V:900 -Khoảng cách giữa hai đỉnh răng:120 mm -Chiều cao toàn bộ máng:200mm -Khe dịch chỉnh: .cách nhau 500 mm .Bề rộng khe:12 mm .Chiều dài khe:150 mm Máng răng cưa được nối với máng thu nhờ Bulong M10 Tải trọng thu nước trên 1m dài mép máng: 3 r 25 10 0,47( / . ) L 3600 14,765 Q q l s m      Số răng cưa trên toàn bộ máng: r r l 14,765 N 1 1 124,04 0,12 0,12      cái Số răng cưa trên 1m chiều dài máng: r r N 124 8,4 9 l 14,765 n    cái Tính lượng bùn tích lại ở bể lắng: Dung tích phần chứa nén cặn hình nón được tính như sau: 2 2 n c h W 3 4 D d D d           Trong đó: Hn;Chiều cao phần nón chứa nén cặn; hn=2,2 m D: đường kính bể lắng,D=4,7m d: đường kính phần đáy hình tròn;d=0,2m (quy phạm 150-200 mm) THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC CẤP NHIỄM ASEN GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân SVTH: Võ Tuấn Anh Page 35 2 2 c 2,2 4,7 0,2 4,7 0,2 W 13,287 3 4             m 3 Thời gian giữa hai lần xả cặn:   cW NT h Q C m      Trong đó: N:số lượng bể lắng ,N=1 Wc:dung tích phần chứa cặn của bể lắng, Wc=13,287 m 3 Q:lưu lượng tính toán,Q=25 m3/h  :nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt,tính bằng g/ m3 tùy theo hàm lượng cặn trong nước và thời gian chứa cặn trong bể,lấy theo bảng   12000 9000 12 8 9000 11000 12 6        g/m 3 C:hàm lượng cặn vào bể lắng,C=5,908 mg/l m:hàm lượng cặn sau lắng (mg/l) Hiệu quả lắng của bể lắng đứng: tR (%) t a b t    Trong