Đồ án Thiết kế trạm xử lý nước ngầm công suất trạm 1.000 m3/ngày đêm

6.115 TCXDVN 33: 2006 ), ứng với độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc là e = 45%. Lưu lượng nước rửa lọc của một bể lọc là: qrn = m3/s Đường kính ống chính của hệ thống phân phối : Tốc độ nước chảy trong ống chính vn = 1,5 – 2 m/s, chọn vn = 2 m/s (Điều 6.120, TCXDVN 33: 2006 ) Đường kính tiết diện ống: F = m2 Đường kính ống: D = m Chọn đường kính ống D = 200 mm, ta có: F = m2 v = m/s Vậy chọn ống D = 200 mm là phù hợp. Lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0.28 m ( Theo quy phạm cho phép 0.25 – 0.3 m) thì số ống nhánh của 1 bể lọc sẽ là: Lưu lượng nước rửa lọc trong mỗi ống nhánh là: l/s Chọn đường kính ống nhánh dn = 60 mm bằng thép, thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh là: m/s ( Nằm trong giới hạn cho phép 1.8 – 2.0 m/s ) Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35% diện tích tiết diên ngang của ống ( Quy phạm cho phép 30 – 35%), tổng diện tích lỗ: m2 Chọn lỗ có đường kính 12mm (Quy phạm 10 – 12mm), diện tích 1 lỗ sẽ là: m2 Tổng số lỗ sẽ là: lỗ Số lỗ trên mỗi nhánh sẽ là: lỗ * Tính toán hệ thống dẫn gió rửa lọc: Cường độ gió rửa lọc Wg = 15 – 20 l/s.m2, chọn Wg = 20 l/s.m2 (Điều 6.123, TCXDVN 33: 2006 ) Tốc độ gió rửa lọc vg = 15 – 20 m/s, chọn vg = 20 m/s (Điều 6.122, TCXDVN 33: 2006 ). Lưu lượng gió của 1 bể: qrg = Wg x f = 20 x 5 = 100 l/s - Tính toán đường kính ống dẫn gió rửa lọc: Diện tích mặt cắt ống dẫn gió rửa lọc: m2 Chọn ống D = 90 mm theo (TCXDVN 33: 2006 ) Với đường kính ống D = 90 mm: m2 15m/s < vg < 20m/s Vậy chọn ống D = 90 mm là phù hợp. Số ống nhánh lấy bằng số ống nhánh của ống dẫn nước rửa lọc = 14 ống Lượng gió trong một nhánh : Đường kính ống gió nhánh là: m = 20 mm * Hệ thống phân phối chụp lọc ( loại có khe hở): Hệ thống này được thiết kế do áp dụng biện pháp rửa bằng nước kết hợp với khí Số lượng chụp lọc bằng 40 cái cho 1m2 diện tích công tác của bể (Điều 6.112, TCXDVN 33: 2006) Với diện tích 1 bể : F1 = 5 m2 Số chụp lọc của 1 bể là : 5 x 36 = 180 cái Tổng số chụp lọc theo phân bố trên là : 12 x 15 = 180 chiếc Cấu tạo khe hở của chụp lọc gồm: Mỗi chụp lọc có 24 khe hở với kích thước 1 khe hở (15 x 0,5) mm Diện tích khe hở của 1 chụp lọc là: 24 x 15 x 0,5 = 180 mm2 = 0,00018 m2 Vận tốc hổn hợp gió , nước qua khe hở: m/s Với : l/s.m2 = 0,028 m3/s.m2 Vận tốc của nước rửa lọc qua khe hở: m/s Vậy tốc độ chuyển động của nước hoặc hỗn hợp gió và nước qua khe hở của chụp lọc đều không nhỏ hơn 1,5 m/s (Điều 6.112, TCXDVN 33: 2006 ) Tính tóan máng thu nước rửa lọc: Chọn hai máng thu nước rửa có đáy hình tam giác: - Khoảng cách giữa hai máng: (theo quy phạm không được quá 2,2m) - Lưu lượng nước vào mổi máng: Qm = W x d x l = 12 x 1,25 x 2 = 30 l/s.m = 0,03 m3/s.m Trong đó: W : cường độ nước rửa lọc, W = 12 l/s.m2 d : khoảng cách giữa các tâm máng, d = 1.25 m l : chiều dài máng. L = 2m - Chiều rộng máng: m Trong đó: a : tỉ số giữa chiều cao hình chữ nhật với nửa chiều rộng của máng, theo quy phạm a = 1 – 1,5, chọn a = 1.5 K = 2,1 đối với tiết diện máng hình tam giác. - Chiều cao phần máng hình chữ nhật: → m - Lấy chiều cao phần đáy tam giác là hd = 0,15 m. Độ dốc đáy máng lấy về phía cuối bể là i = 0,01. Chiều dày thành máng là : dm = 0,08 m - Chiều cao toàn phần đầu máng thu nước rửa: Hd = hCN + hd + dm = 0,21 + 0,15 + 0,08 = 0,44 m - Chiều cao cuối máng: Hc = Hd + L x i = 0,46 + 2 x 0,05 = 0,54 Khoảng cách tối thiểu từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước tối thiểu là: Trong đó: L : chiều dày lớp vật liệu lọc, L = 0,8 m e : độ giãn nở tương đối, tra theo bảng 7 (TCXDVN 33: 2006) e = 30% Khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng nằm cao hơn lớp vật liệu lọc 0,25m. Vậy khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép thu nước phải là: = 0.54 + 0.25 = 0.81 m Tính tổn thất áp lực khi rửa bể lọc nhanh: - Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối bằng giàn ống khoan lỗ: Trong đó: v0 : tốc độ chảy ở đầu ống chính; v0 = 1.9 m/s vn : tốc độ chảy ở đầu ống nhánh; vn = 1.52 m/s g : gia tốc trọng trường; g = 9.81 m/s2 : Hệ số sức cản; → m - Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đở: Hđ = 0.22xLsxW Trong đó: Ls : chiều dài lớp sỏi đở; Ls = 0.8m W : cường độ rửa lọc; W = 12 l/s.m2 → Hđ = 0.22x0.8x12=2.11m - Tổn thất áo lực trong vật liệu lọc: hvl= (a + b x W) x L x e = (0.76 + 0.017 x 12) x 0.8 x 0.3 = 0.2m Với kích thước hạt d = 0.5 – 1mm; chọn a = 0.76, b = 0.017 Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc lấy bằng hbm = 2m → Vậy tổng tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là: ht = 3.42 + 2.11 + 0.2 + 2.0 = 7.83m Chọn máy bơm rửa lọc và bơm gió rửa lọc: - Chọn máy bơm rửa lọc Áp lực công tác cần thiết của máy bơm: Hr = hhh + hô + hp + hđ + hbm + hcb (m) Trong đó: hhh : là độ cao hình học từ cốt mực nước trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa (m) hhh = 3.7 + 4.0 – 2.0 +0.71 = 6.41 m ht = hô + hp + hđ + hbm = 7.83 m hcb = 2 – 2.5 m; chọn 2 m → Hr = 6.41 + 7.83 + 2 = 16.24 m Với: qrn = 0.06 m3/s = 216 m3/h Hr = 16.24 m → Chọn bơm Grundfos SP 215-1-A; Motor: MS 6000 – 15kW. - Chọn bơm gió rửa lọc: Với: qrg = 100 l/s = 6 m3/phút Hg = 3m → Chọn bơm gió Anlet * Đường ống xả kiệt: Lấy đường kính ống là D150 mm (quy phạm lấy từ 100 ¸ 200 mm) * Ống xã rửa lọc: Lấy đường kính D 200mm. Tính toán dây chuyền công nghệ 2 (Phương án 2) Giàn làm thoáng dùng máng răng cưa (chồng lên bể lắng tiếp xúc) * Diện tích mặt bằng của giàn làm thoáng: Trong đó: Q: lưu lượng cần xử lí = 50m3/h a : cường độ tưới (a = 8 – 10 m3/m2h) chọn 8m3/m2h → Chọn 2 giàn làm thoáng hình chữ nhật, diện tích một giàn mưa: m2 Mỗi giàn có kích thước 1.6 x 2 = 3.2m2. * Kiểm tra điều kiện lượng oxi hóa sắt: Thế oxy hóa khử yêu cầu sau khi khử sắt: (vol) (Áp dụng công thức X – 16 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của Trịnh Xuân Lai và Đồng Minh Thu) So sánh các gái trị yêu cầu và theo tính toán: > 0,79 v > 3 x 0,0715 0,79 v > 0,215 V Thỏa điều kiện oxy hóa sắt. * Cấu tạo giàn làm thoáng: - Hướng của giàn đặt vuông góc với hướng gió chính. - Hệ thống phân phối nước làm thoáng bằng máng răng cưa để: + Tiện lợi trong việc tháo rửa. + Tăng khả năng tiếp xúc giữa nước và không khí. Đặt 1 máng chính ở chính giữa giàn mưa, có tiết diện chữ u và chiều rộng của máng là: → Chọn B= 0,3m Trong đó: qm: lưu lượng xử lí của 1 giàn thoáng qm= 0,0139m3/s a : tỉ sốgiữa chiều cao và chiều rộng của máng (a= 1,5) K: hệ số phụ thuộc vào tiết diện máng (K=2) - Từ máng chính nước được đưa vào trong các máng nhánh, nối liền và vuông góc với máng chính. Máng nhánh có tiết diện hình chữ V: + Chiều dài mỗi nhánh là: 1,25m + Chiều rộng mỗi nhánh là: 0,2m + Máng nhánh có hệ thống răng cưa, tim 2 răng cưa cách nhau 35mm, cao 25mm. + Tim các máng cách nhau 0,4m. + Tim máng cách tường 0,3m. - Giàn làm thoáng có 2 sàn tung và có ngăn thu nước. + Khoảng cách 2 giàn tung là 0,7m. + Ngăn thu nước cao 0,7m. + Tỉ lệ lỗ sàn chiếm 35% diện tích măt sàn. Sàn tung được đặt cách với máng phân phối là 0,6m, sàn tung được làm bằng tre (Nữa cây tre đứng xếp cách mép nhau 5cm) Để có thể thu Oxy của khí trời, kết hợp với thoát khí CO2 ra khỏi giàn mưa, đồng thời đảm bảo nước không bị bắn ra ngoài, thiết kế hệ thống làm thông gió. Góc nghiêng của cửa chóp và mặt phẳng nằm ngang là 450, khoảng cách giữa hai lam là 0,2m. Sàn thu nước được đặt dưới đáy giàn mưa có độ dốc 0,04 về phía ống dẫn nước xuống bể lắng tiếp xúc. Bể lắng đứng tiếp xúc * Dung tích bể: Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý Q = 1000 m3/ngđ = 50 m3/h t: Thời gian nước lưu lại trong bể t = 30 – 45 phút (chọn t = 45 phút) * Chọn chiều cao vùng lắng của bể là 2,7 m Tốc độ nước dâng lên trong bể sẽ là: * Diện tích toàn phần của bể lắng tiếp xúc * Chọn 2 bể để tương ứng với số giàn mưa: F1bể * Chọn diện tích mỗi bể là 7m2, 2 bể sẽ là: 2 x 7 = 14 m2 * Lưu lượng nước của một bể lắng là: q1bể Tốc độ nước chảy qua ống trung tâm theo (TCXDVN 33: 2006 ) v = 0,5 – 0,7 m/s Chọn v = 0,5 m/s * Đường kính ống trung tâm là: → Chọn đường kính ống trung tâm 140 mm. * Tổng diện tích của mỗi bể có cả ống trung tâm F1=F1bể + → Chọn bể lắng tiếp xúc hình vuông kích thước 2.65 x 2.65 = 7.02 m2 * Chiều cao phần vùng lắng bằng 0,8 chiều cao phần hình trụ: Chọn chiều cao vùng lắng bằng 2,2 m Chiều cao phần hình nón: → Chọn Hn = 1.5m Trong đó: B: chiều rộng bể lắng (B = 2.65 m) D: đường kính ống trung tâm (D = 0,13 m) : góc nghiêng phần nón so với mặt phẳng nằm ngang = 50o * Tổng chiều cao của bể lắng * Nước dâng từ bể lắng tiếp xúc sang bể lọc bằng ống có đường kính D = 200 mm * Chiều cao xây dựng của cụm giàn mưa và bể lắng đứng tiếp xúc: Bể lọc nhanh tương tự Phương án 1 Tính toán sơ lược Phương án bổ sung: Ezector thu khí Lượng oxy hòa tan được vào nước theo sơ đồ gió nước đi cùng chiều tính theo công thức: Trong đó: - C0: hàm lượng oxy có sẵn trong nước trước khi làm thoáng ≈ 0 - Cs: hàm lượng oxy bão hòa trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và tổng hàm lượng muối chọn theo bảng: Lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước (g/cm3) Nhiệt độ nước (0C) 18 19 20 21 22 23 24 25 Cs (g/cm3) 9.5 9.4 9.2 9.0 8.8 8.7 8.5 8.4 Nhiệt độ trung binh ở Tp Hồ Chí Minh 27.550C → Có thể lấy Cs = 8.4 + KD: Hệ số truyện khí vào nước, phụ thuộc cào nhiệt độ. Tra bảng dưới: Hệ số KD dối với các chất khí Nhiệt độ (0C) 0 10 20 30 O2 0.00493 0.0398 0.0337 0.0296 CO2 1.710 1.23 0.942 0.738 H2S 4.690 3.65 2.87 - - Không khí 0.0288 0.0234 0.020 0.0179 → KD = 0.0179 - Năng suất truyền tách khí kỷ thuật: Đối với O2 va CO2: Trong đó: + A: Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa khí và nước tính bằng diện tích bề mặt phía trong thiết bị làm thoáng cộng với diện tích mặt rỗng của vật liệu có trang thiết bị tính bằng m2 + V: Thể tích thiết bị làm thoáng m3. Trong trường hợp lấy khí bằng Ezetor qua tháp Oxy hóa, hoặc dẫn trực tiếp vào bể lọc áp lực lấy K2 = 2x10-2 - Thời gian làm thoáng: Với Q: Lưu lượng nước Q = m3/s Q = 1000 m3/ngđ = m3/s V: Thể tích lưu nước và khí, từ điểm thu khí đến điểm xả khí ra, lấy V = 0.5 m3. → K2t = 2x10-2 x 208 = 4.16 - Tỷ lệ gió và nước → Hàm lượng Oxy trong nước sau làm thoáng: g/m3 Vậy: = 8.25 g/m3 Thừa để oxy hóa sắt II. Bể lọc khử sắt Khi tính toán – thiết kế bể lọc khử sắt phải thỏa mãn đồng thời hai yêu cầu: - Yêu cầu giữ lại cặn để làm trong nước. - Yêu cầu thời gian lưu nước đủ để hoàn thành quá trình oxy hóa và thủy phân sắt. Đặc tính lớp vật liệu lọc theo yêu cầu làm trong Tốc độ lọc tính toán Vật liệu lọc Cường độ lọc d nhỏ nhất d lớn nhất Hệ số không đều Chiều dày (m) Bình thường Tăng cường 0.8 1.8 1.5 ÷ 2 1 ≤ 7 10 Cát Nước+gió 2÷4 l/sm2. 50m3/m2h 1 2.2 1.5 ÷ 2 1.3 ≤ 9 12 2÷4 l/sm2 rữa nước - Yêu cầu thời gian tiếp xúc pH = 6.8 thời gian cần T = 15 phút = 0.25 giờ. Chiều dày lớp lọc 1m + 1/3 (chiều dày lớp vật nước trên bề mặt bể cát hoặc lớp nước dưới mặt vật liệu lọc nổi); h = 1 + 1.3 x 1 m - Vận tốc lọc: - Diện tích lọc: Tính lượng Clo cần dùng để khử trùng * Tính lượng Clo cần dùng: Phương pháp khử trùng nước bằng Clo lỏng, sử dụng thiết bị phân phối Clo bằng Clorator. Đối với nước ngầm lượng Clo dùng để khử trùng lấy bằng 0.7 - 1 mg/l (theo điều 6.162 TCVN 33-2006) → Chọn lượng Clo dùng để khử trùng bằng 1 mg/l. mg/l Lượng Clo dùng trong 1giờ: kg/h = 1.2 kg/ngày = 36 kg/tháng = 432 kg/năm Chọn số bình Clo dùng là 1 bình Lượng nước tính toán để cho Clorator làm việc lấy bằng 0,6 (m3/ kg.Clo) (theo điều 6.169 TCVN 33-2006). Lưu lượng nước cấp cho trạm Clo là: qcấp = 0,6 ´ qCl = 0,6 ´ 0.05 = 0.03 (m3/h) = 0.008 l/s Lượng Clo dùng trong 1 ngày: kg/ngày Lưu lượng nước tiêu thụ trong 1 ngày: Qcấp = 24´0.03 = 0.72 m3 Chọn số bình Clo dự trữ trong trạm đủ dùng trong 30 ngày. Lượng Clo dùng trong 30 ngày là: kg Trọng lượng thể tích của Clo lỏng là 1,4 T/m3 = 1,4 kg/l (theo trong điều 6.172 TCVN 33-2006). Nên tổng lượng dung dịch Clo là: Chọn bình clo lỏng dung tích 50 lít. * Cấu tạo nhà trạm: Trạm clo được xây cuối hướng gió. Trạm được xây dựng 2 gian riêng biệt: 1 gian đựng Clorator, 1 gian đặt bình clo lỏng, các gian có cửa thoát dự phòng riêng. Trạm được xây cách ly với xung quanh bằng các cửa kín, có hệ thống thông gió thường xuyên bằng quạt với tần suất bằng 12 lần tuần hoàn gió. Không khí được hút ở điểm thấp. Trong trạm có giàn phun nước áp lực cao, có bể chứa dung dịch trung hòa Clo, khi có sự cố dung tích bình đủ để trung hòa. Đường kính ống cao su dẫn Clo được tính theo công thức (6-30), điều 6.172 TCVN 33-2006 là: Trong đó: Q: Lưu lượng giây lớn nhất của khí Clo lỏng m3/s V: Vận tốc trong đường ống, lấy V= 0,8 m/s Vậy: m Chọn ống cao su có đường kính 5mm, được đặt trong ống lồng có độ dốc 0,01 đến thùng đựng Clo lỏng, ống không có mối nối. So sánh và lựa chọn phương án Về hiệu quả xử lý Ta thấy cả hai phương án 1 và phương án 2 và phương án bổ sung đều đạt hiệu quả xử lý nước, có chất lượng nước sau khi xử lý đáp ứng tiêu chuẩn nước cung cấp cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt của bộ Y tế - TCVN 1329. Về kinh tế Ta thấy trong dây chuyền công nghệ của phương án 2, số công trình phải xây dựng nhiều hơn ở phương án 1 là bể lắng đứng tiếp xúc, nên kinh phí xây dựng và quản lý theo phương án 2 sẽ lớn hơn phương án 1. Do đó ta chọn phương án 1 làm phương án thiết kế để tiết kiệm chi phí xây dựng và dễ quản lý nhà máy cấp nước (do số công trình ít – cấu tạo đơn giản). Còn Phương án sử dụng Ezector thu khí vào bể lọc áp lực chỉ dừng lại ở mức phương án bổ sung. Nếu có điều kiện sau này sẽ nghiên cứu để áp dụng cho thực tế sâu hơn, sẽ cho hiệu quả cao hơn về mặt chất lượng nước xử lý, vấn đề phù hợp công nghệ và về mặt kinh tế. Bể chứa nước sạch Dung tích bể chứa nước sạch: Chọn dung tích bể chứa nước sạch bằng 20% công suất của trạm xử lý: Wb = 20% x Qt Wb = 20% x 1000 = 200 m3 → Kích thước bể: L ´ B ´ H = 7(m) ´ 7(m) ´ 4 (m) MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC Nhu cầu dùng nước của Khu dân cư đã tính ở chương 4. Bảng thống kê lưu lượng dùng nước tiêu thụ cho Khu dân cư Hệ số dùng nước không điều hòa K giờ được xác định theo công thức 3- 4, điều 3.3 TCVN 33-2006. Chọn hệ số . Hệ số kể đến mức độ tiện nghi của ngôi nhà Theo TCVN 33-2006 Xác định - Hệ số kể đến số dân trong khu dân cư: Theo bảng 3.2, điều 3.3 TCVN 33-2006, ta có: Số dân (1.000 người) 6 10 βmax 1.4 1.3 Từ đó, nội suy với: 6.000 người Vậy: Lập bảng thống kê lưu lượng nước tiêu dùng (xem bảng 5-1), dựa vào hệ số không điều hòa giờ được khảo sát ở các đô thị Việt Nam 2002 ¸ 2003 (Phụ lục I – trang 204 – sách “Cấp nước đô thị” TS Nguyễn Ngọc Dung. Nhà xuất bản xây dựng). Bảng 5.1 Bảng thống kê lưu lượng dùng nước trong ngày Giờ trong Hệ số không Nước dùng Nước dùng Nước dùng Lượng nước Lượng nước Lưu lượng ngày điều hòa cho nhu cầu cho dịch vụ cho công nghiệp thất thoát bản thân tổng cộng sinh hoạt công cộng dịch vụ nhà máy K = 1.8 Q (m3/h) Q (m3/h) Q (m3/h) Q (m3/h) Q (m3/h) Q (m3/h) %Qng.đ 1 2 3 4 5 6 7 8 0-1 2.20 15.61 2.96 1.86 1.30 21.72 2.18 1-2 2.30 16.32 2.96 1.93 1.35 22.55 2.26 2-3 2.40 17.03 2.96 2.00 1.40 23.38 2.35 3-4 2.50 17.74 2.96 2.07 1.45 24.22 2.43 4-5 3.00 21.29 3.548 2.96 2.78 1.95 32.52 3.26 5-6 5.50 39.03 3.548 2.96 4.55 3.19 53.27 5.35 6-7 5.50 39.03 3.548 2.96 4.55 3.19 53.27 5.35 7-8 4.50 31.93 3.548 2.96 3.84 2.69 44.97 4.51 8-9 4.10 29.09 3.548 2.96 3.56 2.49 41.65 4.18 9-10 4.20 29.80 3.548 2.96 3.63 2.54 42.48 4.26 10-11 5.00 35.48 3.548 2.96 4.20 2.94 49.12 4.93 11-12 4.20 29.80 3.548 2.96 3.63 2.54 42.48 4.26 12-13 4.10 29.09 3.548 2.96 3.56 2.49 41.65 4.18 13-14 4.20 29.80 3.548 2.96 3.63 2.54 42.48 4.26 14-15 4.30 30.51 3.548 2.96 3.70 2.59 43.31 4.35 15-16 5.40 38.32 3.548 2.96 4.48 3.14 52.44 5.26 16-17 7.00 49.67 3.548 2.96 5.62 3.93 65.73 6.60 17-18 7.50 53.22 3.548 2.96 5.97 4.18 69.88 7.01 18-19 6.40 45.41 3.548 2.96 5.19 3.63 60.75 6.10 19-20 4.50 31.93 3.548 2.96 3.84 2.69 44.97 4.51 20-21 3.50 24.84 3.548 2.96 3.13 2.19 36.67 3.68 21-22 3.00 21.29 3.548 2.96 2.78 1.95 32.52 3.26 22-23 2.50 17.74 3.548 2.96 2.42 1.70 28.37 2.85 23-24 2.20 15.61 3.548 2.96 2.21 1.55 25.88 2.60 TC 100 709.6 70.96 70.96 85.2 59.6 996.32 100 Hình 5.1 Biểu đồ dùng nước khu dân cư Bà Điểm Chế độ làm việc của trạm bơm cấp II Trạm bơm cấp II được xây dựng ở trạm cấp nước, để bơm nước đã khử trùng từ bể chứa vào mạng đường ống. Chế độ bơm của trạm bơm cấp II được lựa chọn sao cho có đường làm việc gần với đường tiêu thụ nước. Trong mạng lưới cấp nước không sử dụng đài nước theo phương pháp truyền thống để tiết kiệm chi phí xây dựng và quản lý. Như vậy máy bơm cấp II sử dụng là bơm biến tần theo nhu cầu sử dụng nước của khu dân cư. Sơ lược về bơm biến tần: Biến tần là thành quả của sự phát triển kỹ thuật vi điều khiển và kỹ thuật bán dẫn. Biến tần có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau. Nguyên lý làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện (tụ DC link). Nhờ vậy, hệ số công suất cos (φ) của hệ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và bằng ít nhất là 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xuay chiều ba pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT ( transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn công suất hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Hệ thống điện áp xoay chiều ba pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, sự biến đổi tần số và điện áp phải tuân theo một luật nhất định tùy chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc 2 của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm / quạt do bản thân mômen cũng lại là hàm bậc 2 của điện áp. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. Với thiết kế này, hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống mạng và điều khiển ngược lại để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển áp suất  nước trên đường ống mạng theo đồ thị phụ tải ngày, tức là hệ thống sẽ điều khiển áp suất theo thời gian thực. Hệ thống có thể chuyển đổi qua lại giữa các motor bơm chạy với biến tần nhằm mục đích nâng cao tuổi thọ bơm, phục vụ bảo trì bảo dưỡng mà không làm gián đoạn sản xuất. Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước Vạch tuyến mạng lưới cấp nước - Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước: + Mạng lưới cấp nước phải bao trùm tất cả các điểm dùng nước trong phạm vi khu vực thiết kế. + Các tuyến ống chính phải kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới. + Các tuyến ống chính phải được liên hệ với nhau bằng các ống nối, tạo thành các vòng khép kín liên tục. Các vòng cũng nên có hình dạng kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới. + Các ống chính phải bố trí sao cho ít quanh co gấp khúc có chiều dài ngắn nhất, có chiều dài ngắn nhất và chảy thuận tiện nhất. + Các đường ống phải ít vượt qua các chướng ngại vật thiên nhiên như sông, hồ ,đường sắt, nút giao thông quan trọng hay những vùng có địa hình, địa chất xấu. + Kết hợp chặt chẽ giữa hiện tại và phát triển trong tương lai của khu vực. - Căn cứ theo quy hoạch của khu dân cư Bà Điểm – Hóc Môn, cũng như quy mô cấp nước, ta tính toán trên hai phương án: + Phương án 1: Mạng lưới vòng để cấp nước cho khu dân cư, đồng thời kết hợp với mạng lưới cụt. Toàn bộ mạng lưới chọn ống uPVC Bình Minh: Φ140, Φ110. Tổng cộng có 21 nút , 27 đoạn ống, 14 trụ cứu hỏa. + Phương án 2: Mạng lưới cụt cho toàn bộ mạng lưới. Toàn bộ mạng lưới chọn ống uPVC Bình Minh: Φ140, Φ110. Tổng cộng có 19 nút , 19 đoạn ống, 14 trụ cứu hỏa. - Khi thiết lập hệ thống phân phối nước dựa trên các yếu tố sau đây: + Đáp ứng đủ nước yêu cầu của đô thị và công nghiệp. + Áp suất phải đảm bảo tối thiểu cho điểm bất lợi nhất. + Cần bố trí các đường ống với đường kính thích hợp để tránh tổn thất nhiều và cũng có lợi cho kinh tế của đô thị cần xây dựng hệ thống cấp nước. + Vị trí đặt ống trên mặt cắt ngang đường phố do quy hoạch xác định, tốt nhất nên đặt trong vỉa hè. Khoảng cách nhỏ nhất trên mặt bằng tính từ thành ống đến các công trình phải đảm bảo theo các quy định. + Độ sâu đặt ống phải thỏa các yêu cầu sau: Không nông quá để tránh tác động cơ học và của thời tiết; không sâu quá để tránh đào đất nhiều, thi công khó, chiều sâu tối thiểu đặt ống thường lấy 0,8 m kể từ mặt đất đến đỉnh ống. + Khi ống có khả năng bị tác động cơ học cần đặt ống trong tuyến hoặc vỏ bao kim loại để tránh tác động cơ học và sửa chữa rõ ràng. Xác định các thông số ban đầu Để tính toán và kiểm tra thủy lực vào giờ dùng nước lớn nhất trong ngày (có cháy và không có cháy), ta sử dụng chương trình Epanet 2.0 mô phỏng thủy lực mạng lưới cấp nước. * Xác định lưu lượng dọc đường đưa về các nút: Khu dự án có nhiều đối tượng có yêu cầu lấy nước vào các giờ khác nhau, được trình bày trong bảng sau: Bảng 5.2 Thống kê đối tượng dùng nước vào các giờ trong ngày Sử dụng Q ngàyđêm ( m3/ngđ) Số giờ sử dụng Thời gian sử dụng Sinh hoạt 709.6 24 0h ¸ 24h ( phụ thuộc Kh) Dịch vụ công cộng 71 20 4h ¸ 24h Công nghiệp & dịch vụ 71 24 0h ¸ 24h Nước thất thoát 85.2 24 0h ¸ 24h Nước bản thân nhà máy 59.2 24 0h ¸ 24h * Tính toán cao trình các nút: Giả định cốt san nền tại nhà máy xử lý nước ngầm là +5.0 m. Địa hình khu dân cư có xu hướng cao hơn về hướng đi Tây Ninh (ngã tư Trung Chánh) và thấp hơn về hướng Tp Hồ Chí Minh (ngã tư An Sương) so với cốt san nền tại nhà máy xử lý. Trong mạng lưới có tổng cộng có 21 nút. Bảng 5.3 Bảng tính toán cao trình tại các nút Nút Cốt san nền Cao trình nút Nút Cốt san nền Cao trình nút 1 5.00 4.20 14 5.25 4.45 2 4.90 4.10 15 5.00 4.20 3 4.85 4.05 16 5.05 4.25 4 4.85 4.05 17 5.10 4.30 5 4.80 4.00 18 5.15 4.35 6 4.80 4.00 19 5.20 4.40 7 4.85 4.05 20 5.25 4.45 8 4.90 4.10 50 5.00 4.20 9 5.00 4.20 10 5.05 4.25 11 5.10 4.30 12 5.15 4.35 13 5.20 4.40 Ghi chú: Nút 50 là điểm cấp nước vào mạng lưới (nằm trong trạm xử lý). * Áp lực yêu cầu tại vị trí bất lợi: Theo quy hoạch khu đô thị, tầng cao trung bình nhà ở: n = 2 ¸ 4 tầng. Áp lực cần thiết tại ngôi nhà ở vị trí bất lợi: H = 4´4 + 4 = 4´4 + 4 = 20 (m) Do các nút được đặt thấp hơn mặt đất 0.8m nên áp lực cần thiết: 20+1 = 21 m. * Trạm bơm cấp II: - Trạm bơm cấp II được tính theo công suất phục vụ mạng lưới cấp nước đô thị vào giờ dùng nước lớn nhất 17 ¸ 18 giờ (theo bảng 4-1): m3/h Chọn số bơm làm việc và lưu lượng bơm: Gồm có 4 bơm trong đó có 3 bơm hoạt động (có 1 bơm chữa cháy) và 1 bơm dự phòng. Theo phương án bơm biến tầng (đã chọn ở trong phần 4.2.2). Hai bơm làm việc suốt 24 giờ. Bơm chữa cháy làm việc khi có cháy. Chọn lưu lượng bơm của 2 bơm hoạt động 24/24 bằng nhau và bằng lưu lượng của bơm chữa cháy, vậy lưu lượng mỗi bơm là: m3/h = qcc ≈10 l/s. - Áp lực trạm bơm cấp II: Áp lực trạm bơm cấp II được xác định dựa vào: Lưu lượng bơm vào mạng lưới của mỗi bơm qb = 10 l/s; Cao độ mực nước thấp nhất trong bể chứa là 1.2m (cốt đáy bể là 0.7m). Áp lực tối thiểu tại vị trí vị trí bất lợi 21m. => Từ chương trình Epanet, ta tìm được áp lực của mỗi bơm là Hb = 30m Chọn bơm thỏa mãn qb = 10 l/s và Hb = 30m. Với các thông số trên, tra trong catalog bơm Grundfos ta chọn bơm trục ngang NB 40 – 160 / 135 (50Hz - 4 Kw) kèm theo thiết bị biến tầng.Với các thông số của bơm như sau: qb = 10 l/s; Hiệu suất bơm: h = 68 % Hb = 30 m; Số vòng quay: n = 3500 v/ph Vậy chọn dàn bơm có 4 bơm (3 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng). Mỗi bơm có q = 10 l/s, H= 30 m. Hình 5.2 Đường đặc tính của bơm Grundfos NB 40-168/135 * Bể chứa nước: Nhằm đơn giản việc mô phỏng và đảm bảo áp lực trong mạng lưới cấp, ta tính với mực nước thấp nhất (1.5m) trong bể chứa trong thời gian mô phỏng. Tính toán th