Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước nhiễm phèn khu vực Đồng bằng sông Cửu Long - Công suất 1000m3/ ngày đêm

đổi ion, thẩm thấu ngược, siêu lọc, điện thẩm.Tuy nhiên trong điều kiện hiện nay chưa thể áp dụng những phương pháp này cho vùng sâu vùng xa đồng bằng sông Cửu Long. Ở những nơi này, thiết bị xử lý nước phèn phải có hiệu quả nhưng đơn giản, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện kinh tế và phong tục tập quán của đồng bào địa phương. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu về hiện tượng tương tác lỏng - rắn, gọi là hiệu ứng tích số tan, phương pháp loại ion tan trong nước mới gọi là phương pháp tích số tan (đã được Tiễn sĩ Nguyễn Bá Trinh công bố tại hội nghị môi trường quốc tế, Athens Hy Lạp năm 1995), sau một thời gian mày mò kiếm tìm, cuối cùng năm 1998, Tiến sĩ Nguyễn Bá Trinh đã tìm ra DS3 đáp ứng các điều kiện trên. Loại vật liệu này là một hỗn hợp khoáng đã được gia nhiệt ở nhiệt độ và thời gian thích hợp. Phần hữu cơ bổ sung bị than hóa làm cho hỗn hợp trở thành một khối rắn, đồng thời tạo cho vật liệu khả năng hấp phụ các chất hữu cơ.Các thí nghiệm thực tế về khả năng khử phèn của DS3 ở hệ lọc đơn giản đều cho thấy nước phèn ở Kênh Bobo và Mỹ An sau khi lọc đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt (kết quả này được cơ quan chức năng Bộ Y tế chứng nhận). So với kinh nghiệm dân gian dùng tro (hay dùng nhất là tro cây tràm), dùng thuốc muối, vôi để xử lý nước phèn vốn chỉ giúp giảm vị chua trong nước chứ không loại được kim loại nặng và các chất ô nhiễm khác, công nghệ thùng lọc nước phèn đơn giản sử dụng DS3 rõ ràng bảo đảm nguồn nước sinh hoạt an toàn hơn cho người dân. 1 - Nước phèn; 2 - Lớp lọc DS3; 3 - Lớp cát trong xô; 4 - Nước sạch ra ngoài Một thùng lọc đơn giản có cấu tạo như sau: Ngoài cùng là một thùng chứa nước lớn, bên trong là một xô nhựa úp ngược chứa cát. Đáy xô được nối với vòi dẫn nước lọc ra ngoài. Lớp DS3 trong thùng cao khoảng 50 cm, nằm phía ngoài xô cát. Nước phèn từ trên cao dội xuống, qua lớp DS3 để tăng pH và loại bỏ ion kim loại, qua tiếp lớp cát để làm trong và theo ống dẫn nước ra ngoài. Ngoài khả năng cố định sắt (II), mangan, nhôm, sunfat, DS3 còn giữ được các ion kim loại khác. Nhờ vậy, nó còn có thể được dùng để xử lý nước giếng, nước nhiễm flo, kim loại nặng cũng như nước lũ. Bản thân DS3 là hỗn hợp khoáng và chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học, nên an toàn cho người sử dụng và môi trường.Từ năm 2000 đến nay, loại thùng lọc đơn giản trên đã được lắp đặt rộng rãi cho hàng nghìn hộ dân ở tỉnh Long An, Đồng Tháp, Tiền Giang... nhờ đó rất nhiều người dân nghèo vùng sâu đồng bằng sông Cửu Long đã có nước sinh hoạt. Tuy nhiên, công suất thùng lọc thấp, không đáp ứng cho gia đình khi cần lượng nước lớn. Ngoài ra, do mùa mưa vùng này còn bị lũ, nên để có thể cấp nước quanh năm, cần có công nghệ tổng hợp xử lý cả nước phèn mùa khô, lẫn nước lũ mùa mưa. Trước đòi hỏi này, nhóm nghiên cứu tiếp tục thiết kế trạm xử lý nước phèn nước lũ, khắc phục được những nhược điểm nêu trên. Ba trạm như vậy (mỗi trạm có thể cấp nước cho khoảng 100 hộ dân) đã đi vào hoạt động ở xã Bình An và xã Tân Thành, huyện Thủ Thừa, Long An. Ước tính, nếu sử dụng DS3, người dân chỉ phải trả khoảng 2.000 đồng/m3 nước, rẻ hơn nhiều so với giá hiện hành. Sau khoảng 2 năm sử dụng mới cần thay vật liệu lọc. Hạt lọc nước DS3 (giải thưởng Sáng tạo KHCN Việt Nam - 2003) là sản phẩm tốt bảo vệ sức khỏe gia đình bạn. Với 50kg DS3 và vài thùng nhựa bạn có thể tạo nên thiết bị lọc nước cho gia đình trong thời gian từ 2 năm trở lên. Sơ đồ thùng lọc nước phèn cho gia đình Thùng lọc nước gia đình: Lắp ráp thùng lọc nước gia đình như hình vẽ. Thùng trên (70-100lít): chứa nước chưa xử lý. Quá trình lọc: Nước từ thùng trên theo ống dẫn xuống đáy thùng lọc (dưới). Từ đáy thùng dưới nước được thấm dần lên, qua các lớp cát, sau đó thấm qua lớp DS3, thấm tiếp qua lớp cát trên cùng, được lọc sạch và dẫn ra ngoài qua vòi có khóa. 1.3.5. Hệ thống lọc nước mặn, phèn, lợ,…bằng năng lượng mặt trời Khoa Cơ khí chế tạo máy, Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã nghiên cứu, ứng dụng thành công hệ thống lọc nước mặn, phèn, lợ, nước ao hồ hoặc nước bẩn.. tại vùng nông thôn đồng bằng sông Cửu Long bằng năng lượng mặt trời. Thiết bị có hình dáng là một cái hộp bằng tôn tráng kẽm, mặt đáy và mặt xung quanh được bọc lại bằng các vật liệu cách nhiệt có sẵn như trấu, mùn cưa, sợi thủy tinh... Mặt trên được che bằng tấm kính đặt nghiêng trong suốt dày 3-5 mm. Tấm hấp thụ bằng đồng nhôm… được dập các rãnh bán kính 10 mm. Các dây bấc được đặt vào các rãnh để dẫn nước từ thùng chứa vào bên trong thiết bị lọc.  Nguyên lý hoạt động của thiết bị lọc nước ở đây là sử dụng bức xạ mặt trời làm hơi nước bốc hơi. Hơi nước được ngưng tụ và lấy ra sử dụng. Trung bình, mỗi ngày với bề mặt hấp thụ 1m2, cường độ bức xạ trung bình 800 W/giờ, thiết bị lọc nước nhận được từ 6 - 7 lít nước sạch. CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NHIỄM PHÈN KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VỚI CÔNG SUẤT 1000M3/NGÀY ĐÊM 2.1. MỤC ĐÍCH CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC Quá trình xử lý nước với mục đích tăng pH, khử sắt, nhôm, mangan,…phù hợp với tiêu chuẩn về chất lượng nước cấp cho sinh hoạt. Cung cấp số lượng nước đầy đủ và an toàn về mặt hoá học, vi trùng học để thỏa mãn các nhu cầu về ăn uống sinh hoạt, dịch vụ, sản xuất công nghiệp và phục vụ sinh hoạt công cộng của các đối tượng dùng nước. Cung cấp nước có chất lượng tốt, không chứa các chất gây vẩn đục, gây ra màu, mùi vị của nước. 2.2. CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC 2.2.1. Các chỉ tiêu đặc trưng của nước phèn STT Các chỉ tiêu Số mẫu phân tích Trước xử lý Sau xử lý 1. pH 25 - 100 2,5 - 5,2 6,92 - 7,20 2. Sắt II 25 - 100 0,8 - 30 0,0 - 0,1 3. Mangan 25 - 100 0,0 - 5,0 0,0 - 0,03 4. Nhôm 25 - 120 0,5 - 3,0 0,0 - 0,01 5. Magiê 25 - 100 3,0 - 8,5 2,5 - 20 6. Đồng 25 - 100 0,0 - 0,01 0,0 - 0,002 7. Sunphat 25 - 100 25 - 500 7 - 400 8. Clorua 25 - 100 24 - 200 20 - 190 9. Nitrat 25 - 100 1 - 3 0,2 - 1,0 10. Amoni 25 - 100 00 00 2.2.2. Phương án 1 Trạm bơm cấp 1 Bể phản ứng Bể lắng ngang Bể trộn thuỷ lực Bể tiếp nhận Bể lọc nhanh Bể chứa PP ra mạng Trạm bơm cấp 2 Châm hoá chất Sân phơi bùn Bùn xả cặn Bể thu hồi nước rửa lọc Nước sau rửa Bùn Đường nước thu hồi Nước rửa lọc Châm chlore khử trùng Thuyết minh sơ đồ Nước thô được trạm bơm cấp I đưa vào đường ống chuyển tải nước thô đến bể tiếp nhận đầu dây chuyền xử lý. Tại bể phân chia lưu lượng, nước được châm dung dịch vôi bão hòa để ổn định pH và dung dịch phèn 10% bằng bơm định lượng sau đó chảy sang bể trộn thuỷ lực, vào bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng. Sau khi được đưa vào bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng, nước xử lý tự chảy sang vùng lắng của bể lắng ngang qua tường tràn. Tại đây bông cặn sẽ được lắng xuống đáy bể, được hút vào, xả định kỳ ra ngoài, có sự hỗ trợ của hệ thống cào cặn tự động. Nước sau khi lắng được thu trên bề mặt và dẫn sang bể lọc nhanh. Nước đi từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc, các hạt cặn nhỏ không lắng được sẽ bị giữ lại. Tốc độ lọc được điều chỉnh bằng xiphông đồng tâm. Kết quả là nước sau lọc được làm trong hoàn toàn và tự chảy sang bể chứa nước sạch. Dung dịch Chlore được châm vào đầu bể chứa để khử trùng, đảm bảo nồng độ Chlore dư ổn định khoảng 0,3 – 0,5 mg/l trước khi các máy bơm cấp II bơm nước đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. Đánh giá phương án  Ưu điểm: Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng có hiệu quả cao, cấu tạo đơn giản, không cần máy móc cơ khí, không tốn chiều cao xây dựng. Sử dụng bể lắng ngang giúp thuận lợi trong quá trình quản lý, vệ sinh bể, đặc biệt vào mùa mưa. Nhược điểm: Bể phản ứng có lớp cặn lơ lửng thường khởi động chậm, lớp cặn lơ lửng được hình thành và làm việc có hiệu quả chỉ sau 3 – 4 h làm việc. Sử dụng xiphông điều khiển tốc độ lọc. Do đó, sự ổn định của bể lọc phụ thuộc lớn vào chất lượng xiphông. 2.2.3. Phương án 2 Trạm bơm cấp 1 Bể trộn thuỷ lực Bể tiếp nhận Bể lọc tiếp xúc Bể chứa PP ra mạng Trạm bơm cấp 2 Châm hoá chất Sân phơi bùn Bể thu hồi nước rửa lọc Nước sau rửa Bùn xả Đường nước thu hồi Nước rửa lọc Châm chlore khử trùng Thuyết minh sơ đồ Nước thô được trạm bơm cấp I đưa vào đường ống chuyển tải nước thô đến bể tiếp nhận đầu dây chuyền xử lý. Sau đó nước từ bể tiếp nhận chảy qua bể trộn. Dung dịch vôi bão hòa để ổn định pH và dung dịch phèn 10% được châm bằng bơm định lượng trực tiếp vào đường ống trước khi vào bể trộn. Hỗn hợp nước phèn sau khi qua bể trộn vào thẳng bể lọc tiếp xúc. Trong bể lọc tiếp xúc, quá trình lọc xảy ra theo chiều từ dưới lên trên. Nước đã pha phèn theo ống dẫn nước vào bể theo hệ thống phân phối nước lọc, qua lớp cát lọc rồi tràn vào máng thu nước và theo đường ống dẫn nước sạch sang bể chứa. Khi rửa bể lọc tiếp xúc, nước rửa theo đường ống rửa và gió theo đường ống dẫn gió vào hệ thống thổi tung lớp cát lọc, mang cặng bẩn tràn vào máng thu nước rửa và chảy vào máng thu nước. Dung dịch Chlore được châm vào đầu bể chứa để khử trùng, đảm bảo nồng độ Chlore dư ổn định khoảng 0,3 – 0,5 mg/l trước khi các máy bơm cấp II bơm nước đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. Đánh giá phương án  Ưu điểm: Bể lọc tiếp xúc có khả năng chứa cặn cao. Chu kỳ làm việc kéo dài. Dây chuyền công nghệ này không cần có bể phản ứng và bể lắng trước khi sang bể lọc tiếp xúc. Đơn giản hoá dây chuyền công nghệ xử lý. Nhược điểm: Tốc độ lọc bị hạn chế nên diện tích bể lọc lớn. Hệ thống phân phối nước lọc hay bị tắc, nhất là trường hợp trong nước có chứa nhiều sinh vật và phù du rong tảo. Phương án 3 Trạm bơm cấp 1 Bể lắng có lớp cặn lơ lửng Bể trộn thuỷ lực Bể tiếp nhận Bể lọc nhanh Bể chứa PP ra mạng Trạm bơm cấp 2 Châm hoá chất Sân phơi bùn Bể thu hồi nước rửa lọc Nước sau rửa Bùn Đường nước thu hồi Nước rửa lọc Châm chlore khử trùng Thuyết minh sơ đồ Nước thô được trạm bơm cấp I đưa vào đường ống chuyển tải nước thô đến bể tiếp nhận đầu dây chuyền xử lý. Tại bể phân chia lưu lượng, nước được châm dung dịch vôi bão hòa để ổn định pH và dung dịch phèn 10% bằng bơm định lượng sau đó chảy sang bể trộn thuỷ lực, vào bể lắng có lớp cặn lơ lửng. Khi đi qua lớp cặn ở trạng thái lơ lửng, các hạt cặn tự nhiên có trong nước sẽ va chạm và kết dính với các hạt cặn lơ lửng, sau đó được giữ lại. Kết quả là làm trong nước. Tại đây bông cặn sẽ được lắng xuống đáy bể, được hút vào, xả định kỳ ra ngoài, có sự hỗ trợ của hệ thống cào cặn tự động. Nước sau khi lắng được thu trên bề mặt và dẫn sang bể lọc nhanh. Nước đi từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc, các hạt cặn nhỏ không lắng được sẽ bị giữ lại. Tốc độ lọc được điều chỉnh bằng xiphông đồng tâm. Kết quả là nước sau lọc được làm trong hoàn toàn và tự chảy sang bể chứa nước sạch. Dung dịch Chlore được châm vào đầu bể chứa để khử trùng, đảm bảo nồng độ Chlore dư ổn định khoảng 0,3 – 0,5 mg/l trước khi các máy bơm cấp II bơm nước đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. Đánh giá phương án  Ưu điểm: Toàn bộ dây chuyền được xây dựng theo cao trình tính toán, do đó hạn chế số lượng bơm sử dụng. Không cần xây dựng bể phản ứng. Hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn. Nhược điểm: Bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý chặt chẽ, đòi hỏi công trình làm việc suốt ngày đêm, rất nhạy cảm với sự dao động của lưu lượng và nhiệt độ của nước. Sử dụng xiphông điều khiển tốc độ lọc. Do đó, sự ổn định của bể lọc phụ thuộc lớn vào chất lượng xiphông. 2.2.5. Phương án 4 Bể làm thoáng Bể trộn Bể lắng sơ bộ Song chắn rác Nước nhiễm phèn Châm hoá chất Bùn Đường nước thu hồi Bể lắng đợt 2 Bể lọc nhanh Bể chứa PP ra mạng Trạm bơm cấp 2 Sân phơi bùn Bùn xả cặn Bể thu hồi nước rửa lọc Nước sau rửa Nước rửa lọc Châm chlore khử trùng Thuyết minh sơ đồ Nước nhiễm phèn được đưa qua song chắn rác để loại bỏ các rác có kích thước lớn. Nước thu được dẫn qua bể làm thoáng (giàn mưa) nhằm giảm bớt hàm lượng sắt II. Tại bể phân chia lưu lượng, nước được châm dung dịch vôi bão hòa để ổn định pH và dung dịch phèn 10% bằng bơm định lượng sau đó chảy sang bể trộn thuỷ lực, rồi tự chảy sang vùng lắng của bể lắng ngang qua tường tràn. Tại đây bông cặn sẽ được lắng xuống đáy bể, được hút vào, xả định kỳ ra ngoài, có sự hỗ trợ của hệ thống cào cặn tự động. Nước sau khi lắng được thu trên bề mặt và dẫn sang bể lọc nhanh. Nước đi từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc, các hạt cặn nhỏ không lắng được sẽ bị giữ lại. Tốc độ lọc được điều chỉnh bằng xiphông đồng tâm. Kết quả là nước sau lọc được làm trong hoàn toàn và tự chảy sang bể chứa nước sạch. Dung dịch Chlore được châm vào đầu bể chứa để khử trùng, đảm bảo nồng độ Chlore dư ổn định khoảng 0,3 – 0,5 mg/l trước khi các máy bơm cấp II bơm nước đến các hộ tiêu thụ qua hệ thống ống chuyển tải phân phối. Đánh giá phương án  Ưu điểm: Có bố trí thêm song chắn rác để loại trừ vật nổi, các vật có kích thước lớn tránh ảnh hưởng đến các công trình đơn vị sau. Bể làm thoáng (giàn mưa) có tác dụng nâng cao hiệu quả khử sắt, mangan. Sử dụng bể lắng ngang giúp thuận lợi trong quá trình quản lý, vệ sinh bể, đặc biệt vào mùa mưa. Nhược điểm: Sử dụng xiphông điều khiển tốc độ lọc. Do đó, sự ổn định của bể lọc phụ thuộc lớn vào chất lượng xiphông. CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CỦA PHƯƠNG ÁN 4 3.1. SONG CHẮN RÁC Vị trí: Song chắn rác đặt ở cửa dẫn nước vào công trình thu. Nhiệm vụ: Loại trừ vật nổi, vật trôi lơ lửng trong dòng nước để bảo vệ các thiết bị và nâng cao hiệu quả làm sạch của các công trình xử lý. Vật nổi và vật lơ lửng trong nước có kích thước như các que tăm nổi, hay nhánh cây con khi đi qua máy bơm vào các công trình xử lý có thể bị tán nhỏ hay thối rửa làm tăng hàm lượng cặn và độ màu của nước. Tính toán song chắn rác Diện tích công tác của song chắn rác F = k1 k2 k3 Q: Lưu lượng công trình (m3/s). Q = 1000 m3/ngày đêm = 0,0116 m3/s Vtb: vận tốc trung bình nước chảy qua song chắn rác (m/s) Theo tiêu chuẩn ngành Vtb = 0,4 – 0,8 m/s Do dùng ống tự chảy nên dùng Vtb = 0,6 m/s. k1: hệ số co hẹp do các thanh thép k1 = a: Khoảng cách giữa các thanh thép Theo sách công trình thu nước trạm bơm cấp thoát nước của Lê Dung a = 40 - 50 mm. Chọn a = 40 mm Ta chọn thép tròn bằng song chắn rác d: Đường kính thanh thép. Chọn d = 10 mm (công trình thu nước trạm bơm cấp thoát nước của Lê Dung) k1 = = 1,25 k2: hệ số co hẹp do rác bám ở song, thường lấy k2 = 1,25 k3: hệ số kể đến ảnh hưởng hình dạng của thanh thép. k3 = 1,1 F = 1,251,251,1 = 0,0332 (m2) 3.2. GIÀN MƯA 4 5 6 10 11 8 9 7 2 3 1 1. Ống dẫn nước lên giàn mưa 2. Máng chính chữ U 3. Máng nhánh chữ V có răng cưa 4. Lá chớp 5. Sàn tung 6. Ngăn thu nước 7. Ống dẫn nước vào bể tiếp xúc 8. Ống trung tâm 9. Máng thu 10. Ống dẫn nước sang bể lọc 11. Ống xả cặn Nhiệm vụ: khử CO2 trong nước. Làm giàu oxy cho nước tạo điều kiện để Fe2+ oxy hoá thành Fe3+. Dạng giàn mưa: làm thoáng tự nhiên. Chọn cường độ tưới là qm = 10 m3/m2.h, diện tích bề mặt cần cho giàn mưa: m2 Chọn diện tích mặt bằng cho giàn mưa là: dài x rộng = 3 m x 1,4 m. Chia giàn mưa thành 2 ngăn có kích thước dài x rộng = 1,5 m x 1,4 m. Diện tích toàn bộ giàn mưa tính lại là: (1,5 x 1,4) x 2 = 4,2 m2. Số sàn tung: 3. Chọn khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7 m. Chiều cao phần làm thoáng là 0,7 x 3 = 2,1 m. Chọn sàn tung là các tấm inox có kích thước 1 x 1 m. Cần sử dụng là 4 tấm inox cho một sàn tung. Trên mỗi sàn tung khoan 4 x 4 = 16 lỗ. Hệ thống thu, thoát khí và ngăn nước: 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 bắn ra ngoài, ta bố trí hệ thống cửa chớp làm bằng bêtông cốt thép. Góc ngiêng giữa các chớp với mặt phẳng nằm ngang là 450, khoảng cách giữa 2 cửa chớp kế tiếp là 200 mm với chiều rộng mỗi cửa là 200 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. Các cửa chớp này được xây dựng cách các mép ngoài của sàn tung 0,6 m. Sàn thu nước: được đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc 0,02 về phía ống dẫn nước xuống bể trộn. Kết cấu sàn thu là bêtông cốt thép. Hệ thống ống thu nước và xả cặn của giàn mưa: ống thu nước đặt ở đáy sàn thu nước cao hơn mặt đáy sàn ít nhất là 200 mm để ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình phía sau. Số ống dẫn tuỳ thuộc vào số bể trộn sẽ sử dụng, ở hệ thống xử lý mới nàyta sẽ sử dụng 2 bể trộn đứng, như vậy có 2 ống dẫn nước sau bể trộn. Vận tốc nước trong ống dẫn theo quy định lấy từ 1 – 1,5 m/s, chọn vận tốc này là 1 m/s. Diện tích ống dẫn nước là: m2 Đường kính ống dẫn là: m Chọn ống dẫn có đường kính là 125 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống: m/s Đối với ống xả cặn nên bố trí mỗi ngăn có 1 ống xả cặn, ống này có thể lấy là ống PVC, đường kính ống tuỳ thuộc vào vận tốc trong ống và lượng nước cần xả khi tiến hành rửa giàn mưa (theo quy định đường kính ống xả từ 100 – 200 mm). Ống này đặt sát dưới sàn để thu cặn và xả nước khi làm vệ sinh giàn mưa. Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính 150 mm, mỗi ngăn có 1 ống xả cặn, đặt ở giữa ngăn và sát sàn thu nước, phía đáy thấp. Toàn giàn mưa có 2 ống xả cặn. Hệ thống phân phối nước: chọn mỗi ngăn của giàn mưa có 1 ống dẫn nước chính có đường kính 60 mm, vận tốc nước trong mỗi ống dẫn nước chính là: m/s (theo quy phạm vận tốc này nằm trong khoảng 0,8 – 1,2 m/s) Trên 1 ống dẫn chính lên 1 ngăn của giàn mưa ta sắp xếp các ống phân phối chính. Chọn khoảng cách giữa 2 ống phân phối chính là 0,5 m. Như vậy trên 1 ngăn của giàn mưa có 3 ống phân phối chính trên các ống phân phối chính này có các ống nhánh được nối với ống phân phối chính theo hình xương cá, ống phân phối chính có chiều dài bằng chiều rộng của giàn mưa là 1,4 m. Chọn vận tốc nước chảy trong các ống phân phối chính là 1 m/s (theo quy phạm vận tốc này nằm trong khoảng 1 – 1,2 m/s). Đường kính của các ống phân phối chính là: m = 73 mm Chọn các ống phân phối chính là các ống có đường kính là 75 mm, kiểm tra lại vận tốc nước trong các ống phân phối chính: m/s (nằm trong khoảng vận tốc cho phép) Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là 300 mm (theo quy phạm khoảng cách này lấy từ 250 – 300 mm). Như vậy số ống nhánh phân phối trên 1 ống phân phối chính là: ống Chọn trên 1 ống phân phối chính có khoảng 10 ống nhánh. Chọn vận tốc nước trong các ống nhánh là 2 m/s (theo quy phạm vận tốc này lấy trong khoảng 1,8 – 2 m/s). Lượng nước vào các ống nhánh là: m3/s Như vậy đường kính ống nhánh là: m = 16,2 mm Chọn ống nhánh có đường kính 16 mm.Kiểm tra lại vận tốc nước trong các ống nhánh: m/s (nằm trong khoảng vận tốc cho phép) Tổng diện tích lỗ trên 1 ống nhánh theo quy phạm chọn từ 30 – 35% diện tích tiết diện ngang của ống chính, chọn tỷ lệ này là 35%. Tổng diện tích lỗ phun: Tổng diện tích lỗ = m2 Chọn đường kính lỗ phun mưa là 10 mm (theo quy phạm đường kính này từ 10 – 12 mm). Số lỗ phun mưa trên 1 ống nhánh là: Số lỗ = Tổng diện tích lỗ / Diện tích một lỗ = lỗ Ngoài các bộ phận chính trên thì giàn mưa còn được bố trí các vòi nước và ống cao su để thau rửa giàn mưa. Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước, thời gian làm thoáng nước tính sơ bộ theo thời gian nước rơi trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa (bỏ qua thời gian nước đọng lại trên các sàn tung): s Tổn thất thuỷ lực qua giàn mưa: do nước rơi tự do trên giàn mưa nên ta chọn sơ bộ tổn thất thuỷ lực của nước qua giàn mưa là 0,5 m. 3.3. BỂ TRỘN THUỶ LỰC Nhiệm vụ: trộn đều nước, clo và vôi. Cấu tạo: bể có đáy dạng hình chóp, mặt bằng hình vuông. Nguyên lý hoạt động: Nước từ bể lắng sơ bộ được đưa vào đáy bể trộn rồi dâng lên trên bề mặt bể trộn, tràn qua máng thu nước dẫn qua bể lắng đợt 2. Nhờ vào quá trình di chuyển của nước từ dưới ngược lên trên mà vôi, clo và nước xảy ra các phản ứng đối với sắt và mangan. Mục đích chính của bể trộn là để trộn đều nước với hoá chất để xảy ra các phản ứng. Nước ra khỏi bể trộn được đưa sang bể lắng để thu hồi các cặn tạo ra từ các phản ứng này (chủ yếu là cặn Fe(OH)3). Đối với hệ thống xử lý này sử dụng vôi nên ta sử dụng loại bể trộn đứng. Xây dựng tối thiểu 2 bể trộn đứng phòng khi có sự cố thì hệ thống xử lý vẫn tiếp tục hoạt động. Chọn loại bể trộn đứng là loại bể trộn có mặt bằng hình vuông vì loại này dễ xây dựng hơn loại bể có mặt bằng hình tròn. Chọn vận tốc dòng nước đưa vào phía đáy là 1 m/s (theo quy phạm vận tốc này trong khoảng 1 – 1,5 m/s). Đường kính dẫn ống nước vào: m = 122 mm Chọn đường kính ống dẫn nước vào là: 125 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống dẫn nước vào: m/s (vẫn nằm trong khoảng vận tốc cho phép) Diện tích mặt bằng của bể trộn tính theo vận tốc nước dâng lên trong bể là 25 mm/s = 0,025 m/s. m2 Chọn mặt bằng của bể là hình vuông có kích thước 0,7 m x 0,7 m. Kiểm tra lại vận tốc nước dâng trong bể: m/s Chọn bể trộn là loại bể hở nhằm mục đích dễ kiểm tra và quan sát trong lúc vận hành đồng thời cũng để thoát khí CO2, khí này được tạo ra khi oxy tiếp xúc với Fe2+, nếu bể không để hở thoát khí thì nước sang bể lắng sẽ có những bọt khí nhỏ ảnh hưởng không tốt đến quá trình lắng. Nước sau khi trộn được thu bằng máng vòng quanh bể, vận tốc nước chảy trong máng lấy theo quy phạm là 0,6 m/s. Tính chiều cao bể trộn Do đường kính trong ống dẫn nước từ giàn mưa sang bể trộn là 125 mm nên đường kính ngoài của ống dẫn nước vào bể trộn là 140 mm. Do đó diện tích đáy bể (chỗ nối với ống sẽ là): m2 Chọn góc nón = 400 thì chiều cao phần hình tháp dưới đáy bể là: m Trong đó : bt - bề rộng của bể 0,7 m bd - bề rộng ống dẫn nước vào 0,14 m Thể tích phần hình tháp của bể trộn là: m3 Trong đó: ft - diện tích bề mặt của bể trộn fd - diện tích phần đáy của bể trộn (chỗ nối với ống dẫn nước vào) Thể tích toàn phần của bể với thời gian lưu nước lại bể là 1,5 phút = 90 s: W = Q x t = 0,0116 x 90 = 1,044 m3 Thể tích phần trên (hình hộp) của bể là: Wt = W – Wd = 1,044 – 0,15 = 0,894 m3 Chiều cao phần trên của bể là: m Chọn chiều cao phần trên này là 1,8 m. Chiều cao của toàn bể trộn là (chiều cao này chưa kể đến chiều cao an toàn từ mặt sàn công tác đến mặt bể trộn): h = ht + hd = 1,8 + 0,784 = 2,584 m Chọn vận tốc nước từ bể trộn sang bể lắng là 0,8 m/s (theo quy phạm vận tốc này nằm trong khoảng 0,8 – 1 m/s). Diện tích máng thu xung quanh bể trộn là: m2 Chọn máng thu nước có diện tích là rộng x cao = 0,6 m x 0,6 m. Chọn chiều cao sàn công tác cách mặt bể trộn cũng như cách mặt máng thu nước 0,3 m. Đường kính ống dẫn nước từ bể trộn sang bể lắng là: m = 136 mm Chọn ống dẫn có đường kính 140 mm. Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống: m/s (nằm trong khoảng vận tốc cho phép) Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể trộn: Thể tích của bể trộn là: W = Wt + Wd = 1,8 x 0,7 x 0,7 + 0,15 = 1,032 m3 Thời gian lưu nước trong bể trộn là (thời gian trộn): 1,5 phút Tính tổn thất thuỷ lực qua bể trộn: m Trong đó: H - tổn thất thuỷ lực qua bể trộn G – gradient tốc độ đối với bể trộn thuỷ lực chọn G = 300 l/s. - độ nhớt động học của nước ở 250C là 0,85 m2/s V - thể tích bể trộn V = 1,032 m3 Q – lưu lượng nước qua bể trộn. Q = 1000 m3/ngày đêm = 0,0116 m3/s g – gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 3.4. BỂ LẮNG ĐỢT 2 - BỂ LẮNG NGANG Nhiệm vụ: lắng đọng các bông cặn sinh ra trong các phản ứng, gồm cặn vôi và các cặn được tạo ra trong quá trình oxy hóa sắt và mangan. Tăng thời gian để các phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn. Cấu tạo là dạng bể ngang thu nước cuối. Nguyên lý hoạt động: Nước từ bể trộn được dẫn qua buồng phân phối đầu bể lắng sau đó đi qua các lỗ trên vách ngăn và chảy qua vùng lắng, tại đây các phản ứng oxy hóa tiếp tục xảy ra và tạo kết tủa rồi lắng xuống đáy bể lắng cùng với cặn vôi, nước sau khi đi từ đầu bể đến cuối bể sẽ qua các lỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước cuối dẫn vào mương thu nước và phân phối nước đi vào bể lọc. Cặn lắng sẽ được định kì xả ra ngoài bằng áp lực thủy tĩnh qua giàn ống thu xả cặn. Q = 1000 m3/ngày đêm = 41,67 m3/h Dựa vào Biểu đồ phân bố vận tốc lắng, chọn R = 90% - hiệu quả lắng cặn è uo = 0,4 mm/s. Tiến hành xây dựng hai bể đơn nguyên liền kề, lưu lượng phân bố đều vào hai bể. Điều này giúp dây chuyền vẫn hoạt động khi cần tạm dừng một bể để sửa chữa. Tiết diện mỗi bể: F = = = 14,47 m2 Chọn L = 4B B = = = 1,9 m è L = 1,94= 7,6 m Chọn H = 2 m Vậy các tính toán thủy lực cần tính theo h = 1m. Vận tốc nước vào: v = = 3,05.10-3 m/s Bán kính thủy lực: R = = 0,5 m Nhiệt độ nước t = 20oC è υ = 1,01.10-6 m2/s độ nhớt động học nước Re = = 1510 Fr = = 18,9610-5 > 10-5 è Đảm bảo hiện tượng ổn định dòng Thời gian nước lưu: T = . 2 = 1,39 h Tính toán máng thu nước bề mặt Tổng chiều dài máng thu cần thiết cho một bể: L = = 1,45m Lấy tròn chiều dài L = 2 m Bể lắng được chia làm 2 ngăn. Tiến hành đặt mỗi ngăn một máng thu Chiều dài mỗi máng: l = = 1 m Tải trọng máng thu: q = = 2,8.10-3 m3/s. m q = 2,8 l/s.m thỏa điều kiện 1 < q < 3 l/s.m è Đạt điều kiện tải trọng thu nước. Vậy, đặt mỗi ngăn một máng thu nước, chiều dài l = 1 m, tải trọng q = 2,8 l/s.m. Xả cặn Bể có 0,3 m là chiều cao lớp bùn và lớp trung hòa. Đáy bể lắng có độ dốc i= 2% về phía đầu bể nhằm thu cặn tốt hơn.