Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước chua phèn khu vực đồng bằng sông Cửu Long với công suất 1000m3/ngày đêm

MỞ ĐẦU Nước ta có nguồn nước thiên nhiên khá dồi dào. Tuy nhiên hiện nay phần lớn trong số đó đều bị ô nhiễm nghiêm trọng vấn đề này làm cho nguồn nước sạch ngày càng khan hiếm để sử dụng cho mục đích ăn uống sinh hoạt… Một trong những vấn đề nan giải và chiếm phạm vi khá rộng đó là nước bị chua phèn. Đặc biệt ở đồng bằng Sông Cửu Long, người dân nơi đây nhiều năm nay phải tiếp xúc trực tiếp với nguồn nước này. Nước chua phèn đã gây nhiều bất tiện trong sinh hoạt của người dân như làm vàng ố tất cả các vật chứa đựng nước và cả quần áo, nguy hại hơn nếu dùng nước này lâu ngày sẽ ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người. Xuất phát từ vấn đề thực tế trong cuộc sống, nhóm quyết định chọn đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước chua phèn khu vực đồng bằng sông Cửu Long với công suất 1000 m3/ngàyđêm” với mục đích góp một phần nhỏ tham gia vào công việc xử lý nguồn nước ở vùng sông nước để đem lại cuộc sống sinh hoạt thoải mái cho người dân. Đề tài này thực ra được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm và đã tiến hành xây dựng khá nhiều công trình xử lý, hiện nay đã có một số công trình được áp dụng trong cộng đồng dân cư và cũng đã đem lại hiệu quả bước đầu, dù vậy nhóm vẫn quyết định chọn đề tài. Khi tiến hành xây dựng đề tài, nhóm đã dựa trên các phương pháp thu thập thông tin, tra cứu số liệu, tìm hiểu tiếp cận thực tế, tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước chua phèn đạt tiêu chuẩn cấp cho sinh hoạt. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC PHÈN Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1.1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1.1.1. Vị trí địa lý Đồng bằng sông Cửu Long nằm cuối của lãnh thổ Việt Nam thuộc hạ lưu sông Mêkông, gồm 1 thành phố Cần Thơ (trực thuộc trung ương) và 12 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp, Vĩnh Long, Bến Tre, Trà Vinh, Hậu Giang, Sóc Trăng, An Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cà Mau. Là kết quả của sự bồi đắp phù sa từ 2 nhánh sông Tiền sông Hậu của sông Cửu Long và vẫn tiếp tục lấn ra biển, nhất là mũi Cà Mau.
 Phía tây là vùng Đông Nam Việt, phía bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam là vịnh Thái Lan, phía Đông Nam là biển Đông. Đồng bằng sông Cửu Long nằm trong khu vực có đường giao thông hàng hải và hảng không quốc tế quan trọng giữa Đông Nam Á, Đông Á cũng như Châu Úc và các quần đảo khác trong Thái Bình Dương. 1.1.2. Điều kiện tự nhiên Địa hình: thấp và bằng phẳng, chủ yếu là đồng bằng phù sa trẻ bồi đắp bởi sông Mêkông rất ít đồi núi dọc theo biên giới Việt - Miên (vùng phù sa cổ từ An Giang tới Hà Tiên). Vùng gò cao ven sông Tiền và sông Hậu (cao 1 - 3m). Vùng giồng cát ven biển (cao 1 - 5m). Diện tích: 39.734 km2 (khoảng 4 triệu ha), chủ yếu là đất phù sa ngọt (1,2 triệu ha), đất nhiễm mặn và phèn chiếm 2,5 triệu ha; phần lớn là vùng rừng ngập mặn ven biển và Cà Mau. Đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 16 triệu dân, là vùng kinh tế trọng điểm nông nghiệp lớn nhất nước, có sông Cửu Long (Mêkông) là nơi cung cấp nước sản xuất sinh hoạt chính trong vùng. Hệ thống sông rạch chằng chịt thuộc 2 con sông chính của sông Mêkông (dài 3650 km, diện tích toàn lưu vực: 600.000km2) là sông Tiền và sông Hậu. Lưu lượng: bình quân 14.100m3/ năm(mùa lũ: 25400m3/ năm; mùa cạn: 2000-3000m3/ năm). Lũ lụt: thường vào tháng 7 đến tháng 12. Khí hậu cận nhiệt đới với đặc điểm nóng, ẩm và mưa nhiều tạo ra sự đa dạng sinh học trên cạn và dưới nước, thuận lợi cho sự phát triển nông ngư nghiệp. Tuy nhiên, thiên nhiên cũng tạo ra không ít khó khăn cho sản xuất và đời sống của người dân vùng đồng bằng sông Cửu Long. Vùng đồng bằng sông Cửu Long cần được nghiên cứu để sớm tìm ra biện pháp “phòng chống” (hạn chế tác hại?) lũ lụt hay phải “sống chung với lũ” như thế nào? Phải cải tạo đất phèn, nhiễm mặn như thế nào? Làm thế nào để có thể cung cấp nước ngọt và nước sạch cho tất cả người dân vùng này, nhất là trong mùa khô hạn? Hiện tượng ElNino và “trái đất nóng dần lên” (global warming) có ảnh hưởng như thế nào đến vùng này? Giao thông vùng đồng bằng sông Cửu Long: chủ yếu là hệ thống sông rạch chằng chịt thuộc 2 con sông chính của sông Mêkông là sông Tiền và sông Hậu. Nhưng do tập quán canh tác, ăn ở đi lại trên sông nước, nhất là các năm gần đây công nghiệp các tỉnh phát triển, canh tác nông nghiệp dùng phân bón, thuốc trừ sâu ngày càng nhiều nên làm ảnh hưởng nhất định đến môi trường nước mặt cũng như tầng ngầm. Từ đó làm ảnh hưởng đến tài nguyên nước, ảnh hưởng đến nước sản xuất sinh hoạt của nhân dân, nhất là trong mùa lũ lụt, mùa khô ở các vùng sâu, vùng ven biển đồng bằng sông Cửu Long. 1.2. NƯỚC PHÈN VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC PHÈN 1.2.1. Nước phèn là gì? Ở đồng bằng sông Cửu Long và một số nơi gần biển, nước có độ acid khá cao, tức có pH thấp, người dân gọi là nước phèn vì có vị chua. Acid trong nước phèn là sulphuric acid, được tạo thành khi đất phèn (pyrite (FeS2)) tiếp xúc với không khí. Đất phèn được hình thành do quá trình kiến tạo địa chất. Theo độ sâu của tầng phèn trong đất thì đất phèn được chia thành 3 loại: Đất phèn nặng sẽ có tầng phèn hoạt động nằm ở cách mặt đất khoảng 50cm. Đất phèn trung bình thì tầng phèn nằm cách mặt đất từ 50 – 100cm. Đất phèn nhẹ khi có tầng phèn nằm cách mặt đất 100 – 150cm. Với độ sâu trên 150cm thì chúng ta không cần quan tâm bởi vì vật liệu sinh phèn đã ở xa vùng rễ nên sẽ không gây ảnh hưởng cho cây trồng. Như vậy đất nào có tầng phèn càng ở gần mặt đất hay gần vùng rễ cây thì đó là đất phèn nặng. Dựa trên sự hình thành và phát triển của đất, chia đất phèn ra làm 2 loại: Đất phèn tiềm tàng (Potential acid sulphate soil): được hình thành trong vùng chịu ảnh hưởng của nước có chứa nhiều sulfate. Trong điều kiệm yếm khí cùng với hoạt động của vi sinh vật, sulfate bị khử để tạo thành sulfur và chất này sẽ kết hợp với sắt có trong trầm tích để tạo thành FeS2. Đất phèn hoạt động (Actual acid sulphate soil): trạng thái tiềm tàng hình thành trong điều kiện khử, nhưng trạng thái hoạt động phải có sự oxid hóa. Khoáng vật luôn luôn hiện diện trong đất phèn hoạt động là khoáng jarosite, đây là sản phẩm của tiến trình oxid hóa từ vật liệu sinh phèn (pyrite). Một số hợp chất và tinh khoáng khác thường hiện diện trong đất phèn hoạt động như là hydroxide sắt (Fe(OH)3), geothite (FeO.OH), heamatite (Fe2O3), aluminium sulphate (Al2(SO4)3). Ngoài ra, tại một số vùng có thể có sự hiện diện của một ít gypsum (CaSO4.2H2O) nhưng không nhiều và không dễ dàng nhận ra sự hiện diện của chúng. Khi phèn tiềm tàng trở thành phèn hoạt động thì tùy theo loại độc chất mà chúng có thể tan hoặc không tan, có thể tạo nên váng màu vàng hay ánh bạc nên biểu hiện trên đồng ruộng cũng khác nhau. Nếu độc chất phèn là sắt thì sẽ thấy màu đỏ nâu của rỉ sắt (còn gọi là phèn nóng) và độc chất phèn nhôm sẽ có màu trắng (còn gọi là phèn lạnh). Nước chua phèn không có môi trường đệm (hàm lượng ion
và
không có hoặc rất thấp) nên không thích hợp cho đời sống của các sinh vật sống dưới nước. 1.2.2. Thành phần hoá học của nước phèn Thành phần hóa học nước phèn trước xử lý (Đơn vị: mg/l) STT  Các chỉ tiêu  Số mẫu phân tích  Nồng độ   1.  pH  25 - 100  2,5 - 5,2   2.  Sắt II  25 - 100  0,8 - 30   3.  Mangan  25 - 100  0,0 - 5,0   4.  Nhôm  25 - 120  0,5 - 3,0   5.  Magiê  25 - 100  3,0 - 8,5   6.  Đồng  25 - 100  0,0 - 0,01   7.  Sunphat  25 - 100  25 - 500   8.  Clorua  25 - 100  24 - 200   9.  Nitrat  25 - 100  1 - 3   10.  Amoni  25 - 100  00   Nước phèn ở đồng bằng sông Cửu Long có đặc tính: Màu: vàng đục, nhiều tạp chất hữu cơ pH: 2,5 - 3,5 Độ kiềm: 0 (
= 0,
= 0) Hàm lượng sắt: 25 – 70 mg/l Hàm lượng
: 100 – 380 mg/l Độ mặn: 180 mg/l 1.3. HIỆN TRẠNG NGUỒN NƯỚC Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG 1.3.1. Nước sinh hoạt ở vùng đất phèn đồng bằng Cửu Long Ở đồng bằng Cửu Long, đất phèn chiếm gần một nửa tổng diện tích. Người dân khu vực này, đặc biệt là vùng xa thành phố vẫn phải dùng nguồn nước nhiễm phèn cho mọi sinh hoạt hằng ngày từ tắm giặt đến ăn uống…Để giảm bớt độ phèn, các biện pháp truyền thống như lắng bằng vôi, tro thường được sử dụng, phổ biến nhất là tro cây tràm. Tuy nhiên, cách chống đỡ đơn giản này tác dụng rất hạn chế, nước qua bể lọc tự tạo còn vị chát. Gần đây chất lượng nước mặt các kênh rạch tiếp tục xấu đi do bị ô nhiễm bởi thuốc trừ sâu, kim loại nặng, vết xăng dầu... khiến hệ thống bể lọc hầu như không còn tác dụng, những “căn bệnh lạ” cứ lần lượt xuất hiện. Qua khảo sát đánh giá, vùng nhiễm phèn chiếm 41% diện tích đồng bằng sông Cửu Long, bao gồm vùng Tây Bắc Long An, Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên và Tây sông Hậu. Thời gian nhiễm phèn từ 2 – 6 tháng. Vào mùa mưa nước mưa rửa trôi đất phèn, mang theo nhiều sắt, nhôm sunfat và axit mùn hữu cơ. Đặc trưng của nước chua phèn là chứa nhiều ion H+ và các muối thủy phân mang tính axit như AlCl3, Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3, FeSO4. Nước chua phèn không có môi trường đệm (hàm lượng ion HCO3-, CO3- không có hoặc rất thấp) nên không thích hợp cho đời sống của các sinh vật sống dưới nước. Các vùng trũng, nước đọng chứa rất nhiều sunfat, các vùng có địa hình hàm lượng sunfat có trong nước ít hơn. Ðây là một hiện tượng tự nhiên ở đồng bằng sông Cửu Long thường thấy trong những năm hạn hán vì đồng bằng này có đến 1,6 triệu ha đất phèn, nhất là ở Ðồng Tháp Mười và Tứ giác Long Xuyên. Việc xây dựng hệ thống thủy lợi ở đồng bằng sông Cửu Long, nhất là hệ thống kênh và đê bao ở Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên, đã thúc đẩy hiện tượng xì phèn vì nó hạ thấp mực nước và giúp cho đất phèn tiếp xúc với không khí qua lòng kênh, bờ kênh, bờ và mặt đê, và liếp trồng hoa màu. Theo dữ kiện của Trung tâm chất lượng nước và môi trường thuộc Phân viện khảo sát quy hoạch thủy lợi Nam Bộ, trong khoảng 1985 đến 1997, pH tại nhiều trạm quan trắc ở vùng Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên có thể xuống dưới 3,0; nhất là vào mùa khô ở hạ nguồn. Nhưng theo tài liệu của Viện khoa học xã hội tại thành phố Hồ Chí Minh được ấn hành năm 1999, pH có thể xuống đến 2,5 trong những năm có lụt nhỏ và đặc biệt trong vụ hè – thu 1995, pH của nước trong đồng ruộng chỉ còn 1,0. Vào mùa khô, nước sinh hoạt là vấn đề hết sức khó khăn ở đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là vùng sâu vùng xa, nơi người dân sống rải rác trên các kênh rạch nhiễm phèn. 1.3.2. Các biện pháp xử lý trong dân gian Qua việc thăm dò ý kiến cú nhân dân trong khu vực, các hộ dân ở đây đều có trữ nước mưa để uống. Về mùa hô họ lấy nước sông lọc qua tro bếp để dùng. Liều lượng tro thay đổi 5 – 10 g/l nước. Kết quả thí nghiệm cho thấy nhìn chung tro bếp có khả năng làm tăng pH, tăng độ kiềm
, giữ lại một phần sắt, nhôm. Nước qua lắng tro có vị ngọt, uống được nhưng phản phất mùi tanh. Tuy nhiên lượng tro bếp có giới hạn, thời gian bận nhiều vào công việc đồng án nên không thường xuyên chuẩn bị được, phần lớn người dân ở đây vẫn muốn có một nguồn nước khác có thể phục vụ ăn uống và sinh hoạt mà chỉ cần thoa tác đơn giản, nhanh gọn. Ngoài ra dân trong khu vực còn truyền nhau kinh nghiệm lọc nước qua lớp bã thơm (dứa) đã được sấy khô. Nước sau khi qua lọc có vị ngọt, làm cho ta có cảm giác uống được. Tuy nhiên thử nghiệm cho thấy độ pH vẫn còn quá thấp (pH < 4,0), hàm lượng nhôm và sắt không giảm. Do vậy nếu sử dụng loại nước này để uống, nhân dân sẽ đưa vào cơ thể một số độc chất mà không hề hay biết. Theo các tài liệu xử lý nước, việc xử lý nước chua phèn chưa được đặt ra. Do tính chất nguồn nước quá xấu, mà ở các nơi khác trên thế giới, có thể không có loại nước này, hoặc có điều kiện lựa chọn nguồn nước khác tốt hơn nên vấn đề nước chua phèn chưa hề được sự quan tâm của các khoa học. Thực hiện chủ trương nâng cao đời sống của nhân dân khu vực đồng bằng sông Cửu Long, mà việc đầu tiên là cấp nước đủ tiêu chuẩn cho nhân dân sử dụng, chúng tôi mạnh dạn đưa nước chua phèn vào chương trình nghiên cứu. Trong 3 năm từ 1994 đến hết 1996, và đã áp dụng thành công ở 3 trạm cấp nước cho biến phòng thuộc tỉnh Đồng Tháp, sẽ áp dụng cho trạm cấp nước ở huyện Hòn Đất (Kiên Giang). 1.3.3. Mô hình canh tác Lúa – Tràm – mô hình lọc phèn Mô hình bao gồm:                              + Phần diện tích trồng LÚA                                 +  Diện tích trồng TRÀM                                 +  Hệ thống mương Tưới-Tiêu Nước mưa và nước lũ được chứa trong lô Tràm để tưới cho ruộng Lúa. Nước phèn tiêu ra từ ruộng Lúa được đưa vào lô Tràm.
 Nhờ khả năng lọc phèn của cây Tràm, nước phèn sau khi đi qua lô Tràm trở nên tốt hơn và có thể sử dụng để tưới lại cho ruộng Lúa. Tránh việc xổ phèn xuống sông rạch làm ô nhiễm nguồn nước Giúp tăng thu nhập.   Bố trí mô hình theo sơ đồ
  Kỹ thuật quản lý nước trong mô hình Lúa-Tràm Khi nước lũ cao nhất thì đóng Cống 1 & 2 để giữ nước trong lô Tràm Khi bơm nước sạch để sạ Lúa thì bơm vào lô Tràm qua Cống số 1 (để dự trữ thêm) Khi cần tưới cho ruộng Lúa thì mở Cống số 2 (tưới tự chảy) Nước phèn tiêu từ ruộng Lúa thì bơm vào lô Tràm qua Cống số 1 (không bơm ra sông rạch) Khi nước lũ tràn về thì mở hai Cống số 1 & 2 1.3.4. Vật liệu xử lý nước phèn DS3 được ứng dụng tại đồng bằng sông Cửu Long Vùng đồng bằng sông Cửu Long nước ta vào mùa khô, nước kênh rạch nhiễm phèn nên chứa nhiều ion sunfat, sắt, nhôm…không dùng được, người dân chỉ biết trông chờ vào lượng nước mưa ít ỏi. Thực tế, sắt không phải là nguyên tố độc, lượng cho phép trong nước uống là 3mg/l, nhưng sắt sẽ gây nên những ảnh hưởng xấu về cảm quan như có vị tanh và tạo màu vàng gạch ở các thiết bị hoặc áo quần. Còn nhôm lâu nay vốn không được xem là kim loại độc, lượng cho phép trong nước uống là 0,2mg/l. Nhưng gần đây, nhiều nghiên cứu đã cho thấy nước uống chứa nhiều nhôm có thể gây một số bệnh nguy hiểm. Mangan độc hơn sắt và nhôm, lượng cho phép trong nước uống chỉ là 0,1 mg/l. Chì, nhiều loại thuốc trừ sâu và một số kim loại nặng khác cũng dễ có mặt trong nước phèn do hoạt động của con người. Lần đầu tiên, một công nghệ đơn giản để xử lý nước phèn chua ra đời, tạo cơ hội đáp ứng đủ nước sinh hoạt cho gần một nửa vùng này. Đó là vật liệu rắn DS3 với phương pháp xử lý đơn giản mà Tiến sĩ Nguyễn Bá Trinh và cộng sự ở Viện hóa học (thuộc Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam) đã phát triển và triển khai áp dụng cho các hộ gia đình và cụm dân cư ở đây. Sau một thời gian khảo sát, Tiến sĩ Nguyễn Bá Trinh phát hiện thấy trên đất phèn thường xuất hiện một loại khoáng có màu trắng, xốp. Khi khoáng này tan, nó làm nước bị chua. Khoáng này là một loại muối kép với tên khoa học: Halotrichite có công thức hóa học khá phức tạp: FeAl2(SO4)4.22H2O. Đây là một phát hiện mới mà nhờ nó, người ta có thể tạo ra nước phèn ở một nơi rất xa vùng đất phèn. Mùa khô ở vùng đồng bằng sông Cửu Long (gồm 12 tỉnh miền Tây Nam Bộ và một phần thành phố Hồ Chí Minh) rất rõ rệt, hầu như 5 tháng trời không có mưa, nên người dân rất thiếu nước sinh hoạt. Họ phải mua nước ngọt từ nơi khác chở tới với giá đắt (gần 25.000 đồng/m3), hoặc phải khoan nước ngầm tới trên 400 mét. Trong khi dân cư ở nhiều vùng lại sống rải rác nên hệ thống cấp nước sạch chưa tới nơi. Vì thế, đa số vẫn dùng kinh nghiệm dân gian xử lý bằng vôi, tro để giảm độ chua, song nước uống có vị mặn chát và hay gây đau bụng. Khác với các loại “nước phèn” thông thường chủ yếu chứa sắt, nước phèn ở đồng bằng sông Cửu Long còn bị chua, nên rất khó xử lý. Từng có công trình nghiên cứu đề nghị bổ sung bicarbonat, song khó khăn nảy sinh là người dân không biết dùng liều lượng bao nhiêu cho vừa, khiến nước sau xử lý có độ pH cao, khó mà uống được. Ông Trinh cho biết ngay cả thế giới cũng chưa có công trình nào giải quyết tận gốc vấn đề này, và công trình của Viện hoá học là đầu tiên. Không chỉ khử được tính axít của nước, DS3 - loại vật liệu xử lý nước đầu tiên được chế tạo ở Việt Nam theo hiệu ứng tích số tan - còn có thể loại bỏ sắt, nhôm, sunfat và hầu hết các chất gây ô nhiễm khác có trong nước phèn. Theo Tiến sĩ Nguyễn Bá Trinh, đặc điểm chính của nước phèn là độ pH thấp, chứa nhiều sắt II, nhôm và sunfat. Để xử lý nước phèn thành nước sinh hoạt cần điều chỉnh pH về miền trung tính (6,5 - 8,5). Để giải quyết vấn đề này có thể sử dụng các loại vật liệu dễ kiếm trong tự nhiên hoặc một số hóa chất dùng trong thực phẩm, có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau như trao 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 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 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 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 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 =

1,25
1,25
1,1 = 0,0332 (m2) 3.2. GIÀN MƯA 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 ( 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 ( L = 1,9
4= 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 ( υ = 1,01.10-6 m2/s độ nhớt động học nước Re =
= 1510 Fr =
= 18,96
10-5 > 10-5 ( 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 ( 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. Thiết bị thu là ống thu cặn đặt trên dầm cầu chạy ở đáy, có bánh xe chạy trên hai thanh ranh. Bùn được xả định kỳ bằng cơ chế thuỷ lực. Lượng bùn – nước xả một ngày khoảng bằng 5% lưu lượng. 3.5. BỂ LỌC NHANH Nhiệm vụ: loại bỏ triệt để các cặn chưa lắng và không lắng được ở bể lắng. Khử mangan nhờ lớp oxit mangan trên bề mặt bể lọc Dạng bể lọc: bể lọc nhanh Bể lọc nhanh sử dụng vật liệu lọc là cát thạch anh có các thông số sau: Đường kính hạt d = 0,7 - 1,6 mm Đường kính tương đương dtd = 0,8 - 1 mm Hệ số không đồng nhất: K = 1,8 – 2 Chiều dày lớp vật liệu lọc: 1200 mm Chọn sơ bộ tốc độ lọc trong bể lọc mới là: 4,8 m/h Đối với chu kỳ lọc, lấy chu kỳ lọc trung bình của các bể là 23h. Sử dụng biện pháp rửa lọc là gió và nước kết hợp. Tính toán số bể lọc và diện tích mỗi bể lọc Diện tích của các bể lọc F =
Trong đó : Q : công suất trạm xử lý, 1000 m3/ngày đêm T : Thời gian làm việc của hệ thống trong 24 h vbt : tốc độ làm việc bình thường, 4,8 m/h a : số lần rửa bể lọc, a = 1 lần W : cường độ nước rửa lọc, 10 l/s.m2 t1 : Thời gian rửa lọc, 12 phút = 0,2 h t2 : Thời gian ngừng bể lọc để rửa t = 0,35 h F =
= 9,4 m2 Số bể lọc cần thiết được xác định theo công thức N =
= 0,5
= 1,53 bể Chọn N = 2 bể. Diện tích một bể lọc là : f =
=
= 4,7 m2 Chọn kích thước bể : L x B = 3 x 1,6 = 4,8 m2 Với diện tích mặt bằng như trên ta kiểm tra lại vận tốc lọc của hệ thống xử lý. Vbt =
= 4,7 m/h Vận tốc lọc tăng cường khi tiến hành rửa một bể lọc là: vtc = vbt

= 4,7

= 9,4 m/h (nằm trong khoảng cho phép đối với bể lọc nhanh) Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh, theo công thức 4-50 tài liệu (1) H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 Trong đó : h1 : chiều cao lớp sỏi đỡ, h1 = 0,4 m h2 : chiều dày lớp vật liệu lọc, h2 = 0,8 m h3 : chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, h3 = 2 m h4 : chiều cao phụ kể đến việc dâng nước khi đóng bể để rửa, h4 = 0,4 m h5 : chiều cao của sàn thu nước bể lọc, h5 = 0,5 m H = 0,4 + 0,8 + 2 + 0,4 + 0,5 = 4,1 m. Xác định hệ thống phân phối nước và gió rửa lọc Đối với nước rửa lọc Cường độ rửa lọc cho một bể : Qrửa =
=
= 0,047 m3/s Thời gian rửa bằng nước là 5 phút. Lượng nước một lần cho một bể : q = Qrửa
t = 0,047
5
60 = 14,1 m3/lần Chọn chụp lọc có khe hở trên. Chọn tốc độ nước chảy trong ống dẫn theo quy phạm là 2 m/s. Tiết diện ống dẫn nước rửa đến bể lọc : Sống =

Qrửa =

0,047 = 0,0235 m2 Đường kính ống dẫn nước rửa tới bể lọc Dống =
=
= 0,173 m = 173 mm. Chọn ống dẫn có đường kính 200 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống dẫn chính v =
=
=
= 0,75 m/s (nằm trong giới hạn cho phép
2 m/s) Đối với gió rửa lọc Chọn cường độ gió thổi khi rửa lọc là Wgió = 18 l/s.m2 Cường độ rửa lọc cho một bể : Qgió =
=
= 0,085 m3/s Thời gian rửa bằng gió là 5 phút. Lượng khí cấp vào một bể : Q’gió = Qgió . t = 0,085 . 5 . 60 = 25,5 m3/lần Chọn hệ thống thổi khí có ống nhánh Chọn tốc độ gió trong ống dẫn khí là 15 m/s, theo quy phạm là 15 – 20 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính : Dgió=
=
= 0,085 m = 85 mm Chọn ống dẫn có đường kính 100 mm. Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh là l = 300 mm = 0,3 m Số ống nhánh trong bể là : Nnh =
=
= 18 ống Chọn số ống nhánh thổi khí trong một bể lọc là 18 ống, sắp xếp 2 bên thành ống chính theo hình xương cá, mỗi bên có 9 ống. Lượng gió cấp cho mỗi ống nhánh : qgió =
=
= 0,009 m3/s Đường kính ống gió nhánh : dnhánh =
=
= 0,027 m = 27 mm Chọn đường kính ống nhánh là 25 mm. Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống dẫn chính v =
=
= 18,34 m/s
nằm trong giới hạn cho phép 15-20 m/s Đường kính ống gió chính là 100mm, diện tích mặt cắt ngang ống gió chính
=
=
= 0,008 m2 Tổng diện tích các lỗ lấy bằng 40% diện tích tiết diện ngang ống gió chính (quy phạm là 35 ( 40%) Do đó:
= 0,4 . 0,008 = 0,0032 m2 Chọn đường kính lỗ gió là 3 mm (quy phạm 2 ( 5 mm). Diện tích một lỗ gió là : flỗ gió =
= 0,000007 m2 Tổng số lỗ gió là : m =
=
= 457 lỗ Số lỗ trên một ống nhánh n =
=
= 25 lỗ Các lỗ trên ống nhánh được bố trí thành 2 hàng so le nhau, nghiêng một góc 450 so với trục thẳng đứng của ống và hướng xuống phía dưới. Tính bơm nước rửa lọc Chọn cột áp của bơm : H = 8 m Công suất bơm : N =
=
= 5,26 kW Trong đó : Q = 0,047 m3/s : lưu lượng nước dùng rửa lọc H = 8 m : cột áp của bơm
= 998 kg/m3 : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc
= 0,7 : hiệu suất chung của bơm Vậy chọn bơm có công suất 6 kW. Tính bơm khí rửa lọc Cột áp của bơm : H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 + h6 Trong đó : h1 = 2 m : Cột áp để khắc phục tổn thất áp lực chung trong ống dẫn khí, tính từ máy thổi khí đến bể lọc. h2 = 2 m : áp lực phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp cát lọc. h3 = 0,22 . LS . W = 0,22 . 0,4 . 10 = 0,88 m : tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ LS = 0,4 m : chiều dày lớp sỏi đỡ W = 10 l/s.m2 : cường độ nước rửa lọc h4 = (a + bW) . L . e = (0,76 + 0,017 . 10) . 0,8 . 0,2 = 0,1488 m : tổn thất áp lực trong lớp vật liệu lọc với kích thước hạt 0,5 ( 1,0 mm, chọn a = 0,76; b = 0,017 e = 0,2 : độ giãn nở của lớp vật liệu lọc L = 0,8 m : chiều dày lớp vật liệu lọc h5 = 1,5 m : chọn áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lọc h6 = 2 m : chọn bằng chiều cao lớp nước từ ống phân phối đến mép máng thu nước.
H = 2 + 2 + 0,88 + 0,1488 + 1,5 + 2 = 8,0288 m Áp lực của khí nén : P =
=
= 1,8 at Công suất của bơm khí : N =
=
= 6,66 kW Với
= 0,8 : hiệu suất chung của máy thổi khí Q = 0,378 m3/s : lưu lượng khí L = 34.400 . (P0,29 – 1 ) = 34.400 . (1,80,29 – 1) = 6393,17 Chọn bơm khi rửa lọc có công suất 7 kW, với lưu lượng 0,085 m3/s và chiều cao cột áp là 8 m, áp lực bơm là 1,8 at. 3.6. KHỬ TRÙNG NƯỚC Khử trùng nước là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, sau quá trình xử lý cơ học, nhất là khi cho nước qua bể lọc, phần lớn các vi trung bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, thì cần phải khử trùng nước. Trong hệ thống này dùng clo lỏng để khử trùng, cơ sở của phương pháp này là dùng chất oxi hoá mạnh, để oxi hoá men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Ưu điểm của phương pháp này là vận hành đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu suất cao chấp nhận được. Clo là một chất oxi hoá mạnh, ở bất cứ dạng nào, đơn chất hay hợp chất, khi tác dụng với nước đều tạo thành phân tử HOCl có tác dụng khử trùng rất mạnh. Quá trình khử trùng xảy ra qua hai giai đoạn, đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh, sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến sự diệt vong tế bào. Tốc độ của quá trình khử trùng nhanh khi nồng độ của chất khử trùng tăng và nhiệt độ của nước tăng, đồn thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùng, vì quá trình khuếch tán qua vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng giảm đi rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lững và các chất khử khác. Phản ứng thuỷ phân giữa Clo và nước xảy ra như sau: Cl2 + H2O
HCl + HOCl Axít hypoclorit HOCl rất yếu, không bền và dễ dàng phân ly thành HCl và oxi nguyên tử : HOCl
HCl + O- hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl- HOCl
H+ + OCl- Cả HOCl, OCl-, và O- là những chất oxi hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi trùng. Thời gian tiếp xúc không được nhỏ hơn 30 phút, Clo dung dịch được bơm vào đường ống dẫn nước vào bể chứa nước sạch. Liều lượng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ được tính theo công thức:
Trong đó : Q : Lưu lượng nước nguồn xử lý (m3/h) . Q = 41,67 m3/h a : Liều lượng Clo hoạt tính (lấy theo tiêu chuẩn 6.165 20TCN 33-1985) Chọn a = 3 mg/l = 3 g/m3 Vậy lượng Clo hoạt tính cần thiết dùng để khử trùng trong một giờ
kg/h Liều lượng Clo cần thiết sử dụng trong một ngày là: 0,125 x 24 = 3 kg Để định lượng Clo, xáo trộn Clo hơi với nước thì phải lắp đặt một thiết bị chuyên dùng gọi là Chlorator, loại Chloator được ứng dụng rộng rải nhất hiện nay là Chlorator chân không. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ & HÓA CHẤT CỦA PHƯƠNG ÁN 4 4.1. TRẠM BƠM Công suất của trạm bơm
Trong đó: Q- Công suất Q= 0,0116 m3/s H- áp lực của bơm, chọn H = 20 m (- Khối lượng thể tích của nước, ( =1000 kg/m3 (-hiệu suất của bơm, lấy (= 80% Trong ngăn thu bố trí hai bơm cùng công suất 2,84 kW, một bơm hoạt động còn một bơm kia để dự phòng, hai bơm này được mắc song song với nhau. 4.2. THIẾT BỊ PHA PHÈN Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3.18 H2O để keo tụ. Chọn liều lượng phèn Pp = 35 mg/l. Tính toán lượng phèn: Lượng phèn khan dùng trong ngày ( tính cho Al2(SO4)3 ):