Xây dựng quy trình xử lý nước ngầm phục vụ cho khu dân cư Xuân Thành - Huyện Xuân lộc – Đồng Nai,công suất 1000 m3/ngày.đêm

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Nước là nhu cầu tất yếu của mọi sinh vật. Không có nước cuộc sống trên trái đất không thể tồn tại được. Hàng ngày trung bình mọi người cần từ 3-10 lít đáp ứng cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt hằng ngày. Trong sinh hoạt nước cấp dùng đáp ứng nhu cầu sinh hoạt ăn uống, vệ sinh, cac họat động giải trí, và cac họat động công cộng như cứu hỏa, phun nước, tưới đường…còn trong công nghiệp, nước cấp được dùng cho quá trình làm lạnh, sản xuất thực phẩm như đồ hộp, nước giải khát, rượu… Hầu như mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nước cấp như là một nguồn nguyên liệu không gì thay thế được trong sản xuất. Tùy thuộc vào mức độ phát triền công nghiệp và mức sinh hoạt cao thấp của mọi cộng đồng mà nhu cầu về nước cấp với số lượng và chất lượng khác nhau. Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số nguồn nước càng ngày bị ô nhiễm và cạn kiệt. … Vì thế con người cần phải biết cách xử lý các nguồn nước cấp đề đáp ứng cả về chất lượng lẫn số lượng cho sinh hoạt hằng ngày và sản xuất công nghiệp. 2 Mục tiêu của đề tài Xây dựng một qui trình xử lý nước ngầm đáp ứng được về số lượng và chất lượng phục vụ nhu cầu của người dân quanh vùng. 3 Nội dung của đề tài Nêu lên cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý nước ngầm sau đó đưa ra một số qui trình xử lý nước, nêu ưu nhược điểm của từng qui trình rồi lựa chọn một qui trình thích hợp, rồi tính toán tính kinh tế của qui trình đã lựa chọn. 4 Phương pháp nghiên cứu Đề tài hình thành dựa trên phương pháp thu thập tài liệu, tính toán thiết kế, phân tích, tổng hợp các số liệu. 5 Nhu cầu kinh tế của xã hội Hiện nay nhu cầu dùng nước sạch của người dân ngày càng tăng cao, đáp ứng nhu cầu đó các nhà máy xử lý nước cấp lần lượt ra đời. Huyện Long Khánh theo khảo sát là một vùng có trữ lườn nước ngầm khá lớn, chất lượng nước đạt tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm. Do đó chỉ cần xử lý sơ bộ chúng ta có thể đưa vào mạng lưới cấp nước cho người dân sử dụng. Quy trình được thiết kế trong nước nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng nước đạt tiêu chuẩn và giá thành xử lý có thể chấp nhận được. 6 Giới hạn của đề tài: Xây dựng quy trình xử lý nước ngầm công suất 1000 m3/ngày.đêm phục vụ cho khu dân cư Xuân Thành- huyện Xuân lộc – Đồng Nai. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THỊ TRẤN XUÂN LỘC 1.1 Hiện trạng và điều kiện tự nhiên Tổng diện tích đất tự nhiên của thị trấn Xuân Lộc là 15.000 ha, chia làm năm khu vực: Khu Xuân An: 124 ha Khu Xuân Bình: 215 ha Khu Xuân Hòa: 371 ha Khu Xuân Trung: 130 ha Khu Xuân Thành: 624 ha Đất thị trấn có địa hình miền trung du cao, không bị ngập lụt, độ cao bình quân 125-150 m. Khí hậu: Nhiệt độ dao động từ 24 – 270 Độ ẩm trung bình 83 %, thấp nhất 47% Lượng mưa trung bình năm 2185 mm, cao nhất 2894, thấp nhất 1361 Hướng gió chủ đạo: mùa mưa là Tây Nam, mùa khô là Đông Bắc. Thủy văn và địa chất thủy văn: trên địa bàn thị trấn có ba con suối. Vào mùa khô hằng năm các con suối đều cạn kiệt.Nước giếng có độ sâu 35-50 m, công suất của các giếng nước là 40-60 m3/h. 1.2 Hiện trạng phát triển kinh tế xã hội Tình hình kinh tế: Sản xuất công nghiệp:trên thị trấn Xuân Lộc hình thành 13 cơ sở sản xuất tập trung chủ yếu vào các ngành xây dựng , chế biến, cơ khí, sản xuất hàng tiêu dùng.Thị trấn Xuân Lộc đã và đang có nhiều nhà đầu tư nước ngoài đến thăm dò và đặt vấn đề hợp đồng. Nông nghiệp: thị trấn Xuân Lộc có 915 ha đất sử dụng vào nông nghiệp chủ yếu là đất trồng các cây công nghiệp: cao su, cà phê, điều… Giao thông: đường quốc lộ 1A có chiều dài 3km nằm trong phạm vi thị trấn về phía tây.ngoài ra còn có quốc lộ 20 trên tỉnh lộ 2, chiều dài 41.100m. Tình hình dân số: Theo điều tra dân số 01-04-1992 thị trấn có 42.000 ngưoiừ, tỷ lệ sinh đẻ 3,69%, tỷ lệ tử vong 1,3%, tỷ lệ tăng tự nhiên 2,39%. Mật độ dân cư phân bố không đều, đông nhất là khu Xuân An, thấp nhất là khu Xuân Thanh. 1.3 Hiện trạng hệ thống cấp nước Nguồn nước: Nước mặt: lưu lượng nhỏ và cạn kiệt vào mùa khô, nếu ta đắp đập để chứa nước, xử lý cung cấp sinh hoạt thì giá thành rất cao, không đảm bảo. Nước ngầm: trữ lượng lớn, lưu lượng mỗi giếng đạt từ 40-50 m3/h với chiều sâu trung bình từ 60-100 m, hiện nay mạng lưới cấp nước của thị trấn đang sử dụng nứớc ngầm từ các giếng khoan. Vì vậy tiếp tục khai thác nước ngầm làm nguồn nước cung cấp cho thị trấn. Mạng lưới cấp nước của thị trấn được xây dựng từ năm 1962-1977 đã sữa chữa một số phần khu vực suối Cái, khu vực gần sông Hòa Bình. Ống cấp nước thị trấn hầu hết là ống Dioo-iso; có một số ống thép và một số ống Fibrô xi măng, đã bị hư hoặc hở, mối nối do chấn động các laọi xe cơ giới. Hiện nay có khoảng 10.360 m loại d= 100 mm; 4.780 m loại d=150. Có khoảng 3000 m ống nhánh cấp nước vào nhà và hơn 3000 đồng hồ đo nước tại D15. Qua năm tháng đường dược mở rộng, phần lớn ông nằm trong lòng đường được mở rộn, một số ống bị hư bể, rò rĩ do bị chiến tranh. Các van khóa quản lý trên mạng rất ít,nên khi có sự cố xảy ra phải ngưng cấp nước trên toàn bộ thị trấn, trên toàn mạng lưới có 4 họng cứu hỏa được lấy trực tiếp trên mạng lưới. Hiên nay dân số được cấp nước trên toàn thị trấn khoảng 40% dân cư, theo số liệu của xí nghiệp nước Long Khánh đến tháng 10-1993, toàn bộ các hộ sử dụng nước từ xí nghiệp được lấp đông hồ 100% nhưng tỷ lệ thất thoát đến 40 %, có tháng đến 50 % chứng tỏ đã bị rò rĩ rất nhiều. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về các nuồn nước dùng để cấp nước Để cung cấp nước sạch có thể khai các nguồn nước thiên nhiên (thường gọi là nước thô) từ nước mặt nước ngầm và nước biển. Nước mặt: bao gồm các nguồn nước trong các ao, hồ, đầm chứa, sông suối. Do kết hợp từ dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng của nước mặt là chưa hàm lựong oxy hòa tan tương đối cao Nước ngầm: được khai thác từ các tầng chưa nước dưới đất, chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào các thành phần khoán hóa và cấu trúc địa tầng mà nước ngầm thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và đá granit thường ncó tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat cao. Nước biển: Nước biển thường có độ mặn rất cao (độ mặn ở Thái Bình Dương là 32 – 35 g/l). Hàm lường muối trong nước biển thay đổi theo mùa tùy thyeo vị trí địa lý như: cửa sông gần bờ hay xa bờ, ngoài ra trong nước biển còn chứa nhiều chất lơ lửng, càng gần bờ nồng độ càng tăng, chủ yếu là các phiêu sinh động thừc vật. Nước lợ: ở cửa sông và các vùng ven bờ biển, nơi gặp nhau sủa các dòng nước ngạt chảy từ sông ra, các dòng chảy từ đất liền ra hòa trộn với nước biển. Nước khoáng: Khai thác từ tầng dưới sâu nước cất hay từ các suối do phun trào từ lòng đất ra, nước có chứa một vài nguyên tố ở nồng độ cao hơn nồng độ cho phép đối với nước uống và đặt biệt có tác dụng chữa bệnh. Nước chua phèn: Những nơi gần biển (ví dụ như Đồng bằng sông Cửu Long) ở nước ta thường có nước chua phèn. Nước bị nhiễm phèn do tiếp xúc với đất phèn, loại này giàu nguyên tố lưu huỳnh ở dạng sunfua hay sunfat và một vài nguyên tố kim loại như nhôm sắt. Nước mưa: nước mưa có thể xem như nước cất tự nhiên nhưng không hoàn toàn tinh khiết bởi vì nước mưa có thể bị ô nhiễm khí, bụi và thầm chí cả vi khuẩn có trong không khí. 2.2 Ưu và nhược điểm khi sừ dụng nước ngầm 2.2.1 Ưu điểm -Nước ngầm là tài nguyên thường xuyên, ít chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí hậu như hạn hán. -Chất lượng nước tương đối ổn định, ít bị biến động theo mùa như nước mặt. -Chủ động hơn trong vấn đề cấp nước cho các vùng hẻo lánh, dân cư thưa, nhất là trong hoàn cảnh hiện nay bởi vì nước ngầm có thể khai thác với nhiều công suất khác nhau. -Để khai thác nước ngầm có thể sử dụng các thiềt bị điện như bơm ly tâm, máy nén khí, bơm nhúng chìm hoặc các thiết bị không cần điện như các loại bơm tay. Ngoài ra nước ngầm còn đươc khai thác tập trung tại các nhà máy nuớc ngầm, các xí nghiệp, hoặc khai thác phân tán tại các hộ dân cư. Đây là ưu điểm nổi bật của nước ngầm trong vấn đề cấp nước nông thôn. -Giá thành xử lý nước ngầm nhìn chung rẻ hơn so với nước mặt. 2.2.2 Nhược điểm -Một số nguồn nước ngầm ở tầng sâu được hình thành từ hàng trăm, hàng nghìn năm và ngày nay nhận được rất ít sự bổ cập từ nước mưa. Và tầng nước này nói chung không thể tái tạo hoặc khả năng tái tạo rất hạn chế. Do vậy trong tương lai cần phải tìm nguồn nước khác thay thế khi các tầng nước này bị cạn kiệt. -Việc khai thác nước ngầm với qui mô và nhịp điệu quá cao cũng sẽ làm cho hàm lượng muối trong nước tăng lên từ đó dẫn đến việc tăng chi phí cho việc xử lý nước trước khi đưa vào sử dụng. -Khai thác nước ngầm với nhịp điệu cao sẽ làm cho mực nước ngầm hạ thấp xuống, một mặt làm cho quá trinh nhiễm mặn tăng lên, mặt khác làm cho nền đất bị võng xuống gây hư hại các công trình xây dựng-một trong các nguyên nhân gây hiện tượng lún sụt đất. -Khai thác nước ngầm một cách bừa bãi cũng dễ dẫn tới tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm. 2.3 Các phương pháp xử lý nước ngầm Về nguyên tắc nước chứa hàm lượng tạp chất ở dạng nào lớn hơn giới hạn cho phép thì phải xử lý trước khi đem sử dụng. Cho đến nay người ta xử lý nước theo các phương pháp sau: Phương pháp cơ học Nước từ nguồn được bơm cấp 1 phun qua giàn mưa thành những tia nhỏ để ôxy của không khí tác dụng với Fe2+ thành Fe3+. Nước dàn mưa được dẫn đi lắng lọc ở các bể lọc chứa chất lọc (cát, đá, than hoạt tính…) Phương pháp hóa học Là phương pháp dùng hóa chất, các phản ứng hóa học trong quá trình xử lý nước. Nếu nước có độ đục lớn chứng tỏ chứa nhiều chất hữu cơ và sinh vật phù du thì dùng phèn và chất tạo keo tụ để ngưng tạp chất. Nước chứa nhiều ion kim loại (độ cứng lớn) xử lý bằng vôi, sôđa hoặc dùng phương pháp trao đổi ion. Nước chứa nhiều độc tố H2S xử lý bằng phương pháp oxy hóa, clo hóa, phèn. Nước chứa nhiều vi khuẩn thì phải khử trùng bằng các hợp chất chứa clo, ozon. Nước chứa Fe thì oxy hóa Fe2+ bằng oxy không khí (làm thóang giàn mưa) hoặc dùng chất oxy hóa để xử lý… Độ kiềm của nước nhỏ làm cho quá trình keo tụ khó khăn, nước có mùi vị thì phải kiềm hóa bằng amoniac (NH3). Sau khi cacbon hóa, clo hóa sơ bộ rồi thêm KMnO4. Nước có nhiều oxy hòa tan thì phải xử lý bằng cách dùng các chất khử để liên kết oxy. Đó là hydrazin, natrithisunfat… Nhìn chung các phương pháp xử lý hóa học thường đạt năng suất và có hiệu quả cao. Phương pháp vi sinh Trên thế giới hiện nay phương pháp xử lý nước bằng vi sinh đang được nghiên cứu và có một số nơi đã áp dụng. Trong phương pháp này một số chủng loại vi sinh đặc biệt đã được nuôi cấy và được đưa vào trong quá trìng xử lý nước với liều lượng rất nhỏ nhưng đạt hiệu quả cao. Tuy nhiên cho đến nay những kết quả nghiên cứu của phương pháp này chưa được công bố rộng rãi. Tùy thuộc vào nguồn nước làm nguyên liệu cho các lãnh vực khác nhau mà ngườt ta đã sử dung cac phương pháp khác nhau để xử lý nước cấp cho lãnnh vực đó. Thông thường thì người ta kết hợp cả 2 phương pháp cơ học và hóa học để xử lý nước. 2.4 Kỹ thuật và công nghệ xử lý nước ngầm 2.4.1 Các công trình thu nước ngầm Giếng khoan Giếng khoan là công trình thu nước ngầm mạch sâu với công suất trung bình và lớn, có độ sâu vài chục đến vài trăm mét và đường kính giếng phụ thuộc vào lưu lượng cần khai thác. Giếng khoan gồm có: giếng khoan hoàn chỉnh (khoan tới lớp cách nước) và giếng khoan không hoàn chỉnh (khoan lưng chừng đến lớp đất chứa nước) giếng khoan có áp và không áp. Khi cần khai thác một lượng nước lớn, người ta có thể dùng một nhóm giếng khoan, tuy nhiên trong trường hợp này các giếng sẽ bị ảnh hưởng lẫn nhau khi làm việc đồng thời. Hệ thống thu nước ngầm tầng nông Đây là loại công trình dùng để thu nước ngầm mạch nông ở những nơi nước ngầm sâu bị nhiễm mặn, việc đào giếng khó khăn. Đường ống thu nước bao gồm một hệ thống ống thu nước đặt nằm ngang dạng đục lỗ hoặc dạng xẻ rãnh ở đường ống, đặt trong lớp đất có chứa nước, có độ dốc để nước tự chảy về giếng tập trung, từ đây có thể dùng gào múc hoặc máy bơm để lấy nước. Để ngăn không cho cát chui vào bên trong ống thu nước, người ta thường xếp đá dăm, cuội, sỏi xung quanh ống. Trên đường ống đưa nước về giếng tập trung, cứ khoảng 25-30m phải bố trí một giếng thăm để kiểm tra nước, lấy cặn và thông hơi. Phương tiện lấy nước từ giếng lên Để lấy nước từ giếng lên người ta thường sử dụng gầu múc nước bằng tay (với các giếng đào khơi) hoặc các loại bơm giếng khác nhau. Một trong những bơm giếng phổ biến nhất ở vùng nông thôn là giếng bơm tay theo mô hình của UNICEF. Để bơm nước từ các giếng khoan qui mô nhỏ, người ta thường sử dụng các loại bơm ly tâm hoặc máy nén khí. Đối với các giếng khoan qui mô công nghiệp, người ta thường sử dụng bơm hỏa tiễn. Tính toán thủy lực giếng lấy nước ngầm có thể chia ra: giếng đơn chiếc (không chịu ảnh hưởng của các giềng bơm khác), và nhóm giếng bơm, với sơ đồ bố trí có quan hệ thủy lực với nhau. 2.4.2Công trình xử lý sắt, mangan Các phương pháp khử sắt, mangan trong nước ngầm Khử sắt,mangan bằng phương pháp làm thoáng Sắt, Mangan trong nước thường tồn tại ở dạng Fe2+, Mn2+ vì vậy muốn loại chúng ra khỏi nước cần oxy hóa chúng thành muối Fe3+, Mn4+ ở dạng ít tan rối dùng phương pháp lắng, lọc dể giữ chúng lại và loại chúng ra khỏi nước. Muốn oxy hóa Fe2+ thành Fe3+, Mn2+ thành Mn4+ người ta thường sử dụng phương pháp làm thoáng tự nhiên hay cưỡng bức (các dàn mưa hay quạt gió). Thực chất của phương pháp làm thoáng là làm giàu oxy cho nước, tạo điều kiện cho Fe2+ oxy hoá thành Fe3+ sau đó Fe3+ thực hiện quá trình thủy phân để tạo thành hợp chất ít tan Fe(OH)3,Mn2+ thành MnO2 rồi dùng bể lọc để giữ lại. Khử sắt,mangan bằng phương pháp dùng hóa chất Khử sắt,mangan bằng chất oxy hóa mạnh Các chất oxy mạnh thường dùng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3…So sánh với phương pháp khử sắt bằng làm thoáng ta thấy, dùng chất oxy hóa mạnh phản ứng xảy ra nhanh hơn, pH môi trường thấp hơn (pH<6). Nếu trong nước có tồn tại các hợp chất như: H2S, NH3 thì chúng sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình khử sắt,mangan. Các phương pháp khác để khử sắt và mangan Khử sắt,mangan bằng phương pháp trao đổi ion Việc sử dụng phương pháp trao đổi ion khử sắt và mangan cũng tương đối thông dụng. Do hai nguyên tố này có hóa trị hai nên dễ dàng bị hấp phụ bởi các vật liệu trao đổi ion. Khó khăn của phương pháp này là nếu sắt và mangan bị oxy hóa bởi oxy thì nó sẽ bám lên các vật liệu trao đổi ion và mất tác dụng của chúng. Vì vậy việc kiểm soát hàm lượng oxy hòa tan trong nước vào hệ thống trao đối ion là rất quan trọng. Khử sắt bằng phương pháp điện phân Dùng các cực âm bằng sắt, nhôm cùng cac cực dương bằng đồng mạ niken và dùng điện cực hình ống trụ hay hình sợi thay cho tấm điện cực phẳng. Phương pháp dùng muối polyphotphat Polyphotphat có thể tạo nên các kết tủa sắt và mangan rất nhanh và hiệu quả. Polyphotphat được hòa trộn với liều lượng khoảng gấp 2 lần nồng độ của sắt và mangan. Tuy nhiên phương pháp dùng muối polyphotphat sẽ không thích hợp cho các nguồn nước có hàm lượng sắt và mangan vượt quá 1 mg/l. 3.4.3 Các phương pháp làm mềm nước Quá trình làm mềm nước (khử độ cứng) có thể thực hiện bằng cách tạo kết tủa không tan hoặc bằng phương pháp trao đổi ion. Quá trình làm mềm nước cũng có thể kết hợp với quá trình khử khoáng bằng cách sử dụng màng bán thấm. Màng lọc bán thấm áp suất thấp có thể được dùng cho việc làm mềm nước có TDS thấp. Phương pháp làm mềm bằng kết tủa Tác nhân làm mềm nước thường sử dụng là vôi hoặc soda. Sự lựa chọn tác nhân này hay tác nhân kia là phụ thuộc vào chất lượng nguồn nước và tính toán kinh tế. Khi độ kiềm cacbonat chiếm ưu thế, quá trình làm mềm có thể thực hiện bằng cách tăng pH và cả CaCO3 , Mg(OH)2 đều kết tủa. Khi độ kiềm cacbonat quá thấp, hàm lượng cacbonat phải được bổ sung bằng bột soda. Các phản ứng chính: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O Ca(HCO3) + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + 2Ca(CO3) + H2O MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4 Quá trình làm mềm nước bằng vôi – soda Khi độ kiềm cacbonat không đủ để phản ứng với vôi thì cần phải cung cấp từ nguồn bên ngoài, thông thường sử dung soda bột Na2CO3. Phương trình phản ứng: CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 Quá trình làm mềm bằng xút Xút cũng được sử dụng khi độ cứng cacbonat không đủ để phản ứng với vôi. Sự lựa chọn giữa soda bột và xút không chỉ phụ thuộc vào lý do kinh tế mà còn phụ thuộc vào các yếu tố như vận hành dễ dàng hệ thống xử lý và hàm lượng magiê trong nguồn nước. Các phản ứng: CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O Ca(HCO3)2 + 2NaOH = CaCO3 + Na2CO3 +2H2O Mg(HCO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + Na2CO3 + H2O MgSO4 + 2NaOH = Mg(OH)2 + Na2SO4 CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 3.4.4 Khử trùng Về nguyên lý các quá trình khử trùng có thể thực hiện bằng phương pháp vật lý hoặc phương pháp hóa học. Phương pháp vật lý Phương pháp nhiệt: khi đun sôi nước ở 100 oc đa số các vi sinh vật bị tiêu diệt. Tuy nhiên có một số vi sinh vật khi nhiệt độ cao liền chuyển sang dạng bào tử với lớp bảo vệ vững chắc. Để tiêu diệt nhóm vi khuẩn này cần đun sôi nước đến 120 oc. Phương pháp nhiệt tuy đơn giản nhưng tốn năng lượng và thiết bị nên thường áp dụng ở quy mô nhỏ. Phương pháp UV: tia UV (tia cực tím) có khả năng tiêu diệt hầu hết các vi sinh vật. Trong kỹ thuật, khi lưu lượng nước cần khử trùng nhỏ, có thể sử dụng các thiết bị khử trùng bằng tia UV. Cơ cấu chính của thiết bị là các đèn bức xạ, tia tử ngoại đặt trong dòng chảy của nước. Hiệu quả của phương pháp này chỉ đạt được hoàn toàn khi trong nước không có chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Phương pháp siêu âm: Dòng siêu âm với cường độ từ 2w/cm2 trở đi trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. Phương pháp lọc: Đại bộ phận vi sinh vật trong nước có kích thước từ 1-2 micromet. Nếu đem lọc nước qua lớp lọc có kích thước khe rỗng nhỏ hơn 1 micromet có thể loại trừ được đa số vi khuẩn. Lớp lọc thường dùng các tấm sành, sứ, xốp với khe rỗng cực nhỏ. Dùng phương pháp này nước phải có hàm lượng cặn nhỏ hơn 2 mg/l. Khử trùng bằng phương pháp vật lý có ưu điểm cơ bản không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước không gây nên các hậu quả phụ. Tuy nhiên do hiệu suất thấp nên thường chỉ áp dụng ở quy mô nhỏ với các điều kiện kinh tế kỹ thuật cho phép. Phương pháp hóa học: Cở sở của phương pháp hóa học là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là Clo, Brôm, Iốt, Ozôn, Kalipemanganat. a. Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của nó Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào dù là nguyên chất hay hợp chất khi tác dụng với nước đều tạo ra phân tử axit hypoclorit có tác dụng khử trùng nước mặt. Tốc độ của quá trình khử trùng tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ trong nước tăng, đồng thời phụ thuộc vào dạng không phân ly của chất khử trùngvì quá trình khuếch tán trong vỏ tế bào xảy ra nhanh hơn trong quá trình phân ly. Tốc độ khử trùng bị chậm rất nhiều khi trong nước có các chất hữu cơ, cặn lơ lửng và các chất khử khác. Khi cho Clo vào nước xảy ra các phản ứng sau: Cl2 + H2O = HOCl + HCl. Hoặc ở dạng phương trình phân ly: Cl2 + H2O = 2H+ + OCl- + Cl- Khi sử dụng Clorua vôi làm chất sát trùng phản ứng sẽ là: Ca(OCl)2 + H2O = CaO + 2HOCl 2HOCl = 2H+ + 2OCl- Khi pH tăng, nồng độ HOCl giảm làm cho hiệu quả khử trùng cũng giảm đi tương ứng. Để quá trình khử trùng nước bằng Clo có hiệu quả cao nhất nên tiến hành khi nước có độ pH thấp, trước khi xử lý ổn định nước. Khi trong nước có muối amoni, amoniac hay các hợp chất hữu cơ có chứa nhóm amoni thì axit hypoclorit tham gia vào phản ứng với chúng tạo thành monocloramin và đicloramin: HClO + NH3 = NH2Cl + H2O HClO + NH2Cl = NHCl2 + H2O HOCl + NHCl2 = NCl3 + H2O Đồng thời khả năng diệt trùng bị giảm đi. Khả năng diệt trùng của monocloramin thấp hơn của đicloramin 2 đến 3 lần. Để đảm bảo cho quá trình khử trùng đạt hiệu quả tốt, sau khi khử trùng cần giữ lại trong nước một lượng clo dư thích hợp. Với các hệ thống cấp nước sinh hoạt lượng clo dư thường từ 0,2-0,3 mg/l để chống sự tái nhiễm bẩn trong mạng lưới đường ống phân phối hoặc nơi tiêu thụ. b.Khử trùng nước bằng Iốt: Iốt là chất oxy hóa mạnh và thường được dùng để khử trùng nước ở các bể bơi. Là chất khó hòa tan nên Iốt được dùng ở dạng dung dịch bão hòa. Độ hòa tan của Iốt phụ thuộc vào nhiệt độ nước. Ở 0oc đọ hòa tan của Iốt là 100mg/l, ở 20oc là 300mg/l. Khi độ pH của nước nhỏ hơn 7 liều lượng Iốt sử dụng lấy từ 0,3-1 mg/l. Nếu sử dụng liều lượng cao hơn 1,2 mg/l sẽ làm cho nước có mùi vị Iốt. c.Khử trùng nước bằng ion các kim loại nặng: Với nồng độ rất nhỏ của ion kim loại nặng có thể tiêu diệt được các loại sinh vật và rêu tảo sống trong nước. Diệt trùng bằng ion kim loại nặng đòi hỏi thời gian tiếp xúc lớn. Tuy nhiên không thể nâng cao nồng độ kim loại nặng để giảm thời gian diệt trùng vì khi đó sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng nước. d.khử trùng nước bằng ozôn Hiện nay khử trùng nước bằng ozôn đang phát triển mạnh trên thế giới. Khi cho Ozôn vào nước, nó phá hủy không chỉ các men và cả vi sinh chất của tế bào. Với vi khuẩn bào tử ozôn có tác dụng mạnh hơn Clo 300-800 lần. Đồng thời ozôn còn oxy hóa các hợp chất hữu cơ gây ra màu, mùi vị của nước. Tuy nhiên ozôn rất độc đối với con người. Trong nước nó phân hủy rất nhanh thành oxy phân tử và nguyên tử. Tốc độ phân hủy tăng nhanh khi nồng độ muối, pH và nhiệt độ muối tăng. Ozôn được sản xuất tại các nhà máy nước bằng các thiết bị đặc biệt, hoạt động theo nguyên lý phóng điện qua không khí. Chương 3: CƠ SỞ LỰA CHỌN QUI TRÌNH XỬ LÝ 3.1 Thành phần tính chất nước ngầm 3.1.1 Khái niệm Nước ngầm( nước dưới đất) là nước được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ lại ở các tầng chứa nước bên dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau. 3.1.2 Phân loại Có 2 loại: -Nước ngầm tầng nông (còn gọi là nước ngầm mạch nông) có độ sâu từ 3m đến 10m, nằm trong các tầng đất thổ nhưỡng và thường là nước ngầm không có áp. Nước ngầm tầng nông thường có trữ lượng nhỏ và có khả năng nhiễm bẩn lớn bởi các chất ô nhiễm từ tầng bề mặt thấm xuống. -Nước ngầm tầng sâu chứa trong các tầng chứa nước ở độ sâu trên 40m. Nước ngầm tầng sâu thường có chất lượng tốt hơn, trữ lượng phong phú hơn và ít chịu ảnh hưởng bởi các mùa trong năm. Một số dạng nước ngầm tầng sâu là nước ngầm có áp, có thể tự phun lên bề mặt khi sử dụng các giếng khoan. 3.1.3 Đặc tính chung của nước ngầm -Độ đục thấp. -PH thường khá thấp (3-4) -Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định -Không có ôxy hòa tan nhưng có chứa nhiều khí: CO2, H2S…. -Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magiê, flo. -Không có sự hiện diện của vi sinh vật. Một số nơi nước ngầm còn có độ cứng khá cao, đôi khi còn bị nhiễm nitrat, nhiễm mặn, asen… 3.1.4 Đặc tính của nguồn nước tại Xuân Lộc pH: 6,8 Độ oxy hóa: 0,4 Độ cứng tòan phần: 8 (mg/l) Nitrit: 0 Nitrat: 0 Sắt tổng: 8mg/l Amoni: 0 3.2 Các công nghệ trong và ngoài nước 3.2.1 Các nghiên cứu trong nước Một số quy trình xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao: 3.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước Qui trình xử lý nước ngầm của City of Hamilton (USA) Quy trình xử lý nước ngầm tại Town of Normal Quy trình làm mềm nước (USA) 3.3 Các quy trình xử lý nước ngầm tiêu biểu tại Khu Xuân Thành Qui trình 1: Xả cặn Nước ngầm cấp nước Nguồn nước bơm từ giếng lên được đưa qua công trình làm thoáng ngằm mục đích khử sắt và mangan có trong nguồn nước. Sau đó nước được tiếp tục đưa qua bể lọc để làm trong – khử màu nước, sau công đoạn lọc nước được dẫn vào bể tiếp xúc khử trùng và đưa vào mạng lưới cấp nước. Lượng nước rửa lọc sẽ được dẫn qua bể lắng nước rửa lọc , theo chu kì cặn được xả ra ngoài. Ưu điểm: quy trình đơn giản, vốn đầu tư thấp, thích hợp cho những nguồn nước ngầm tương đối sạch. Nhược điểm: tuy nhiên quy trình trên chỉ sử dụng cho nguồn nước ngầm có chất lượng loại A, đối với các nguồn nước nhiễm sắt cao thì khi áp dụng quy trình trên chất lượng nước ra sẽ không đảm bảo chất lượng. Qui trình 2: phèn Clo nước ngầm cấp nước Xả cặn ra hồ nén cặn Nước bơm từ giếng lên được vào bể trộn, dung dịch phèn cũng được đưa vào bể để tiến hành quá trình trộn. Sau đó nước được đưa qua bể keo tụ tạo bông, tiếp tục qua bể lắng, bể lọc và cuối cùng nước được đưa vào bể tiếp xúc khử trùng nhằm ổn định nước trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước. Cặn từ bể lắng theo đường ống ra hồ nén cặn. Nước từ quá trình rửa lọc được đưa qua bể lắng nước rửa lọc, lượng nước sau khi lắng được tuần hoàn trở lại vào bể keo tụ tạo bông. Ưu điểm: hiệu quả khủ sắt cao, tận dụng được lượng nước rửa lọc, vận hành đơn giản Nhược điểm: chi phí xây dựng cao, chỉ thích hợp cho nguồn nước ngầm có chất lượng nước đạt tiêu chuẩn loại B Qui trình 3: dùng xử lý nước ngầm có hàm lượng sắt cao ( 4 – 10 mg/l) phèn Clo Nước cấp ngầm nước Xả cặn ` Nước bơm từ giếng lên được đưa qua hệ thống làm thoáng tự nhiên bằng dàn mưa. Tiếp tục nước được đưa qua bể lắng cùng với dung dịch phèn, sau công đoạn này hàm lượng sắt trong nước giảm từ 60 – 75 %. Sau đó nước được đưa qua bể lọc với mục đích loại trừ những cặn các hạt cặn nhỏ không lắng được trong bể lắng. Sau quá trình lọc nước được đưa vào bể ổn định nước, dung dịch clo được đưa vào trên đường ống dẫn đến bể ổn định nước nhằm khử trùng. Nước rửa lọc được đẫn đén hồ chứa nước rửa, tại đây quá trình lắng xảy ra. Cặn thu được từ bể lắng và hồ chứa nước rửa được xả ra ngoài. Ưu điểm: chất lượng nước đầu ra tốt đủ tiêu chuẩn đưa vào mạng lưới cấp nước, thích hợp cho nguồn nước ngầm có hàm lượng sắt cao. Nhược điểm: chi phí xây dựng và vận hành cao, thích hợp với nguồn nước ngầm có chất lượng tương đối tốt, đối với những nguồn nước có chất lượng đầu vào đạt tiêu chuẩn loại B thì quy trình trên không đảm bảo được chất lượng nước đầu ra. Do tính chất nước ngầm tại khu Xuân Thành nên quy trình 3 thích hợp nhất cho xây dựng nhà máy. 3.4 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị 3.4.1Giàn mưa Nhiệm vụ: Khử CO2 trong nước Làm giàu oxy trong nước tạo điều kiện khử Fe2+ thành Fe3+ Chọn cường độ tưới q=10m3/m2h, diện tích bề mặt cho dàn mưa là:
Trong đó Q: công suất trạm xử lý (m3/ngày) qm: cường độ tưới (m3/m2h) Chọn diện tích mặt bằng cho dàn mưa là dài x rộng = 4 x 1 m. chia thành hai ngăn, mỗi ngăn có kích thước dài x rộng = 2 x 1 m. Việc chia ngăn nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vệ sinh hay sửa chữa dàn mưa. Số sàn tung: 3. Khoảng cách giữa các sàn tung càng lớn thì thời gian tiếp xúc với không khí càng lớn và cũng rất thuận tiện cho việc vệ sinh sàn tung. Chiều cao hiệu quả đối với giàn mưa theo tài liệu tham khảo là 2 m, vậy ta chọn khoảng cách giữa các sàn tung là 0,7 m Chiều cao phần làm thoáng là: 0,7 x 3 = 2,1 m Đường kính lỗ cũng như số lỗ trên một sàn tung: việc chọn đường kính lỗ và số lỗ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm thoáng. Chọn đường kính lỗ d=14 mm và bước lỗ 50 mm. Chọn sàn tung là các tấm inox có kích thước 1x1m. Cần sử dụng 4 tấm inox cho một sàn tung. Trên mỗi tấm inox khoảng 20 x 20 = 400 lỗ. Hệ thống thu, thoát khí, ngăn nước: ta bố trí hệ thống cửa chớp làm bằng bê tông cốt thép. Góc nghiêng giữa các chớp với mặt phẳng ngang là 450, khoảng cách giữa hai cửa chớp kế tiếp là 200 mm, cửa chớp được bố trí xung quanh trên toàn bộ chiều cao giàn mưa, nơi có bề mặt tiếp xúc với không khí. Các cửa chớp được xây dựng cách mép ngoài của sàn tung 0,6 m, khoảng cách này dùng làm lối đi xung quanh khi tiến hành vệ sinh giàn mưa. Sàn thu nước: được đặt dưới đáy giàn mưa, có độ dốc 0,02 về phía ống dẫn nước sau khi làm thoáng. Sàn thu được làm bằng bêtông cốt thép. Hệ thống thu nước và xả cặn: ống thu đặt ở mặt đáy sàn thu nước, cao hơn mặt đáy sàn 0,2 m nhằm ngăn cặn bẩn không theo dòng nước vào các công trình sau.vận tốc dòng nước theo quy phạm từ 1-1,5 m/s, chọn vận tốc này là 1m/s.diện tích ống dẫn nước là:
Đường kính ống dẫn :
Chọn ống có đường kính 120 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy :
Ống xả cặn: bố trí mỗi ngăn có một ống xả cặn theo quy phạm đường kính ống từ 100-200 mm, ống này đặt sát sàn để thu cặn và xả nước khi làm vệ sinh giàn mưa,. Chọn ống xả cặn là ống PVC có đường kính là 100 mm, mỗi ngăn đặt một ống xả cặn ở giữa ngăn và sát sàn thu nước, phía đáy thấp. toàn giàn mưa có 2 ống xả. Hệ thống phân phối nước: chọn mỗi giàn mưa có một ống dẫn nước chính có đường kính 80 mm, vận tốc trong ống dẫn nước chính là:
Trên mỗi giàn mưa ta bố trí một ông phân phối nước chính có chiều dài bằng chiều rộng giàn mưa. Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 1,2 m/s. Đường kính ống phân phối chính là:
Chọn đường kính ống phân phối chính là 90 mm, kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống :
Chọn khoảng cách giữa cách ống nhánh là 300 mm (theo quy pạhm khoảng cách này được lấy từ 250-300 mm). số ống nhánh trên một ống phân phối chính sẽ là:
Chọn vận tốc nước trong ống phân phối nhánh là 2 m/s ( theo quy phạm vận tốc này lấy từ 1,8-2 m/s). Lượng nước vào ống nhánh là:
Như vậy đường kính ống nhánh là:
Chọn ống nhánh đường kính 21 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước trong các ống nhánh:
Tổng diện tích lỗ trên các ống nhánh theo quy phạm chọn từ 30-35 % diện tích tiết diện ngang của ống chính, chọn tỷ lệ này là 30 %, tổng diện tích lỗ phun là: Tổng diện tích lỗ
0,3x S ống nhánh
Chọn đuờng kính lỗ phun mưa là 10 mm ( theo quy phạm đượng kính này từ 10-12 mm). số lỗ phun mưa trên một ống nhánh là: Số lỗ= tổng diện tích lỗ/diện tích một lỗ
(lỗ) Các lỗ được bố trí thành hai hàng so le nhau ở hai bên thành ống nhánh. Ngoài ra ta còn bố trí hai vòi nước và ống cao su ở hai đầu giàn mưa cách giàn mưa 1m. Kiểm tra thời gian làm thoáng của nước: thời gian làm thoáng nước tính sơ bộ theo thời gian nươc rơi trên toàn bộ chiều cao của giàn mưa (bỏ qua thời gian nước đọng lại trên sàn tung):
Tổn thất áp lực qua giàn mưa: do nước rơi tự do trên giàn mưa nên chọn sơ bộ tổn thất thủy lực của nước qua giàn là 0,5 m. 3.4.2 THIẾT BỊ TRỘN Sử dụng thiết bị trộn ống dẫn Nhiệm vụ: đưa các phần tử hóa chất vào trạng thái phân tán dều trong môi trường nước. Hóa chất được cho vào trong đường ống dẫn sang bể lắng. Sau điểm cho hóa chất thay một đoạn ống dẫn nước nguồn đến bể lắng bằng đoạn ống có đường kính nhỏ hơn, vận tốc dòng nước 1,5 (m/s), theo quy phạm vận tốc này từ 1,2-1,5 (m/s). Chiều dài đoạn ống trộn tính theo tổn thất áp lực bằng 0,4 m. ta có diện tich mặt cắt ngang ống trộn là: Đường kính đoạn ống trộn là:
Chọn đường kính d= 100 mm Kiểm tra lại vận tốc ta có:
<1,5 (nằm trong giới hạn cho phép) 3.4.2 BỂ LẮNG NGANG Nhiệm vụ Lắng đọng cặn sinh ra trong các phản ứng, cặn vôi, cặn tạo ra trong quá trình oxy hóa sắt và mangan. Tăng thời gian để các phản ứng oxy xảy ra hoàn toàn. Cấu tạo: bể lắng ngang thu nước ở cuối. Nguyên lý hoạt động: nước được phân phối vào 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. Nước sau khi từ đầu bể đến cuối bể sẽ đi qua các lỗ thu trên ống thu nước bề mặt và các máng thu nước ở cuối dẫn vào mương thu nước và phân phối nước đi vào các bể lọc. Cặn lắng được xả ra ngoài theo định kỳ bằng áp lực thủy tĩnh qua dàn ống thu xả cặn. Dung tích bể lắng

Trong đó, Q: công suất xử lý của trạm (m3/h) T: thời gian lưu nước trong bể (h). Chọn T = 2h. Chọn chiều cao vùng lắng H = 3 m (theo quy phạm chiều cao này từ 2-3,5 m). Diện tích mặt bằng bể lắng:
Chọn hệ thống xử lý gồm một bể lắng chia thành hai ngăn lắng, mỗi ngăn xem như một bể lắng nhỏ. Chọn chiều rộng bể lắng là 4 m, chiều rộng mỗi ngăn lắng là 2 m (theo quy phạm chiều rộng này lấy không quá 6 m). Chiều dài của bể lắng là:
Chọn chiều dài bể lắng 7m Tính lại thời gian lưu nước trong bể lắng.
Đầu bể lắng thiết kế một tường chắn để phân phối dòng nước vào bể. Tường này cách đầu bể 1,5 m. Trên tường phân phối đục các lỗ, tổng diện tích các lỗ phụ thuộc vào vận tốc nước qua lỗ. Theo quy phạm vận tốc này 0,2- 0,3 m/s, chọn vận tốc nước là 0,2 m/s. Tổng diện tích các lỗ phân phối trong một bể lắng là: Tổng S
lưu lượng nước vào bể/vận tốc nước
Chọn lỗ hình vuông kích thước 50 x 50 mm. Tổng số lỗ trên một vách phân phối trong ngăn lắng là: Tổng số lỗ = tổng diện tích lỗ/kích thước một lỗ
(lỗ) Chọn số lỗ phân phối trên vách phân phối trong ngăn lắng là 11 lỗ Kiểm tra lại vận tốc nước chảy qua lỗ: V = lưu lượng vào một bể/tổng diện tích lỗ
Chiều cao hữu ích của vách phân phối chính bằng chiều cao vùng lắng trong bể. Diện tích hữu ích của vách phân phối nước vào là: 2 x 3 = 6 m2. Lỗ phân phối được bố trí cách chiều cao lớp cặn 0,3 m (theo quy phạm chiều cao này 0,3 -0,5m). Chọn chiều cao hàng lỗ dưới cùng cách cách lớp cặn 0,3 m, chiều cao vùng chứa cặn 1m. Vậy hàng lỗ dưới cùng cách đáy bể 1,3 m. Chiều dài làm việc của bể lắng là: Lbể = 7 – 1,3 = 5,7 (m) Chiều dài ống thu nước
(m) Sử dụng một ống thu khoảng cách giữa ống và tường bể là 1m. Theo quy phạm vận tốc nước chảy trong ống thu 0,6 -0,8 m/s, chọn vận tốc nước bằng 0,8 m/s. Lưu lượng nước dùng tính đường kính ống thu lấy lớn hơn 30% lưu lượng tính toán. Lưu lượng nước chảy vào mỗi ống thu trong một ngăn lắng là: Q ống
Đường kính ống thu nước: D ống thu
Chọn đường kính ống 100mm kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống thu:
Trên các ống thu khoang lỗ đường kính d = 25 mm, vận tốc nước chảy qua lỗ 1m/s (chọn theo quy phạm).Tổng diện tích các lỗ trên một ống thu: S lỗ
Tổng số lỗ trên một ống là: Tổng số lỗ= S lỗ/diện tích một lỗ
(lỗ) Chọn số lỗ trên mỗi ống 12 lỗ, bố trí hai bên thành ống so le với nhau mỗi bên 6 ống. Khoảng cách giữa các lỗ:
Tính chiều cao bể lắng Chiều cao từ mực nước đến sàn công tác là 0,3 m (theo quy phạm chiều cao này 0,3-0,5 m). Chọn phương pháp xả cặn bằng thủy lực, chọn chiều cao vùng chứa cặn 1m, chiều cao từ lớp cặn đến vùng lắng 0,3m. Chiều cao bể lắng là: H= HI + Hcc + Hct = 3 + 1,3 + 0,3 = 4,6 m Hệ thống thu xả cặn: sử dụng ống thu xả cặn đặt ở trung tâm bể lắng dọc theo chiều dài bể. Thể tích của cặn là: V cặn = 2 x 1 x 5,7 = 11,4 m3 Tính toán ống xả cặn sao cho lượng cặn cần xả là 60 % trong thời gian 30 phút. Lượng cặn cần phải xả bằng 0,6 x 11,4 = 6,84 m3 (0,0038 (m3/s)) Chọn vận tốc xả cặn trong ống xả 1 m/s. Đường kính ống xả cặn là: D xả cặn
Chọn ống xả cặn loại ống PVC đường kính 70 mm, chiều dài 5,7 m. Chọn khoảng các giữa các lỗ xả cặn 500mm (theo quy phạm khoảng cách này 300-500 mm). Vậy số lỗ trên ống xả cặn là:
(lỗ) Đáy bể lắng ngang có độ dốc theo chiều dọc là 0,02 theo chiều ngược với chiều nước chảy và độ dốc ngang từ thành bể về phía ống thu cặn là 45o. Vận tốc trung bình của dòng nước trong bể lắng là:
Thiết kế phần máng thu nước ở cuối bể lắng để phân phối nước vào bể lọc: máng này được xây dựng bằng bê tông cốt thép ở cuối bể lắng, ba ống thu nước cùng chảy vào một máng thu. Lưu lượng tính toán máng thu lấy hơn 30% lưu lượng xử lý Qtt
Chọn vận tốc chảy vào máng thu là 0,6 m. Diện tích mặt cắt ngang máng thu là:
Chọn máng có kích thước 0,12 x 0,12 m. Chiều cao từ sàn công tác đến mặt nước trong máng là 0,3m. Chọn tổn thất áp lực qua bể lắng là 0,5 m. 3.4.4 BỂ LỌC 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 cát lọc Dạng bể lọc: bể lọc nhanh Cấu tạo và nguyên lý làm việc Bể lọc nhanh thiết kế dưới đây sử dụng hai lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than antraxit có các thông số sau đây: Cát thạch anh: Đường kính hạt: d = 0,5-1,2 mm Đường kính tương đương: d td= 0,6-6,5 mm Hệ số không đồng nhất: k=1,5-1,7 Chiều dài của lớp vật liệu lọc: 800 mm Than antraxit: Đường kính hạt: d = 0,8 – 1,8 mm Đường kính tương đương: d td= 0,9 – 1,1 mm Hệ số không đồng nhất: k=1,5-1,7 Chiều dài của lớp vật liệu lọc: 400 mm Chọn tốc độ lọc: v= 7 m/h Chu kỳ lọc: 12h. Sử dụng biện pháp rửa lọc gió nước kết hợp. Khi lọc: nước được dẫn từ bể lắng sang, qua máng phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và đưa về bể chứa nước sạch. Khi rửa: nước rửa do bơm cung cấp, qua hệ thống phân phối nước rửa lọc, qua lớp sỏi đỡ, các lớp vật liệu lọc và kéo theo các cặn bẩn tràn vào máng thu nước rửa ở giữa chảy về cuối bể và xả ra ngoài theo mương thoát nước. Quá trình rửa được tiến hành đến khi nước rửa hết đục thì ngưng. Sau khi rửa, nước được đưa vào bể đến mực nước thiết kế, rồi cho bể làm việc. Do cát mới rửa chưa được sắp xếp lại, độ rỗng lớn nên chất lượng nước lọc ngay sau rửa chưa đảm bảo, phải xả nước lọc đầu, không đưa ngay vào bể chứa. Thời gian xả lọc đầu quy định là 10 phút. Tính toán số bể lọc và diện tích mỗi bể lọc Diện tích của các bể lọc:
Trong đó: Q là công suất xử lý (m3/ngày. đêm) T: thời gian làm việc 24 h vbt: vận tốc làm việc bình thường 7 m/h a:số lần rửa bể trong một ngày đêm làm việc ở chế độ bình thường, a = 2 lần. W: cường độ nước rửa lọc 14 l/s.m2 t1: thời gian rửa lọc, thời gian rửa nước 7 phút t2: thời gian ngừng bể lọc để rửa, 30 phút = 0,5 h F
Số bể lọc cần thiết:
Chọn N=3 bể (N không được nhỏ hơn 3 để khi một bể ngưng làm việc thì vận tốc trong các bể còn lại không vượt quá 0,5 lần bình thường) Kiểm tra lại vận tốc lọc của hệ thống:
Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cường với điều kiện đóng 1 bể để rửa
Trong đó: vtc: tốc độ lọc tăng cường, m/h N1: số bể lọc ngừng làm việc để sửa chữa
Nằm trong khoảng 8,5-12 m, đảm bảo Diện tích mỗi bể lọc là: F bể =
Chọn kích thước bể là: 1,46 x 1,46 m Chiều cao toàn phần của bể lọc nhanh xác định theo công thức: H = hd + hv + hn + hp Trong đó: hp: chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc (0,3 -0,5 m), lấy hp= 0,4(m) hd:chiều cao lớp sỏi đỡ, lấy hd = 0,4 (m) hn:chiều cao lớp nước trên lớp vật liệu lọc, lấy hn = 2 (m) hv: chiều dày lớp vật liệu lọc gồm than ăngtraxit và cát thạch anh, hv = L1 + L2= 0,8 + 0,4 = 1,2 (m) Vậy chiều cao bể là: H = hd + hv + hn + hp = 0,4 + 1,2 + 2 + 0,4 = 4 (m) Tính đường ống từ bể lắng sang bể lọc nhanh: Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng sang các bể lọc nhanh được tính theo công thức:
Với Q = 1000/24 (m3/h) V: vận tốc nước trong đường ống, chọn v = 1 (m/s) Thay các giá trị vào công thức trên ta được:
Vậy chọn ống dẫn nước từ bể lắng sang máng phân phối nước của bể lọc có đường kính là D = 125 (mm) Kiểm tra lại vận tốc ta có:
Lớp vật liệu đỡ: Chọn cỡ hạt từ 24 – 40 mm có chiều cao:100 mm Cỡ hạt từ 10-20 mm có chiều cao 100 mm Cỡ hạt 5-10 mm có chiều cao 100 mm Cỡ hạt 2-5 mm có chiều cao 100 mm Rửa lọc Xác định hệ thống phân phối nước rửa: Chọn biện pháp rửa bể bằng gió và nước kết hợp. Cường độ nước rửa lọc W = 14 l/s.m2, theo quy phạm là 14 – 16 l/s.m2 Lưu lượng nước rửa của 1 bể lọc là
Chọn đường kính ống chính là dc = 160 mm bằng thép thì tốc độ nước chảy trong ống là vc = 1,5 m/s, lấy khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25 m (theo quy phạm 0,25- 0,3 m) Số ống nhánh của một bể lọc là:
(ống) Chọn số ống nhánh là 10 ống. Bố trí các ống: ống nhánh được đặt vuông góc với ống chính, khoảng cách giữa các ống nhánh là 0,25 m, bố trí dàn ống theo kiểu xương cá. Lưu lượng nước rửa lọc chảy trong mỗi ống nhánh là
Chọn đường kính ống nhánh dn= 45 mm bằng thép, thì tốc độ nước chảy trong ống nhánh sẽ là vn = 1,9 m/s (nằm trong giới hạn cho phép 1,8 -2,0 m/s) Với đường kính ống chính là dc= 160 mm nên tiết diện ngang của ống chính sẽ là:
Tổng diện tích lỗ lấy bằng 35 % diện tích tiết diện ngang của ống chính (quy phạm cho phép 30 – 35%). Vậy tổng diện tích lỗ được tính là
0,35x0,02 = 0,007 (m2) Chọn lỗ có đường kính là 12 theo quy phạm 10 -12 mm. Vậy diện tích 1 lỗ sẽ là:
Tổng số lỗ sẽ là:
(lỗ) Số lỗ trên mỗi ống nhánh là:
(lỗ) Trên mỗi ống nhánh 6 lỗ, các lỗ xếp thành 2 hàng so le nhau, hướng xuống phía dưới và nghiêng 1 góc 45o so với mặt phẳng nằm ngang. Số lỗ trên một hàng của ống nhánh là: 6/2 = 3 (lỗ) Khoảng cách giữa các tâm lỗ sẽ là:
(m) Tính toán máng thu nước rửa lọc Vì kích thước của bể là 1,46 x 1,46 m nên ta chỉ bố trí 1 máng thu ở giữa bể, mép trên của máng thu thẳng và nằm ngang, đáy máng có độ dốc 0,01 về phía cuối máng, đáy có hình tam giác. Chiều rộng máng tính theo công thức:

(T.S Nguyễn Ngọc Dung, xử lý nước cấp) Trong đó: A: tỉ số giữa chiều cao phần chữ nhật, a = 1,2 (theo quy phạm a =1-1,5) Qm: lưu lượng nước rửa qua máng, cũng chính là lượng nước rửa cho mỗi bể lọc, qm = Qr = 0,03 (m3/s) K: hệ số, đối với tiết diện máng hình tam giác K= 2,1. Vậy chiều rộng máng được tính là:
Suy ra chiều cao máng chữ nhật là
Lấy chiều cao phần đáy tam giác hd = 0,14 (m) Độ dốc đáy máng lấy về phía máng tập trung nước là i=1% Chiều dày thành máng lấy là:
0,05 (m) Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa là: Hm = hcn + hd +
0,168 + 0,15 + 0,05 = 0,368 (m) Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên máng thu nước được xác định theo công thức:
(T.S Nguyễn Ngọc Dung, xử lý nước cấp) Trong đó: Lvl:chiều dày lớp vật liệu lọc, Lvl = 0,8 + 0,4 = 1,2 (m) e:độ giãn nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e= 50% Vậy ta tính được:

Theo quy phạm, khoảng cách giữa đáy dưới cùng của máng dẫn nước rửa phải nằm cao hơn lớp vật liệu lọc tối thiểu là 0,07 m. Chiều cao toàn phần của máng thu nước rửa Hm = 0,368 m, vì máng dốc i=1%, dài 1,46 m nên chiều cao máng ở phía cửa ra là:
Khoảng cách tối thiểu giữa mép trên cùng của máng dẫn nước rửa tới lớp vật liệu lọc là:
H’m = 0,3826 + 0,07 = 0,4526 (m) Vậy
Hm phải lấy bằng:
Hm = 0,85 (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: vc: vận tốc nước chảy ở đầu ốn chính, vc = 1,5 m/s vn:vận tốc nước chảy ở đầu ống nhánh, vn= 1,9 m/s G:gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
:hệ số sức cản
= 2,2/ K2w + 1 = 2,2/0,352 + 1 = 18,96 (m) Với K2w là tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống và diện tích tiết diện ngang của ống chính, K2w = 0,35 Vậy:
-Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: Hđ= 0,22 Ls. W = 0,22x0,4x14=1,232 (m) Trong đó: Ls: chiều dày lớp sỏi đỡ, Ls = 0,4 (m) W: cường độ rửa lọc, W = 14 (l/s.m2) -Tổn thất áp lực qua các lớp vật liệu lọc: Hvl = (a + bW).L.e Trong đó: L: chiều dày lớp mỗi vật liệu lọc, L1= 0,8 m , L2= 0,4 m E: độ nở tương đối của lớp vật liệu lọc, e= 50 % A,b: các hằng số phụ thuộc vào vật liệu lọc Với cát thạch anh, dtđ = 0,65 mm, a = 0,76, b = 0,017 Than ăngtraxit, dtđ = 1,1 mm, a = 0,85; b = 0,004 Hvl = (0,76 + 0,017x14)x0,8x0,5 + (0,85 + 0,004x14)x0,4x0,5=0,58 (m) -Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu của lớp vật liệu lấy bằng hbm = 2 (m) Vậy tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc là: Ht = hp + hđ + hvl + hbm = 2,36 + 1,23 + 0,58 + 2 = 6,17 (m) 3.4.5 BỂ THU HỒI NƯỚC RỬA LỌC Lượng nước trung bình cho một lần rửa bể lọc là : Vmột bể = q x Sbể x T Trong đó : q là cường độ rửa, lấy q = 14 l/s.m2 Sbể : diện tích bề mặt một bể lọc, Sbể = 2,13 m2 T : thời gian rửa bằng nước, T = 7 phút Vmột bể = 14 x 2,13 x 7 x 60 = 12524,4 l/lần = 12,5244 m3/lần Lượng nước lọc được sau 1 chu kỳ là : Vnước sạch = vlọc x Sbể x Tlọc Trong đó : vlọc vận tốc lọc trong các bể lọc, v = 7 m/h Sbể : diện tích bề mặt một bể lọc, Sbể = 2,13 m2 Tlọc : chu kỳ trung bình của bể lọc, T = 11,37 giờ Vnước sạch = 7x 2,13 x 11,37 = 169,5267 m3/1bể Hàm lượng cặn trong nước rửa lọc là : Hàm lượng cặn =
Trong đó : hàm lượng cặn từ bể lắng đi vào bể lọc là 3,4 mg/l = 3,4 g/m3 lượng nước dùng cho một lần rửa lọc là 12,5 m3 Chu kỳ hoạt động của bể lọc là 12 giờ như vậy với một bể lọc số lần rửa bể lọc trong một ngày là 2 lần. Toàn bộ hệ thống xử lí có 2 bể lọc.Như vậy trong một ngày lượng nước rửa lọc của hệ thống xử lí là : Vrửa lọc = 12,5x2x3= 75 m3/ngày Vì lượng nước rửa lọc ra không liên tục nên ta không sử dụng bể lắng mà sẽ thiết kế hồ lắng tĩnh để thu hồi nước rửa lọc này. Chọn thời gian lắng đối với nước của một lần rửa lọc là 1h. Như vậy ta xây dựng hai hồ lắng tĩnh có dung tích khoảng 13 m3. Nước rửa lọc được đưa vào hồ lắng và được để cho lắng trong vòng 1h sau đó nước sẽ được bơm trở lại hệ thống xử lý còn cặn được đưa qua hố gom cặn rồi định kỳ đem cặn từ hố gom xả bỏ. Tính thể tích vùng lắng cặn: Thể tích nước một lần rửa bể lọc là 12,5 m3 Khối lượng cặn trong nước rửa lọc (xem khối lượng riêng của cặn bằng khối lượng riêng của nước) là: 48,67x 12,5= 608,375 g = 0,608 kg. Xem khối lượng riêng của cặn bằng khối lượng riêng của nước thì thể tích cặn trong nước của một lần rửa lọc là 0,608 l = 0,0006 m3. Vậy thể tích hồ lắng cần cho một lần rửa lọc là: 12,5 + 0,0006 = 12,5006 m3. Ta xây dựng hồ lắng có kích thước: dài x rộng x cao: 3 x 2 x 2,2 m Dung tích của của hồ là 13,2 m3, ở đáy hồ có đặt hệ thống xả cặn, cặn này có thể xả bằng phương pháp thủy lực sang bể nén cặn để làm ráo nước và đem đi đổ bỏ. ở các bể thu nước được gắn bơm hoạt động 1h/1 lần, bơm hoạt động khi nước đã lắng được 1h. 3.4.6 KHỬ TRÙNG NƯỚC Nhiệm vụ Dùng để sát trùng nước trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước Đối với nước ngầm lượng Clo cần sử dụng là 0,7 mg/l ( theo quy phạm thì lượng Clo lấy từ 0,7-1 mg/l). Lượng Clo sử dụng là: 0,7 x 10-6 x 103 = 0,0007 kg/ m3 Để Clo hóa nước cần phải có kho chứa Clo tiêu thụ hằng ngày, thiết bị để Clo hóa nước thành hơi và thiết bị định lượng Clo (Clorator). Trong buồng định lượng Clo cho phép bảo quản lượng Clo lỏng không quá 50 kg. Lượng nước tính toán để thiết bị định lượng Clo làm việc là: 0,6 m3 cho 1kg Clo. Tổn thất áp lực lấy bằng 5m. Số lượng các thiết bị công nghệ dự phòng trong buồng Clo cần lấy: 1 Clorator làm việc và 1 Clorator dự phòngđể dẫn Clo lỏng cần dùng loại ống đảm bảo độ kín và chịu được áp lực cần thiết. Ông dẫn Clo có độ dốc chung 0,01 về phía thùng đựng Clo lỏng và không được phép có các mối nốicó thể tạo thành các vật chắn thủy lực hoặc nút khí. Ống dẫn Clo phải dùng loại vật liệu chịu được nước Clo. Chọn đường kính ống dẫn Clo có đường kính d= 40 mm ( theo quy phạm đường kính này không quá 80 mm). 3.4.7 CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ Tính toán bơm rửa lọc Áp lực cần thiết của máy bơm rửa lọc hb = hhh + hô + ht + hcb Trong đó: hhh:độ cao hình học đưa nước tính từ mức nước thấp nhất trong bể chứa đến mép máng thu nước rửa lọc (m) hhh = 4 + 3 – 2 +0,85 = 3,35 (m) 4 : chiều sâu mực nước trong bể chứa (m) 3: độ chênh mực nước giữa bể lọc và bể chứa (m) 2: chiều cao lớp nước trong bể lọc (m) 0,85:khoảng cách từ lớp vật liệu lọc đến mép máng (m) hô: tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm nước rửa đến bể lọc (m) hô = J.l Với đường kính ống dẫn là 160 mm, Q = 30 l/s (vc = m/s), tra bảng hệ số tổn thất ta được: 1000J = 14 Giả sử ống dài 100 m , ta có hô = 0,014x100 = 1,4 (m) ht: tổn thất áp lực trong nội bộ bể lọc, đã tính ở trên ht = hp + hđ + hvl + hbm hcb: tổn thất cục bộ của bộ phận ống nối và van khóa
Giả sử trên đường ống có các thiết bị phụ như 2 cút 90o, 2 van khóa, 2 ống ngắn. hcb
Vậy Hbơm = 5,85 + 1,4 + 6,17 + 0,5 = 13,92
14 (m) -Lưu lượng nước rửa lọc: Qrửa = W.f.N = 14x2,13x3 = 89,46 (m3/s) Với: W: cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), W = 14 l/s.m2 F:diện tích một bể lọc (m2), f = 2.13 (m2) N: số bể lọc, N =3 -Công suất bơm:
Trong đó: Q: lưu lượng bơm, Q = 0,089 (m3/s) H: áp lực của bơm, Hbơm = 14 m
: khối lượng thể tích của nước,
= 1000 kg/m3
: Hiệu suất của bơm, lấy
=80% -Chọn hai bơm, một làm việc, một dự phòng. Tỉ lệ lượng nước rửa lọc so với lượng nước vào bể lọc tính theo công thức:
(T.S Nguyễn Ngọc Dung, xử lý nước cấp, Nxb xây dựng Hà Nội, 2003) Trong đó: W: cường độ nước rửa lọc (l/s.m2), W = 14 l/s.m2 F:diện tích một bể lọc (m2), f = 2,13 m2