Thiết kế giếng

2 tb)

4.2.1.2. Thiết kế giếng

a) Chiều sõu giếng

Lưu lượng khai thỏc là 20 m3/ngày phục vụ cho sinh hoạt và ăn uống. Trờn cơ sở nghiờn cứa địa chất thủy văn, tụi đó lựa chọn tầng chứa nước holocen làm tầng chứa nước khai thỏc. Dựa trờn đặc điểm của tầng chứa nước và nhu cầu sử dụng nước tụi chọn chiều sõu giếng khoan là 35 một. Chiều sõu này cú thể thay đổi khi ỏp dụng vào thực tế, tựy thuộc vào tầng chứa nước tại khu vực đú.

b) Đường kớnh giếng khoan

Dựa vào nhu cầu sử dụng nước và khả năng lấy nước tại tầng chứa nước holocen. Tụi chọn đường kớnh giếng khoan là 90 mm. Với cấp đường kớnh này sẽ đảm bảo cho việc cung cấp nước cho hệ thụng xử lý với lưu lượng cần khai thỏc là 20 m3/h và với cấp đường kớnh này phự hợp với khả năng khai thỏc trong tầng chứa nước holocen cú thể khai thỏc lờn tới 34,5 m3/h.

c) Kết cấu giếng

SVTH: Nguyễn Cao Huy 57 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

 Ống chống

 Ống lọc

 Ống lắng

Vỡ lỗ khoan cú cấp đường kớnh khụng lớn và chiều sõu lỗ khoan ngắn, tụi chọn ống chống, ống lọc và ống lắng cựng một cấp đường kớnh. Dựa vào nhu cầu sử dụng nước là 20 m3/ngày và đường kớnh lỗ khoan là 90 mm tụi chọn đường kớnh ống là 70 mm. Với cấp đường kớnh này đảm bảo sẽ cung cấp đủ nước cho hệ thống hoạt động và đỏp ứng nhu cầu cấp nước.

 Ống chống

Ống chống được thiết kế từ 0-27 một với đường kớnh là ϕ 70 mm

Ống chống cú ϕ 75 mm và cú độ dày 4,5 mm; tụi chọn ống nhựa uPVC tiền phong vỡ những đặc điểm sau:

 Nhẹ nhàng, dễ vận chuyển.

 Mặt trong, ngoài ống búng, hệ số ma sỏt nhỏ.

 Chịu được ỏp lực cao.

 Lắp đặt nhẹ nhàng, chớnh xỏc, bền khụng thấm nước.

 Độ bền cơ học và độ chịu va đập cao.

 Sử dụng đỳng yờu cầu kỹ thuật độ bền khụng dưới 50 năm.

 Giỏ thành rẻ, chi phớ lắp đặt thấp so với cỏc loại ống khỏc.

 Độ chịu húa chất cao (ở nhiệt độ 0oC đến 45oC chịu được cỏc húa chất axit,kiềm,muối.)

 Ống lọc

Ống lọc được thiết kế từ độ sõu 28-33 một với đường kớnh ϕ 75 mm. Như vậy Ống lọc cú độ dài 6 một, ống lọc làm từ chất liệu nhựa uPVC tiền phong cú ϕ 75 mm và cú độ dày 4,5 mm.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 58 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

Ống lắng được thiết kế từ độ sõu 34-35 một với đường kớnh ϕ 75 mm. Như vậy ống lắng cú độ dài 2 một, chọn ống uPVC tiền phong cú đường kớnh ϕ 75 mm và bề dày 4,5 mm. Tỏc dụng của ống lắng là lắng cỏc vật liệu cơ học khi đi vào giếng qua ống lọc như vậy với độ dài 2 một, với cụng suất khai thỏc nước nhỏ, chiều dài ống lắng như vậy là hợp lý.

d) Mỏy bơm

Tiờu chớ chọn mỏy bơm dựa vào cụng suất, độ sõu cần hỳt và chiều cao cần đẩy của nước. Cụng suất cần đạt với giếng khoan này là 20 m3/ngày, một ngày khai thỏc 10 tiếng như vậy cụng suất theo giờ là 2 m3/giờ. Mực nước tĩnh của tầng chứa nước holocen là 5-7 một; chiều cao cần đẩy bao gồm độ sõu mực nước tĩnh so với mặt đất cộng với chiều cao hệ thống xử lý(giàn mưa), như vậy tớnh tổng chiều cao cần đẩy khoảng 11 một.

Qua những tiờu chớ trờn tụi chọn mỏy bơm Panasonic GP-200JA với cỏc thụng số sau:

 Cụng suất: 200 W  Lưu lượng hỳt 45 lớt/phỳt = 2,7 m3/h  Đường kớnh ống xả 25 mm  Đường kớnh ống hỳt 25 mm  Sức đẩy: 21 m  Sức hỳt: 9 m

 Mỏy sử dụng nhiờn liệu điện và cú giỏ thành 1.400.000 đồng

Chọn mỏy bơm cú thụng số cụng suất là 2,7 m3/h vỡ khi đưa vào hoạt động cỏc loại mỏy bơm chỉ chạy được 80% cụng suất ghi trờn vỏ mỏy.

e) Vật liệu trỏm

 Ống lắng và ống lọc

Để trỏnh cho đất đỏ, vật liệu hữu cơ đi vào giếng khoan làm tắc giếng khoan do ống lọc được thiết kế cú cỏc lỗ nhỏ hỳt nước từ tầng chứa nước đặt ống. Vỡ vậy sử dụng vật liệu trỏm là sỏi cú đường kớnh 0,5 cm.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 59 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

Vsỏi = Vlỗ khoan 1 – Vống lọc – Vống lắng = Smặt cắt 1 . (Lống lắng + Lống lọc) – Smặt cắt 2 . Lống lắng - Smặt cắt 2 . Lống lọc = π.r12 .( Lống lắng + Lống lọc) – π.r22.(Lống lắng + Lống lọc)

Trong đú:

Vsỏi: thể tớch sỏi cần sử dụng để trỏm ống lọc và ống lắng, m3

Vlỗ khoan 1: thể tớch lỗ khoan chứa ống lắng và ống lọc, m3

Vống lọc: thể tớch ống lọc, m3

Vống lắng: thể tớch ống lắng, m3

r1, r2: lần lượt là bỏn kớnh giếng khoan và bỏn kớnh ống lọc, m

r1 = D1/2 = 0.09/2 = 0.045 m

r2 = D2/2 = 0.075/2 = 0.0375 m

Lống lọc, Lống lắng: lần lượt là chiều dài ống lọc và chiều dài ống lắng, m3

Lống lọc = 6 m

Lống lắng = 2 m

Vsỏi = π . 0,0452.(2 + 6) – π.0,03752(2 + 6) = 0,0156 m3

 Ống chống

Ống chống cú độ dài lớn, chịu ảnh hưởng của nhiều tỏc động từ bờn ngoài như ăn mũn của cỏc chất gõy ăn mũn cú trong đất, tỏc động của cỏc sinh vật, tiếp xỳc với chất gõy ụ nhiễm, nước ụ nhiễm. Chớnh vỡ vậy cần cú vật liệu cỏch nước, chống sự xõm nhập của cỏc chất gõy tỏc động xấu tới hệ thống ống. Tụi chọn vật liệu trỏm lỗ phần ống chống là xi măng chuyờn dung trỏm lỗ giếng khoan, xi măng Sllicate Flour, do vật liệu cú sẵn trờn thị trường và đảm bảo cỏc tiờu chuẩn kĩ thuật khi trỏm ống.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 60 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

Tỉ lệ nước/xi măng Sllicate cú trị số từ 0,8-0,9 sẽ thu được vữa cú tỉ trọng 1,58g/cm3. Như vậy 1m3 vữa cần 1580kg xi măng.

Thể tớch dung dịch xi măng cần sử dụng là Vxi măng

Vxi măng = Vlỗ khoan 2 – Vống chống = π.r12.Lống chống – π.r22.Lống chống

Trong đú:

Vxi măng: Thể tớch xi măng cần sử dụng, m3

Vlỗ khoan 2: Thể tớch lỗ khoan chứa ống chống, m3

Vống chống: Thể tớch ống chống, m3

r1,r2: Lần lượt là đường kớnh lỗ khoan và ống chống, m

r1 = D1/2 = 0.09/2 = 0.045 m

r2 = D2/2 = 0.075/2 = 0.0375 m

Lống chống: Chiều dài ống chống, m

Lống chống = 27 m

Vxi măng = π.0,0452.27 – π.0,03752.27 = 0,052 m3.

Với thể tớch như trờn cần 0,052.1580=83 kg xi măng. 4.2.1.3. Thống kờ

Bảng 4. 1: Túm tắt cỏc thụng số thiết kế cho giếng khoan

Stt Tờn thành phần, vật liệu Loại vật liệu Giỏ trị Đơn vị

1 Giếng khoan ống chống Nhựa uPVC

Tiền Phong ϕ 75

SVTH: Nguyễn Cao Huy 61 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54 ống lọc Nhựa uPVC Tiền Phong ϕ 75 6 m ống lắng Nhựa uPVC Tiền Phong ϕ 75 2 m

2 Vật liệu trỏm Sỏi Đường kớnh 5

mm 0,0156 m3 Xi măng Hỗn hợp xi măng và nước 0,052 m3

3 Mỏy bơm Panasonic GP-

200JA

1 Cỏi

4 ống nhựa hỳt nước của mỏy

bơm

Nhựa uPVC

Tiền Phong ϕ 27

SVTH: Nguyễn Cao Huy 62 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

SVTH: Nguyễn Cao Huy 63 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54 4.2.2. Hệ thống bể xử lý

4.2.2.1. Giàn mưa

a) Tỏc dụng

Nước ngầm được tạo ra trong quỏ trỡnh thẩm thấu nước mưa, nước bề mặt. Nguồn nước ngầm ớt chịu ảnh hưởng bởi tỏc động của con người, chất lượng nước ngầm tốt hơn chất lượng nước sụng suối, trong nước ngầm hầu như khụng cú chứa cỏc hạt keo tụ, cỏc hạt lơ lửng và vi sinh vật gõy bệnh, tuy nhiờn nước ngầm lại cú nhược điểm là chứa hàm lượng sắt khỏ cao. Nước ngầm quan trắc được tại huyện Duy Tiờn tỉnh Hà Nam cú nồng độ sắt và asen rất cao. Hàm lượng sắt cao là một lợi thế để loại bỏ asen trong phương phỏp tụi đề xuất.

Cơ chế hệ thống xử lý:

Fe(II) + oxi khụng khớ Fe(III) Fe(III) + As(III) Fe(II) + As(V) Fe(II) + oxi khụng khớ Fe(III)

Hệ thống giàn mưa với mục đớch chuyển Fe(II) → Fe(III) nhờ khả năng cung cấp oxi vào nước ngầm. Chớnh vỡ vậy giàn mưa khụng thể thiếu trong hệ thống xử lý.

Cung cấp oxi cho nước Fe(II) chuyển sang Fe(III) theo phản ứng 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3

Sắt(III) kết tủa thành bụng cặn màu vàng phản ứng với Asen trong nước và kết tủa xung quanh lớp vật liệu lọc.

b) Thiết kế

Dạng giàn mưa tụi chọn là dạng giàn làm thoỏng tự nhiờn, giàn mưa ngoài trời cú mỏi che.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 64 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

 Đường kớnh ống

Do lưu lượng khai thỏc nước là 2m3/h, chọn cường độ tưới là 1m3/m2.h, diện tớch bề mặt cần cho giàn mưa là:

S = Q/q trong đú: Q là lưu lượng khai thỏc, m3/h

q là cường độ tưới, m3/m2.h

S là diện tớch bề mặt cần cho giàn mưa, m2

S = 2/1 = 2 m2

Chọn chiều dài 2m, chiều rộng là 1m

Bố trớ 2 ống nhựa PVC ϕ 21 dài 2m, cú đục lỗ bờn dưới để phun nước xuống bể lọc. Chọn khoảng cỏch giữa 2 ống là 40 cm. Ta cú đường kớnh ống cung cấp nước từ mỏy bơm cho 2 ống nhựa PVC ϕ 21 là

D = .

.

Trong đú: v là vận tốc của nước (0,8-1,2 m/s) chọn v=1,2 m/s Q là lưu lượng nước cấp

D là đường kớnh ống giàn mưa

D = .

, . . , = 0,024 mm

Chọn ống PVC ϕ 25mm.

Ống cung cấp nước cho giàn mưa cú ϕ 25mm là phự hợp, do đường kớnh ống xả của mỏy bơm là 25mm như vậy sẽ trỏnh tổn thất ỏp lực khi đẩy nước lờn cao.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 65 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

 Lỗ và bước lỗ

Theo một số tài liệu tham khảo, chọn đường kớnh lỗ là 5 mm, bước lỗ là 30 mm để nước sau khi ra hấp thụ một cỏch tốt nhất oxi trong khụng khớ. Như vậy số lỗ trờn một ống sẽ là:

L = [d.n + (n+1).lbước lỗ]

=> n = (L - lbước lỗ)/(d + lbước lỗ)

Trong đú: D là đường kớnh lỗ (m) lbướclỗ là độ dài bước lỗ (m)

L là độ dài ống giàn mưa(m) n là số lỗ trong 1 ống

=> n = (2 – 0,03)/(0,005 + 0,003) = 56,2 = 57 lỗ

 Chiều cao giàn mưa

Do lưu lượng nước cấp cho giàn mưa khụng lớn và để nước hấp thụ oxi ngoài khụng khớ một cỏch tốt nhất, chọn chiều cao giàn mưa là 30 cm(chiều cao gian mưa là khoảng cỏch từ giàn mưa tới mộp bể lọc cỏt)

c) Bảng tổng hợp

Bảng 4. 2: Túm tắt cỏc thụng số thiết kế cho giàn mưa

Stt Thụng số Số liệu thiết kế

1 Ống giàn mưa Hai ống ϕ 21 mỗi ống 2 m

2 Số lỗ trờn mỗi ống 57 lỗ

3 Đường kớnh lỗ 5 mm

SVTH: Nguyễn Cao Huy 66 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

5 Chiều cao giàn mưa 30 cm

6 Đường kớnh ống phõn phối nước cho 2

ống giàn mưa

25 mm

4.2.2.2. Bể lọc và bể chứa a) Bể lọc cỏt a) Bể lọc cỏt

Bể lọc cỏt bao gồm phần khoảng khụng chứa nước, lớp vật liệu lọc và hệ thống rửa

ngược.

 Lớp vật liệu lọc

Theo như mụ hỡnh bể lọc Asen của Trung tõm thụng tin-Kinh tế tài nguyờn nước vừa cụng bố, với lớp vật lọc bao gồm 20cm sỏi đặt ở đỏy là khi vực thu nước, tiếp đú là 40cm cỏt vàng và trờn cựng là 50cm cỏt đen thỡ hàm lượng sắt và Asen sau khi đi ra ngoài bể lọc đạt tiờu chuẩn nước sinh hoạt, tụi ỏp dụng cụng trỡnh đó qua thực nghiệm của trung tõm để thiết kế hệ thống xử lý phự hợp với điều kiện cũng như lưu lượng sử dụng.

Chọn diện tớch đỏy bể lọc cỏt là 2m2. Như vậy thể tớch:

 Lớp cỏt đen = 2x0,5m=1 m3

 Lớp cỏt vàng = 2x0,4m=0,8 m3

 Lớp sỏi =2x0,2= 0,4 m3

Lớp vật liệu lọc cú tốc độ lọc là 1m3/m2.h như vậy với diện tớch bề mặt của bể lọc là 2m2, sau 1 giờ bể lọc được 2m3 nước.

Với cường độ tưới của giàn mưa là 1m3/m2.h, diện tớch bề mặt của bể lọc là 2m2 như vậy sau 1 giờ, giàn mưa cung cấp nước cho bể lọc là 2m3.

→ lượng nước cấp cấp bởi giàn mưa bằng lượng nước được lọc qua lớp vật liệu lọc.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 67 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

Phần khoảng khụng giữa giàn mưa và lớp vật liệu lọc phải đủ lớn để nước khi rơi xuống khụng ảnh hưởng cơ học tới lớp vật liệu lọc, tụi chọn phần khoảng khụng này cao 1 một chưa bao gồm khoảng cỏch từ giàn mưa tới mộp trờn của bể lọc. Như vậy khoảng cỏch giữa giàn mưa và lớp vật liệu lọc(lớp cỏt đen) là 1m + 0,3m = 1,3 một (trong đú 0,3m là khoảng cỏch từ giàn mưa tới mộp trờn của bể lọc).

 Hệ thống rửa ngược

Hệ thống rửa ngược được bố trớ trong tầng lớp vật liệu sỏi, bao gồm 2 ống nhựa tương tự như ống giàn mưa, chọn đường kớnh lỗ là 5 mm, bước lỗ là 30 mm như vậy mỗi ống cú chứa 57 lỗ. Ống của hệ thống rửa ngược sẽ được nối với bể lọc đỏ ong và bể chứa nhằm cỏc mục đớch khỏc nhau.

b) Bể lọc đỏ ong

Bể lọc đỏ ong được thiết kế riờng biệt để lọc Asen cung cấp nước sạch sử dụng cho ăn uống.

 Đỏ ong

Đỏ ong cú thành phần chủ yếu là Hydroxit oxi sắt ngậm nước hay khụng ngậm nước và mangan, một phần rất ớt oxit nhụm.

Theo một số tài liệu địa chất thủy văn ghi lại, vựng này cú mực nước ngầm thấp tạo điều kiện thuận lợi cho việc hỡnh thành đỏ ong và loại đỏ ong này là đỏ ong tổ ong.

Đỏ ong tổ ong, vỏ là một khối gồm khoỏng sột và khoỏng sơ cấp của đỏ mẹ khụng biến húa bị oxit sắt kết dớnh lại, cú màu đỏ. Khung đỏ ong về cấu tạo cũng giống như tổ ong thật nhưng khung của đỏ ong khụng đều cạnh bằng khung tổ ong thật. Cỏc lỗ của khung tổ ong gồm cỏc cỡ từ 3-4cm. Cỏc vỏch thành của khung là một khối cả khoỏng sột lẫn khoỏng sơ cấp khụng biến húa của đỏ mẹ tại chỗ bị oxit sắt kết dớnh lại cú màu đỏ. Ruột đỏ ong là sản phẩm sột.

SVTH: Nguyễn Cao Huy 68 Lớp: Địa Sinh Thỏi - K54

Đỏ ong nằm ở độ sõu từ 2-3 m so với mặt đất. Sau khi khai thỏc lờn thành khối, khối đỏ sẽ được rửa sạch bằng nước thụ, sau đú đập nhỏ thành cỏc hạt cú kớch thước từ 2-4mm để tăng hiệu quả hấp thụ asen, phơi khụ và sử dụng.

 Thiết kế bể

Bể lọc đỏ ong nằm sau hệ thống bể lọc cỏt, được cung cấp nước từ bể lọc cỏt, bể là nơi lọc, lưu trữ nước trước khi sử dụng. Nước từ bể lọc đỏ ong phục vụ cho mục đớch ăn uống, chớnh vỡ vậy lượng nước cung cấp khụng cần nhiều(khoảng 1m3/ngày trong tổng số 20m3/ngày cần cấp nước). Theo trung tõm Thụng tin – Kinh tế tài nguyờn nước thỡ lớp đỏ ong dày 70 cm xử lý Asen đạt tiờu chuẩn nước cấp cho mục đớch ăn uống. Chọn lớp đỏ ong dày 70 cm, bể cú diện tớch đỏy 1m2. Chọn thể tớch bể lọc là 1,5 m3 phự hợp với mục đớch cấp nước ăn uống 1m3/ngày. Như vậy chiều cao bể lọc sẽ là 1,5 m.

Thể tớch đỏ ong cần dựng là: 0,7 x 1 x 1,5 = 1,05 m3

Theo trung tõm Thụng tin – Kinh tế tài nguyờn nước thỡ thời gian lưu của bể là 3 giờ để Asen kết tủa đến mức đạt tiờu chuẩn theo Tiờu chuẩn Việt Nam 01(tiờu chuẩn kĩ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống).

c) Bể chứa

Bể chứa nước nằm sau bể lọc cỏt, được cung cấp nước bởi hệ thống ống rửa lọc, bể chứa là nơi lưu trữ nước dựng cho sinh hoạt.