II. CÔNG TRÌNH CHUẨN BỊ DUNG DỊCH PHÈN
2. Hƣớng dẫn sử dụng khi dùng PAC
Pha chế thành dung dịch 5% - 10% châm vào nƣớc nguồn cần xử lý.
Hàm lƣợng PAC chuẩn đƣợc xác định thực tế đối với mỗi loại nƣớc cần xử lý, tùy theo độ đục, hàm lƣợng chất lơ lửng. Liều lƣợng xử lý nƣớc mặt: 1-10 g/m3
3. Tính toán lƣợng PAC
Nƣớc nguồn có hàm lƣợng cặn lơ lửng là 29 mg/l nên ta chọn 4g PAC sử dụng cho 1 m3 nƣớc sông. Lƣợng PAC dùng trong 1 ngày: 4000 m3/ngày × 2g/m3 =16000 g/ngày = 16 kg/ngày.
Dạng PAC lỏng ngoài thị trƣờng có nồng độ là 10% PAC, ta cần pha loãng ra để dùng cho xử lý nguồn nƣớc với nồng độ 5% PAC.
36
III. BỂ LỌC CÁT LIÊN TỤC
Tổng diện tích bể lọc tiếp xúc của trạm xử lý xác định theo công thức,
2 bt m v T Q F Trong đó, F: Tổng diện tích bể lọc (m2)
Q: công suất trạm xử lý (m3/ngày đêm), Q = 4000 m3/ngày đêm
T: thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm (giờ). T = 24 giờ
vbt: tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thƣờng (m/h), chọn vbt = 8,5 m/h
(tốc độ lọc thay đổi trong phạm vi 3 – 5 gpm/ft2
(7,3 – 12,2 m/h), Wastewater Reclamation and Reuse, Filtration Rates, trang 243)
Vậy ta tính đƣợc tổng diện tích bể lọc của trạm xử lý là,
2 6 , 19 5 , 8 24 000 , 4 m F Chọn 4 bể lọc cát liên tục.
Lƣu lƣợng qua mỗi bể, Q’= Q/4 = 4000/4 = 1000 m3/ngày đêm
Kiểm tra lại tốc độ lọc tăng cƣờng với điều kiện đóng một bể để rửa,
1 N N N v vtc bt ,
(Công thức 6-21, tại điều 6.105, TCXDVN 33:2006)
Trong đó,
vtc: tốc độ lọc tăng cƣờng, m/h
N1: số bể lọc ngừng làm việc để sửa chữa, N1 = 1 bể
h m vtc 11,3 / 1 4 4 8,5
Đảm bảo do không quá 12,2 m/h Diện tích mỗi bể lọc là,
Fbể = 19,6/4 = 4,9 m2
Chọn đƣờng kính bể lọc: D = 2,5 m Diện tích bể lọc sau đó: Fbể = 5 m2
37
Từ đó, chọn bể lọc Dynansand loại DS5000 AD STD.
Bảng 4.1. Thông số thiết kế của hệ thống Dynasand
Thông số Nội dung
Nồng độ chất rắn lơ lửng (TSS) đầu vào TSS = 29 mg/L
Diện tích lọc 5 m2
Thể tích vật liệu lọc 13,2 m3
Tải trọng thủy lực (tốc độ lọc) HLR = 8,5m3/m2.h
Lƣu lƣợng nƣớc rửa ngƣợc 3-4 m3/h
Thời gian lƣu nƣớc HRT = 0,72 h
Chiều dày lớp vật liệu lọc 2,0 m
Đặc tính lớp vật liệu Cát thạch anh, d = 1,0 – 2,0 mm
Lƣu lƣợng khí nén 140 l/phút
Áp lực khí 5 bar
(Nguồn: Nordic catalog, Sweden)
Chọn đƣờng kính đáy là 0,8 m.
Chọn đƣờng kính đĩa phân phối nƣớc = 2,0 m.
Chiều cao toàn phần của bể lọc xác định theo công thức,
H = hv + hn + hp+ hđ, Trong đó,
hp: chiều cao lớp bảo vệ của bể lọc (0,3 ÷ 0,5m), chọn hp = 0,5 m
hn: chiều cao lớp nƣớc trên lớp vật liệu lọc, m. hn ≥ 2, chọn hn= 2,0 m
hv: chiều dày lớp vật liệu lọc gồm cát thạch anh, chọn hv = L = 2,0 m
hđ: chiều cao phần đáy hình nón ngƣợc, chọn hđ = 1,5 m
(Những chiều cao trên được chọn dựa trên Sơ đồ thử nghiệm và TCXDVN 33:2006)
Vậy chiều cao của bể là,
H = hv + hn + hp + hđ = 2,0 + 2,0 + 0,5 + 1,5 = 6,0 m
Kiểm tra lại chiều cao theo HRT = 0,72 h.
38
Chiều cao bể: H = V/Fbể = 30m3/ 5 m2 = 6 m (phù hợp với chiều cao đã chọn và
DS5000 AD STD)
1. Vật liệu lọc
Vật liệu lọc là cát thạch anh (Silica Sand) - vật liệu dạng hạt có hàm lƣợng SiO2 rất cao (trên 95%). Tác dụng là vật liệu xử lý nƣớc giữ lại các chất bẩn lơ lửng, phù xa, phù du…không kết tủa trong nƣớc rất khả quan, chỉ cho phần nƣớc sạch đi qua.
Bảng 4.2. Vật liệu lọc Vật liệu Đƣờng kính hạt (mm) Chiều dày lớp vật liệu (m) Thể tích vật liệu lọc (m3) Khối lƣợng vật liệu lọc (dtb=1,5mm) (tấn) Cát thạch anh 1,0-2,0 2,0 13,2 19,3
( Nguồn: Nordic Water)
Chiều dày lớp cát lọc L = 2 m (phù hợp điều 6.149, TCXDVN 33:2006)
Cát thạch anh, cỡ hạt dtd = 1-2 mm , hệ số không đồng nhất k = 2, độ nở tƣơng đối của vật liệu lọc e = 50% (tại điều 6.149, TCXDVN 33:2006)
Thông thƣờng, cát trong bộ lọc không cần thay thế nhƣng có thể cần một lƣợng nhỏ nạp lại vào bể hàng năm (khoảng 0,3 khối lƣợng ban đầu).
Hình 4.1 Cát mới và cát đã qua sử dụng
39
2. Tính đƣờng ống dẫn nƣớc vào và ra
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc từ bể lắng sang các bể lọc liên tục đƣợc tính theo công thức,
v Q D ' 4 , Với Q’ = 1000 m3 /ngày đêm = 41,67 m3/h
v: vận tốc nƣớc trong đƣờng ống, chọn v = 1 m/s. (Xem điều 6.120, TCXDVN 33:2006)
Thay vào công thức,
m D 0,1214 3600 1 67 , 41 4
Vậy chọn ống dẫn nƣớc vào và ra của bể lọc bằng thép, có đƣờng kính D = 200 mm.
Tính lại vận tốc nƣớc chảy trong ống,
s m s m D Q v 0,4 / 1 / 3600 2 , 0 67 , 41 4 4 2 2 3. Rửa lọc
Chọn hộp rửa cát lọc loại Sandwasher DST 30, đƣờng kính hộp rửa bằng = 1m. Nƣớc lọc đƣợc sử dụng để rửa ngƣợc. Cát nặng hơn đƣợc rửa sạch sẽ lắng xuống và phần cặn nhẹ hơn bị áp lực thủy lực của dòng nƣớc chảy ngƣợc cản lại theo đƣờng ống dẫn nƣớc rửa lọc ra ngoài. Tốc độ nƣớc rửa lọc > 80 gpm / ft2 = 196 m/h. Lƣu lƣợng nƣớc rửa ngƣợc V = 3-4 m3/h Diện tích ống dẫn rửa lọc, Đƣờng kính ổng dẫn rửa lọc, √
Chọn đƣờng kính ống dẫn rửa lọc theo tiêu chuẩn Drl = 150 mm Chọn đƣờng kính ống thu nƣớc rửa lọc Dthu =100 mm.
40
Hệ thống bơm airlift với lƣu lƣợng khí nén V=140l/ phút, áp lực khí nén = 5 bar. V = 7 m3/m2.phút × 0,02 m2 = 0,14 m3/phút = 140 l/phút
(Nguồn: Nordic Catalog, Sweden)
IV. KHỬ TRÙNG
Khử trùng nƣớc là khâu bắt buộc cuối cùng trong quá trình xử lý nƣớc ăn uống sinh hoạt. Trong nƣớc thiên nhiên có rất nhiều vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nhƣ tả, lỵ, thƣơng hàn, sau quá trình xử lý cơ học, nhất là khi cho nƣớc qua bể lọc, phần lớn các vi trùng bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, thì cần phải khử trùng nƣớc.
Liều lƣợng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ đƣợc tính theo công thức, 1000
max a
Q
C ,
Trong đó,
C: liều lƣợng Clo hoạt tính cần thiết sử dụng trong một giờ, kg/h Q: lƣu lƣợng nƣớc nguồn xử lý, m3/h. Qmax = 166,67 m3/h
a: liều lƣợng Clo hoạt tính, mg/l. (Lấy tại điều 6.162, TCVN 33:2006). Tiêu chuẩn chọn từ 2 – 3 mg/l.
Chọn a = 3 mg/l = 3 g/m3
Vậy lƣợng Clo hoạt tính cần thiết dùng để khử trùng trong một giờ là, kg/h 0,5 000 , 1 3 67 , 166 000 , 1 max C Q a
Liều lƣợng Clo cần thiết sử dụng trong một ngày là,
0,5 kg/h × 24 h/ngày = 12 kg/ngày
V. BỂ CHỨA NƢỚC SẠCH
Nƣớc đã lọc sau khi đã cho hoá chất (clo) để khử trùng đƣợc đƣa vào bể chứa nƣớc sạch.
Bể chứa nƣớc sạch có nhiệm vụ điều hoà lƣu lƣợng nƣớc giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II. Nó còn có nhiệm vụ dự trữ lƣợng nƣớc chữa cháy, nƣớc xả cặn bể lắng, nƣớc rửa bể lọc và nƣớc dùng cho nhu cầu khác của nhà máy nƣớc.
41
Tại bể chứa, ta thực hiện quá trình tiếp xúc giữa nƣớc cấp với dung dịch Clo để loại bỏ những vi trùng còn lại trƣớc khi cấp nƣớc vào mạng lƣới cấp nƣớc.
Các yêu cầu về cấu tạo và trang thiết bị cho bể chứa:
Yêu cầu cơ bản về mặt kết cấu là phải vững chắc, chịu đƣợc tác dụng của tải trọng đất và nƣớc, tuyệt đối không đƣợc rò rỉ để chống thất thoát nƣớc và đặc biệt là chống ô nhiễm cho nƣớc trong bể. Hiện nay, với công nghệ xây dựng mới, bể chứa bằng bê tông cốt thép đổ toàn khối theo yêu cầu là không đƣợc trát. Ngoài ra phải có biện pháp chống thấm từ bên ngoài vào bể bằng các lớp vải công nghiệp, quét nhựa đƣờng, giấy dầu, bên ngoài có thể chèn bằng đất sét. Cần phải có các biện pháp và tuân thủ các yêu cầu về cấu tạo khi thi công các đƣờng ống qua thành bể để đảm bảo không rò rỉ.
Bể chứa nƣớc sạch phải có độ dốc đáy về phía hố thu nơi đặt ống hút của máy bơm để thuận tiện cho việc rửa bể. Hố thu nơi đặt ống hút phải có kích thƣớc đảm bảo việc hút nƣớc của máy bơm và để tận dụng tối đa dung tích của bể chứa.
Trang thiết bị trong bể chứa gồm các bộ phân sau:
Ống dẫn nước sạch vào bể: đƣờng ống dẫn nƣớc đã lọc sau khi đã cho hoá chất để khử
trùng đƣợc đƣa vào bể chứa nƣớc sạch. Trên đƣờng ống dẫn nƣớc vào bể bố trí van đóng mở, làm hố van chung cho các ngăn của bể. Ống dẫn nƣớc vào bể có cổng mở rộng hƣớng lên mặt nƣớc bằng cao độ mực nƣớc thiết kế trong bể.
Ống hút: của máy bơm đặt trong hố thu. Cần phải có các kết cấu đỡ van hút để đảm
bảo tính ổn định cho hệ thống ống hút.
Ống tràn: cao hơn mực nƣớc thiết kế trong bể chứa từ 5 đến 10 cm.
Ống xả cặn, rửa bể: bố trí ống xả cặn ra mạng lƣới thoát nƣớc trong trƣờng hợp cao độ
đáy bể chứa nƣớc sạch cao hơn cao độ đƣờng ống thoát nƣớc bên ngoài của khu vực. Khi không bố trí đƣợc ống xả cặn thì phải cấu tạo hố thu có trang bị bơm thoát nƣớc loại xách tay để thau rửa định kỳ.
Ống thông hơi: làm nhiệm vụ thông hơi, khí clo cho bể
Lớp đất phủ: để chống đẩy nổi và ổn định nhiệt độ của nƣớc trong bể, lớp phủ với
chiều dày 1 m.
Bể chứa nƣớc sạch đƣợc chia thành nhiều ngăn tạo thành dòng chảy lƣu thông trong bể, tránh các vùng nƣớc chết trong bể, đồng thời phải đảm bảo đủ thời gian tiếp
42
xúc giữa nƣớc và chất khử trùng. Thời gian tiếp xúc giữa dung dịch Clo với nƣớc lấy 30 phút.
Vậy thể tích tối thiểu của bể chứa là,
Wtối thiểu = Q × t = 166,67 × (30/60) = 83,34 m3 Xác định dung tích của bể chứa:
Bể chứa có nhiệm vụ điều hoà lƣu lƣợng giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II đồng thời làm nhiệm vụ dự trữ nƣớc phục vụ chữa cháy trong 3 giờ cho khu dân cƣ. Vì vậy dung tích của bể chứa đƣợc xác định nhƣ sau,
Wbc = Wđh +Wcc3h, Trong đó,
Wbc: dung tích của bể chứa, m3
Wđh: dung tích phần điều hoà của bể chứa, dựa vào phƣơng pháp lập bảng ta ƣớc lƣợng đƣợc dung tích nhƣ sau:
Wđh = 15% × Qngày đêm =15%×4000 = 600 m3
h cc
W3 : nƣớc cần cho việc chữa cháy trong 3 giờ, m3
Chọn kiểu nhà hỗn hợp các tầng không phụ thuộc bậc chịu lửa, Wcc3h =10 l/s × 3600 s/h × 3 h/đám cháy = 108 m3 Vậy dung tích bể chức nƣớc,
Wbc = Wđh + Wcc3h = 600 + 108 = 708 m3 Chọn chiều cao công tác của bể là 5 m, chiều cao an toàn 1 m. Tổng diện tích của bể,
∑S = 708/5 = 141,6 m2
Mỗi bể chia làm 3 ngăn, diện tích mỗi ngăn: 47,2 m2/ngăn
Chọn kích thƣớc mỗi ngăn là,
43
KẾT LUẬN
1. Kết luận
Thứ nhất, quá trình tính toán đã mang lại cho nhóm một lƣợng kiến thức trong việc xử lý nƣớc cấp cũng nhƣ việc lựa chọn và sử dụng các công nghệ thiết bị xử lý.
Thứ hai, quá trính tính toán giúp nhóm có thêm kinh nghiệm trong việc lựa chọn các thông số tính toán, vật liệu gia công và việc xử lý các số liệu từ yêu cầu đặt ra.
Tuy đã rất cố gắng hoàn thành theo hƣớng dẫn nhƣng do chƣa có kinh nghiệm tiếp xúc với công trình thực tế nên không thể tránh khỏi việc còn nhiều sai sót và hạn chế. Nhóm mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến và giúp đỡ của các thầy cô để nhóm có thể khắc phục những sai sót của mình, rút kinh nghiệm và hiểu rõ hơn về quy trình công nghệ này.
2. Kiến nghị
Việc xây dựng hệ thống xử lý nƣớc cấp đòi hỏi phải có sự kết hợp nhịp nhàng giữ các lĩnh vực khác nhau (môi trƣờng, xây dựng, cơ khí…), giữa bộ phận thiết kế và thi công nhằm tổ chức công việc mộ cách khoa học, hiệu quả, tránh lãng phí và tổn thất kinh tế.
Đối với sinh viên, cần bổ sung kiến thức về thiết kế bản vẽ công trình cho sinh viên, cho sinh viên tiếp cận với bản vẽ thi công thực tế để hiểu và thực hiện cho đúng. Cần đƣợc tiếp xúc thực tế với các công trình xử lý bụi để hiểu rõ về nó hơn sau những buổi hoc lý thuyết.
44
TƢ LIỆU THAM KHẢO
[1] Trịnh Xuân Lai (2008), Tính toán các công trình xử lý và phân phối nước cấp, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội.
[2] Bộ Xây Dựng (2006), TCXDVN 33:2006 cấp nước – mạng lưới đường ống và
công trình tiêu chuẩn thiết kế.
[3] Nguyễn Ngọc Dung (2010), Xử lý nước cấp, Nhà xuất bản xây dựng, Hà Nội. [4] Loffill, E. & Phipps, Rafid & Faram, Mike (2009). Hydraulic and filter bed
movement assessment of a contionuosly backwashed upflow filter.
[5] David & Alkhaddar (2010). High-quality suspended particle filtration from a small-footprint filter bed with no moving parts or backwash equipment requirements.
[6] Nordic Water. Dynasand Product. [online] Available at: https://www.nordicwater.com/product/dynasand/