4.4.1. Giới thiệu chương trình tính tốn
EPANET là chương trình tính tốn mạng lưới cấp nước, có khả năng mơ phỏng thủy lực và chất lượng nước có xét đến yếu tố thời gian. Mạng lưới cấp nước được EPANET mô phỏng bao gồm : các đoạn ống, các nút, các máy bơm, các van các bể chứa và đài nước.
Thơng qua việc tính tốn bằng chương trình Epanet ta xác định được các thơng số:đường kính ống, dung tích bể chứa, cơng suất của trạm bơm, tổn thất trong các đoạn ống,…sao cho toàn hệ thống của mạng lưới cấp nước làm việc kinh tế và tốt nhất có nghĩa là giá thành cơng trình là bé nhất nhưng hiệu quả làm việc của hệ thống là cao nhất (cung cấp đủ áp lực, đủ lưu lượng cho những vị trí xa nhất với yêu cầu cột nước cho khu vực lớn hơn 16m)
Sau khi mạng đã thỏa mãn các yêu cầu cần thiết ta có thể tiến hành kiểm tra chữa cháy Mục tiêu của việc tính tốn thiết kế là đảm bảo chế độ thủy lực cho các tuyến ống trên mạng lưới:
Vật liệu làm ống cấp nước trong mạng lưới là ống gang, hệ số nhám n = 100 ÷ 140, dùng theo cơng thức H – W
Áp lực yêu cầu tại điểm bất lợi nhất: theo tình hình kinh tế của thành phố ta chọn là khi có cháy thì tại điểm bất lợi vẫn đảm bảo đủ áp lực chữa cháy là lớn hơn 10m
Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước cho 2 trường hợp:
- Tính tốn cho giờ dùng nước gồm giờ dùng nước lớn nhất và thấp nhất
- Tính tốn cho giờ dùng nước có cháy trong giị dùng nước lớn nhất
Vận tốc trên đường ống nằm trong vùng vận tốc kinh tế trung bình, cho phép vận tốc tại 1 số đường ống cuối mạng lưới nhỏ hơn so với yêu cầu. Vận tốc lớn nhất trong đường ống không vượt quá 1.8 m/s trong giờ dùng nước lớn nhất và 2 m/s khi có cháy trong giờ dùng nước lớn nhất. Tại các điểm kết thúc dùng nước, nên điều chỉnh sao cho vận tốc các hướng vận chuyển đến điểm này bằng nhau hoặc chênh nhau khơng đáng kể. Xác định đường kính ống sao cho phù hợp với chi phí xây dựng ta có bảng vận tốc quy định trong đường ống như sau:
Bảng 4.8 Bảng giá trị vận tốc kinh tế Đường kính vận tốc kinh tế (l/s) Đường kính vận tốc kinh tế (l/s) 100 0.15-0.86 350 0.47-1.58 150 0.28-1.15 400 0.5-1.78 200 0.38-1.15 450 0.6-1.94
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 39 Ngành Cấp Thoát Nước
250 0.38-1.48 500 0.7-2.1
300 0.41-1.52 ≥600 0.95-2.6
Nhập các dữ liệu đầu vào của phần mềm EPANET
Ta dùng chương trình Epanet 2.0 để tính tốn thủy lực mạng lưới cấp nước mà ta đã bố trí sơ bộ.
Các thơng số ban đầu phải nhập vào Epanet: + Cao trình và lưu lượng các nút.
Chiều dài đường ống, đường kính và hệ số nhám của đường ống. + Hệ số pattern dùng bơm.
Sau đó ta chạy và điều chỉnh đường kính ống và lưu lượng…trong ống cho phù hợp. Từ đó ta rút ra được những yêu cầu cần thiết cho mạng lưới các thơng số có nhiệm vụ phân tích thủy lực, xem vận tốc chảy trong ống có đảm bảo được vận tốc kinh tế hay không, đưa ra tổn thất thủy lực và đường kính ống lựa chọn tối ưu để đảm bảo đươc vận tốc kinh tế.
Vận hành : lựa chọn máy bơm có lưu lượng và cột nước vừa phải, để đảm bảo mạng lưới được vận hành ổn định một cách kinh tế nhất. Chọn sơ đồ vận hành bơm theo chế độ 3 cấp như sau:
Bơm 1: chạy liên tục trong 24 giờ.
Bơm 2: chạy từ 5 giờ đến 8 giờ, 12 giờ đến 14 giờ và từ 18 giờ đến 22 giờ. Bơm 3: chạy từ 8 giờ đến 12 giờ và từ 14 giờ đến 18 giờ.
Chọn máy bơm sao cho:
Đủ cột nước và lưu lượng yêu cầu của mạng lưới Bơm hoạt động trong vùng có hiệu suất cao. Chất lượng tốt và có sẵn trên thị trường.
Tránh được hiện tượng khí thực xảy ra trong q trình làm việc
4.4.2. Kết quả tính tốn thủy lực
4.4.2.1.Trường hợp tính tốn mạng lưới trong giờ dùng nước lớn nhất và thấp nhất.
Kết quả tính tốn thủy lực của giờ lớn nhất ( 16:00 h)
Kết quả tính tốn trong nút được biểu thị trong bảng 4.9 phụ lục II
Kết quả tính tốn trên đường ống được biểu thị trong bảng 4.10 phụ lục II
Nhận xét
Vào giờ này áp lực nhỏ nhất là 23,34 (m) lớn hơn 14m áp lực tối thiểu cấp cho 2 tầng nhà 10+4(n-1), do đó đảm bảo áp lực cho tồn thành phố.
Vận tốc chảy trong ống phù hợp với vận tốc kinh tế (vận tốc trong ống lớn hơn 0,3 m/s chiếm 90% và khơng có vận tốc nào lớn hơn 2 (m/s), do đó đường kính ta chọn là đảm bảo.
Kết quả tính tốn thủy lực trong giờ dùng nước nhỏ nhất ( 1:00h)
Kết quả tính tốn trong nút được biểu thị trong bảng 4.11 phụ lục II
Kết quả tính tốn trên đường ống được biểu thị trong bảng 4.12 phụ lục II
Nhận xét
Trong giờ dùng nước nhỏ nhất (1:00) áp lực lớn hơn 14m do đó đảm bảo yêu cầu mạng lưới hoạt động tốt.
4.4.2.2. Trường hợp tính tốn mạng lưới khi có cháy trong giờ dùng nước lớn nhất Khi có cháy xảy ra thì trạm bơm cấp II làm nhiệm vụ cấp tồn bộ lưu lượng tiêu Khi có cháy xảy ra thì trạm bơm cấp II làm nhiệm vụ cấp toàn bộ lưu lượng tiêu dùng cho toàn thành phố và lưu lượng của các điểm chữa cháy.
Theo tính tốn có 5 đám cháy xảy ra đồng thời trên toàn thành phố Plieku, chọn vị trí đám cháy cho các nút:
Lưu lượng chữa cháy cho khu công nghiệp đặt tại nút F và 8 với lưu lượng mỗi đám cháy là qcc =10(l/s)
Lưu lượng chữa cháy cho khu dân cư đặt tại 3 nút 6, G và 22 với lưu lượng mỗi đám cháy là qcc = 30(l/s)
Áp lực yêu cầu tại điểm bất lợi nhất là 10 (m)
Cách tính tốn tương tự như trường hợp ở trên, ta có kết quả tính tốn thủy lực mạng lưới theo chương trình EPANET
Kết quả tính tốn trong nút được biểu thị trong bảng 4.13 phụ lục II
Kết quả tính tốn trên đường ống được biểu thị trong bảng 4.14 phụ lục II
Nhận xét
- Áp lực lớn hơn 10m do đó đảm bảo mạng lưới hoạt động tốt
- Vào giờ cao điểm có cháy vận tốc chảy trong ống lớn hơn 0,3 (m/s) và khơng có vận tốc nào lớn hơn 2(m/s) , do đó đảm bảo vận tốc kinh tế.
CHƯƠNG V
THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC
5.1 Nghiên cứu số liệu và lựa chọn dây chuyền công nghệ xử lý nước 5.1.1. Các số liệu về chất lượng nước nguồn
Kết quả phân tích chất lượng nước của biển hồ
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 41 Ngành Cấp Thoát Nước TT Yếu tố Đơn vị Kết quả QC 01/2009 Đánh Giá 1 pH 6.92 6.5-8.5 Đạt 2 Vị Ngọt Đạt 3 Độ kiềm toàn phần mgđl/l 1.24 Đạt 4 Độ màu Pt/Co 40 <15 Cần xử lý 5 Hàm lượng cặn không tan mg/l 150 <3 Cần xử lý 6 Độ đục NTU 158 <2 Cần xử lý 7 Tổng số coliform MNP/100m 230 0 Cần xử lý 8 Độ cứng tổng dH0 1.14 <300 Đạt 9 Độ cứng tạm thời dH0 1.14 <300 Đạt 10 Độ cứng vĩnh cửu dH0 0 <300 Đạt
11 Độ ơxy hóa (COD) mg/l O2 10,8 - Đạt
12 Fe tổng mg/l 0.1 <0.3 Đạt 13 NH4+ mg/l 0.1 <3 Đạt 14 Mn2+ mg/l 0.05 <0.3 Đạt 15 Mg2+ mg/l 6.45 - Đạt 16 Ca2+ mg/l 12.02 <100 Đạt 17 NO2- mg/l 0.01 <3 Đạt 18 NO3- mg/l 0.75 <50 Đạt 19 SO42- mg/l 9.5 <250 Đạt 20 PO43- mg/l 0.08 <2.5 Đạt 21 HCO3- mg/l 75.03 - Đạt 22 CO32- mg/l 0 - Đạt 23 Cl- mg/l 10.64 <250 Đạt 24 Nhiệt độ 0C 250C - Đạt
5.1.2. Xác định các chỉ tiêu cịn thiếu và kiểm tra độ chính xác của các chỉ tiêu
5.1.2.1. Tổng hàm lượng muối được hịa tan trong nước: (P) (mg/l)Ta có cơng thức: Ta có cơng thức:
Trong đó:
∑ là tổng hàm lượng các ion dương trong nước nguồn không kể đến[
∑ là tổng làm lượng các ion âm trong nước nguồn trừ ∑
=10,64+0,01+0,75+9,5+0.08 = 20,98 (mg/l) P = 18,53+ 20,98+ 1,4 +0,5 +0,13 = 114,68 (mg/l) 5.1.2.2.Hàm lượng CO2 tự do có trong nước nguồn
Lượng CO2 có trong nước nguồn được xác định theo biểu đồ Langlier (theo hình 6-2 trong TCVN 33-2006 mục 6.206)
Hàm lượng CO2 có trong nước nguồn phụ thuộc vào : - Tổng hàm lượng muối được hòa tan trong nước P - Nhiệt độ
- Độ kiềm toàn phần - pH
Từ bảng chỉ tiêu chất lượng nước nguồn ta có : - Nhiệt độ t = 250C
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 43 Ngành Cấp Thoát Nước - pH = 6,92
Với tổng hàm lượng muối được hòa tan trong nước nguồn P như đã tính ở trên P =114,68 (mg/l)
Tra biểu đồ ta xác định được hàm lượng CO2 tự do là: 9 (mg/l).
Kiểm tra mức độ chính xác của các chỉ tiêu :
Độ kiềm tồn phần :
Vì pH =6,92 < 8,5 nên trong nước [OH-] rất nhỏ và [CO3-] khơng tồn tại.
Do đó ta xác định độ kiềm tồn phần theo cơng thức sau : 1,23(mgdl/l)
Độ cứng toàn phần : (mgđl/l)
Như vậy các chỉ tiêu hồn tồn chính xác so với số liệu đo được.
5.1.3. Xác định liều lượng của hóa chất đưa vào trong nước
5.1.3.1. Xác định clo hóa sơ bộ Ta có : [O2] > 0,15 Fe2+] +3 Ta có : [O2] > 0,15 Fe2+] +3
Có 2,4 < 0,15 +3 =3,015 (mg/l) nên khơng cần phải clo hóa sơ bộ 5.1.3.2. Xác định lượng phèn để keo tụ ( sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3 )
Lượng phèn theo hàm lượng cặn lơ lửng ( xử lý nước đục) :
Căn cứ vào hàm lượng cặn C = 150 mg/l tra bảng 6.3 - TCVN 33-2006 ta xác định được hàm lượng phèn để keo tụ là : Lp = 35( mg/l).
Lượng phèn theo độ màu:
Theo TCVN 33- 2006 mục 6.11, khi xử lý nước có màu thì lượng phèn được xác định theo công thức: Pp =4 (mg/l)
Trong đó : M là độ màu của nước nguồn tính bằng độ theo thang màu Platin- cơban Có M= 40 (Pt/Co) từ bảng tiêu chuẩn của nguồn nước.
Pp =4 = 25,3 (mg/l)
Nhận xét: Nguồn nước vừa, vừa có màu thì lượng phèn được xác định ở 2 công thức ở trên được lấy với giá trị lớn nhất. Do đó ta chọn Pp = 35 (mg/l)
5.1.3.3. Kiểm tra độ kiềm theo yêu cầu keo tụ.
Khi cho phèn vào nước thì pH giảm, đối với phèn nhơm thì giá trị pH từ 5,5 đến 7,5 là giá trị thích hợp để cho q trình keo tụ xảy ra đạt hiệu quả.
Theo TCVN 33-2006 mục 6.15 , có liều lượng hóa chất để kiềm hóa được xác định theo cơng thức :
(mg/l) Trong đó :
- Pp là liều lượng phèn lớn nhất trong thời gian kiềm hóa (mg/l) Pp =35 (mg/l) - e là đương lượng của phèn ( mgđl/l) đối với phèn nhơm thì e =57(mgđl/l)
- k là đương lượng gam của chất kiềm hóa, chọn chất kiềm hóa là vơi CaO nên k=28 (mg/mgđl)
- k là độ kiềm nhỏ nhất của nước (mgđl/l) k= 1,24 (mgđl/l) => = 10,47(mg/l) >0
=> Do đó nước phải kiềm hóa, do độ kiềm của nước khơng đảm bảo
5.1.4. Xác định các chỉ tiêu cơ bản của nước sau khi keo tụ bằng phèn
5.1.4.1. Độ kiềm tồn phần
Theo TCVN 33-2006 mục 6.204 ,ta có cơng thức tính độ kiềm như sau : ( mgđl/l)
Trong đó:
- là độ kiềm của nước nguồn trước khi pha phèn (mgđl/l) là 1,24 (mgđl/l) - Lp là liều lượng phèn để keo tụ tính theo hàm lượng cặn Lp = 35 (mgđl/l) - e là đương lượng của phèn nhôm e= 57
=1,24 - =0,6 (mgđl/l) 5.1.4.2. Hàm lượng CO2*
Theo TCVN 33-2006 mục 6.204 ta có cơng thức tính hàm lượng CO2* sau khi keo tụ bằng phèn như sau:
(mgđl/l)
Trong đó : là hàm lượng CO2 tự do có trong nước nguồn là 9 (mg/l) = 36 (mg/l)
5.1.4.3. Độ pH*
Theo biểu đồ Langlier (theo hình 6-2 trong TCVN 33-2006 mục 6.206)Ta có : - Hàm lượng = 36 (mg/l)
- Độ kiềm toàn phần = 0,6 (mgđl/l) - Nhiệt độ t =25 0C
- Tổng hàm lượng muối được hòa tan trong nước P = 114,68 (mg/l) - Tra biểu đồ ta được pH* sau khi keo tụ bằng phèn là pH* =6
Theo TCVN 33-2006 mục 6.202 , ta xác định độ ổn định để đánh giá chất lượng nước theo chỉ số bão hịa J
Ta có J = pHo - pHs Trong đó :
pHo là độ pH* của nước sau khi keo tụ , pH*=6
pHs là độ pH cân bằng bão hòa của nước bằng cacbonnat canxi Theo TCVN 33-2006 quy định -0,5 < J < +0,5 thì nước có tính ổn định.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 45 Ngành Cấp Thốt Nước
Ta có cơng thức tính pHs như sau:
pHs = f1(t) – f2(Ca2+) – f3(Ki*)+ f4(P)
Trong đó: f1(t) ,f2 (Ca2+) , f3(Ki*), f4(P) là những trị số phụ thuộc và nhiệt độ, nồng độ canxi, độ kiềm và tổng hàm lượng muối trong nước, được xác định theo đồ thị trên hình 6.1 của TCVN 33-2006 . Từ đồ thị ta có: - Nhiệt độ t = 25oC => f1(t) = 2 - [Ca2+] = 12,02 (mg/l) => f2(Ca2+) =1,12 - Ki* = 0,6 (mgđl/l) => f3(Ki*) = 0,75 - P = 114,68 (mg/l) => f4(P) = 8,724
Do đó độ pH của nước đã bão hòa canxi cacbonat đến trạng thái cân bằng là: pHs =2- 1,12-0,75+8,724 = 8,854
=> Chỉ số bão hòa J = 6-8,854 =-2,854 <-0,5 Do đó khơng thỏa mãn điều kiện -0,5< J< 0,5
Nhận xét: Nước khơng ổn định, có hàm lượng CO2 lớn hơn giá trị cân bằng => nước
có tính xâm thực và cần phải xử lý độ ổn định của nước bằng cách kiềm hóa.
Từ đặc điểm của nước J<0 , pH*< 8,4 < pHs nên ta có liều lượng kiềm được xác định theo TCVN 33-2006 mục 6.206 bảng 6.20 ta có cơng thức sau:
Dk2 = ( � )� K Trong đó :
lần lượt là 1,8 và 0,02
- K là độ kiềm của nước trước khi ổn định hay còn gọi là độ kiềm của nước sau khi keo tụ , K = Ki*=0,6 (mgđl/l)
Dk2 =( 1,8 +0,02+ 1,81,11 (mgđl/l)
Để tính chuyển Dk2 thành đơn vị trọng lượng sản phẩm kĩ thuật (mg/l) ta dùng công thức 6.36 mục 6.206 theo TCVN 33-2006
( mg/l) Trong đó :
- ev là đương lượng vôi, ev = 28 (mgđl/l)
- Ck là hàm lượng hoạt chất trong sản phẩm kĩ thuật (%) liều lượng soda tính theo Na2CO3 (mg/l) phải lấy bằng 3-3,5 lần lớn hơn liều lượng vơi tính theo CaO
Lấy Ck = 100% (chỉ dùng vôi)
Vậy hàm lượng vơi đưa vào để kiềm hóa là:
= 1,11 = 31,08 (mg/l)
5.1.5. Hàm lượng cặn lớn nhất sau khi đưa hóa chất vào
Theo TCVN 33-2006 mục 6.68 từ công thức 6.11 ta có hàm lượng cặn lớn nhất sau khi đưa hóa chất vào được xác định như sau:
Trong đó:
- là hàm lượng cặn của nước nguồn ( mg/l) =150 mg/l
- K là hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, đối với phèn nhôm không sạch lấy K=1 ( theo TCVN 33-2006)
- Lp là liều lượng phèn đưa vào để keo tụ theo hàm lượng cặn Lp = 35 (mg/l) - M là độ màu nước nguồn M = 40 NTU
- Lv là liều lượng vơi đưa vào để kiềm hóa Lv =31,08 + 10,47 = 41,55 (mg/l) Hàm lượng cặn lớn nhất sau khi xử lý là :
= 150+1 5 = 236,55 (mg/l)
Đánh giá chất lượng nước nguồn :
Theo TCVN 33-2006 phụ lục 6 ( tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lượng nước ăn uống và sinh hoạt)
- Với hàm lượng cặn không tan C = 150 ,nước nguồn được xếp vào loại nước đục vừa. - Độ màu =40TCU nên nước nguồn có độ màu trung bình.
Mặt khác, so sánh với QCVN 01/2009/BYT (quy chuẩn quỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống) ta thấy các chỉ tiêu chưa đảm bảo và cần được xử lý :
- Hàm lượng cặn lơ lửng C = 150 >3 - Độ màu 40 (TCU) > 15
Đồ Án Tốt Nghiệp Kĩ Sư Trang 47 Ngành Cấp Thoát Nước