1.2. Các phương pháp thu, tích chứa và xử lý nước mưa trên thế giới và Việt
1.2.2. Phương pháp lưu chứa nước mưa
Thiết kế thể tích của bể chứa nước phụ thuộc vào lượng mưa của khu vực, diện tích của mái thu và nhu cầu sử dụng nước của hộ gia đình. Các bước tính toán thể tích của bể thu nước [20]:
Bước 1. Xác định nhu cầu sử dụng nước của gia đình.
Đầu tiên cần tính lượng nước sử dụng trong gia đình trong một ngày. Nhu cầu sử dụng nước này phụ thuộc vào số lượng thành viên trong gia đình và mục đích sử dụng nước. Thông thường mỗi người một ngày cần một lượng nước khoảng 50 gallons.
Tuy nhiên, lượng nước cần thiết cho mỗi gia đình là khác nhau. Đối với những gia đình chỉ cần cho mục đích ăn uống sẽ cần ít hơn nhiều so với những gia đình sử dụng cho cả các mục đích khác, giặt quần áo bằng máy sẽ khác so với giặt bằng tay, tắm bằng vòi sẽ khác so với tắm bằng bồn. Nếu tính trung bình một người một ngày sử dụng 50 gallons nước, tính cho một gia đình 4 người thì một năm cần một lượng nước như sau:
4 người x 50 gallons = 200 gallons/ngày 200 gallons x 365 ngày = 73.000 gallons/năm
Bước 2. Tính toán lượng nước mưa có thể thu được
Hình dạng của mái và vật liệu làm mái có ảnh hưởng tới hiệu quả của việc thu nước. Tuy nhiên, yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất là diện tích mái thu, mỗi inch3 cường độ mưa sẽ tạo ra xấp xỉ ẵ gallon nước cho mỗi ft2 mỏi thu. Để tớnh lượng nước thu được cần biết được lượng mưa trung bình của năm. Ví dụ tính lượng nước thu đƣợc cho một khu vực có lƣợng mƣa trung bình năm là 40 inches, và diện tích mái thu hiệu dụng là 2.500 ft2 :
40 inches (lƣợng mƣa của năm) x 0,5 gallons (cho 1 inch mƣa) = 20 gallons (cho 1 ft2)
21 feet = 0,3 mét
31 inch = 25,4 mm
Luận văn thạc sĩ Khoa học
24
20 gallons x 2.500 ft2 = 50.000 gallons/năm
Trường hợp lượng nước thu được không đủ so với nhu cầu của gia đình, có thể chon một trong hai cách. Cách một là tăng kích thước hệ thống thu và lưu chứa, cách hai là tăng nguồn nước thay thế.
Bước 3. Xác định kích thước bể lưu chứa cần thiết
Thể tích của bể lưu chứa cần được thiết kế để đảm bảo đủ lượng nước dùng cho thời gian ít mưa hoặc không mưa. Trước tiên cần xác định số ngày dài nhất không mưa trong một năm, từ đó xác định thể tích bể lưu chứa cần thiết. Ví dụ xác định thể tích bể lưu chứa nước mưa cho gia đình 4 người, thời gian dài nhất không mƣa trong năm là 50 ngày:
4 người x 50 gallons = 200 gallons/ngày
200 gallons x 50 ngày không mƣa = 10.000 gallons
Nếu hộ gia đình có nguồn nước thay thế thì có thể sử dụng bể nước mưa có thể tích nhỏ hơn.
Bể trữ nước mưa được chia làm 3 dạng: bể ngoài trời nổi trên mặt đất, bể ngầm và bể trong nhà. Kích cỡ của bểtích trữ phụ thuộc vào lƣợng mƣa, nhu cầu nước, thời gian lưu trữ nước, diện tích bề mặt thu. Mỗi bể được chia làm 3 phần riêng và đều không được thấm qua: nền bể, lớp xung quanh và mái. Bể chứa nước mƣa đƣợc làm từ các vật liệu: đá, thép, bê tông, nhựa, sợi thủy tinh đảm bảo độ bền và không chứa các chất độc hại. Một nắp bể kín là cần thiết để ngăn cản bay hơi, ngăn muỗi đẻ trứng, ngăn côn trùng, chim, thằn lằn, các loài gặm nhấm đi vào bể.
Bể chứa nước phải ngăn ánh sáng đi vào để tránh sự phát triển của tảo. Bểlưu chứa nước cần có khoang lắng để loại bỏ cặn bẩn trong bể. Bể có thể kết nối với một bộ lọc cát để loại bỏ mảnh tạp, có một ống chảy tràn để bỏ nước trong trường hợp quá tải. Đầu chảy tràn này có thể nối với một giếng để bổ sung cho nước ngầm hoặc nối với một ao hồ.
Nước trong bể lưu chứa sẽ đặc trưng của 3 lớp thành phần. Lớp vùng trên hiếu khí có thời gian phát triển ổn định, lớp giữa đang ổn định và lớp đáy là vùng kị khí chứa hầu hết các chất rắn. Để lấy được lớp nước có chất lượng tốt nhất, một
Luận văn thạc sĩ Khoa học
25
bơm phao được lắp đặt để lấy lớp nước phía trên nhưng tránh lớp màng trên bề mặt.
Một hệ thống tốt sẽ có hai đường lấy nước. Một bơm phao lấy nước phía trên để phục vụ ăn uống và một bơm lấy nước ở vùng thấp trong bể phục vụ cho các mục đích không ăn uống. Dòng chảy tràn nên lấy nước ở vùng đáy nơi tập trung các cặn bẩn, khi nước chảy tràn ra ngoài sẽ kéo theo cặn bẩn trong bể [16].
Một bể mát và không có ánh sáng mặt trời chất lượng nước sẽ tăng theo thời gian. Khi quang hợp không thể thực hiện, hầu hết các vi sinh vật sẽ chết do nguồn hữu cơ cạn kiệt. Sau mỗi trận mƣa, một nguồn cặn và chất hữu cơ mới sẽ đƣợc bổ sung.
Lượng cặn này nếu không được thường xuyên loại bỏ sẽ làm nước có màu và mùi.
b. Tích nước mưa trong các tầng chứa nước ngầm
Bổ sung nhân tạo nước dưới đất nhằm mục đích tăng lượng nước dưới đất thông qua việc hạn chế sự vận động tự nhiên của nước trên bề mặt trái đất bằng các kỹ thuật xây dựng phù hợp. Mục đích của bổ sung nhân tạo là [4]:
- Để ổn định lượng nước ngầm ở những khu vực mà tầng chứa nước bị khai thác quá mức làm cạn kiệt.
- Bảo tồn và lưu chứa lượng nước dư thừa trền bề mặt cho những nhu cầu sau này.
- Cải thiện chất lượng nước dưới đất qua lọc.
- Nhằm loại bỏ những vi khuẩn và những chất độc, chất bẩn có trong nước cống và nước thải để có thể tái sử dụng một cách phù hợp những loại nước này.
Bổ sung nước nhân tạo có tác dụng cải tạo và ổn định chất lượng nước. Khi nước trên bề mặt chảy qua một tầng chứa nước sẽ xuất hiện sự thấm. Quá trình này giúp loại bỏ một phần các chất lơ lửng, giảm số lƣợng vi sinh vật và một số thành phần hóa học cũng sẽthay đổi. Các tầng chứa nước hoạt động như những bộ lọc cát chậm, khi khoảng cách và thời gian di chuyển đủ dài nước sẽ sạch về mặt cặn lơ lửng và vi sinh vật, có thể sử dụng như một nguồn nước cho ăn uống. Khi thời gian di chuyển trong đất đủ lâu sẽ làm ổn định chất lượng nước về mặt hóa học.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
26
Các phương pháp bổ sung nước nhân tạo bảo gồm: làm ngập, đập cát, bổ sung bằng bồn thấm, bổ sung bằng hố đào kết hợp giếng khoan, bổ sung bằng lỗ khoan ép nước.
Phương pháp làm ngập: có thể áp dụng trên diện phân bố tầng chứa nước không áp hoặc tầng chứa nước có áp nằm nông, mái của các tầng chứa nước được cấu thành từ các thành phần thấm nước tốt. Bề mặt địa hình có độ dốc thoải nhẹ từ 1 đến 3 %. Nước mưa rơi trên mặt đất hoặc dòng chảy trên mặt được chặn lại bằng những đê đập đơn giản để chúng tràn trên một diện tích rộng, tạo điều kiện cho nước thấm xuống đất được lâu và nhiều hơn.
Phương pháp đập cát (hồ cát): áp dụng ở các vùng núi và ven biển Việt Nam, nhiều sông suối không có dòng chảy thường xuyên, nước chỉ chảy khi có mưa và khô hầu như quanh năm. Một lượng nước nhỏ đọng lại sẽ bốc hơi nhanh chóng. Để lưu trữ lượng nước ít trên dòng mặt có một giải pháp đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng rất hiệu quả là xây dựng các đập cát. Đập cát đƣợc xây dựng bằng cách chặn dòng nước lại bằng đập đất, đá, bê tông phía thượng lưu của đập được lấp đầy bằng cát. Nước sẽ được lưu trữ lại trong lớp cát này. Nước từ lớp cát này sẽ từ từ thấm vào nước ngầm, chuyển từ dòng chảy mặt thành dòng chảy ngầm. Lớp cát tích nước này sẽ ngăn cản nước bốc hơi và ngăn sự nhiễm bẩn từ phân gia súc, gia cầm, từ cành lá cây.
Bổ sung nhân tạo bằng bồn thấm: Nước mưa được chuyển tới một công trình trung gian là một bồn chứa nước có kích thước thích hợp từ đó chúng thấm xuống và hình thành hoặc bổ sung nước dưới đất.
Bổ sung nhân tạo bằng các hố đào, hào rãnh kết hợp giếng khoan hấp thu nước: Khi tầng chứa nước phân cách mặt đất không sâu thì có thể sử dụng hố đào, hố móng hoặc hào rãnh kết hợp giếng khoan hấp thu nước để bổ sung nhân tạo nước dưới đất. Phương pháp này cũng có thể được áp dụng khi các hố móng hoặc moong khai thác đã có sẵn, các giếng khơi không sử dụng. Khi tầng chứa nước ở sâu, phương pháp này kết hợp với các giếng hấp thu sẽ mang lại hiệu quả cao hơn.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
27
Bổ sung nhân tạo bằng lỗ khoan ép nước: Trong trường hợp tầng chứa nước có áp phân bố ở sâu, có thể đưa nước mưa, nước mặt vào tầng chứa nước thông qua các lỗ khoan ép nước.
Giải pháp công nghệ thu gom nước mưa thoát xuống lòng đất bổ sung nhân tạo nước dưới đất có thể được sử dụng như sau:
- Thu nước mưa từ mái nhà đưa xuống lòng đất qua hố đào, giếng khoan Trong các diện tích đất đá có tính thấm tốt lộ trên mặt hoặc năm ở độ sâu không lớn, thu gom nước mưa có thể thực hiện trong qua các hố đào (hình 3), hoặc hố đào kết hợp ống đóng (hình 4). Công nghệ này thích hợp với những mái nhà có diện tích nhỏ (khoảng dưới 100m2) và được xây dựng để bổ sung nước cho các tầng chứa nước nằm nông.
Các hố đào có hình dạng và kích thước bất kỳ, thường có chiều rộng 1-2m và chiều sâu 2-3m được lấp bằng cuội (kích thước 5-20mm), sỏi (kích thước 5-10nn) và cát thô (1,5-2mm). Cuội ở đáy hố, sỏi ở giữa và cát ở trên cùng để các cặn lơ lửng trong dòng chảy trên mặt của lớp cát thô và có thể loại bỏ dễ dàng. Đối với diện tích mái nhà nhỏ, các hố này có thể đƣợc lấp bằng gạch, đá vỡ [4].
Nên lắp đặt những tấm lưới ngăn trên mái nhà để ngăn cản lá cây hoặc chất thải rắn đi vào trong hố. Định kỳ vệ sinh bề mặt của lớp cát trên cùng để duy trì tốc độ bổ sung nước. Nên loại bỏ nước mưa đầu mỗi trận trước khi đi vào hố.
Luận văn thạc sĩ Khoa học
28
a. Kết cấu hố đào thu nước mưa cho hộ gia đình kích thước
1,5x1,5x2,0m
b. Kết cấu hố đào thu nước mưa cho hộ gia đình kích thước
1,0x1,0x1,5m Hình 3. Kết cấu hố đào thu nước mưa [4]
Hình 4. Kết cấu hệ thống thu nước mưa bằng hố đào kết hợp ống đóng cho quy mô hộ gia đình [4]
Luận văn thạc sĩ Khoa học
29
- Thu nước mưa thông qua các lỗ khoan, giếng đào có sẵn
Trong vùng có sẵn những lỗ khoan, giếng đào đang khai thác nước hoặc các lỗ khoan hỏng bỏ đi, thu gom nước mưa từ mái nhà có thể thông qua các lỗ khoan, giếng đào sẵn có để đưa nước mưa vào tầng chứa nước.
Hệ thống ống dẫn bằng nhựa PVC đường kính 10cm nối với máng từ mái nhà để gom nước mưa. Sau khi bỏ một nước mưa đầu tiên của mỗi trận, nước mưa đƣợc đƣa qua một thiết bị lọc và sau đó vào lỗ khoan. Thiết bị lọc bao gồm các lớp cát, sỏi, cuội lớn. Nếu diện tích mái nhà lớn, có thể cần lắp đặt thêm bể chứa, nước từ bể chứa đƣợc cho qua bộ lọc để vào các giếng khoan.
Bảng 9. Các thông số của hệ thống thu gom nước mưa bổ sung vào tầng nước ngầm Diện tích
mái thu, m2
Lƣợng nước thu
gom, m3
Kiểu thu gom và bổ
sung
Kích thước của hố thu
(m)
Vận tốc thấm (L/phút)
Thời gian để bổ sung nước (phút)
50 1 Hố thấm ỉ 0,5,
cao: 1,2 20 50
100 2
Hố thấm ỉ 1,0,
cao: 1,2 80 25-50
150 3
200 4
500 10 Hố thấm kết
hợp ống đúng ỉ 1,2,
cao: 1,2m 113 90-180
1000 20
Nguồn:[4]