báo cáo thiết kế xây dựng hệ thống khai thác nước ngầm 1000m3ngày cho sinh hoạt

Cho đến ngày nay, những tiêu chuẩn về chất lượng nước lại càng được quan tâm hơn: nước cho ăn uống đòi hỏi phải là nước sạch, không có các chất gây hại cho sức khỏe, nước cho sinh hoạt,

BÁO CÁO DỀ TÀI THẢO LUẬN NHÓM MÔN XỬ LÝ NƯỚC SINH HOẠT

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ

PHỤC VỤ CHO KHU DÂN CƯ

Đà Lạt, tháng 09 /2017

Trương Mai Hân 1411070

GVHD: TS NGuyễn Công Nguyên i

DANH MỤC HÌNH ii

DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG, BIỂU iii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu bài báo cáo 1

I TỔNG QUAN 2

I.1 Tổng quan về nước ngầm 2

I.2 Đánh giá tình hình khu vực thực hiện xây dựng hệ thống cấp nước từ nước ngầm 5

I.3 Thông số chất lượng nguồn nước 6

II PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 8

II.1 Phương pháp xử lý nước nhiễm sắt 8

II.2 Phương pháp xử lý nước ô nhiễm vi sinh 10

II.3 Lựa chọn phương pháp xử lý 11

III THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ 12

III.1 Thông số thiết kế tại nguồn 12

III.2 Hệ thống xử lý nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt 14

Thuyết minh vắn tắt công nghệ: 14

III.3 Các công trình đơn vị 15

III.4 Thông số thiết kế các công trình đơn vị 21

IV DỰ TOÁN CHI PHÍ XÂY DỰNG 28

KẾT LUẬN 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

GVHD: TS NGuyễn Công Nguyên ii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Nước ngầm 2

Hình 2 Nguồn nước bị nhiễm sắt 4

Hình 3 Minh họa cho khu vực khảo sát xây dựng hệ thống cấp nước ngầm 5

Hình 4 Giàn mưa máng răng cưa 9

Hình 5 Hóa chất Chloramin B 10

Hình 6 Sơ đồ bố trí và minh họa giếng 13

Hình 7 Bơm nước 16

Hình 8 Công trình làm thoáng kết hợp bể lắng tiếp xúc 17

Hình 9 Bể lọc nhanh 17

Hình 10 Cát thạc anh 18

Hình 11 Than antracid 18

Hình 12 Bể khử trùng 19

Hình 13 Bể chứa nước sạch 19

Hình 14 Bể chứa bùn 20

Hình 15 Hệ thống xử lý nước ngầm 20

GVHD: TS NGuyễn Công Nguyên iii

Biểu đồ 1 Sự phân phối sử dụng nước ngầm 3

Sơ đồ 1 Các vấn đề chất lượng nước khai thác 8

Sơ đồ 2 Quy trình khai thác và phân phối nước 12

Sơ đồ 3 Quy trình xử lý nước ngầm 14

Bảng 1 Thông số nguồn nước ngầm tại khu vực khai thác 6

Bảng 2 Thông số các công trình đơn vị (1) 21

Bảng 3 Thông số các công trình đơn vị (2) 26

Bảng 4 Tổng quát chi phí xây dựng công trình (1) 28

Bảng 5 Tổng quát chi phí xây dựng công trình (2) 30

GVHD: TS NGuyễn Công Nguyên iv

Từ viết tắt Nghĩa của từ

TCVN 33/ 2006 BXD Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 33-2006

QCVN 01/ 2009 BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 1

MỞ ĐẦU

1 Đă ̣t vấn đề

Nước là một thành phần không thể thiếu trong đời sống, sinh hoạt cũng như sự phát triển của con người Không phải tự nhiên mà nước là thành phần chiếm ưu thế trong môi trường cũng như cơ thể con người Nước hiện diện ở khắp mọi nơi, nó chi phối và tham gia vào mọi hoạt động của tự nhiên, tác động vào sự sinh trưởng và phát triển tựu nhiên của mọi sinh vật trên trái đất Có thể khẳng định rằng: “Nếu không có nước thì sẽ không có sự sống”

Xã hội càng phát triển, kinh tế càng đi lên, con người càng tiến bộ thì nhu cầu về nước sạch lại càng gia tăng Từ thời xa xưa, con người đã biết phải sử dụng nước sạch cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất Cho đến ngày nay, những tiêu chuẩn về chất lượng nước lại càng được quan tâm hơn: nước cho ăn uống đòi hỏi phải là nước sạch, không có các chất gây hại cho sức khỏe, nước cho sinh hoạt, nước cho hoạt động công nghiệp…

Các nguồn nước được con người khai thác và sử dụng rất phong phú: nước mặt, nước ngầm, nước biển, nước mưa và thậm chí hiện nay cả là nước thải đã qua xử lý

Trong bài báo cáo này, chúng em đề cập đến nguồn nước được sử dụng cho sinh hoạt, cụ thể hơn là cho ăn uống và nguồn nước được khai thác là nước ngầm

2 Mục tiêu bài báo cáo

- Tìm hiểu về nước ngầm và chất lượng nước ngầm

- Nắm bắt, trang bị cho bản thân được các phương pháp xử lý nước ngầm

- Xây dựng, thiết kế được một hệ thống xử lý nước ngầm đơn giản cung cấp cho sinh hoạt công suất trung bình

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 2

I TỔNG QUAN I.1 Tổng quan về nước ngầm

a Nước ngầm

Nước ngầm là gì?

"Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời như cặn, sạn, cát bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người" (Theo wikipedia)

Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu Ðặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình

Hình 1 Nước ngầm

Sử dụng nước ngầm là nước sinh hoạt?

Nước ngầm được con người biết đến, khai thác và sử dụng từ rất lâu Qua các thời đại, nhưng phương pháp khai thác và sử dụng nước ngầm được con người sang tạo và vận dụng không ngừng cho đến ngày nay: sử dụng sức động vật, sức người, sức gió, sức nước, và cả năng lượng mặt trời

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 3

Hiện nay trên thế giới hàng năm người ta khai thác khoảng từ 600-700 tỷ m3 nước ngầm, nhiều hơn bất kỳ một nguồn tài nguyên nào khác được khai thác từ lồng đất Trữ lượng nước ngầm khá lớn, nước ngầm được ưu tiên sử dụng rộng rãi là do tính chất nước cũng như sự phổ biến của nó

Theo thống kê của tờ Thời báo kinh tế, nguồn nước ngầm được sử dụng cho các mục đích sinh hoạt, nông nghiệp: 60% nước ăn uống, 15% nước dùng trong gia đình và 20% nước tưới Tại hầu hết các vùng khô cằn trên thế giới, nước ngầm là nguồn cung cấp nước chủ yếu do nước ngầm là nguồn nước duy nhất đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người, các nguồn nước khác không đủ hoặc không thể sử dụng cho sinh hoạt Ngoài ra nó còn cung cấp ít nhất 20% và nhiều khi hơn 30% tổng khối lượng nước sử dụng ở các nước công nghiệp

Biểu đồ 1 Sự phân phối sử dụng nước ngầm

(Nguồn: Thoibaokinhte.com)

Còn ở Việt Nam nguồn nước ngầm có trữ lượng phong phú, chất lượng tương đối tốt; những vấn đề nước liên quan đến nước ngầm không nhiều; ở nhiều nơi chất lượng nước tốt có thể khai thác lên sử dụng trực tiếp mà không cần phải qua xử lý

Dù có trữ lượng khá lớn, nhưng nguồn nước có sự giới hạn tại điểm khai thác Việc

sử dụng, khai thác quá mức cho phép sẽ gây suy giảm nước ngầm, suy thoái trữ lượng nước ngầm, gây hại đến kết cấu hạ tầng tầng đất nơi khai thác, biểu hiện bởi giảm công suất khai thác, hạ thấp mực nước ngầm, lún đất, vùng đất trở nên khô cằn khó phục hồi

60%

15%

20%

5%

Sự phân phối sử dụng nước ngầm

Ăn uống Sinh hoạt Nông nghiệp Khác

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 4

b Tính chất nước ngầm

Do bản hất nước ngầm là ở dưới đất nên nguồn nước không bị ô nhiễm quá nhiều như các nguồn nước khác Có thể khẳng định chất lượng nước ngầm khá tốt, việc xử lý các chất ô nhiễm trong nước cũng không quá khó khăn và phức tạp như các nguồn nước trên bề mặt khác

Cụ thể:

 Độ đục thấp,

 Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S…

 Chứa nhiều khoáng chất hoà tan chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo…

 Sự hiện diện của vi sinh vật ít

Hình 2 Nguồn nước bị nhiễm sắt

Nhưng hiện tại các mạch nước ngầm đang bị ô nhiễm, hàm lượng kim loại nặng và

vi sinh một số nơi cao bất thường Nếu sử dụng nước ngầm làm nước sinh hoạt thì cần dùng các phương pháp đo lường kĩ lưỡng để xác định chỉ số nguồn nước ngầm có đáp

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 5

ứng điều kiện cho phép hay không, nếu không thì cần phải có phương pháp xử lý thích hợp

Nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do các tác động của con người như phân bón, chất thải hóa học, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, hóa chất bảo vệ thực vật Do vậy các khu vực khai thác nước ngầm cấp cho sinh hoạt và công nghiệp cần phải được bảo

vệ cẩn thận, tránh bị nhiễm bẩn nguồn nước Ðể bảo vệ nguồn nước ngầm cần khoanh vùng khu vực bảo vệ và quản lý, bố trí các nguồn thải ở khu vực xung quanh

I.2 Đánh giá tình hình khu vực thực hiện xây dựng hệ thống cấp nước từ nước ngầm

Việc thực hiện đề tài trên vùng dân cư ở Thành phố Đà Lạt, vấn đề hiện tại là quá

xa hệ thống cấp nước của thành phố, có nguồn nước ngầm chưa khai thác, trữ lượng khá lớn Khảo sát cho kết quả:

Hình 3 Minh họa cho khu vực khảo sát xây dựng hệ thống cấp nước ngầm

 Khu dân cư A , nằm ở đường X, phường Y, thành phố Đà Lạt là khu dân cư mới

 Có : + Tổng diện tích khu dân cư : 200,000 m2

+ Tổng hộ dân cư : 1250 hộ

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 6

 Khu dân cư sử dụng nguồn nước ngầm làm nước sinh hoạt chính Thông qua các bước kiểm tra cơ bản, ta thấy được nước ngầm gặp một số vấn đề về sắt và

vi sinh

Việc cần làm ở đây là xây dựng, thiết kế qui trình xử lý nước ngầm với công suất

1000 m3/ngày.đêm để cung cấp, phục vụ cho khu dân cư A

I.3 Thông số chất lượng nguồn nước

STT CHỈ TIÊU

ĐƠN

VỊ

KẾT QUẢ

Bảng 1 Thông số nguồn nước ngầm tại khu vực khai thác

Qua bảng trên, ta nhận thấy chỉ số sắt và Coliforms 370C đã vượt quá nồng độ cho phép ( theo QCVN 01:2009/BYT )

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 7

Vấn đề ô nhiễm sắt và vi sinh trong nước yêu cầu phải có biện pháp xử lý, giảm hàm lượng của chúng xuống mức chấp nhận được theo QCVN 01/2009 BYT; chọn lựa phương pháp tối ưu nhất cho phương án xây dựng và xử lý

Tổng quan sắt ô nhiễm sắt và vi sinh

 Sắt hóa trị II bao gồm FeS, Fe(OH)2, FeCO3, Fe(HCO3)2, FeSO4, FeCl2… Chúng chủ yếu tồn tại ở dạng nước ngầm hay những nguồn nước không tiếp xúc với oxy, dạng sắt (II) thường là dạng dễ tan trong nước, có mùi tanh rất khó chịu Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng nước nhiễm phèn này là do mạch nước chảy qua những khu vực có chứa mỏ sắt hay chứa nhiều muối sắt tạo nên nước phèn

 Vi sinh vật trong nước ( Coliforms): là loại vi khuẩn có hại cho sức khỏe con người, tồn tại và sinh sản trong môi tường nước Khi vào cơ thể người, ở điều kiện thích hợp sinh sản và tiếp tục gây hại Nước uống trực tiếp có thể gây đau bụng, tiêu chảy và cấc bệnh liên quan đến đường tiêu hóa khác

 Cần xác định phương pháp thích hợp cho việc xử lý ô nhiễm riêng cho từng nguồn nước, cụ thể ở đây nguồn nước bị ô nhiễm sắt và vi sinh

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 8

II PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Sơ đồ 1 Các vấn đề chất lượng nước khai thác

II.1 Phương pháp xử lý nước nhiễm sắt

Tùy thuộc vào hàm lượng Fe2+ có trong nước ngầm mà người ta lựa chọn các phương pháp khử sắt khác nhau

 Phương pháp khử sắt bằng quá trình oxy hóa :

Nguyên lý của phương pháp này là oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) và tách chúng ra khỏi nước dưới dạng hydroxyt sắt (III) Trong nước ngầm, sắt(II) bicacbonat là một muối không bền, nó dễ dàng thủy phân thành sắt (II) hydroxyt theo phản ứng:

Fe(HCO3)2 + 2H2O  Fe(OH)2 + 2H2CO3 Nếu trong nước có oxy hòa tan, sắt (II) hydroxyt sẽ bị oxy hóa thành sắt (III) hydroxyt theo phản ứng:

4Fe(OH)2 + 2H2O + O2  4Fe(OH)3  Sắt (III) hydroxyt trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng và có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng qua quá trình lọc

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 9

Kết hợp với các phản ứng trên ta có được phản ứng của các quá trình oxy hóa sắt như sau:

4Fe2+ + 8HCO2 + O2 + H2O  4Fe(OH)3 + 8H+ + 8HCO3- Nước ngầm thường không chứa các chất oxy hòa tan hoặc có hàm lượng rất thấp

Để tăng nồng độ oxy hòa tan trong nước ngầm, biện pháp đơn giản nhất là làm

thoáng Hiệu quả của bước làm thoáng được xác định theo nhu cầu oxy cho quá trình khử sắt Có 3 phương pháp làm thoáng cơ bản:

1 Làm thoáng đơn giản bằng bề mặt lọc

2 Làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên

 Phương pháp khử sắt bằng vi sinh

Một số loại vi sinh có khả năng ôxy hoá sắt trong điều kiện mà quá trình ôxy hoá hoá học xảy ra rất khó khăn Chúng ta cấy các mầm khuẩn sắt trong lớp cát lọc của bể

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 10

lọc, thông qua hoạt động của các vi khuẩn sắt được loại ra khỏi nước Thường sử dụng thiết bị bể lọc chậm để khử sắt

II.2 Phương pháp xử lý nước ô nhiễm vi sinh

Vi sinh vật trong nước ( Coliforms): là loại vi khuẩn có hại cho sức khỏe con người, tồn tại và sinh sản trong môi tường nước Khi vào cơ thể người, ở điều kiện thích hợp sinh sản và tiếp tục gây hại Nước uống trực tiếp có thể gây đau bụng, tiêu chảy và cấc bệnh liên quan đến đường tiêu hóa khác

Để xử lý vi sinh trong nước, cách đơn giản và hiệu quả nhất là đun sôi nước trước khi ăn uống Có thể sử dụng hóa chất để khử trùng nước (Chloramin B, javel…) Nước sau khi khử trùng hoặc đun sôi vẫn phải đảm bảo quá trình lưu chứa hợp vệ sinh (đậy nắp và vệ sinh vật chứa nước thường xuyên) Có thể sử dụng hóa chất Chloramin B để khử trùng nước ở quy mô lớn

Hình 5 Hóa chất Chloramin B

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 11

Nước sau khi qua lọc vẫn phải đun sôi trước khi sử dụng cho ăn uống nhằm tránh các bệnh đường ruột do vi khuẩn trong nước (vì có thể còn vi khuẩn trong nước)

II.3 Lựa chọn phương pháp xử lý

Trong điều kiện đề tài và các yếu tố liên quan trong nguồn nước lựa chọ đề khai thác

và phân phối, sử dụng phương pháp làm thoáng để xử lý sắt và sử dụng hóa chất để giải quyết các vấn đề vi sinh có trong nước ngầm

Làm thoáng để xử lý sắt là cung cấp oxy cho nước để tăng khả năng phản ứng kết

tủa của sắt, đơn giản dễ lắp đặt và chi phí hợp lý Phương pháp này tối ưu hơn các phương pháp khác do: Nếu sử dụng hóa chất để xử lý, thì phải dung tới các thiết bị pha chế cồng kềnh, tốn kém, và dễ gây nguy hiểm, có thể còn tồn lại nhiều hóa chất trong nước yêu cầu phải xử lý nhiều lần Tuy làm thoáng có sử dụng NaOH để tăng độ kết tủa cho sắt, nhưng đa phần sử dụng oxy để oxy hóa sắt, an toàn hơn khi sử dụng hóa chất; còn về vi sinh, phương pháp này chủ yếu thích hợp với các bể lắng chậm, bể lọc sinh học gây tốn kém và độ phổ biến chưa cao

Sử dụng hóa chất loại bỏ vi sinh vật khỏi nước, gọi là khử trùng nước Ở đây, sử dụng hóa chất là Chlo để khử trùng Hóa chất Chlo rất phổ biến, có thể lựa chọn nồng độ cũng như liều lượng thích hợp một cách dễ dàng và Chlo rất rẻ tiền nên được rất nhiều công trình ưu tiên sử dụng để loại bở VSV ra khỏi nước

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 12

III THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ

Sơ đồ 2 Quy trình khai thác và phân phối nước

III.1 Thông số thiết kế tại nguồn

Khu dân cư A lấy nước ngầm là nguồn nước sinh hoạt chính, và mục tiêu đặt ra xây dựng, thiết kế qui trình xử lý nước ngầm với công suất 1000 m3/ngày.đêm đảm bảo lượng nước sạch cung cấp, duy trì ổn định cho khu dân cư

Sử dụng giếng khoan để khai thác nước từ nguồn nước ngầm này

Thông số thiết kế cho hệ thống thu nước tại nguồn:

 Số giếng khai thác : 5 giếng

 Mỗi giếng cách nhau 10 m

 5 giếng được xây thê mô hình vuông, mỗi giếng cách nhau trên 10m Việc bố trí các giếng phải đảm bảo là cách xa nhau như vậy để tránh gây ảnh hưởng đến kết cấu địa tầng khu vực, làm suy thoái nguồn nước ngầm và có thẻ gây đứt gãy mạch nước

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 13

Thông số 1 giếng: - Đường kính giếng: 1.5m

- Đường kính hiệu dụng: 1.2m

- Chiều cao tổng: 30m (gồm cả phần chìm và trên mặt đất)

- Chiều cao trên mặt đất: 2.5m Kích thước giếng được thiết kế dựa trên các quy chuẩn (QCVN 33 – 2006 BXD)

và các yêu tố liên quan phụ thuộc khác Nước thu từ accs giếng sẽ được bơm trực tiếp vào hệ thống xử lý nước

Công suất toán hệ thu là 1000 m3/ngày, được lấy từ 5 giếng nên công suất mỗi giếng

là 50m3/ngày ⁓ 10 m3/h với thời gian làm việc là 20h/ngày

Hình 6 Sơ đồ bố trí và minh họa giếng

GVHD: TS Nguyễn Công Nguyên 14

III.2 Hệ thống xử lý nước ngầm cung cấp cho sinh hoạt

Sơ đồ 3 Quy trình xử lý nước ngầm Thuyết minh vắn tắt công nghệ:

Đầu tiên, nước ngầm được hút dưới giếng lên nhờ trạm bơm cấp I và dẫn vào hệ thống Nước sẽ được dẫn vào thiết bị làm thoáng bằng giàn mưa tự nhiên ,với mục đích chính là khử CO2 ,hòa tan oxy không khí vào nước ngầm để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+,Mn2+ thành Mn4+ (nếu có) để dễ kết tủa, sau đó các cặn kết tủa này sẽ được tách ra khỏi nước, nhằm mục đích nâng cao năng suất của các công trình lắng và lọc