Mô tả bài toán và yêu cầu thiết kế
Lựa chọn đối tượng cho bài toán thiết kế
Chúng tôi đã lựa chọn một tòa nhà chung cư cao cấp, nổi bật với nhiều tiện nghi hiện đại, bao gồm một khu văn phòng tiện lợi, hai bể bơi bốn mùa, một khu vui chơi giải trí thú vị, một phòng gym tiêu chuẩn và một trung tâm thương mại sầm uất.
Hình 1.1 Tòa nhà chung cư cao cấp
Yêu cầu thiết kế
₋ Giám sát lượng nước cung cấp cho hệ thống luôn đảm bảo liện tục.
Giám sát mức nước trong các bể chứa nước sinh hoạt và bể xử lý nước thải là rất quan trọng để ngăn ngừa tình trạng tràn hoặc cạn nước Việc này không chỉ giúp bảo vệ thiết bị khỏi nguy cơ cháy nổ mà còn đảm bảo an toàn cho môi trường xung quanh.
₋ Giám sát hoạt động của các máy bơm và các van hoạt động tốt.
₋ Giám sát quá trình xử lý nước thải diễn ra trơn tru, hiệu quả, đảm bảo các tiêu chuẩn kĩ thuật và môi trường.
Các yêu cầu về thông số kỹ thuật
Tòa nhà 15 tầng bao gồm 2 tầng đầu dành cho trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê, trong khi 13 tầng còn lại phục vụ nhu cầu nhà ở Mỗi tầng có 8 căn hộ, và diện tích khu thương mại là 400m2.
₋ Tính toán lưu lượng nước sinh hoạt 1 ngày đêm:
+ Tòa nhà có : 13*8 = 104 căn hộ Mỗi căn hộ trung bình có 3 người, mỗi người trung bình sử dụng nước sinh hoạt 1 ngày đêm là 300lit/ngày,đêm
Lưu lượng nước cấp cho dân cư : Qd = 300*104*3/1000 = 93.6 m3/ngày, đêm.
+ Văn phòng có số người là: 310 nhân viên, với tiêu chuẩn dùng nước là 25lit/ngày,đêm
Lưu lượng nước cấp cho khối văn phòng: Qv = 310 *25/1000 = 7.75 m3/ngày,đêm.
+ Tổ hợp trung tâm thương mại và khu vui chơi giải trí, phòng gym… cần lượng nước : Q= P*S = 5*400 = 2000 lit/ngày,đêm
- P: tiêu chuẩn dùng nước của trung tâm thương mại 5lit/m2/ngày,đêm.
- S: diện tích khu thượng mại (m2) + Do đó, lượng nước sinh hoạt được cung cấp cho cả tòa nhà là : 93.6 + 7.75 +2 = 103.35 m3/ngày,đêm Ta lấy tròn 104 m3/ngày,đêm.
Để tính toán nhu cầu cấp nước cho các dịch vụ công cộng như tưới cây và rửa sàn, cần tuân theo tiêu chuẩn TCXDVN-33-2006 Lưu lượng nước cấp cho nhu cầu công cộng được xác định bằng 10% lưu lượng tính toán cho tòa nhà.
Lưu lượng nước cho các dịch vụ công cộng: Qcc = 104*0.1 = 10.4 m3/ngày,đêm
Tổng lượng nước cấp cho toàn bộ khu nhà là 114 m3/ngày,đêm.
Hệ thống cấp thoát nước
Hệ thống cấp nước
Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho cuộc sống con người Quy hoạch cấp nước cần phải đạt yêu cầu kỹ thuật cao, nhằm đảm bảo cung cấp đủ nước sinh hoạt cho mọi người trong mọi thời điểm.
Mặc dù có nguy cơ mất nước từ nhà cung cấp, người dân vẫn có đủ nước sử dụng trong ít nhất 24 giờ Thời gian này cho phép nhà cung cấp khắc phục sự cố Để đảm bảo nguồn nước, nên sử dụng bồn nước dự trữ ở tầng hầm hoặc trên mái nhà.
Các tiêu chuẩn áp dụng như:
- TCVN 4513 – 1988: Cấp nước bên trong – Tiêu chuẩn thiết kế.
- Tiêu chuẩn TCXD 3989-1985: Hệ thống tài liệu thiết kế xây dựng cấp nước và thoát nước – Mạng lưới bên ngoài – Bản vẽ thi công.
- Tiêu chuẩn TCXDVN 33-2006 Cấp nước – Mạng lưới đường ống và công trình –Tiêu chuẩn thiết kế
Đối với tòa nhà chung cư có 1 số đặc điểm như sau:
- Không đủ áp lực nước cấp để bơm lên bồn nước trên mái nhà.
Mọi người sử dụng chung một bồn cấp nước trên mái nhà và một bồn nước ngầm ở dưới, kết hợp với hệ thống máy bơm nước chung.
Ở các tầng dưới, do áp lực nước cao, thường sử dụng van giảm áp để điều chỉnh áp lực xuống còn 2 bar Ngược lại, ở các tầng gần mái, áp lực nước thấp hơn, vì vậy có thể lắp thêm bơm tăng áp để đảm bảo cung cấp đủ áp lực nước.
- Vận tốc nước chọn trung bình là 2 m/s Có được lưu lượng cấp cho từng khu vực ta sẻ tính được tiết diện đường ống.
Đường đi của nước trong hệ thống cấp nước:
Hình 2.2 Đường đi của nước trong hệ thống cấp nước
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống van và bơm cấp nước cho tòa nhà:
Khi khởi động hệ thống kiểm tra mức nước, bể 1, nằm ở tầng hầm và được sử dụng làm bể dự trữ, sẽ được kiểm tra Nếu mức nước trong bể này thấp hơn mức tối thiểu là 1, van 0 sẽ được mở để cung cấp nước cho bể.
Khi lượng nước vượt quá mức tối thiểu 1, cần kiểm tra bể cấp nước trên mái (bể 2) để xác định xem mức nước có thấp hơn giới hạn hay không Nếu mức nước thấp, hãy bật cả hai bơm 1 và 2, sau đó mở van 1 để cấp nước lên bể 2.
₋ Khi mức nước đạt giá trị đặt là tb2 thì sẽ tắt bơm 2 đi bơm 1 vẫn hoạt động bình thường.
₋ Khi mức nước đạt tới giá trị giới hạn lớn nhất là max 2 thì 2 bơm sẽ dừng hoạt động van1 đóng
₋ Khi mức nước bể 1 đạt giá trị max 1 thì van 1 đóng và ngừng cấp nước vào bể 1.
Các hạng mục tính toán :
₋ Dung tích bể chứa nước ngầm được tính theo công thức:
=> Qbể = 2x Qngày/đêm = 2 x 114 = 228 m³/ngày đêm.
Chọn bể nước ngầm có dung tích: 228 m³ Như vậy có thể cung cấp nước cho 2 ngày trong trường hợp nguồn nước cung cấp gặp sự cố.
₋ Tính toán bể nước mái :
₋ Nhu cầu sử dụng nước trong một giờ :Qh = 114/24 = 4,75 m³/h.
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp nước cho tòa nhà
=> Dung tich bể nước mái :Wbc = 0,3x Qngày/đêm = 0,3 x 114 4,2m³.
Do hộ sử dụng đặt gần trên tầng mái nhà và bồn nước, áp lực nước không đạt yêu cầu thiết kế tối thiểu 1,5 bar (tương đương 15 mét) Vì vậy, từ đỉnh mái xuống 15 mét (khoảng 3 tầng), cần thiết kế thêm bơm tăng áp và bồn điều áp để đảm bảo cung cấp nước đủ áp lực.
Để đảm bảo áp lực nước tự chảy đạt từ 1,5 bar đến 3,5 bar, tương đương với chiều cao từ 15 mét đến 35 mét từ bồn mái xuống các tầng dưới, chúng ta có thể để nước tự chảy mà không cần can thiệp thêm, vì áp lực này đã đáp ứng yêu cầu cần thiết.
Khi chiều cao vượt quá 35 mét, áp lực ở tầng dưới sẽ tăng lên đáng kể Để duy trì áp lực ổn định từ 1,5 bar đến 3 bar, cần sử dụng van giảm áp Mỗi 15 mét chiều cao từ hộ sử dụng, cần lắp thêm một van giảm áp để đảm bảo áp lực luôn trong khoảng 1,5 bar đến 3 bar.
Q : Lưu lượng nước trong ống (l/s).
Theo tiêu chuẩn Việt Nam 4513-1988, vận tốc nước cho các nhu cầu sinh hoạt được quy định là V = 1,2 m/s Để bơm đầy bể mái trong 1 giờ, lưu lượng nước cần thiết được tính toán là Q = 9,5 l/s.
Cột áp H được tính bằng công thức H = H1 + H2 + H3, trong đó H1 là tổng cột áp cao nhất, tương ứng với áp lực nước theo độ cao từ vị trí đặt bơm đến điểm xa nhất trong hệ thống, với tỷ lệ 5 mét ngang tương đương 1 mét cao.
+ H2: Cột áp để phun nước tại đầu ra
+ H3: Tổn thất áp tại co cút tê trên đường ống (tổn thất cục bộ) và ma sát đường ống.
Giả sử: khoảng cách từ bơm đến nơi cần bơm độ cao là 40 m, ống đi ngang 20 m, lưu lượng 9,5 (l/s)
+ Cột áp cao H1 = 40+4 = 44 mét cao.
+ H2 lấy bằng 5 mét phun theo độ cao.
Hb = 10%*Ha là tổn thất qua tê, co trên toàn hệ thống. Q: lưu lượng nước qua ống (l/s)
L: chiều dài của đoạn ống (m) Với A là sức cản ma sát từ ống (mỗi ống lại có sức cản khác nhau).
A lấy theo tiêu chuẩn việt nam 4513-1988 => như ví dụ trên đường kính ống là DN125 => A = 0,00003395
Vậy H = 44 + 5 + 1,5 = 50,5 mét nước => Tra đồ thị thì bơm là chọn bơm 40 hp (30 Kw điện), đường ống DN125.
Hệ thống thoát nước
Hệ thống cấp nước không cần tính toán áp lực nước liên tục như các hệ thống bơm nước, vì nước trong hệ thống này rơi tự do Do đó, chỉ cần đảm bảo kích thước đường ống phù hợp để nước có thể thoát đi hiệu quả nhất với chi phí tối thiểu.
Hệ thống thoát nước của một ngôi nhà bao gồm nhiều loại ống khác nhau như ống thoát phân, ống thoát nước sinh hoạt, ống thoát nước nhà bếp, ống thoát hơi và ống thoát nước mưa Để đảm bảo hiệu quả và an toàn, các tiêu chuẩn liên quan như TCVN 4474-1987 cho thoát nước bên trong và TCXDVN 51-2006 cho mạng lưới bên ngoài và công trình cần được áp dụng.
Như vậy ta chỉ quan tâm các số liệu sau: Kích thước từng loại đường ống, hệ thống đường ống, vị trí lắp đặt.v.v.
Nguyên tắc bố trí ông thoát nước :
- Hệ thống thoát nước phân và hệ thống thoát nước sàn riêng biệt
- Hệ thống ống đứng thoát nước mưa bố trí trong các hộp gen thông tầng.
- Hệ thống đảm bảo thoát nước tốt
- Có tổng chiều dài ngắn nhất
- Dể dàng kiểm tra sữa chửa thay thế
- Tránh đi qua phòng khách, phòng ngủ
- Dễ phân biệt khi sửa chữa
- Thuận tiện trong quá trình thi công.
2.2.1 Hệ thống thoát nước thải
Hệ thống thoát nước thải chỉ cần quan tâm tới kình thước đường ống
- Tính đường kính ống đứng thoát phân:
Nguyên tắc bố trí ống thoát nước thải cho khu vực căn hộ yêu cầu mỗi đường ống phải phục vụ riêng cho từng chức năng thoát nước của thiết bị vệ sinh, bao gồm bồn cầu và xí tiểu Ống thoát phân cần được dẫn vào ngăn 1 của bể tự hoại để đảm bảo hiệu quả xử lý nước thải.
- Tòa nhà có 15 tầng, mỗi tầng có 2 bồn cầu tương đương 3 đương lượng thoát nước.
- Tổng số đương lượng là : 15x 2 x 3 = 90 (đl)
- Đường kính ống DN100 có khả năng cho phép 256 đl với cao độ 91m (Theo: “Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình”)
Tính đường kính ống thoát nước sinh hoạt:
Tòa nhà có 15tầng, có các thông số sau:
- Số lượng Bồn tắm nằm 1cái – với 3đương lượng / 1 cái
- Số lượng bồn tắm đứng 1 cái – với 2 đương lượng/1 cái
- Số lượng Lavapo 2 cái – với 1 đương lượng/1 cái
- Tổng số đương lượng: 15x ( 1x3+1x2+2x1 ) = 105 đl
Chọn đường kính ống DN100 có khả năng cho phép 256 đl với cao độ91m (Theo: “Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình”).
Tính đường kính ống thoát nước nhà bếp:
Tòa nhà có 15 tầng, có các thông số sau:
- Số lượng chậu Sink là 02 cái – với 2 đương lượng/01 cái.
- Tổng số đương lượng: 15 x 2 x 2= 60 đương lượng.
Chọn đường kính ống DN100 có khả năng cho phép 256 đl với cao độ 91m (Theo: “Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình”).
2.2.2 Hệ thống thoát nước mưa
Phương pháp và công thức tính toán:
- TCXD 5641-1991: Bể chứa bằng bê tông cốt thép Quy phạm thi công và nghiệm thu.
- TCXDVN 51:1984 Thoát nước – Mạng lưới bên ngoài và công trình – Tiêu chuẩn thiết kế.
- Việc tính toán thủy lực – theo tiêu chuẩn 20 TCN-54-84:
Dựa trên bản vẽ kiến trúc, cần bố trí các phễu thu sàn và ống đứng hợp lý Đồng thời, xác định lưu lượng của tuyến ống chính để đảm bảo việc thu gom nước mưa hiệu quả Nước mưa sẽ được thu gom và chuyển trực tiếp ra cống chính hoặc đến trạm xử lý nước thải tập trung của khu dân cư.
Xác định lưu lượng và đường kính ống:
Tính toán thoát nước mưa trên sân thượng và mái:
- Diện tích sàn sân thượng (nơi thu nước mưa): 2780 m² , diện tích khác còn lại là 200 m².
- Các số liệu mưa được lấy theo TCVN, tại địa điểm Hà Nội, cường độ mưa q = 484.6 l/s.ha
- Theo TCVN lưu lượng mưa là: Qm= (K x F x q)/10000 = (2 x (2780+200) x 484.6)/10000 = 289 l/s
- Lưu lượng thoát nước của mỗi cầu chắn rác trên mái (33 ống, 33 cầu chắn rác) => 289/33 ~ 9 l/s.
Chọn cầu chắn rác DN100 có khả năng thoát tối đa 12 l/s (theo bảng 9 TCVN 4474-1987).
- Ngoài ra còn có tổng diện tích thu nước sân vườn khác là 500 m² =>
- Lưu lượng thoát nước của mỗi ống DN100: 50/16~4 l/s.
Chọn ống DN100 có khả năng thoát tối đa 10 l/s (theo TCVN 4474-1987).
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải
Nguồn phát sinh
Nước thải tòa nhà được hình thành từ các hoạt động sinh hoạt hàng ngày của cư dân, cũng như từ các đơn vị hành chính và dịch vụ bên trong tòa nhà.
Hệ thống đường ống dẫn nước thải thu gom nước thải về hệ thống xử lý, thường được lắp đặt tại tầng hầm của tòa nhà Nước thải này có đặc tính ô nhiễm, chứa cặn bã hữu cơ, chất hữu cơ hòa tan, nitơ, photpho và các vi sinh vật gây bệnh.
Chất vô cơ chiếm 40% bao gồm: đất, cát, dầu khoáng, …
Bảng 3.1 Chỉ tiêu chất lượng các chất trong nước thải
TT Tên chỉ tiêu Đơn vị
Trung bình Đậm cộng đặc
Vừa phải Loãng Rất loãng
4 Dầu mỡ, chất béo mg/l 100 70 40 30 60,0
Nước thải từ chung cư chủ yếu là nước thải sinh hoạt, vì vậy quy trình xử lý được thực hiện tương tự như xử lý nước thải sinh hoạt Công nghệ vi sinh được áp dụng để đảm bảo hiệu quả trong quá trình xử lý này.
Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào:
₋ Lưu lượng nước thải chung cư, tòa nhà
₋ Tải trọng nước thải tính theo đầu người
Những loại nước thải trên nếu không xử lý đúng cách khi thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm cục bộ.
Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra.
COD và BOD là những chỉ số quan trọng trong việc đo lường sự khoáng hoá và ổn định chất hữu cơ, tiêu thụ một lượng lớn oxy trong nguồn tiếp nhận, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái môi trường nước Khi ô nhiễm vượt mức cho phép, điều kiện yếm khí có thể xuất hiện, dẫn đến sự phân huỷ tạo ra các sản phẩm như H2S, NH3 và CH4, gây mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường nước.
SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước.
Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…
Ammonia và phospho (P) là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng quan trọng Khi nồng độ của chúng trong nước quá cao, hiện tượng phú dưỡng hóa xảy ra, dẫn đến sự phát triển bùng nổ của tảo Hiện tượng này làm giảm nồng độ oxy trong nước vào ban đêm, gây ngạt thở và tử vong cho các sinh vật Ngược lại, vào ban ngày, nồng độ oxy lại tăng cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra.
Dầu mỡ có thể gây mùi khó chịu và ngăn cản quá trình khuếch tán oxy trên bề mặt nước Ô nhiễm nguồn nước mặt chủ yếu xảy ra do việc xả thải các dạng nước thải chưa qua xử lý, dẫn đến sự thay đổi về các tính chất hóa lý và sinh học của nguồn nước.
Sự xả thải các chất độc hại vào nguồn nước gây ra sự mất cân bằng sinh học tự nhiên, làm giảm khả năng tự làm sạch của nó Khả năng này phụ thuộc vào điều kiện xáo trộn và tỷ lệ pha loãng nước thải với nguồn nước Sự hiện diện của vi sinh vật, bao gồm cả vi khuẩn gây bệnh, đe dọa đến an toàn vệ sinh của nguồn nước.
Biện pháp được coi là hiệu quả nhất để bảo vệ nguồn nước là:
₋ Hạn chế số lượng nước thải xả vào nguồn nước.
Để giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong nước thải, cần áp dụng công nghệ xử lý phù hợp theo quy định, đảm bảo tiêu chuẩn khi xả ra nguồn nước Bên cạnh đó, nghiên cứu và áp dụng công nghệ tái sử dụng nước thải trong chu trình kín là rất quan trọng.
Xử lý rác thải
Hình 3.4 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý nước thải trong tòa nhà
Các quy trình xử lý chính trong trạm xử lý nước thải bao gồm các bước sau đây:
Điều chỉnh lưu lượng và ổn định nồng độ pH ở mức thích hợp là bước quan trọng, giúp tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý vi sinh tiếp theo.
Bước 2 trong quá trình xử lý nước thải là giảm BOD và COD thông qua phương pháp oxy hóa sinh học, trong đó các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn thức ăn Quá trình này diễn ra đồng thời với việc tiêu thụ oxy, nitơ và photpho.
Bước 3: Loại bỏ các chất lơ lửng, các chất ô nhiễm còn lại trong nước thải bằng biện pháp cơ học
Bước 4: Tiêu diệt các vi khuẩn có hại bằng phương pháp khử trùng, điều chỉnh pH
3.3.1 Xử lý rác sơ bộ a Song chắn rác, lưới chắn rác
Hình 3.5 Cấu tạo song chắn rác
Song chắn rác và lưới chắn rác là thiết bị quan trọng dùng để ngăn chặn các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc dạng sợi như giấy, rau củ và rác thải hữu cơ Chúng giúp giữ lại các chất bẩn, bảo vệ hệ thống thoát nước và duy trì môi trường sạch sẽ.
Rác, hay còn gọi là chất thải, thường được đưa đến máy nghiền rác Sau khi được nghiền nhỏ, rác sẽ được chuyển trở lại trước song chắn rác hoặc được chuyển tới bể phân hủy cặn để xử lý.
₋ Bảo vệ bơm, van đường ống, cánh khuấy …
Khi kết hợp song chắn rác với thiết bị nghiền rác, quá trình xử lý rác thải trở nên hiệu quả hơn, giảm thiểu các bước bên ngoài như thu gom và chuyên chở rác Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm bớt các vấn đề liên quan đến chôn lấp và xử lý rác thải.
Máy nghiền rác là thiết bị hiệu quả giúp nghiền nhỏ rác, từ đó giảm thiểu công sức vận chuyển rác đến địa điểm xử lý Việc này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giảm diện tích cần thiết cho việc chôn lấp rác, góp phần vào việc quản lý chất thải hiệu quả hơn.
Song chắn rác, hay lưới chắn rác, được lắp đặt trước trạm bơm để ngăn chặn rác thải trước khi nước thải chảy vào trạm Thiết kế của song chắn rác thường vuông góc với dòng chảy, bao gồm các thanh kim loại bằng thép không gỉ có kích thước 5x20 mm, được sắp xếp cách nhau từ 20-50 mm trong một khung thép hình chữ nhật Song chắn này có khả năng trượt lên xuống dễ dàng dọc theo hai khe ở thành mương dẫn, giúp kiểm soát vận tốc nước tối đa Vmax.
Lưới chắn rác thường được lắp đặt nghiêng với góc 45-60 độ so với phương thẳng đứng, và vận tốc tối đa qua lưới không vượt quá 0,6 m/s Khe rộng của mắc lưới dao động từ 10-20 mm Việc làm sạch song chắn và lưới chắn có thể thực hiện bằng tay hoặc sử dụng các thiết bị cơ khí tự động hoặc bán tự động Bên cạnh hoặc trên mương, lưới chắn rác cần có sàn thao tác đủ không gian để đặt thùng rác và đảm bảo đường vận chuyển Hiệu quả khử chất rắn lơ lửng (SS) của lưới chắn rác đạt khoảng 20%.
Hình 3.6 Bể vớt dầu mỡ
Mỡ và dầu từ thực vật và động vật có thể bám vào thành ống và trạm bơm trong nước thải Sự tích tụ của mỡ làm giảm diện tích thông suốt của đường ống, dẫn đến nguy cơ tắc nghẽn và có thể gây hư hại nghiêm trọng cho hệ thống ống dẫn.
Mỡ và dầu tích tụ lâu ngày trong hệ thống thoát nước vượt quá khả năng phản ứng oxi hóa và phân hủy sinh hóa axit béo, gây ra mùi hôi khó chịu Vật liệu của thiết bị trong hệ thống thoát nước không chống lại axit béo, dẫn đến hiện tượng ăn mòn và giảm tuổi thọ của hệ thống.
Mỡ và dầu thực động vật bám dính trong trạm bơm làm giảm hiệu quả của nhà máy xử lý nước thải, gây ra sự hình thành chất xơ, rác và bọt Những chất này có thể xuất hiện do sự chuyển đổi của các chất tan trong mỡ thành acid béo Hơn nữa, sự hiện diện của mỡ và dầu hữu cơ trong nước thải đã qua xử lý làm tăng độ ẩm và nhầy của bùn hoạt tính, gây cản trở quá trình trao đổi oxy của vi khuẩn.
Trong các nhà máy xử lý nước thải hữu cơ, quá trình lắng xuống và phân hủy các chất tan trong mỡ thường kéo dài, dẫn đến nồng độ chất béo cao trong đường ống và bể xử lý Điều này tạo ra bọt xốp, một vật cứng khó xử lý, làm giảm hiệu quả thanh lọc của hệ thống.
Tách dầu mỡ dựa trên nguyên tắc tuyển trọng lực, trong đó dầu mỡ nhẹ nổi lên trên và bùn nặng chìm xuống, tạo thành bẫy bùn Công nghệ tách dầu mỡ tiên tiến được nghiên cứu và sản xuất tại Việt Nam giúp kiểm soát toàn bộ quá trình tách dầu mỡ và bùn, bao gồm việc tự động điều chỉnh lượng bùn mỡ, gia nhiệt chống đông, và tự động xả bùn mỡ khi đầy ngăn tách Độ tách sạch bùn mỡ khỏi nước thải đạt từ 95% đến 98%, và nước thải sau khi tách sẽ được bơm tự động vào hệ thống nước thải chung của tòa nhà.
3.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học a Bể điều hòa
Bể điều hòa cần thực hiện quá trình xáo trộn và thổi khí liên tục để ngăn chặn tình trạng lắng cặn và hạn chế mùi hôi do lên men Trước khi vào bể, nguồn nước thải phải được xử lý để loại bỏ chất rắn, đảm bảo điều chỉnh lưu lượng và nồng độ hiệu quả Tốc độ thổi khí lý tưởng dao động từ 10-15 lít khí/phút Để thiết kế và thi công công trình đạt hiệu quả cao, cần chú ý đến một số yêu cầu quan trọng.
₋ Bể có kết cấu và được làm bằng bê tông cốt thép
₋ Có sử dụng tấm chống thấm
₋ Chiều sâu nước tối thiểu là : 1,5m
Hệ thống báo mức nước tự động giúp người vận hành theo dõi mức nước thực tế trong bể, phát hiện sự thay đổi bất thường trong quá trình vận hành Bể điều hòa có những ưu điểm như duy trì mức nước ổn định và tối ưu hóa hiệu suất, nhưng cũng tồn tại nhược điểm như chi phí lắp đặt cao và yêu cầu bảo trì thường xuyên.
+ có khả năng xử lý sinh học nâng cao, có thể tránh được tình trạng quá tải
Lựa chọn phần cứng và giao thức truyền thông
Lựa chọn các thiết bị phần cứng
Dự án chung cư thường bao gồm các căn hộ sang trọng, nhưng không phải tòa nhà nào cũng quản lý tốt hệ thống cấp nước Nhiều khu vực gặp phải tình trạng thiếu nước hoặc mất nước tạm thời, và trong những trường hợp này, bồn chứa nước inox trở thành giải pháp hiệu quả.
Các ưu điểm của bồn nước inox:
₋ Tuổi thọ cao ( Khoảng 40 năm)
₋ Dễ dàng vệ sinh, không độc hại, chống ăn mòn cao.
₋ Có thể phản xạ ánh sáng mặt trời để hấp thụ nhiệt.
₋ Đảm bảo hoàn toàn nước sạch vì bên trong bồn chứa bằng thép không gỉ, không nuôi tảo.
Một số nhược điểm của bồn nước inox:
Bồn chứa bằng thép không gỉ được thiết kế đặc thù cho sản xuất công nghiệp và lưu trữ nước sinh hoạt, nhưng không thích hợp để lưu trữ axit clohiđric, axit sulfuric, hoặc các chất lỏng có độ axit và kiềm cao Ngoài ra, bồn cũng không thể sử dụng cho nguồn nước bị nhiễm phèn hoặc nhiễm mặn.
Hình 4.11 Bồn chứa nước inox
Dùng để chứa nước thải chờ xử lý sau khi được thải ra ngoài môi trường. Tiêu chí chọn buồn chưa nước thải:
₋ Chịu đựng được các hóa chất ăn mòn, chống nước.
₋ Tính cơ động cao, đặc biệt xử lý linh hoạt trong quá trình vận hành.
₋ Bền và tuổi thọ cao.
₋ Khả năng chịu nhiệt và chịu lực tốt.
Hình 4.12 Bồn chứa nước thải composite
Một số loại van thông dụng:
Van khóa nước dạng van cổng:
Van khóa nước dạng cổng là loại phổ biến nhất, nổi bật với độ bền cao và khả năng chịu áp lực lớn, phù hợp cho nhiều môi trường khác nhau Ngoài ra, van cổng còn có nhiều loại khác nhau để đáp ứng nhu cầu sử dụng.
Hình 4.13 Van khóa nước dạng van cổng
Van khóa nước dạng van bi:
Van bi là thiết bị thuộc dòng van nước, được ưa chuộng nhờ khả năng hoạt động hiệu quả trong các đường kính nhỏ và khả năng chịu áp lực lớn hơn so với các loại van hai chiều khác.
Hình 4.14 Van khóa nước dạng van bi
Van giảm áp nước, hay còn gọi là van điều áp nước, là thiết bị giúp điều chỉnh và kiểm soát áp lực nước ở đầu ra Van này có khả năng tự động mở và đóng, nhằm bảo vệ an toàn cho các đường ống, thiết bị và hệ thống khép kín.
Hình 4.15 Van khóa nước dạng van giảm áp nước
Máy bơm tăng áp là thiết bị chuyên dụng để tăng cường áp lực nước, giúp nước chảy ra từ các van khóa và vòi một cách mạnh mẽ, nhanh chóng và với lưu lượng lớn.
Máy bơm tăng áp là thiết bị bơm tự động, hoạt động khi mở thiết bị cấp nước, giúp nước chảy nhanh hơn nhờ lực đẩy mạnh mẽ Khi thiết bị cấp nước được khóa, máy bơm sẽ tự động ngừng hoạt động.
Một số loại máy bơm tăng áp:
₋ Máy bơm tăng áp lắp ghép.
₋ Máy bơm tăng áp cơ.
₋ Máy bơm tăng áp điện từ.
₋ Máy bơm tăng áp có hệ thống biến tần
Hình 4.16 Bơm tăng áp điện tử chịu nhiệt Wilo PB-S125EA loại bơm xuống
4.1.4 Đường ống cấp thoát nước
Nhu cầu sử dụng ống nhựa trong ngành cấp và thoát nước đang gia tăng và trở nên đa dạng Hiện nay, ba loại ống nhựa phổ biến nhất được ứng dụng là ống PVC, ống HDPE và ống PPR.
Ống nhựa PVC: Ống nhựa PVC được biết đến là 1 loại nhựa dẻo được sản xuất từ chất liệu nhựa vinylclorua.
₋ Ống nhựa cứng uPVC có thể chịu được nhiệt độ lên tới 1000 ° C, có khả năng phòng cháy cực tốt.
Một ưu điểm nổi bật của dòng nhựa này là khả năng chống cháy và không lan truyền lửa, đồng thời có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến khoảng 30 phút trước khi bắt đầu nóng chảy.
Ống PVC nhẹ và có nhiều kích thước khác nhau, giúp việc ứng dụng, thi công và lắp đặt trở nên đơn giản và thuận tiện, không yêu cầu kỹ thuật cao.
₋ Ống PVC có khối lượng nhỏ nên cũng dễ dàng hơn trong việc vận chuyển, bốc dỡ.
₋ Đây là dòng ống nhựa có tuổi thọ khá cao, chống được oxy hóa, chống ăn mòn tốt.
₋ Các bề mặt trơn láng giúp việc cấp và thoát nước trở nên thông thoáng hơn.
Ống nhựa HDPE, hay còn gọi là polyethylene tỉ trọng cao, được sản xuất từ phản ứng trùng phân dưới áp suất thấp, là một trong những vật liệu xây dựng có độ bền cao nhất trên thị trường hiện nay.
₋ Có tuổi thọ lên tới 50 năm, siêu bền, nên giúp các chủ đầu tư tiết kiệm được việc thay đổi, sửa chữa do hỏng hóc.
₋ Với trọng lượng nhỏ, ống HDPE dễ dàng trong việc lắp đặt, vận chuyển, bốc dỡ và thi công.
₋ Ống nhựa HDPE có tính mềm dẻo, linh hoạt, phù hợp nhiều loại địa hình địa chất khác nhau.
₋ Đa dạng về kích thước từ D20 – D2000 mm nên đáp ứng được tối đa nhu cầu thị trường.
Ống HDPE có khả năng chống ăn mòn hóa chất, kháng oxy hóa và bảo vệ tốt trước tác động của tia cực tím Nhờ vào những đặc tính này, ống HDPE có thể được sử dụng ngoài trời trong thời gian dài mà không lo bị mục nát hay gãy giòn.
₋ Chống thấm tốt giúp cho quá trình cấp – thoát nước không bị rò rỉ.
₋ Lòng bên trong của ống luôn trơn láng, giúp quá trình dẫn nước luôn thông thoáng.
Hình 4.18 Ống HDPe SuperPlas DN450
Ống nhựa PPR: Ống PPR là viết tắt của polypropylene random copolymers hay còn được gọi là ống nhựa hàn nhiệt, ống nhựa chịu nhiệt.
₋ Chất liệu nhựa PPR có thể chịu được nhiệt độ cao lên đến 110 ° C mà vẫn duy trì khả năng chịu áp lực cao.
₋ Khả năng cách âm cao hơn các dòng ống kẽm.
₋ Các mối nối luôn ổn định, không gây rò rỉ khi dẫn nước.
₋ Thời gian hàn nhiệt nối ống nhanh, chỉ trong vài dây Ống PPR có sẵn phụ kiện rất tiện lợi.
₋ Ống PPR có bề mặt bên trong luôn trơn láng, giúp khả năng dẫn nước nhanh và ổn định, không gây lắng cặn, tạo lắng khuẩn.
₋ Ống nhựa PPR có trọng lượng nhẹ, có tính linh hoạt cao, giúp giảm tải quá trình thi công, lắp đặt, vận chuyển.
₋ Tính dẫn diện và nhiệt thấp với chỉ số chịu nhiệt vào khoảng 0.5% nên ống PPR là lựa chọn tốt cho dẫn nước nóng.
₋ Giống như ống HDPE, ống PPR có tuổi thọ lên tới 50 năm, sức bền cực lớn.
4.1.5 Cảm biến áp suất nước
Sử dụng cảm biến áp suất nước để điều khiển biến tần là giải pháp thay thế hiệu quả cho các công tắc áp suất truyền thống trong việc đóng ngắt bơm Trong nhiều ứng dụng, cảm biến áp suất còn có thể thay thế van điều khiển, mang lại sự linh hoạt và tối ưu hóa cho hệ thống.
Cảm biến áp suất nước, như hình 4.20, được sử dụng cho biến tần để đo áp suất ngay tại đầu ra của bơm, đảm bảo độ chính xác cao nhất Thiết bị này chuyển đổi giá trị áp suất từ đầu bơm thành tín hiệu điện 4-20mA.
4.1.6 Cảm biến đo mức nước
Một số loại cảm biến đo mức nước thường dùng:
Cảm biến báo mức dạng điện dung
Cảm biến báo mức không tiếp xúc là giải pháp lý tưởng để theo dõi mức nước trong đường ống nhựa và bồn nhựa Với thiết kế thông minh, cảm biến này có thể lắp đặt bên ngoài mà vẫn đảm bảo độ chính xác trong việc báo mức nước bên trong.
Hình 4.21 Cảm biến điện dung do mức nước
Cảm biến đo mức dạng điện dung hoạt động theo nguyên lý:
Lựa chọn phần cứng cho tủ điều khiển
Hiện nay, nhiều trạm bơm cấp nước truyền thống sử dụng điện lưới để điều khiển, dẫn đến việc không thể điều chỉnh áp lực nước khi nhu cầu thay đổi, gây hư hỏng hệ thống ống và lãng phí điện năng Việc sử dụng biến tần cho bơm điều áp giúp bảo vệ động cơ và thiết bị, cho phép bơm khởi động nhanh chóng mà không tạo áp lực lớn lên các van Biến tần điều chỉnh hoạt động dựa trên lưu lượng và dòng, tiết kiệm năng lượng và đảm bảo các động cơ hoạt động luân phiên để tránh quá tải Một tính năng nổi bật của biến tần Hitachi là bộ điều khiển tầng “Pump cascade controller”, giúp giảm hao mòn cho mỗi bơm và tính năng phát hiện bơm cạn, bảo vệ hiệu quả cho hoạt động của bơm.
Hình 5.17 Tủ điều khiển biến tần điều khiển máy bơm Nguyên lý hoạt động của tủ biến tần máy bơm cấp nước:
Biến tần nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất trên đường ống chính để tự động điều chỉnh tần số, từ đó thay đổi tốc độ bơm cấp nước Khi nhu cầu sử dụng thay đổi, hệ thống có thể tự động thêm hoặc ngắt bớt bơm Bơm chính được điều chỉnh dễ dàng thông qua chức năng PID của biến tần, trong khi các bơm phụ trợ được điều khiển bằng khởi động mềm hoặc contactor.
Khi nhu cầu sử dụng nước tăng cao, áp suất trong ống sẽ giảm, buộc biến tần phải tăng tốc bơm chính Nếu bơm chính hoạt động ở tần số tối đa (50Hz) mà áp suất vẫn chưa đạt yêu cầu, biến tần sẽ khởi động bơm phụ qua khởi động mềm Quá trình này sẽ tiếp tục gọi thêm bơm cho đến khi đạt đủ áp suất, với tổng số bơm có thể lên tới 9 Khi áp suất trong đường ống ổn định, hệ thống sẽ tự động ngắt các bơm phụ và giảm tần số bơm chính để duy trì áp suất thích hợp trong ống.
Giải pháp tủ điện biến tần cho bơm cấp nước mang lại nhiều lợi ích vượt trội, bao gồm việc duy trì áp suất ổn định trong ống, giảm thiểu hiện tượng sốc khi thay đổi số lượng bơm hoạt động Hệ thống cho phép mở rộng số lượng bơm lên đến nhiều đơn vị, đồng thời cân bằng thời gian vận hành giữa các bơm phụ để ngăn ngừa tình trạng gỉ sét Ngoài ra, giải pháp này còn ngăn bơm hoạt động không tải và điều chỉnh áp suất theo thời gian thực, từ đó tối ưu hóa khả năng tiết kiệm điện.
Các chức năng bảo vệ động cơ bơm nước bao gồm: bảo vệ quá điện áp và thấp áp, khả năng vận hành tự động hoặc bằng tay linh hoạt, tự động cách ly bơm khi gặp lỗi hỏng, đảm bảo vận hành an toàn và ổn định.
Lợi ích của giải pháp tủ điện biến tần cho máy bơm cấp nước:
₋ Đảm bảo áp suất ổn định liên tục trong đường ống.
₋ Tiết kiệm điện năng sử dụng khi áp suất đủ thì tự động ngắt bơm.
₋ Tăng tuổi thọ sử dụng bơm do hệ thống khởi động nhẹ nhàng, êm ái.
₋ Bảo vệ động cơ bơm nước, không gây sụt áp trên mạng điện.
Thiết kế tối giản của hệ thống không chỉ đẹp mắt mà còn tối ưu hóa công năng, cho phép sử dụng linh hoạt cả chế độ tự động lẫn bằng tay Người dùng có thể dễ dàng giám sát hệ thống thông qua màn hình LCD theo dõi.
Trong đề tài này, bọn em xin đề xuất sử dụng biến tần Hitachi
DDC, viết tắt của Direct Digital Control, là bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp, thường được gọi là bộ điều khiển DDC Sản phẩm này chuyên dụng cho các hệ thống như BMS, HVAC, AHU và Chiller, với chức năng chính là điều khiển hoạt động vận hành của hệ thống trong tòa nhà, công xưởng hoặc nhà máy.
DDC, giống như PLC, là một hệ thống điều khiển trung tâm với các bộ phận gắn chip xử lý bên trong Hệ thống bộ nhớ của DDC cho phép lưu trữ các chương trình một cách chính xác và an toàn Ngoài ra, các cổng thông tin đầu vào và ra giúp nhận và xuất tín hiệu điều khiển một cách nhanh chóng.
Lợi ích của DDC & BMS:
₋ Chi phí vận hành thấp hơn & Thời gian đáp ứng nhanh hơn.
₋ Tối ưu năng lượng sử dụng.
₋ Bảo trì dễ dàng hơn.
₋ Quy trình vận hành đơn giản hóa retro.
Thiết bị chuyển mạch mạng Cisco SF350-24P-K9-EU thuộc dòng sản phẩm Switch Cisco 350 Series, nổi bật với khả năng quản lý và bảo mật hiệu quả, là lựa chọn lý tưởng cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ hiện nay.
Bộ chuyển mạch Switch Cisco SF350-24P-K9-EU được trang bị 24 cổng RJ45 với băng thông 10/100Mbps và 2 cổng 10/100/1000, cùng 2 cổng combo Gigabit SFP Điểm nổi bật của sản phẩm là khả năng cung cấp nguồn điện PoE+ lên tới 382W, mang lại giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả cho người dùng.
Switch SF350-24P-K9-EU có kích thước 17,3 inch (chiều rộng), 10,1 inch (chiều sâu) và 1,8 inch (chiều cao), nặng 7,87 lbs, là thiết bị lắp rack tiện lợi cho người dùng.
Switch Cisco SF350-24P-K9-EU nổi bật với tính năng hỗ trợ cả lớp 2 và lớp 3, mang đến nhiều giải pháp hiệu quả cho người dùng Thiết bị này đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng trong các môi trường mạng khác nhau.
Cisco SF350-24P-K9-EU với chuyển đổi lớp 2:
₋ Giao thức cây Spanning: Hỗ trợ chuẩn Spanning Tree 802.1d
₋ Nhóm cổng: Hỗ trợ giao thức điều khiển tập hợp liên kết IEEE 802.3ad (LACP)
Giao thức đăng ký VLAN chung (GVRP) và Giao thức đăng ký thuộc tính chung (GARP) hỗ trợ quản lý VLAN hiệu quả, trong khi Phát hiện liên kết một chiều (UDLD) giúp phát hiện và ngăn chặn các vấn đề kết nối Chuyển tiếp cấu hình giao thức máy chủ động (DHCP) ở lớp 2 đảm bảo phân phối địa chỉ IP chính xác, và Giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP) phiên bản 1, 2 và 3 cùng với IGMP Querier tối ưu hóa việc quản lý nhóm multicast trong mạng.
Cisco SF350-24P-K9-EU với chuyển đổi lớp 3:
Định tuyến IPv4 và IPv6, cùng với chuyển tiếp DHCP ở Lớp 3, là những yếu tố quan trọng trong quản lý mạng Máy chủ DHCP cung cấp địa chỉ IP tự động cho các thiết bị trong mạng Giao thức Secure Shell (SSH) đảm bảo an toàn khi truy cập từ xa, trong khi Lớp cổng bảo mật (SSL) bảo vệ dữ liệu truyền tải Xác thực dựa trên web cho phép kiểm soát truy cập mạng hiệu quả thông qua trình duyệt, tương thích với mọi thiết bị máy chủ và hệ điều hành.
STP Root Guard là tính năng giúp ngăn chặn các thiết bị không nằm trong sự kiểm soát của quản trị viên mạng trở thành nút gốc trong giao thức Spanning Tree.
Giao thức truyền thông
Giao thức truyền thông được ứng dụng trong hệ thống cấp thoát nước tòa nhà thông minh là truyền thông BACnet.
Hình 4.31 Giao thức truyền thông
Các thiết bị chấp hành bao gồm van dẫn, nút nhấn khởi động, và dừng khẩn cấp Ngoài ra, các cảm biến như cảm biến mức, nồng độ oxi và nồng độ chất hóa học cũng rất quan trọng Các thiết bị vận hành hiện trường và hệ thống điều khiển là những thành phần thiết yếu trong quy trình vận hành.
₋ Thiết bị điều khiển: PLC, các modun I/O mở rộng, driver điều khiển động cơ máy bơm cho toàn bộ hệ thống,…
₋ Thiết bị giám sát, SCADA: hệ thống máy tính điều khiển giám sát, programmable device support PC.
BACnet (Mạng tự động hóa và điều khiển tòa nhà) là một chuẩn giao thức truyền thông chuyên dụng cho các hệ thống điều khiển và tự động hóa trong tòa nhà Chuẩn BACnet được phát triển để phục vụ các ứng dụng như điều khiển ánh sáng, sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí, kiểm soát ra/vào, cũng như các hệ thống an ninh, báo cháy và các hệ thống liên quan khác.
Giao thức BACnet liên lạc giữa thiết bị và đối tượng theo dịch vụ Who-Is, I-
The ANSI/ASHRAE 135-2016 standard identifies 60 types of objects for data sharing through Read and Write properties, including Analog Input, Analog Output, Analog Value, Binary Input, Binary Output, Binary Value, Multi-State Input, Multi-State Output, Calendar, Event-Enrollment, File, Notification-Class, Group, Loop, Program, Schedule, Command, and Device.
Hình 4.32 Liên kết giữa các thiết bị truyền thông BACnet
The BACnet protocol defines various data link and physical layer connections, including ARCNET, Ethernet, BACnet/IP, BACnet/IPv6, BACnet/MSTP, Point-To-Point via RS-232, Master-Slave/Token-Passing over RS-485, ZigBee, and LonTalk.