Tấm lắng lamen - Chụp lọc nước - đệm vi sinh

_______________________________________

Mục tiêu thiết kế

 

Trong bài này chúng ta sẽ tìm hiểu các câu hỏi sau:

Những ưu điểm và nhược điểm của các loại bể chứa?

Làm thế nào để thiết kế một bể chứa?

Làm thế nào để kiểm soát sự ăn mòn trong các bể chứa?

Các quá trình bảo trì liên quan đến vấn đề gì?

Các loại Bồn chứa nước

 

Giới thiệu

 

Như đã giải thích trong bài 8, bể chứa là một phần quan trọng của bất kỳ hệ thống phân phối nước nào. Nước có thể được bơm vào bể chứa trong thời điểm nhu cầu sử dụng nước thấp (thấp điểm) và sau đó được bơm vào hệ thống phân phối lúc nhu cầu sử dụng cao (cao điểm). Ngoài ra, các bể chứa còn cung cấp làm tăng áp lực nước trong hệ thống phân phối.

 

Có hai loại bể chứa là bể chứa xây dựng trên mặt đất (bể trệt) và bể chứa xây dựng cao khỏi mặt đất. Thiết bị chứa nước trên cao cũng chia ra làm 02 loại  là dạng trụ đứng và bể hình chữ nhật (hoặc hình vuông) đứng. Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét ưu và nhược điểm của các loại bể chứa nước.

 

Bể trệt

 

Trong phần trước, chúng ta cân nhắc về giá trị của bể chứa cao. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, nước được lưu trữ trong hồ chứa nằm trên mặt đất thì chi phí xây dựng ban đầu thấp hơn, chi phí bảo trì thấp hơn, dễ dàng kiểm tra chất lượng nước, an toàn cao hơn và giá trị thẩm mỹ cao hơn.

 

Nhược điểm chính của bể trệt là một thiếu áp lực nước. Nước trong bể trệt không đủ áp lực đáng kể để phân phối nước đến người dùng, trừ khi hồ nằm ở độ cao đáng kể, chẳng hạn như trên một ngọn đồi. Bất kỳ bể trệt nào cũng phải duy trì áp lực đáng kể thông qua máy bơm trực tiếp. Việc bơm liên tục có thể tốn kém và cũng có nghĩa là áp lực nước trong hệ thống phân phối sẽ giảm nếu các máy bơm ngưng hoạt động.

 

Bể trụ đứng

 

Như đã đề cập trong bài 8, bể cao có nhiều lợi thế. Bể cao không đòi hỏi máy bơm phải hoạt động liên tục. Tắt máy bơm trong ngắn hạn không ảnh hưởng đến áp lực nước trong hệ thống phân phối vì áp lực được duy trì theo nguyên lý lực hấp dẫn. Một địa điểm đặt bể chiến lược có thể cân bằng áp lực nước trong hệ thống phân phối. Tuy nhiên, duy trì một áp lực nước chính xác là khó khăn vì chúng thay đổi theo chiều cao của mực nước trong bể.

 

Áp lực của nước chảy ra khỏi bể cao phụ thuộc vào độ sâu của nước trong bể. Một bể gần như trống rỗng có thể sẽ không cung cấp đủ áp lực, trong khi một bể đầy nước có thể cung cấp quá nhiều áp lực. Áp lực tối ưu chỉ đạt được tại một chiều cao nhất định của mực nước trong bể.

 

 

Độ cao tối ưu của nước cho mục đích tao ra áp lực thậm chí còn cụ thể hơn khi sử dụng bể trụ đứng so với bể vuông đứng. Chiều cao của bể trụ đứng gây áp lực liên tục và rất bất ổn định trong hệ thống phân phối. Chỉ cần một số lượng nước đáng kể trong bể trụ đứng là có thể tạo áp lực nước cần thiết. Mực nước dưới một mức nhất định chỉ được sử dụng như hỗ trợ thêm áp lực, trừ khi tăng cường thêm bơm tăng áp để hổ trợ khẩn cấp trong trường hợp này.

 

Thiết kế bể

 

Có nhiều yếu tố phải được xem xét khi thiết kế một bể nước. Sự ổn định cấu trúc của bể, các loại và thiết kế của các thiết bị khác cho hoạt động của bể, và vị trí của bể phải được xem xét trong mọi trường hợp. Khi thiết kế một chiếc bể cao, độ cao cần thiết và kích thước và hình dạng của kết cấu (chân, vv) cũng phải được đưa vào tính toán.

 

Sức chứa, hoặc khối lượng nước mà một chiếc bể có thể chứa là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Sức chứa có thể được xác định thông qua việc phân tích được gọi là "sơ đồ khối" hoặc thông qua một giải pháp đồ họa dựa trên nghiên cứu về bơm theo giờ. Các giải pháp đồ họa có tính đến nhu cầu nước cao nhất trong khoảng thời gian nào trong ngày (cao điểm). Căn cứ vào nhu cầu giờ cao điểm này, một tỷ lệ nhu cầu cần được tính toán. Sức chứa cần thiết của bể chứa nước sẽ lần lượt phụ thuộc vào tốc độ nhu cầu và ước tính dân số trong tương lai tại khu vực sử dụng nước.

 

Kiểm soát ăn mòn

 

 

Ăn mòn là một từ khác của việc rỉ sét, sự phân hủy của kim loại. Trong một bể nước, ăn mòn là do phản ứng điện hóa. Luôn có một dòng điện chuyển động trong nước từ một điểm này đến điểm khác trong lòng bể chứa. Dòng chuyển động của dòng điện dẫn đến sự ăn mòn bề mặt bên trong của bể như một số  kim loại hòa tan vào trong nước. Một ampe của dòng điện trong một bể nước qua một năm có thể dẫn đến 20-24 pound thép cần được đưa vào giải pháp kiểm soát sự ăn mòn.

 

 

Một bể nước bị ăn mòn hoạt động giống như một cục pin. Một cục pin có một cực dương và một cực âm. Anode là đầu tạo ra các điện tử electron di chuyển từ cực dương tích điện âm (các hạt mang điện tích âm tạo nên một dòng điện.) Các electron di chuyển từ anode tích điện âm (-) đến cathode tích điện dương (+). Để di chuyển từ cực dương đến cực âm, các electron phải đi qua những cái được gọi là một mạch đóng, là một chất điện phân tạo thành một cầu nối giữa các cực dương và cực âm.

 

 

Trong một bể nước, tường thép của bể là anode. Nó tạo ra các electron chảy vào trong nước. Nước là cực âm và bề mặt của bể là mạch đóng kết nối cực dương và cực âm. Khi electron bức ra khỏi tường thép của bể tạo ra sự ăn mòn. Theo thời gian, ăn mòn này có thể làm đổi màu nước và có thể dẫn đến rò rỉ trong thành bể.

 

Sự ăn mòn của một chiếc bể có thể ngăn chặn theo hai cách. Các bức tường bên trong của bể cần được phủ bằng sơn, tạo thành một rào cản vật lý giữa cathode và anode và ngăn ngừa các electron di chuyển ra khỏi tường thép. Ăn mòn cũng có thể được ngăn ngừa bằng cách bảo vệ cực âm bắng cách cho dòng điện từ nguồn bên ngoài vào để chống lại các phản ứng ăn mòn. Cả hai phương pháp kiểm soát ăn mòn sẽ được giải thích dưới đây.

 

Sơn phủ

Phương pháp phổ biến nhất của kiểm soát ăn mòn là phủ tường bể với sơn. Các lớp phủ sơn tạo thành một rào cản vật lý giữa thành bể và nước. Kết quả là, các electron không thể thoát khỏi thành bể vào nước và thành bể không bị ăn mòn.

 

 

Lớp phủ sẽ họat động tốt trong phần lớn các bầu khí quyển. Tuy nhiên, lớp phủ phải phù hợp với thiết kế của công trình về loại hình ứng dụng và cần được kiểm tra đúng cách. Hiệp hội các Công trình nước tại Mỹ (AWWA) có thông số kỹ thuật tiêu chuẩn để bảo trì và sơn phủ các thiết bị lưu trữ nước, bao gồm một danh sách các lớp phủ cho các bề mặt trong và ngoài bể.

 

Loại sơn này phải được tu bổ đều đặn như một phần của việc duy trì thường xuyên của bể. Lớp phủ không thành công khi lớp phủ bảo vệ bị hỏng hoặc khi sức mạnh điện môi là không đủ để chịu được lực dẫn điện của tế bào ăn mòn.

 

Lớp phủ có thể bị vỡ bởi nhiều nguyên nhân. Sơn có thể là quá mỏng hoặc có thể đã bị suy suyển thông qua sự tiếp xúc với môi trường. Loại sơn này có thể xốp và có thể không tạo thành một hàng rào. Hoặc sơn có thể được sơn phủ không đầy đủ hoặc không đúng cách. Nếu bề mặt không được làm sạch đúng cách trước khi sơn thì phá vỡ sẽ xảy ra vì sơn sẽ không liên kết tốt với các bề mặt bị ô nhiễm hoặc vỉ. Các qui trình sơn để sửa chữa vết nứt, bong tróc sẽ được thảo luận sau trong phần bảo trì.

 

Bảo vệ cực âm

 

Bảo vệ khỏi bị mài mòn bằng cách bảo vệ ca-tốt đã được sử dụng từ giữa năm 1930. Hệ thống bảo vệ cực âm có thể bảo vệ hàng trăm ngàn dặm đường ống và mẫu thép chôn trong đất hoặc chìm trong nước.

 

Kể từ khi hệ thống bảo vệ cathode đầu tiên được phát minh, hệ thống bảo vệ ca-tốt tự động hoàn toàn và sửa lỗi đã được phát triển. Hệ thống có thể kiểm soát cả ăn mòn và tăng tuổi thọ của các hệ thống lớp phủ. Hệ thống tự động hiện đại không đòi hỏi các nhà điều hành điều chỉnh hệ thống để thay đổi điều kiện, chẳng hạn như mức độ nước khác nhau, nhiệt độ và hiệu quả lớp phủ. Thay vào đó, hệ thống sẽ tự động bù đắp cho những thay đổi này.

 

 

Một hệ thống bảo vệ cực âm bao gồm một nguồn điện, một cực dương, và hệ thống dây điện giữa nguồn điện, cực dương và thành bể như hình vẽ trên.

 

Nguồn điện là một nguồn điện một chiều, có nghĩa là nó chuyển đổi điện từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều, tạo ra một dòng chảy liên tục của các điện tử. Các electron được đấu cùng một dây với anode trong ngăn chứa nước. Anode phân tán electron vào trong nước, thay đổi bản chất của nước từ dương sang âm.

 

 

Bây giờ nước có một ẩn chứa nhiều âm cực, giống như kim loại của thành bể, các electron không thoát ra khỏi thành bể vào trong nước. Thay vào đó, các electron từ nước chảy có xu hướng bị hút vào thành bể và sau đó theo hệ thống dây điện trở lại nguồn điện, hoàn thành mạch.

 

Về bản chất, hệ thống bảo vệ ca-tốt đã tạo ra một pin ăn mòn mới. Với việc bổ sung các cực dương gắn liền với nguồn điện, thành bể đã trở thành cực âm hoàn toàn. Nếu hệ thống bảo vệ cực âm được kiểm soát đúng cách, bề mặt của thành bể sẽ miễn bị ăn mòn. Ăn mòn chỉ xảy ra ở cực dương mới, và nó dễ dàng thay thế và tương đối rẻ tiền.

 

Vật liệu thường được sử dụng cho các cực dương trong hệ thống bảo vệ cực âm là gang hợp kim với 14,5% silicon, nhôm, dây bạch kim và các loại băng. Khi bể chứa nước không dễ bị đóng băng, gang và cực dương bền bỉ khác được sử dụng.

 

Như với hầu hết các thành phần khác của hệ thống nước, nhiều yếu tố phải được xem xét khi quyết định trên một hệ thống bảo vệ ca-tốt. Các kích thước của cấu trúc được bảo vệ, lớp phủ, và các đặc tính của nước, tất cả yếu tố này cần được sử dụng. Đại diện của nhà sản xuất sẽ xem xét các yếu tố này và chọn một hệ thống đáp ứng  được việc kiểm soát ăn mòn đầy đủ và tiết kiệm chi phí. Một công ty chuyên về bảo vệ cực âm đáng tin cậy nên được sử dụng và có tổ chức dịch vụ thăm chừng bể chứa mỗi ngày. Khi mua một hệ thống bảo vệ ca-tốt, một hợp đồng dịch vụ cần được xem xét.

 

Ưu điểm và nhược điểm

 

Hệ thống bảo vệ cực âm là một sự lựa chọn thay thế kinh tế cho việc sơn lại định kỳ và có thời gian dừng hoạt động để sửa chữa. Các hệ thống đang được sử dụng khá rộng rãi và đã được chứng minh là đáng tin cậy khi có kích thước, cài đặt và duy trì phù hợp.

 

Tuy nhiên, hệ thống bảo vệ cực âm sẽ chỉ bảo vệ khu vực bên trong bể nơi nước tiếp xúc trực tiếp với các thành bể có vỏ kim loại. Diện tích bên trên hồ trên mực nước sẽ không được bảo vệ và vẫn có thể bị ăn mòn. Ngoài ra, dưới cùng của bể thường bị bao phủ bởi bùn, rác, cát với độ sâu khác nhau. Đáy hồ bên dưới bị bao phủ các mảnh vỡ này sẽ không được bảo vệ, trừ khi lớp phủ được loại bỏ trước khi cài đặt hệ thống bảo vệ ca-tốt.

 

Sơn phủ và bảo vệ cực âm luôn đối lập nhau trong quan điểm bảo vệ và kiểm soát ăn mòn. Những người ủng hộ của lớp phủ thường dìm những ưu điểm của bảo vệ cực âm và cho rằng bảo vệ cực âm chỉ cần thiết dành cho thép. Ngược lại, những người ủng hộ của các hệ thống bảo vệ ca-tốt cho rằng bất kỳ cấu trúc kim loại chìm hay chôn sâu dưới đất có thể được bảo vệ bởi một cài đặt bảo vệ ca-tốt thiết kế tốt. Trong nhiều điều kiện, cả hai loại có thể đúng trong những tuyên bố của họ. Tuy nhiên, bảo vệ chống ăn mòn lý tưởng là một sự kết hợp của cả hai khái niệm bảo vệ.

 

Phần 4 tiếp theo