Đề tài Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư thị xã la gi tỉnh Bình Thuận công suất 2000m3/ngày đêm

đã “chết” sẽ cùng với nước thải ra khỏi bể và được giữ lại ở bể lắng đợt II. Nước thải đi ra khỏi bể lọc sinh học cao tải được đưa qua bể lắng 2 nhằm tách màng vi sinh ra khỏi nước thải, làm trong nước. Nước trong được thu vào máng tràn bố trí quanh thành bể và được dẫn vào hố thu nước sạch. Màng vi sinh lắng trong bể lắng 2 được bơm tuần hoàn một phần vể bể làm thoáng sơ bộ, còn lại được bơm về bể gom bùn. Nước đầu ra của bể lắng 2 được đưa qua bể khử trùng bằng Chlorine trước khi được đưa vào hố thu nước sạch. Từ hố thu nước sạch nước thải được xả vào nguồn tiếp nhận. Bùn thải từ bể lắng 1 và bể lắng 2 được bơm vào bể gom bùn. Tại đây bùn thải bị lắng tách nước và được chuyển tới sân phơi bùn để làm khô cặn rồi chở đi xử lý theo định kỳ ( khi đầy). Bùn này có thể dùng làm phân bón. 4.3.2 tính toán các công trình đơn vị 4.3.2.1 Hố gom: a/ Thông số thiết kế : Qhtb = 83 (m3/h ) Qhmax = 199,2 (m3/h ) Qsmax = 55,2 (m3/h ) b/ Kích thước hố gom : Chọn thời gian lưu nước trong hố gom (t) là 15 phút. Thể tích hố gom : V = Qhtb* t = 83 x (15/ 60) = 20,75 (m3) Kích thước hố gom : V = L.B.H = 3 x 3 x 2,3= 20,7 ( m3) Chiều cao xây dựng của hố : Hxd = H + Hdt + Hc = 2,3+ 0,5 + 0,5 = 3,3 (m) Thể tích phần xây dựng của hố : V = L.B.Hxd = 3 x 3 x 3,3 = 29,7 (m3) 4.3.2.2 Song chắn rác : Tính toán song chắn rác gồm : Tính toán mương dẫn nước thải (từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác và mương dẫn ở mỗi song chắn rác) Tính toán song chắn rác. a/ Tính toán mương dẫn : Mương dẫn nước thải từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật Chiều rộng : Bm = 0.4(m) Độ dốc : i = 0.0008 (m). Vận tốc : v = 0.6(m/s). Độ đầy của mương dẫn : Hình 4.3 : Song chắn rác b/ Tính toán song chắn rác : Chọn loại song chắn rác có kích thước he hở là b = 0,016(m) = 16(mm). Tiết diện ngang song chắn rác hình chữ nhật có kích thước rộng x dài = 5mm x 25mm. Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn với = 55,2 (l/s), chọn h1 = hmax = 0,23(m). Thông số tính toán dựa vào bảng sau: Bảng 4.4 : Thông số thiết kế song chắn rác. Thông số Song chắn rác với biện pháp lấy mẫu Thủ công Cơ khí . Kích thước thanh chắn: Chiều rộng, mm Chiều sâu, mm . Khoảng cách giữa các thanh song chắn,mm . Độ dốc đặt thanh song chắn so với phương thẳng đứng , độ . Vận tốc dòng chảy trong mương dẫn phía trước song chắn rác, m/s . Tổn thất áp lực cho phép, mm 5,015 2538 2550 3040 0,30,6 152,4 5,015 2538 1576 030 0,60960,99 152,4 Số khe hở của song chắn rác : Trong đó : n : số khe hở. : lưu lượng lớn nhất của nước thải = 55,2x 10-3(m3/s). b : khoảng các giữa các khe hở l = 0,016(m). K : hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác K = 1,05. v : tốc độ nước chảy qua các song chắn rác v = 0,6(m/s). Số thanh của một thiết bị chắn rác là 26 - 1 = 25 (thanh). Chọn bề dày thanh chắn rác r = 0.005m, chiều rộng toàn bộ thiết bị chắn rác Bs là : Bs = r.(n-1) + n.d =0,005.(26 - 1) + 26.0,016 = 0,541(m) Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác ứng với lưu lượng thải Qđể khắc phục khả năng đóng cặn khi vận tốc < 0,4(m/s) → thoả mãn điều kiện lắng cặn. Tổn thất áp lực qua song chắn: Trong đó : Vmax :vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với chế độ Qmax làVmax = 0,6 (m/s). K1 :hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn rác. K1=23, chọn K1 = 3. :Hệ số sức cản cục bộ của song chắn rác: Với : : Hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh, tiết diện chữ nhật, =2,42. : Góc nghiêng đặt song chắn với phương ngang , = 60o Bảng 4.5 Hệ số b để tính sức cản cục bộ của song chắn Tiết diện của thanh a b c d e Hệ số b 2,42 1,83 1,67 1,02 0,76 Chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn : Chọn góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác thường là : 20o. Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: Chiều dài phần mở rộng sau song chắn : Chiều cao xây dựng của phần mương đặt song chắn rác : H = h1 + hs + ht = 0,23 + 0,0242+ 0,5 = 0,7542 (m) Trong đó: ht : chiều cao từ mực nước cao nhất đến sàn công tác, chọn ht = 0, 5(m). Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác : Trong đó : : chiều dài đoạn đặt song chắn rác có chiều rộng Bs , chọn . Bảng 4.6 Khối lượng rác lấy từ song chắn rác có thể tính sơ bộ theo bảng sau ( TCVN 51:1984) Chiều rộng khe hở của song chắn rác (mm) Số lượng rác lấy ra từ song chắn rác tính cho một người (l/năm) 16 – 20 25 – 35 40 – 50 60 – 80 90 – 125 8 3 2,3 1,6 1,2 Lượng rác giữ lại trên thiết bị chắn rác ( với khoảng cách khe hở là 0.016(m) có hệ số chắn rác là a = 8 (l/ng.năm ) của trạm xử lí nước thải trong một ngày là : Rác được vận chuyển đến nơi xử lý rác. Trọng lượng rác ngày đêm được tính theo : P = W.G = 0,365 x 750 = 273,7 (kg/nđ) = 0,2737 (Tấn/ngđ). Trong đó: G : khối lượng riêng của rác, G = 750(kg/m3) Trọng lượng rác trong từng giờ trong ngày đêm : (Tấn/ngđ). Trong đó: Kh : hệ số không điều hoà giờ của rác, chọn Kh =2. Hàm lượng TSS và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4-5%, còn lại: Quanh song chắn chọn: (theo Điều 4.1.15, TCXD :51 – 84) Số song chắn rác chọn là 2, trong đó: 1 công tác và 1 dự phòng 4.3.2.3 Bể lắng cát ngang: a/ Chọn mương dẫn nước thải: là mương hình chữ nhật, với có: Chiều rộng mương B = 0,4(m). Vận tốc nước v = 0,6(m/s). Độ đầy . Độ dốc thuỷ lực i = 0,0008. Chiều dài mương dẫn từ song chắn rác đến bể lắng cát là 2,5m. b/ Tính toán bể lắng cát ngang: Bảng 4.7 Các thông số đặc trưng cho bể lắng cát ngang Thông số Đơn vị Khoảng Đặc trưng Thời gian lưu Vận tốc ngang Vận tốc lắng để khử: + Hạt có D = 0,21 mm + Hạt có D = 0,15 mm Tổn thất áp lực tính theo chiều dài bể lắng cát Chiều dài đoạn đầu và cuối bể để tránh xáo trộn nước S m/s m/phút % % 45 – 90 0,25– 0,4 1 – 1,3 0,6 – 0,9 30 – 40 25 – 50 60 0,3 1,15 0,75 36 30 Chọn thời gian lưu nước của bể là 60 giây Chiều dài bể lắng cát ngang: Trong đó: vmax : tốc độ chuyển động của nước thải ở bể lắng cát ứng với lưu lượng lớn nhất vmax = 0,3 (m/s). Điều 6.3.4-TCXD-51-84 Hmax : độ sâu lớp nước trong bể lắng cát ngang, Hmax = 0,25-1m (Điều 6.3.4a-TCXD-51-84), chọn Hmax = 0,25(m). K : hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng của hạt cát trong bể lắng .K = 1,3 ứng với U0 = 24,2(mm/s). U0 : kích thước thuỷ lực của hạt cát. Ứng với cát có cỡ hạt d = 0,25 (mm) thì Uo =24,2(mm/s). Diện tích mặt thoáng F của nước thải trong bể lắng cát : Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát ngang : Chọn 1 đơn nguyên, thì chiều ngang của 1 đơn nguyên B =0,75(m). Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang : Trong đó: P : lượng cát giữ lại trong bể lắng cát cho 1 người trong ngày đêm ( Điều 6.3.5, TCXD: 51 – 84). P = 0,02(l/ng.nđ). t : chu kỳ xả cát t 2nđ (để tránh sự phân huỷ cặn cát), chọn t = 2nđ. N : dân số tính toán, N = 16666 người Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát trong 1 ngày đêm : Trong đó: n : là số đơn nguyên, n = 1. Phần lắng cát được bố trí ở phía trước bể lắng cát ngang. Trên mặt bằng có dạng hình vuông, kích thước 0,5 x0,5 m, sâu H + 0,5m = 1,5m Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang: Hxd = Hmax + hc + h = 0,25 + 0,23 + 0,6 = 1,08(m). Trong đó: h : khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h = 0,6(m). Cát lắng ở bể lắng cát được thu gom ở hố tập trung bằng thiết bị cào cát cơ giới, từ đó thiết bị nâng thuỷ lực sẽ đưa hỗn hợp cát - nước đến sân phơi cát. Cát lấy ra khỏi bể lắng cát có chứa 1 lượng nước đáng kể, do đó cần làm ráo cát( tách loại nước ra khỏi cát) để dễ dàng vận chuyển đi nơi khác. Quá trình làm ráo được tiến hành ở sân phơi cát. Hàm lượng chất lơ lửng( TSS) và BOD5 của nước thải sau khi qua bể lắng cát giảm 4-5 % và còn lại: Chọn số bể lắng cát hoạt động là 1 bể c/ Tính toán sân phơi cát: Diện tích hữu ích của sân phơi cát: Trong đó: h : chiều cao lớp bùn cát trong năm : h = 4¸5m/năm (khi lấy cát đã phơi khô theo chu kỳ ),chọn h = 5(m/năm). P : lượng cát giữ lại, P = 0,02(l/ng.ngđ) Chọn sân phơi cát gồm 1 ô có diện tích : 24,3 m2 Kích thước mỗi ô trong mặt bằng: L.B = 4,86x5 = 24,3 ( m2) Bể điều hoà : Bể điều hoà là công trình làm thoáng sơ bộ có thêm bùn hoạt tính( hoặc màng vi sinh vật) từ bể lắng đợt II, tạo điều kiện thuận lợi cho giai đoạn xử lý sinh học hiếu khí tiếp theo (Bể lọc sinh học), làm tăng hiệu suất lắng ở bể lắng đợt I và làm giảm hàm lượng BOD5 của nước thải Tác dụng của công trình là: Tăng cường hiệu quả xử lý nước thải. Ổn định lưu lượng xử lý. Tạo điều kiện thuận lợi cho các chất lơ lửng và các chất nổi trong nước thải phân bố đồng nhất trước khi qua các công trình xử lý phía sau. Tăng hiệu quả khử BOD5. Trong các khả năng trên, thì việc phân bố đồng đều lại các chất hay nói cách khác là điều hoà nồng độ sẽ có hiệu quả nhất. Kích thước bể : Thể tích hữu ích của bể: Trong đó : tđh : thời gian điều hoà nước thải sinh hoạt, chọn t = 4h :Lưu lượng lớn nhất giờ Lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được tính theo lưu lượng riêng của không khí: Trong đó D : lưu lượng không khí trên 1 m3 nước thải, D = 0,5 m3/m3 Diện tích bể làm thoáng sơ bộ trên mặt bằng được tính theo công thức : Trong đó: I : Cường độ thổi khí trên 1 m2 bề mặt bể làm thoáng trong khoảng thời gian 1h, I = 4¸ 7 m3/m2.h, chọn I = 5m3/m2.h Chiều cao công tác của bể: chọn số bể làm thoáng sơ bộ hoạt động là 1 chia làm 2 ngăn có kích thước như sau: Chọn F = 2xL.B = 2x5,53x6 Tính hệ thống phân phối khí Giả sử khuấy trộn bể điều hoà bằng hệ thống thổi khí. Thiết bị sục khí: làm bằng các ống đục lỗ đường kính lỗ d = 5 mm cách nhau 5 cm, bố trí theo phương ngang, dọc theo hố trên các giá đỡ để ở độ cao 8cm so với đáy Chọn vận tốc khí qua lỗ là vkhí = 10 m/s Lưu lượng khí qua lỗ: Tổng số lỗ phân phối khí cần thiết: Số lỗ mỗi ngăn là: Số ống trong bể chọn là 9 ống, mỗi ống chứa 13 lỗ Chọn vận tốc khí đi qua ống phân phối vống = 12 m/s, đường kính ống phân phối được tính như sau: Chọn ống phân phối khí dạng ống nhựa PVC có d = 25mm Ap lực cần thiết cho hệ thống cấp khí nén xác định theo công thức Trong đó: : Tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn, mH2O : Tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn khí tại các điểm uốn, khúc quanh các co ,+ không vượt quá 0,6 mH2O : Tổn thất miệng ra của thiết bị khuếch tán, 0,5 mH2O H : Thiết bị sục khí đặt chìm ở độ sâu mực nước : 5 mH2O Với lưu lượng khí và tổn thất áp lực như trên, ta chọn bơm khí loại SL-50 với công suất 1,5kW và khối lượng là 20kg của công ty KOREA FLUID MACHINERY CO Công suất bơm nước từ bể điều hoà đến các công trình phía sau là: Chọn 2 bơm nước thải hiệu ATS 100-210 hoạt động luân phiên (loại nhúng chìm). Có công suất 3 kW, cột áp bơm : H = 10 (m), với công suất là 83 m3/h Chọn ống dẫn nước đến công trình phía sau làm bằng thép và gang thường có đường kính 150mm, vận tốc chảy trong ống là 0,318; 1000i = 1,54 ứng với lưu lượng trung bình Q = 23 l/s( tra theo sách Các bảng tính toán thuỷ lực của Nguyễn Thị Hồng). 4.3.2.5 Bể lắng ngang đợt I: Đây là công trình xử lý đóng vai trò mắc xích kết thúc công đoạn xử lý cơ học trước khi đi vào xử lý sinh học cho nước thải. Sử dụng bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật kéo dài, với tỉ lệ giữa chiều rộng B và chiều dài L không nhỏ hơn 1,4; và chiều sâu của bể thường không lớn hơn 4m Nhiệm vụ của bể lắng ngang là loại bỏ chất lơ lửng có trong nước thải Chiều dài bể Trong đó: v : Tốc độ lắng tính toán trung bình của hạt lơ lứng. Đối với bể lắng ngang và li tâm, v = 5¸ 10 mm/s, chọn v = 5 mm/s; H : Chiều sâu tính toán của vùng lắng (từ mặt trên lớp trung hoà đến mặt thoáng của bể, m, theo TCVN-51-84, điều 6.5.9, H = 1,5-3,0 m phụ thuộc vào công suất trạm, trong nhiều trường hợp có thể lấy đến 4m. chọn H = 1,5m K : Hệ số phụ thuộc kiểu bể lắng có thể lấy K = 0,5 đối với bể lắng ngang; K = 0,4 đối với bể lắng li tâm và K = 0,3 đối với bể lắng đứng; U0 : Độ thô thuỷ lực của hạt cặn lơ lửng Trong đó: t :Thời gian lắng xác định bằng thực nghiệm. Khi thiếu số liệu thực nghiệm, t có thể lấy theo bảng 33-23 (TCXD-51-84). Đó là thời gian của nước thải trong bình hình trụ với chiều cao lớp nước h đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán. Với n = 0,25, hiệu quả lắng 60% và nồng độ lơ lửng 422,4 mg/l , vậy t = 793s :Hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải đối với độ nhớt lấy theo Bảng 3-24 (TCVN-51-84). Ứng với t = 26°C, ta có = 0,88 Bảng 4.8 Thời gian lắng trong bình hình trụ(giây) Hiệu quả lắng % Thời gian lắng t(s) trong bình hình trụ có chiều cao h = 0,5 m n = 0,25 n = 0,4 n = 0,6 Nồng độ chất lơ lửng mg/l Nồng độ mg/l Nồng độ mg/l 100 200 300 500 500 1000 2000 3000 200 300 400 20 30 40 50 60 600 300 - - 900 540 300 180 1320 650 450 390 1900 900 640 450 3800 1200 970 680 150 140 100 40 180 160 120 50 200 180 150 60 240 200 180 80 280 240 200 100 - - - - - - 75 60 45 120 90 80 180 120 75 Bảng 4.9 Giá trị ứng với nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất(t) của nước thải(0C) T(0C) 40 30 25 20 15 0,66 0,8 0,9 1,0 1,44 Bảng 4.10 Thành phần thẳng đứng của nước thải ứng với tốc độ tính toán trung bình v v mm/s 5 10 15 20 mm/s 0 0,05 0,1 0,5 n : Hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng,có thể lấy sơ bộ như sau: n = 0,25 đối với chất lơ lửng có khả năng dính kết n = 0,24 đối với các chất khoáng của hệ phân tán , có khối lượng riêng 2-3 g/m3 n = 0,5-0,6 đối với hạt cặn có khối lượng riêng 5-6g/m3 Chọn n = 0,25 (KH/h)n Trị số tính toán đối với các bể lắng phụ thuộc chiều cao bể lắng H và kiểu bể lắng, lấy theo bảng 3-26(TCXD-51-84,điều 6.5.4) Bảng 4.11 Trị số (KH/h)n đối với các kiểu bể lắng Chiều cao H(m) Trị số (KH/h)n Bể lắng đứng Bể lắng li tâm Bể lắng ngang 1,5 - 1,08 1,11 2,0 1,11 1,06 1,19 3,0 1,21 1,29 1,32 4,0 1,29 1,35 1,41 5,0 - 1,46 1,5 với H = 1,5m, (KH/h)n = 1,11 Diện tích tiết diện ướt của bể Trong đó Qmax,s : Lưu lượng giây lớn nhất của nước thải, Qmax,s =55,2x10-3 m3/s v :Tốc độ tính toán trung bình của nước thải, v =5 mm/s =0,005 m/s Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang là Chọn số ngăn trong bể là 1 ngăn rộng 7,4 m Thời gian lắng thực tế ứng với kích thước đã tính toán và chọn như sau: Trong đó : W = Thể tích bể theo kích thước chọn, W = L x Bx H = 15,5 x7,36x 1,5 = 171 (m3) = Lưu lượng lớn nhất giờ, = 199,2 ( m3/h) Chiều cao xây dựng của bể lắng: Hxd = H + h1 + h2 + h3 = 1,5+ 0,3 + 0,4 + 0,3 = 2,5 (m). Trong đó: H : chiều cao công tác của bể, H = 1,5 (m). h1 : chiều cao lớp trung hòa,h1 = 0,3(m). h2 : chiều cao khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h2 = 0,4(m). h3 : chiều cao phần chứa nước cặn, h3 = 0,3(m). Tốc độ lắng thực tế của hạt cặn lơ lửng trong bể lắng: Trong đó: t : thời gian lắng, tính được t = 0,86 h. Để tập trung bùn lắng về hố thu cặn ở đầu bể lắng ngang có thiết bị gạt bùn cơ giới. Đáy bể được thiết kế với độ dốc I = 0,01 – 0,02 ngược với hướng nước chảy. Bùn lắng từ hố thu tập trung nhờ ống xả có đường kính 150 – 200 mm, dưới áp lực thuỷ tĩnh 1,5m cột nước (TCXD-51-84) đưa đến bể thu gom. Độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 450 .Thời gian giữa 2 lần xả bùn lấy bằng 8h ( Điều 6.5.8-TCXD-51-84). Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng đợt I dựa vào bảng sau: Bảng 4.12:Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải bể lắng đứng đợt I: Hiệu suất lắng của chất lơ lửng(%) Tốc độ lắng của hạt lơ lửng,U (mm/s) ứng với hàm lượng ban đầu(mg/l) 150 200 250 ³300 30 35 40 45 50 55 60 1,30 0,90 0,60 0,40 0,25 0,15 0,05 1,80 1,30 0,90 0,60 0,35 0,20 0,10 2,25 1,90 1,05 0,75 0,45 0,25 0,15 3,20 2,10 1,40 0,95 0,60 0,40 0,20 Với: hiệu suất lắng: E = 53% Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt I: CL1 > 150mg/l :không đạt yêu cầu sau khi qua bể lắng đợt I. Theo Tiêu chuẩn Xây dựng TCXD-51-84, điều 6.5.3 qui định rằng: Nồng độ chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng đợt I đưa vào làm sạch sinh học không được vượt quá 150 mg/l. Trong trường hợp đang xét, nồng độ chất lơ lửng C = 198,5 mg/l nên cần thực hiện giai đoạn làm thoáng sơ bộ để đạt điều kiện nêu ở trên. Ngoài ra, làm thoáng sơ bộ còn có thể loại bỏ kim loại nặng và một số chất ô nhiễm khác có ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý sinh học sau đó Hàm lượng chất lơ lửng sau khi thực hiện làm thoáng sơ bộ và lắng ngang với hiệu suất E =70%(Phụ lục) được tính theo công thức: Như vậy hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đến công trình xử lý sinh học 126,72 mg/l < 150mg/l,đạt yêu cầu quy định. Hàm lượng BOD5 của nước thải bằng Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày trong bể lắng I Giả sử bùn tươi có hàm lượng cặn là 5% ( độ ẩm 95%), Vậy lượng bùn tươi phải xử lý Nước thải dẫn vào bể theo mương và máng phân phối ngang với đập tràn thành mỏng. Đối diện ở cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi , cao hơn mực nước 0,15-0,2m và không sâu quá mực nước 0,25m. tấm này có tác dụng ngăn chất nổi, thường đặt cách thành tràn 0,25-0,5m. để thu và xả chất nổi người ta đặt một máng đặc biệt ngay sát kề tấm chắn. Tấm chắn đầu bể đặt cách thành tràn (cửa vào) khoảng 0,5-1,0m và không nông hơn 0,2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ chiều rộng bể. Chọn ống dẫn nước đến công trình phía sau làm bằng thép và gang thường có đường kính 150mm, vận tốc chảy trong ống là 0,318; 1000i = 1,54 ứng với lưu lượng trung bình Q = 23 l/s( tra theo sách Các bảng tính toán thuỷ lực của Nguyễn Thị Hồng). 4.3.2.6 Bể lọc sinh học nhỏ giọt Do BODht sau khi ra khỏi bể lắng 1 là 135,4 / 0,68 = 199,1 mg/l < 220mg/l nên ta sử dụng bể lọc sinh học nhỏ giọt là thích hợp. Vì BOD5/BODht của nước thải sinh hoạt là 0,68. Nước thải sau khi lắng ở bể lắng 1 được dẫn tới bể lọc sinh học nỏ giọt để thực hiện giai đoạn xử lý sinh học hoàn toàn Nội dung tính toán bể lọc sinh học nhỏ giọt bao gồm: Tính toán kích thước bể Tính toán hệ thống vòi phun (vòi tưới) Tính toán kích thước bể Chiều cao công tác bể H = 1,5¸ 2 m( H phụ thuộc vào hàm lượng BOD5 của nước thải sau xử lý). Chọn H = 1,5m. Tải trọng thuỷ lực, q = 1 ¸ 3 m3/m2-ngày. Lưu lượng không khí đơn vị B = 8 ¸12m3/m2 nước thải Bể lọc sinh học được tính dựa vào năng lực oxy hoá NO của lớp vật liệu lọc (NO là lượng oxy có thể thu được từ 1 m3 vật liệu lọc trong ngày đêm) Thể tích hữu ích của bể lọc sinh học nhỏ giọt được tính theo công thức Trong đó: La = BOD5 của nước thải dẫn vào bể lọc sinh học, La = 135,4 mg/l Lt = BOD5 của nước thải sau xử lý, Sra = 30 mg/l Qtb = Lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải, Qtb = 2000 m3/ngày NO = Năng lực oxy hoá của bể lọc sinh học ( tính bằng gam oxy trong ngày đêm) trên 1 m3 lớp vật liệu lọc, lấy theo bảng ; NO = 550 gO2/m3.ngđ Bảng 4.13 Năng lực oxy hoá của NO thay đổi theo điều kiện nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm của không khí NO ứng với nhiệt độ của nước thải về mùa lạnh (gO2/m3.ngđ) 150C 200C 250C 15¸20 20¸25 30 400 450 500 450 500 550 500 550 600 Diện tích hữu ích của bể lọc sinh học được tính theo công thức: Trong đó: H1 = Chiều cao lớp vật liệu lọc, = 1,5¸ 2m, chọn H1 = 1,5 m n= Số ngăn của bể lọc sinh học, chọn n=2 Chiều cao tổng cộng của bể lọc sinh học nhỏ giọt: Trong đó: h2 = Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu lọc đến mép trên cùng của thành bể , h2 = 0,4 m h3 = Khoảng cách giữa hai đáy của bể lọc sinh học, h3 = 0,5 ¸ 1,0 m. Chọn h3 = 0,6m Thể tích xây dựng của bể là : W = F x H = 127,8x 2,5 = 319,5 m3 Hệ số K: Nếu K lớn hơn hệ số K’ tra trong bảng sau (tương ứng với nhiệt độ tính của nước thải) thì phải tuần hoàn Bảng 4.14 Tra hệ số K’ Tải trọng thuỷ lực m3/m2-ngày Giá trị K’ theo nhiệt độ nước thải T, chiều cao bể lọc H(m) và tải trọng thuỷ lực q = m3/m2-ngày T = 10 T = 12 T = 14 H = 1,5 H = 2 H = 1,5 H = 2 H = 1,5 H = 2 1 1,5 2 2,5 3 9,8 7 5,7 4,0 4,4 12,6 10,0 10,0 8,3 7,1 10,7 8,2 6,6 5,6 6 13,8 11,7 10,7 10,1 8,6 11,4 10 8 6,7 5,9 15,1 12,8 11,5 10,7 10,2 Với H = 1,5m; T = 270C; q = 2; ta có K’ = 8 Như vậy ta không cần phải tuần hoàn nước Hình dạng bể là hình chữ nhật, có diện tích F = 4 bể x 3m x 4m = 48 m2. 3 bể hoạt động , 1 dự phòng Tính toán hệ thống vòi phun (vòi tưới) Đối với bể lọc sinh học nhỏ giọt, việc phân phối đều nước thải trên bề mặt lớp vật liệu lọc là điều hết sức quan trọng để bể lọc hoạt động tốt. Trong thực tế, để phân phối nước thải thường dùng: Hệ thống máng răng cưa phân phối nước Hệ thống vòi phun Trong thiết kế này, chọn hệ thống vòi phun để tính toán thiết kế Nội dung tính toán hệ thống vòi phun gồm có phần sau đây: Số lượng vòi phun cần thiết; Dung tích thùng định lượng; Tính toán số lượng vòi phun Lưu lượng lớn nhất của nước thải chảy vào một ngăn bể lọc sinh học nhỏ giọt sẽ là: Chọn loại vòi phun có đường kính miệng vòi phun 22,2mm. Ap lực tĩnh ở đầu vòi 2m. tổn thất áp lực trong mạng lưới phân phối lấy bằng 30% tổn thất tổng cộng, do đó áp lực tự do lớn nhất ở đầu vòi phun sẽ là: Đường kính vòng tưới tương ứng là D = 3,8m, bán kính vòng tưới là R = 1,9m. Lưu lượng tưới lớn nhất của mỗi vòi phun là q = 72 l/phút = 1,2 l/s Vòi phun được bố trí xen kẽ chồng nhau. Khoảng cách giữa 2 tâm vòi phun bố trí liên tiếp nhau là : L1 = 1,732R = 1,732 x 1,9 = 3,29 m Khoảng cách giữa các hàng của vòi phun: L2 = 1,5R = 1,5x1,9 = 2,85m Vậy tổng số vòi phun theo cách bố trí này là: N = 4 bể x( 2+2) = 16 vòi Dung tích thùng định lượng Thể tích thùng định lượng là : W = 1,1 x Qtb x t = 1,1 x 1,38 x 4 = 6,07 m3 nước Trong đó: 1,1 :là hệ số tính đến lượng nước thải còn lại ở trong thùng điều lượng và trong hệ thống phân phối Qtb :lưu lượng trung bình của nước thải, Qtb =83/60 = 1,38 m3/phút t :thời gian tích luỹ nước , (4-6 phút), chọn t = 4 phút Các quy định kích thước cấu tạo của bể: Đáy của bể lọc sinh học có bố trí hệ thống rút nước để dẫn nước thải sau xử lý đến các công trình xử lý tiếp theo. Hệ thống rút nước này thường làm bằng những tấm betông cốt thép có lỗ hoặc khe hở đậy trên nền bêtông Bể được thông gió tự nhiên bằng cách bố trí các cửa thông gió đều khắp bề mặt thành bể, chủ yếu ở phạm vi sàn lọc, sàn bể Vật liệu lọc chọn là đá dăm với kích thước hạt là 30-40mm đồng nhất với lớp đỡ cỡ hạt 60 - 80mm dầy 0,2m đầu vòi phun được bố trí cao hơn bề mặt lớp vật liệu lọc 1 khoảng 15-20cm Chiều cao không gian giữa sàn lọc và sàn bê tông nhỏ hơn 0,6m Độ dốc của sàn bể về phía máng thu nước không nhỏ hơn 0,01 Độ dốc theo chiều dọc của máng thu không nhỏ hơn 0,05 Thân thành bể ở phía trên lớp vật liệu lọc là 0,5m Chọn ống dẫn nước đến công trình phía sau làm bằng thép và gang thường có đường kính 150mm, vận tốc chảy trong ống là 0,318; 1000i = 1,54 ứng với lưu lượng trung bình Q = 23 l/s( tra theo sách Các bảng tính toán thuỷ lực của Nguyễn Thị Hồng). PHƯƠNG ÁN 2: Thay bể lọc sinh học nhỏ giọt bằng bể Aerotank. Các công trình khác cũng tính toán giống như ở phương án 1 4.3.2.7 Bể Aeroten: Bể phân huỷ sinh học trong điều kiện hiếu khí hay còn gọi là aerotank là thiết bị đóng vai trò then chốt trong quy trình xử lý nước thải có chức năng oxy sinh hoá các chất ô nhiễm bằng các quá trình đồng hoá và dị hoá của các chủng loại vi sinh vật. Aerotank trong quy trình tính toán là dạng bể có chế độ thuỷ lực khuấy trộn hoàn chỉnh. Tỷ lệ dinh dưỡng cần duy trì cho hoạt động ổn định của quần thể vi sinh vật trong aerotank BOD5 :N : P = 100 : 5 : 1 Nước từ bể lắng đợt 1 tự chảy qua bể aerotank nên vận tốc nước chảy tương đối chậm hơn so với dùng bơm. Chọn v = 0,25 m/s Bảng 4.15 Tóm tắt các thông số cho bể aerotank Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Các giá trị thông số thiết kế Lưu lượng nước vào bể trong 1 ngày Q m3/ngày 2000 SSvào Ca mg/l 95,9 SSra Ct mg/l 30 BOD5vào La mg/l 135,4 BOD5ra Lt mg/l 30 Lượng bùn hoạt tính trong nước vào X0 mg/l 0 Nhiệt độ nước thải tnước 0C 20 Nhiệt độ môi trường xung quanh tkhông khí 0C 27 Lượng cặn hữu cơ(BS)/SSra b 0,6 Lượng cặn bay hơi(SS)/SSra a 0,8 Các giá trị thông số vận hành Nồng độ bùn hoạt tính trong bể( tính theo SS) X th mg/l 8000 Nồng độ bùn hoạt tính trong dòng bùn tuần hoàn Xb mg/l 10000 Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong bùn hoạt tính X(VSS) mg/l 3500 c 0,7 Các giá trị thông số động học k Ngày-1 5 Hệ số năng suất sử dụng chất nền max) Y 0,6 Hằng số bán tốc độ, biểu thị nồng độ chất nền tại thời điểm tốc độ tăng trưởng = 1/2 tốc độ tăng trưởng max Ks MgBOD5/l MgCOD/l 60 40 Hệ số hô hấp nội bào kd Ngày-1 0,06 Số liệu tính toán: Lưu lượng tính toán trung bình của nước thải trong 1 ngày đêm:Q = 2000 m3/ngđ. Hàm lượng BOD5 trong nước thải dẫn vào aeroten: La = 135,4mg/l. Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý: Lt = 30 mg/l. Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải dẫn vào aeroten: Ca = 95,9mg/l. Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sau xử lý cần đạt: Ct = 30mg/l. Nhiệt độ của nước thải: t = 20oC. Giả sử rằng chất lơ lửng trong nước thải đầu ra là chất rắn sinh học (bùn hoạt tính), trong đó có 80% là chất dễ bay hơi và 60% là chất có thể phân huỷ sinh học. Chọn aeroten kiểu xáo trộn hoàn toàn để tính toán thiết kế. Các thông số cơ bản: - Thời gian lưu bùn :  c = 5 ¸ 15ngày. - Tỉ số F/M : 0,2 ¸ 0,6kg/kg.ngày. - Tải trọng thể tích : 0,8 ¸ 1,92kgBOD5/m3.ngày. - Nồng độ MLSS : 2500 ¸ 4000mg/l. - Tỉ số thể tích bể/ lưu lượng giờ :W/Q = 3 ¸ 5h. - Tỉ số tuần hoàn bùn hoạt tính :Qth/Q = 0,25 ¸ 1,0. - Tỉ số Tính toán bể aroten gồm : a/ Tính nồng độ COD hoà tan trong nước thải ở đầu ra theo quan hệ sau: BOD5 tổng = BOD5 hòa tan trong nước đầu ra + BOD5của chất lơ lửng trong nước đầu ra. BOD5 của chất lơ lửng trong nước đầu ra được tính như sau: Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: BS = SSra x b = 30(mg/l)x0,6 = 18mg/l. C5H7NO2 + 5O2 « 5CO2 + H2O + NH3 + E 5x32 ® x BODL hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: BODL = BS x 1,42mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa = 18 x 1,42= 25,56 (mg/l). BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra = 25,56mg/l x 0,68 = 17,4(mg/l). BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra( S): Sra = S + SSS Û b/ Xác định hiệu quả xử lý E: Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan: Hiệu quả xử lý tính theo tổng cộng: c/ Xác định thể tích bể Aeroten: Thể tích tổng cộng bể Aeroten: Trong đó: qc: thời gian lưu bùn ( hay còn gọi là tuổi bùn), qc = 5¸ 15 đối với nước thải đô thị. Chọn qc = 6 ngày Q : lưu lượng trung bình ngày, m3/ng.đ, Q = 2000 m3/ng.đ Y : Hệ số sản lượng bùn, đây là môt thông số động học xác định bằng thực nghiệm, trường hợp không tiến hành thực nghiệm đối với nước thải đô thị. Y=0,4 ¸ 0,8 mg VSS/mg BOD5. chọn Y=0,6. S0 : BOD5 nước thải dòng vào aerrotank, S0 = 135,4 mg/l S : BOD5 hoà tan trong dòng ra aerotank, S = 12,6 mg/l X : Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, được tính bằng khối lượng chất bay hơi có trong tổng hàm lượng bùn. Đối với nước sinh hoạt có thể lấy X = 3500 Kd : Hệ số phân hủy nội bào( hay còn gọi là hệ số hô hấp nội bào), đây cũng là một thông số động học xác định bằng thực nghiệm, trường hợp không tiến hành thực nghiệm đối với nước thải đô thị chọn Kd = 0,06 ngày-1. d/ Xác định kích thước của bể aroten : Tổng diện tích mặt bằng của aerotank Trong đó H : chiều cao công tác của bể aerotank, H = 4m, chiều cao bảo vệ 0,5 m Tổng chiều dài các hành lang của bể aerotank Trong đó b: chiều rộng của mỗi hành lang aerotank, b = 3m chọn 1 đơn nguyên , chiều dài là 16m Thể tích xây dựng của bể aeroten : W = L.b.(H + hbv) = 16x 3 x (4 + 0,5) = 216 (m3) e/ Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày: Hệ số sản lượng quan sát: Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS : Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS : Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày = Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS – Hàm lượng chất lơ lửng còn lại trong dòng ra. Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày = 135 – (2000 x30.10-3 )=75 (kg/nđ). f/ Xác định lưu lượng bùn thải : Giả sử bùn dư được xả bỏ( dẫn đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS). Khi đó lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính toán Lư u lượng bùn dư thải bỏ: Trong đó : qc : thời gian lưu bùn ( hay còn gọi là tuổi bùn), qc = 5¸ 15 đối với nước thải đô thị. Chọn qc = 6 ngày Qb : lưu lượng bùn thải bỏ, m3/ng.đ Qra: lưu lượng nước xử lý( nước ra khỏi lắng 2), coi như thất thoát không đáng kể nên Qra = Q = 2000 m3/ngày W : thể tích bể aerotank, m3, W = 185,7 m3 X : Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, được tính bằng khối lượng chất bay hơi có trong tổng hàm lượng bùn. X =3500 mg/l Xra= nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, mg/l, Xra= a x Cs = 0,8.30 = 24(mg/l). g/ Xác định tỉ số tuần hoàn : lắngII Qra Q Q+Qth Aeroten Xra Xo X Qth Xth Xth Qb Phương trình cân bằng vật chất cho bể aeroten : Q.Xo + Qth.Xth = (Q + Qth).X Trong đó : Q : lưu lượng nước thải. Qth : lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn. Xo : nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào aeroten. X : nồng độ VSS ở bể aeroten , X = 3500 (mg/l). Xth : nồng độ VSS trong bùn hoạt tính , Xth = 8000(mg/l). Giá trị Xo thường rất nhỏ so với X và Xth , do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng QxXo. Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng : Qth.Xth = (Q + Qth).X Chia 2 vế phương trình này cho Q và đặt tỉ số Qth/Q = a (a được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được: aXth = X + aX hay Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qth = a.Q = 0,78x2000= 1560 (m3/ngày). h/ Xác định thời gian lưu nước của aeroten : k/ Xác định lượng oxy cấp cho bể aeroten theo BOD5: Khối lượng BOD5 cần xử lý mỗi ngày : Tính lượng oxy yêu cầu : M = G – (1,42xPx) = 233,7 – ( 1,42x108) = 80,3 (kg/nđ). Tính thể tích không khí : Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế thực tế là 2 . Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (giả sử không khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20oC là 0,0118 kN/m3 = 1,18 kg/m3) là: Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng: Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén khí sẽ là: qk= 2,54 x 2 =5,08 (m3/phút) = 0,084 (m3/s) chọn loại đĩa có đường kính 255mm Diện tích bề mặt f = 0,1(m2) Có cường độ thổi khí 4 –8( m3/h) Chọn q = 8 ( m3/h) Số đĩa khuếch tán khí : Chọn n = 38 đĩa Áp lực và công suất của hệ thống nén khí : Áp lực cần thiết cho hệ thống : Hct = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m Trong đó : hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn. hc : tổn thất cục bộ. hf : tổn thất qua thiết bị phân phối , hf = 0,5m. H : chiều sâu hữu ích của bể, H = 4 m Trong đó tổng hd và hc thường không vượt quá 0,4m. chọn hd + hc = 0,4(m). Áp lực không khí sẽ là : Công suất máy nén khí : Trong đó : q : lưu lượngkhông khí, q= 0,084 m3/s. n : hiệu suất máy khí nén khí ,n = 0,7 – 0,9 , chọn n = 0,8. Công suất thực của máy nén khí : N. = 4,2 x 1,5 =6,3 (kW) Chọn 1 máy nén khí công suất 6,5 (kW). Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ: Tỉ số F/M : Tải trọng thể tích : ) Cả 2 giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép đối với aeroten xáo trộn hoàn toàn : F/M = 0,2 - 0,6kg/kg.ngày và tải trọng thể tích trong khoảng 0,8 - 1,92(BOD5/m3.ngày). Tính toán đường ống + Tính toán đường ống dẫn khí Chọn vận tốc trong ống dẫn chính : vk = 12(m/s) Lưu lượng khí cần cấp Qk = 0,084 m3/s Sử dụng 1 ống cấp khí chính Đường kính ống phân phối chính Chọn loại ống sắt tráng kễm D = 95 mm Từ ống chính ta dẫn vào 2 ống nhánh để cấp khí cho bể, lưu lượng khí cho mỗi ống nhánh Chọn vận tốc trong ống nhánh, vk’ = 11(m/s) Đường kính ống nhánh: Chọn loại ống thép tráng kẽm có d = 70mm Mỗi ống nhánh có phân ra 2 ống nhánh nữa,v’’k = 10 m/s Đường kính ống nhánh: chọn ống có đường kính d = 50 mm NHẬN XÉT: Qua tính toán 2 bể xử lý sinh học trên ta thấy: Thể tích xây dựng của bể lọc sinh học và bể aerotank gần bằng nhau. Nhưng bể lọc sinh học nhỏ giọt xây dựng phức tạp hơn, chi phí vật liệu lọc và hệ thống tưới tốn kém hơn bể aerotank. Với điều kiện vốn đầu tư không cho phép nên ta không sử dụng bể lọc sinh học nhỏ giọt mà lựa chọn bể Aerotank cho xử lý sinh học. Tuy nhiên, quá trình hoạt động của bể Aerotank khá phức tạp nên ta cần chuẩn bị đầy đủ kiến thức cho công nhân vận hành của trạm. 4.3.2.8 Bể lắng ly tâm đợt II: Bùn hoạt tính dư tạo nên ở bể Aerotank cùng với nước thải chảy vào bể lắng ly tâm đợt II. Nhiệm vụ của bể lắng đợt II là giữ các cặn bùn lại bể dưới dạng cặn lắng. a> Tính toán kích thước bể Bảng 4.16 Các thông số thiết kế bể lắng đợt II Loại công trình xử lý sinh học Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngđ) Tải trọng chất rắn (kg/m2.h) Chiều cao công tác(m) Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính khuếch tán bằng không khí 16,3 ¸32,6 40,7¸ 48,8 3,9¸ 5,9 9,8 3,7 ¸6,1 Bùn hoạt tính khuếch tán bằng oxy nguyên chất 16,3 ¸32,6 40,7¸ 48,8 4,9¸ 6,8 9,8 3,7 ¸6,1 Bể lọc sinh học 16,3 ¸24,4 24,4¸ 48,8 2,9¸ 4,9 7,8 3,0 ¸4,6 Bể sinh học tiếp xúc quay(RBC) 16,3 ¸32,6 24,4¸ 48,8 3,9¸ 5,9 9,8 3,0 ¸4,6 Tính toán bể lắng đợt II dựa vào các thông số cho trong bảng Diện tích mặt thoáng của bể lắng đợt II trên mặt bằng ứng với lưu lượng trung bình Trong đó: = lưu lượng trung bình ngày đêm, = 2000 m3/ng.đ L1 = Tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình, lấy theo bảng L1 = 22 m3/m2.ng.đ Diện tích mặt thoáng của bể trên mặt bằng ứng với lưu lượng lớn nhất Trong đó: = lưu lượng trung bình ngày đêm, = 2500 m3/ng.đ L2 = Tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình, lấy theo bảng L2 = 44 m3/m2.ng.đ Diện tích mặt thoáng của bể trên mặt bằng ứng với tải trọng chất rắn lớn nhất Trong đó: = Lưu lượng lớn nhất trong giờ, = 2500 m3/ng.đ = 104,2 m3/h = Lưu lượng nước bùn tuần hoàn lớn nhất trong giờ: = 0,78x = 0,78 x2500 = 1950 m3/ng.đ / 24h = 81,25 m3/h X = nồng độ VSS trong nước thải vào bể lắng, X = 3500 mg/l L3 = Tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình, lấy theo bảng L3 = 9,8kg/m2.h Diện tích mặt thoáng của bể lắng đợt II trên mặt bằng sẽ là giá trị lớn nhất trong 3 giá trị F trên. Như vậy, diện tích mặt thoáng thiết kế là F1 = 90,9 m2 Đường kính của bể lắng đợt II : chọn D =11 m Đường kính ống trung tâm : d = 20%D = 20% x 11 = 2,2 (m) Diện tích buồng phân phối trung tâm Diện tích vùng lắng của bể Đường kính tấm hướng dòng D’ = 1,3 d = 1,3 x 2,2 = 2,86 m Chiều cao xây dựng : Hxd = H + hth + hb + hbv +hc= 2,58+ 0,3 + 0,5+ 0,4 + 0,45= 4,23 (m). Trong đó: hth : chiều cao trung hòa, hth = 0,3(m). hb : chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0,5(m). hbv : chiều cao bào vệ tính từ mực nước cao nhất đến thành bể, hbv = 0,4(m). Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 1:12 về tâm H chiều cao lớp nước trong, H = 2,58m Chiều cao ống trung tâm : h = 60%Hxd = 60% x4,23 = 2,54(m) Tải trọng thuỷ lực: Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể b> Tính toán máng thu nước Máng thu nước đặt ở vòng tròn xung quanh bể, có đường kính bằng 0,9 đường kính bể Dm = 0,9xD = 0,9 x 11 = 9,9 m, chọn = 10 m Chiều cao máng thu nước ,chọn n = 0,35 m Chiều dài máng thu nước đặt theo chu vi bể L = p x Dm =3,14x10= 31,4 m Tải trọng thu nước trên bề mặt máng tràn: Hình 4.4: Cấu tạo máng tràn c> Tính toán lượng bùn trong bể Tải trọng bùn Thể tích phần chứa bùn Nồng độ bùn trong bể Trong đó: Ct: nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, = 10000g/m3 CL nồng độ bùn hoạt tính theo thời gian lắng, CL = 1/2Ct = 5000g/m3 Lượng bùn chứa trong bể d> Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể: Dung tích bể lắng Thời gian lưu nước Thời gian lưu bùn e> Tính toán đường ống dẫn nước thải Chọn ống dẫn nước đến công trình phía sau làm bằng thép và gang thường có đường kính 150mm, vận tốc chảy trong ống là 0,318; 1000i = 1,54 ứng với lưu lượng trung bình Q = 23 l/s( tra theo sách Các bảng tính toán thuỷ lực của Nguyễn Thị Hồng). f> Chọn bơm bùn Bơm bùn dư xả đến sân phơi bùn Chọn 2 bơm hoạt động luân phiên nhau Cột áp bơm , H = 10mH2O Lưu lượng mỗi bơm, Qb = 17,23 m3/ngày Một ngày bơm 3 h Công suất bơm : Công suất thực của bơm : N. = 0,22 x 1,75 = 0,385 (kW) = Chọn bơm có công suất là 0,5 Hp Bơm bùn tuần hoàn: Bơm bùn trở lại bể Aerotank: Chọn 2 bơm nước thải hoạt động luân phiên nhau Cột áp bơm , H = 10mH2O Lưu lượng bùn tuần hoàn Qth= 1560 m3/ngày Thời gian làm việc 24h/ngày Công suất bơm : Công suất thực của bơm : N. = 2,54 x 1,75 = 4,45 (kW) = Chọn bơm có công suất là 6 Hp 4.3.2.9 Tính toán máng trộn và bể tiếp xúc-khử trùng: Tính toán lượng hoá chất cần sử dụng để khử trùng Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được xác định theo công thức Trong dó Q lưu lượng tính toán Qhmax = 199,2 m3/h Qhtb = 83 m3/h a liều lượng hoạt tính lấy theo điều 6.20.3 TCXD – 51-84, a = 10 g/m3 với nứơc thải sau xử lý cơ học a = 5 g/m3 với nứơc thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn a = 3 g/m3 với nứơc thải sau xử lý sinh học hoàn toàn Ưng với từng lưu lượng tính toán, xác định lượng clo hoạt tính tương ứng cần thiết để khử trùng: Để xáo trộn hơi clo và nước công tác ,sử dụng thiết bị Clorator chân không. Bảng 4.17 Đặc tính kỹ thuật của một kiểu Clorator chân không (Loni-100) Công suất theo Clo hơi(Kg/h) Ap lực nước trước ejector(Kg/h) Độ dâng nước sau ejector (m cột nước) Lưu lượng nước (m3/h) Trọng lượng Clorator (kg) 0,08-0,72 0,21-1,28 0,40-2,05 2,5 - 2 37,5 1,28-8,10 2,05-12,80 3,28-20,50 3,0-3,5 5 7,2 37,5 20,5-82,00 3,0-4,0 5 - - Chọn 2 Clorator có công suất 0,249 – 0,597 kg/h, 1 công tác 1 dự phòng, với các đặc tính kỹ thuật như sau: Ap lực nước trước Ejector : 2,5 kg/h Lưu lượng nước : 2m3/h Trọng lượng Clorator : 37,5 kg Để hỗ trợ cho Clorator cần trang bị thêm bình chứa trung gian để chứa Clo(balong) ở dạng lỏng. Bảng 4.18 Đặc tính Kỹ thuật của balong chứa Clo Dung tích thùng chứa Kích thước (mm) Trọng lượng (kg) lít Kg Clo L L 20 25 27 30 33 36 40 45 50 55 25 31 33,5 37,5 41,0 45,0 50 56 62 69 770 925 985 1080 1170 1205 1390 1545 1700 1855 675 825 890 975 1065 1125 1275 1427 1575 1725 35 40,5 43 47 51 55 60 66,5 73 79,5 Chọn loại balong có đặc tính lỹ thuật như sau; Dung tích chứa: 30l Lượng clo chứa trong balong :37,5 kg Chiều dài L : 1080 mm Chiều dài l : 975 mm Trọng lượng của balong chứa Clo ; 47kg Số thùng chứa clo cần dự trử cho nhu cầu sử dụng 1/2 tháng Chọn 1 thùng chứa trong các kho có vách ngăn cách độc lập với các clorator. Vận chuyển dùng xe chuyên dụng. Nước từ clorator được dẫn đến đầu bể tiếp xúc theo đường ống cao su mềm nhiều lớp d = 30mm với vận tốc 1,5 m/s vào thiết bị khuếch tán kết hợp với máy khuấy trộn cơ khí kết hợp xáo trộn thuỷ lực Tính toán máng trộn: Chọn máng trộn kiểu “lượn” để thực hiện sự xáo trộn đều nước thải và Clo trước khi dẫn vào bể tiếp xúc Kích thước của máng trộn được tính toán phụ thuộc vào lưu lượng nước thải. Kích thước mẫu được tính sẵn và ghi trong bảng Bảng 4.19 Kích thước cơ bản của máng trộn kiểu “ lượn” Lưu lượng L/s Kích thước, mm Chiều rộng các khe lượn, mm L l B h1 h2 Thứ I Thứ II Thứ III Thứ IV b1 b2 b3 b4 10-20 21-50 51-80 81-130 131-160 161-200 201-350 351-400 2500 2500 3000 3000 3500 3500 4500 4500 1360 1755 2130 2385 2730 2950 3620 3875 200 300 400 500 600 800 1000 1000 600 700 700 700 700 700 1000 1000 930 1030 1030 1030 1030 1030 1330 1330 100 110 300 430 550 750 930 1110 70 150 240 360 450 610 790 940 60 130 200 300 380 510 690 810 50 110 170 260 330 430 610 710 Diện tích tiết diện máng trộn kiểu “lượn” được xác định theo công thức trong đó: Qmax= Lưu lượng tính toán lớn nhất giây, Qmax,s = 55,2 l/s = 55,2x10-3m3/s v = Tốc độ của nước thải trong máng trộn, v = 0,8 – 0,9 m/sVậy ta chọn kích thước cơ bản của máng trộn kiểu “lượn” như sau: L = 3000 mm b1 = 300 mm l = 2130 mm b2 = 240 mm b = 400 mm b3 = 200 mm h1 = 700 mm b4 = 170 mm h2 = 1030 mm Chiều sâu lớp nước sau máng trộn: Tổn thất áp lực qua mỗi khe lượn được tính theo công thức Trong đó: a = Hệ số phụ thuộc cách bố trí chỗ lượn Khi bố trí chỗ lượn thuận chiều dòng nước, a = 2,5 Khi bố trí chỗ lượn ngược chiều dòng nước, a = 3,0 v1 = Tốc độ chuyển động của nước qua khe lượn, v1 = 0,8 m/s Diện tích tiết diện ngang của mỗi khe lượn: Chiều sâu lớp nước trước các khe lượn được xác định như sau: Trước khe lượn thứ I( tính từ phía cuối trước) Trước khe lượn thứ II Trước khe lượn thứ III Trước khe lượn thứ IV Hình 4.5: Cấu tạo máng trộn kiểu “lượn” Tính toán bể tiếp xúc Nhiệm vụ của bể tiếp xúc khử trùng là phân bố đều hàm lượng clo vào nước thải nhằm tạo điều kiện tiếp xúc giữa hợp chất có khả năng oxy hoá rất mạnh này với nước thải. Chất này có thể loại bỏ những vi trùng, virus… trước khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận Thời gian tiếp xúc thường vào khoảng 14-45 phút, chọn t =30 phút Dạng bể tính tóan là bể tiếp xúc kiểu bể lắng ngang nhưng không có thiết bị gạt cặn Dung tích hữu ích của bể : Diện tích mặt thoáng hữu ích của bể tiếp xúc : Chiều sâu lớp nước trong bể được chọn: H =1,5(m). Chiều rộng của bể là : Chiều dài tổng cộng của bể : Đáy bể tiếp xúc có độ dốc I = 0,02% để gom các chất cặn về hố thu ở đầu mỗi ngăn Nguồn nước thải sau khi đã được đi qua bể tiếp xúc thì được thải ra sông,hồ thải ra nguồn tiếp nhận. Công trình xả nước thải ra nguồn tiếp nhận Nguồn tiếp nhận là sông Dinh. Trạm xử lý nứơc thải được xây dựng ngay cạnh khu vực lân cận hồ. Chọn công trình xả nước thải ngay bờ sông. Về phương diện xáo trộn thuỷ lực sẽ kém hiệu quả hơn nếu xả nước thải bằng công trình giữa lòng sông, nhưng về mặt thi công lắp đặt và quản lý vận hành sẽ đơn giản hơn. Hình 4.6: Cửa xả nước thải Bể gom bùn Chứa bùn tuần hoàn để bơm vào bể Aerotank và bùn dư bơm đến máy ép bùn Gồm 2 ngăn chứa: 1 chứa tuần hoàn, 1 chứa bùn dư Chọn thời gian lưu tại ngăn chứa bùn tuần hoàn : t1 = 30 phút Chọn thời gian lưu tại ngăn chứa bùn dư: t2 = 1 ngày Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn Vậy kích thước bể là LxBxH = 3x3x(3,6+0,4) Thể tích ngăn chứa bùn dư vậy kích thước bể là: LxBxH = 2,2x2,5x(2,83 + 0,3 ) 4.3.2.11 Sân phơi bùn Sân phơi bùn là khu đất xốp hình chữ nhật, xung quanh có bờ chắn Cặn lắng từ bể lắng 1, từ bể gom có độ ẩm khoảng 96% được đưa tới sân phơi từng đợt rải thành lớp không dày lắm. Sau khi đã làm khô ở sân phơi bùn thì cặn có độ ẩm 75% hay thấp hơn nữa, thể tích giảm xuống từ 2-5 lần. Lượng cặn ở bể lắng I: Q1 = 11,38 m3/ngày Lượng cặn lắng ở bể lắng II: Q2 = Qd = 17,23 m3/ngày Lượng cặn tổng cộng đưa vào bể là : L = 11,38 m3/ngày + 17,23 m3/ ngày = 28,61 m3/ngày Thể tích hữu ích của sân phơi: Trong đó thời gian phơi là 10 ngày Diện tích hữu ích của sân phơi: Trong đó 0,3 là lớp cặn bùn trong sân phơi bùn ứng với mỗi đợt xả bùn, hc = 0,2¸ 0,3. chọn hc = 0,3m Diện tích phụ của sân phơi bùn: đường xá, mương, máng là: Trong đó: k= Hệ số tính đến diện tích phụ, k = 0,2¸ 0,4. chọn k = 0,25 Diện tích tổng cộng của sân phơi là: Chọn 8 sân phơi. Mỗi sân có diện tích là:LxB = 10x14,9 Bảng 4.20 Thông số thiết kế sân phơi bùn Thông số Giá trị Hình dạng Dài Rộng Lớp cát: Chiều cao Đường kính hiệu quả Hệ số đồng nhất Lớp sỏi Chiều cao Đường kính Dàn ống thu nước: Đường kính Độ dốc Chiều cao bảo vệ Chữ nhật, vuông 10-14,9m 10 m 30 cm 0,3-1,1mm <0,4 30cm 3,2-25mm 100mm 1% 30-45cm 4.4 BỐ TRÍ MẶT BẰNG TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ CAO TRÌNH XÂY DỰNG CÁC HẠNG MỤC 4.4.1 Bố trí mặt bằng trạm xử lý nước thải Bảng 4.21 Tiêu chuẩn đất xây dựng công trình làm sạch nước thải sinh hoạt Công suất của công trình (x1000m3/ngđ) Quy mô đất đai Công trình xử lý Khu chứa bùn < 0,7 0,7 – 17 17 – 40 40 – 130 130 – 175 175 – 280 280 – 400 400 - 500 1 3 4 8 10 17 20 30 2 6 8 16 20 35 50 70 Nguồn: Quy hoạch đô thị, NXB, Xây dựng, Tr.138 Khoảng cách ly vệ sinh tuân theo quy định khoảng cách ly vệ sinh khu sản xuất và dân cư. Căn cứ trên bảng tiêu chuẩn kể trên, với công suất xử lý của hệ thống là 2000 m3/ngàyđ, vị trí địa điểm xây dựng trạm xử lý nước thải ta bố trí mặt bằng trạm xử lý như sau: Tổng diện tích trạm xử lý nước thải dự kiến là 3 ha, kể cả nhu cầu mở rộng trong tương lai và khoảng cách ly với cộng đồng dân cư khu vực xung quanh. 4.4.2 Cao trình xây dựng các hạng mục Bảng 4.22 Tổn thất áp lực qua các công trình CÔNG TRÌNH Tổn thất áp lực ( cm H2O) Khoảng cách xây dựng giữa các công trình (m) Song chắn rác Bể lắng cát Bể lắng ngang Bể làm thoáng sơ bộ Aerotank Bể lắng ly tâm Bể tiếp xúc 5cm – 20 cm 10 cm – 20 cm 20 cm – 40 cm 40 cm – 50 cm 60 cm – 80 cm 25 cm – 40 cm 40 cm – 60 cm 3,5 m – 5 m 3,5 m – 5 m 3, 5 m – 5 m 4m – 6 m 4m –6 m 4 m – 6 m 3, 5 m – 5 m Nguồn:Thoát nước ( tập 2) Xử lý nước thải, NXB. Khoa học và kỹ thuật 2002, Tr.514 Mặt bằng trạm xử lý nước thải và sơ đồ cao trình mặt cắt nước của hệ thống xử lý nước thải được thể hiện trong bản vẽ đính kèm. CHƯƠNG 5 DỰ TOÁN TỔNG KINH PHÍ ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ QUẢN LÝ VẬN HÀNH TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5.1 Vốn đầu tư cho từng hạng mục công trình 5.1.1 Phần xây dựng stt Tên hạng mục Thông số kỹ thuật Đơn vị Số lượng Đơn giá (triệu) Thành tiền (triệu) Ghi chú 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ngăn tiếp nhận Bể lắng cát Bể lắng ngang đợt 1 Bểlàmthoángsơbộvàđiều hoà Aerotank Bể lắng ly tâm đợt 2 Bể tiếp xúc khử trùng Bể chứa bùn Sân phơi bùn Nhà điều hành 20,7 5,59 171 332 216 363,6 41,5 53,23 954 125 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m2 m2 1 1 1 1 1 1 1 1 7 1 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 0,25 0,6 37,26 10 307,8 597,6 388,8 654,48 74,7 95,81 238,5 75 CỘNG(1) 2479,95 triệu 5.1.2 Phần thiết bị Công trình Số lượng Đơn giá(triệu) Thành tiền (triệu) Song chắn rác (Việt Nam) 1 2 2 Máy thổi khí 3 và 2 hp 4 26 104 Bơm nước thải Q=25 m3/giờ, H = 8 – 10 2 25 50 Thùng chứa dung dịch Chlorine + máy khuấy 1hp 2 5 10 Mô tơ quay 2 hp 2 14 28 Bơm bùn 6 hp 1 30 30 Bơm định lượng hóa chất dung dịch chlorine 2 18 36 Thiết bị gạt bùn (thép không rỉ) 2 18 36 ống phân phối trung tâm bể lắng bằng inox 1 4 4 Lan can + hành lang công tác bằng thép 2 10 20 Thiết bị phân phối khí 20 Van + đường ống 25 25 Bùn nuôi cấy vi sinh vật 8 Thiết bị điều khiển 1 40 40 Hệ thống dây điện điều khiển 1 5 5 Lan can bảo vệ trên aerotank – thép 1 5 5 Máng răng cưa + tấm chặn chất nổi 2 5 10 CỘNG (2) 469 Tổng chi phí đầu tư xây dựng và trang bị máy móc Trong đó: C1 : Chi phí xây dựng triệu đồng = 2,47995 tỷ đồng C2 : Chi phí thiết bị triệu đồng = 0,469 tỷ đồng 5.2 Chi phí quản lý và vận hành 5.2.1 Chi phí hoá chất Chi phí hoá chất chủ yếu tốn cho Clo Tiền = Khối lượng x Đơn giá = 0,249 kg/h x 24h/ngày x 365ngày/năm x 1500đồng/kg) = 3271,86 ngàn đồng/năm 5.2.2 Chi phí điện năng Điện năng tiêu thụ chủ yếu do hệ thống bơm và hệ thống cấp khí Điện năng cho hệ thống bơm tính theo công thức Trong đó: Q = tổng lưu lượng cần bơm tính theo thời gian 1 năm H = chiều cao trung bình cần bơm để đưa nước lên, (m) Hệ số hữu ích của hệ thống bơm, chọn = 0,85 Điện năng tiêu thụ cho hệ thống cấp khí nén và hệ thống chiếu sáng…. Công suất tổng cộng hệ thống là 10 kW/ngày ( bao gồm bể làm thoáng sơ bộ, bể Aerotank ….), trong 1 năm tiêu thụ 10 x 365 = 3650kW/năm Chi phí điện năng 5.2.3 Chi phí nhân công Nhân công vận hành luân phiên theo 3 ca (8h/ca) mỗi ngày. Trong mỗi ca vận hành có 1 cán bộ chuyên trách và 1 kỹ thuật viên. Lương cán bộ S1 = 3x3 (triệu) = 9 (triệu/tháng) Lương kỹ thuật viên S2 = 3 x 1,5 (triệu) = 4,5 (triệu/tháng) 5.2.4 Chi phí sữa chữa và bảo dưỡng thiết bị Chi phí sữa chữa định kỳ và bảo dưỡng hằng năm vào khoảng 3 - 5% tổng chi phí đầu tư ban đầu cho các thiết bị. Vậy chi phí bảo dưỡng là 19,68 (triệu/năm) Þ Tổng chi phí quản lý và vận hành 5.3 TỔNG KINH PHÍ ĐẦU TƯ Tổng kinh phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải khấu hao trong từng năm và chi phí vận hành trong 1 năm Dự kiến 20 năm hoàn vốn đầu tư Þ 147.44 Triệu/năm Tổng chi phí đầu tư trong 1 năm Giá thành xử lý 1m3 nước thải CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 KẾT LUẬN Trên cơ sở lý thuyết và điều kiện thực tế Thị Xã LaGi Tỉnh Bình Thuận, qua quá trình tính toán thiết kế kỹ thuật hệ thống xử lý nước thải có thể tóm tắt các đặc điểm hệ thống như sau: Khía cạnh môi trường Về mặt môi trường, hệ thống đảm bảo nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép TCVN 6984-2001 có thể xem như đạt yêu cầu. Tuy nhiên, xét về mặt vệ sinh môi trường thì lượng ô nhiễm phát thải ra nguồn tiếp nhận càng thấp càng tốt, như vậy mới có thể đảm bảo sự phát triển bền vững của môi trường. Khía cạnh kinh tế của hệ thống xử lý Chi phí đầu tư cho toàn hệ thống xử lý nước thải khoảng 3 tỷ. Công tác quản lý vận hành khoảng 178 triệu/năm. Trên thực tế, cần xem xét kỹ các giải pháp công nghệ nhằm giảm thiểu suất lượng điện năng tiêu thụ. Tuy nhiên, việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải cũng đem lại những lợi ích kinh tế đáng kể. Với giá thành xử lý, mức vốn đầu tư tính toán sơ bộ kể trên, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải là hoàn toàn khả thi. Khả năng hoàn vốn có thể thực hiện được thông qua việc thu phí nước thải tính trên lượng nước tiêu thụ của từng hộ dân. Khía cạnh kỹ thuật Quy trình công nghệ đề suất thực hiện là quy trình phổ biến, không quá phức tạp về mặt kỹ thuật. Quy trình này hoàn toàn có thể đảm bảo việc xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn yêu cầu, đồng thời còn có khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai. Nếu kết hợp tốt khía cạnh môi trường, kinh tế và kỹ thuật của hệ thống thì hệ thống này hoàn toàn có khả năng ứng dụng vào thực tiễn. 6.2 KIẾN NGHỊ Trong giới hạn của đề tài thực hiện chỉ đề cập đến vấn đề xử lý nước thải với những điều kiện phù hợp về khía cạnh kỹ thuật và khả thi về mặt kinh tế. Trên thực tế, cần nghiên cứu kỹ hơn về điều kiện thực tế của Thị Xã Lagi để có thể đưa ra hướng giải quyết tối ưu.