Đề tài Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt thành phố Quảng Ngãi, công suất 3000 m /ngày đêm

u quả nhất,kinh tế nhất về xây dựng và quản lý. CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT CÔNG SUẤT 3000 M/NGÀY DÊM 3.1 Nhiệm vụ thiết kế Nghiên cứu,khảo sát và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung cho 2 phường Trần Hưng Đạo và phường Nguyễn Nghiêm của TP Quảng Ngãi đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường theo quy định của nhà nước,với dân số 2 phường Nguyễn Nghiêm và Trần Hưng Đạo là :24521 người. 3.2 Các thông số tính toán 3.2.1:Lưu lượng tính toán Bảng 3.1:Dự báo nước thải sinh hoạt của 2 phường Nguyễn Nghiêm và Trần Hưng Đạo của thành phố Quảng Ngãi. Công trình Thải lượng Nhà dân 4699 hộ 2813.5 m Trường học 1000 học sinh 10 m Trạm y tế 150 giường 105-165 m Chợ 100 hộ kinh doanh 11.5 m Tổng 2940-3000 m Lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải sinh hoạt. Q =3000( m/ngđ) Lưu lượng trung bình giờ. Q = = =125(m/h) Lưu lượng trung bình giây. Q ===0,035(m/s)=35(l/s) Lưu lượng lớn nhất giờ: Q=Q x K=125 x1,95=243,75 (m/h) Trong đó: K: hệ số không điều hòa chung của nước thải lấy theo quy định ở điều 2.1.2-TCXD 51-84 Bảng 3.2:Hệ số không điều hòa: Lưu lượng nước thải trung bình (l/s) 5 15 30 50 100 200 500 600 800 1250 Hệ số không điều hòa K 3 2,5 2 1,8 1,6 1,4 1,35 1,25 1,2 1,15 Lưu lượng lớn nhất giây: Q =Q x K=35 x 1,95=68,25 (l/s) Dân số tương ứng với lưu lượng thải trung bình 3000m/ngày là: N =Q .1000/q=3000.1000/120=25000(người) Với q=120( l/người.ngđ) là tiêu chuẩn thoát nước Lưu lượng lớn nhất ngày đêm: Q===3600(m/ngđ) Với q=144( l/người.ngđ) 3.2.2: Thành phần đặc tính nước thải sinh hoạt: Bảng 3.3: Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt Chất ô nhiễm TẢI TRỌNG CHẤT BẨN (g/người/ngđ) Các quốc gia phát triển Theo TCXD 51 – 1984 01 Chất rắn lơ lửng (SS) 70 – 145 50 – 55 02 Amoni (N-NH4) 3,6 - 7,2 7 03 Tổng nito (N) 6 – 12 - 04 Tổng Phospho 0,6 - 4,5 1,7 05 BOD5 45 – 54 25 – 30 06 BODht 30-35 07 COD (dicromate) 85 – 102 - 08 Dầu động thực vật 10 – 30 - Nguồn : Rapid Environmental Assessment, WHO, 1995. Bảng số liệu trên là cơ sở đánh giá đặc tính nước thải sinh hoạt của khu dân cư. Xác định hàm lượng bẩn của nước thải Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sinh hoạt. C ===458,3(mg/l) Trong đó: n: Tải lượng chất lơ lửng của nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm theo TCXD 51-1984 :n=55(g/ng.ngđ) q=120l/ng.ngđ ,tiêu chuẩn thoát nước Hàm lượng BOD trong nước thải sinh hoạt L===250 (mg/l) Hàm lượng BOD trong nước thải L===292(mg/l) Hàm lượng COD trong nước thải BOD/COD=0,86=>COD=250/0,86=291(mg/l) Chọn đặc tính nước thải để tính toán hệ thống xử lý nước thải như sau: Đặc tính COD BOD SS Mg/l 291 250 458,3 3.2.3: Xác định mức độ cần thiết xử lý: Dòng thải đầu ra được xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 14-2008( Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt ) Các yêu cầu cơ bản: Hàm lượng chất lơ lửng: không vượt quá 80mg/l BOD : không vượt quá 30mg/l COD :không vượt quá 50mg/l Mức độ cần xử lý nước thải thường được xác định theo: Hàm lượng chất lơ lửng (phục vụ cho tính toán công nghệ xử lý cơ học) Hàm lượng BOD và COD (phục vụ cho tính toán công trình và công nghệ xử lý sinh học) Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo chất lơ lửng được tính theo công thức: D=x100%=x100%=82,5% Trong đó: m :hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau xử lý cho phép xả vào nguồn nước,m=80mg/l C: hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải, C=458,3mg/l Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo BOD: D=x100%=x100%=88% Trong đó: L :hàm lượng BOD của nước thải sau xử lý cho phép xả vào nguồn nước. L:hàm lượng BODtrong nước thải Kết quả tính toán về mức độ cần thiết xử lý nước thải của các phương án đang xét cho thấy cần thiết phải xử lý sinh học. 3.3 Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải. 3.3.1 Lựa chọn sơ đồ công nghệ của trạm xử lý: Sơ đồ công nghệ và thành phần các công trình đơn vị của trạm xử lý nước thải được lựa chọn phụ thuộc vào: Công suất trạm xử lý Thành phần và tính chất của nước thải Điều kiện cụ thể của địa phương Mức độ cần thiết xử lý nước thải Tiêu chuẩn xả nước thải vào nguồn tiếp nhận tương ứng Phương pháp sử dụng cặn Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất,thủy văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước thải Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác. Sau khi cân nhắc các yếu tố liên quan,trên cơ sở các điều kiện kinh tế xã hội của 2 phường,đề tài lựa chọn sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải phục vụ cho tính toán thiết kế bao gồm các giai đoạn xử lý và các công trình xử lý đơn vị như sau: Xử lý cơ học: Ngăn tiếp nhận Song chắn rác (máy nghiền rác) Bể lắng cát (sân phơi cát) Bể điều hòa Bể lắng ngang đợt I Xử lý sinh học: Bể aerotank Bể lắng li tâm đợt II Xử lý cặn: Bể gom và tái sinh màng vi sinh vật Sân phơi bùn Khử trùng và xả nước thải sau xử lý Khử trùng nước thải Bể tiếp xúc Công trình xả nước thải sau xử lý ra sông Một số công trình phụ trợ hệ thống hoạt động: Nhà điều hành Trạm bơm Trạm cấp khí nén Sơ đồ quy trình xử lý Nước thải Nguồn nhận Khử trùng Bể lắng II Bể aerotank Bể lắng I Bể điều hòa Song chắn rác Lắng cát ngang Ngăn tiếp nhận nhậnha7 nhnha7 Rác thải bỏ vệ sinh Sân phơi cát Chôn lấp,bón cây Bùn hoạt tính tuần hoàn Sân phơi bùn Bể gom và tái sinh Hình 3.1 : Sơ đồ quy trình xử lý nước thải 3.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ lựa chọn: Nước thải sau khi qua bể tự hoại sẽ được thải vào hệ thống cống dẫn chung dẫn về hệ thống xử lý nước thải tập trung.Rác được giử lại ở sông chắn rác và nước thải đã được tách rác được đưa đến bể lắng cát.Ở đây thiết kế bể lắng cát ngang nước chảy thẳng để đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn.Sau một thời gian cát được lấy từ bể lắng cát đưa đến sân phơi cát.Sau đó nước thải được đưa đến bể điều hòa để điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, ở đây có cung cấp khí từ máy thổi khí và sau đó nước tiếp tục được bơm qua bể lăng đợt I nhằm lắng động và giảm nồng độ chất rắn lơ lửng có trong nước thải. Nước sau lắng được thu vào máng tráng vòng quanh bể lắng và được dẩn qua bể aerotank .Bùn cặn lắng dưới đáy bể được đưa về máy ép bùn . Nước thải vào bể aerotank là công trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh vật để oxy hóa sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng có trong nước thải,làm sạch nước thải tới tiêu chuẫn cho phép thải vào nguồn tiếp nhận và sau đó nước được đưa đến bể lắng li tâm đợt II. Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank giúp tăng hiệu quả xử lý,một lượng bùn hoạt tính từ bể lắng đợt II sẽ tuần hoàn trở lại bể aerotank,lượng bùn hoạt tính dư được đưa qua bể nén bùn để giảm dung tích. Sau bể lắng đợt II hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong vẫn còn một lượng các vi khuẩn gây bệnh nên ta phải khủ trùng nước thải bằng chlorine trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được đưa đến máy ép bùn thì đưa ra sân phơi bùn để làm khô đến một độ ẩm nhất định,bùn cặn sau đó dùng cho mục đích nông nghiệp. 3.4 Tính toán các công trình đơn vị. 3.4.1 Hố Gom: Các thông số thiết kế: Q=125 (m/h) Q=243,75 (m/h) Q=68,25 (l/s) Kích thước hố gom: Chọn thời gian lưu nước trong hố gom là 15 phút Thể tích hố gom: V=Qx t=125x=31,25(m) Kích thước hố gom: V=LxBxH=3,2x3,2x3,1=31,8(m) Chiều cao xây dựng của hố gom H=H+H+H=3,1+0,5+0,5=4,1(m) Thể tích xây dựng của hố gom V=LxBxH=3,2x3,2x4,1=41,984(m) 3.4.2 Song chắn rác: Tính toán sông chắn rác gồm: Tính toán mương dẩn nước thải Tính toán song chắn rác a . tính toán mương dẩn nước thải: Mương dẩn nước thải tử hố gom đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật Chiều rộng B=0,4(m) Độ dốc i=0,0008(m) Vận tốc v=0,6(m/s) Độ đầy của mương dẫn h===0,28(m) Hình 3.2 : Song chắn rác b .Tính toán sông chắn rác . Chọn loại song chắn rác có kích thước khe hở là b=0,016(m)=16mm.Tiết diện ngang song chắn rác hình chữ nhật có kích thước rộng x dài=5x25mm Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn với Q=68,25 (l/s)chọn h=h=0,28(m) Bảng 3.4 :Thông số tính toán dựa vào bảng sau: Thông số Sông 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 5,0-15 25-38 25-50 30-40 0,3-0,6 152,4 5,0-15 25-38 15-76 0-30 0,6096-0,99 152,4 Số khe hở của song chắn rác n=xK=x1,05=27 khe n:số khe hở b:khoảng cách giữa các khe hở l=0,016(m) Q:lưu lượng lớn nhất của nước thải trong 1 giây 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 song chắn rác là:27-1=26(thanh) Chọn bề dày thanh chắn rác r=0,005m, chiều rộng toàn bộ thiết bị chắn rác là: B=r(r-1)+n.d=0,005.(27-1)+27.0,016=0,562(m) Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của trước song chắn rác ứng với Q=68,25 (l/s) để khắc phục khả năng đóng cặn khi vận tốc <0,4m/s V===0,43>0,4(m/s) =>thỏa mản điều kiện lắng cặn Tổn thất áp lực qua song chắn Trong đó: V:vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với chế độ Qlà V=0,6(m/s) K:hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn rác. K=2-3,chọn K=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, =60 Bảng 3.5:Hệ số để tính sức cản cục bộ của song chắn. Tiết diện của thanh a b c d e Hệ số 2.42 1,83 1,67 1,02 0,76 Chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn: Chọn gốc mở rộng của buồng đặt song chắn rác thường là:20 Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: Chiều dài phân mở rộng sau song chắn Chiều cao xây dựng của phần mương đặt song chắn rác. H =h+h+h=0,28+0,0242+0,5=0,8(m) Trong đó: h:chiều cao từ mực nước cao nhất đến sàn công tác,chọn h=0,5(m) Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác: L=l+l+l=0,22+0,11+1,17=1,5(m) Trong đó: l :chiều dài đoạn đặt song chắn rác có chiều rộng B ,l >=1(m) chọn l=1,17(m) Bảng 3.6:Khối lượng rác lấy từ song chắn rác có thể tính sơ bộ theo bảng sau: (TCXD 51-1984) Chiều rộng khe hở của song chắn rác (mm) Số lượng rác lấy ra từ song chắn rác 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 0,016m có hệ số chắn rác là a = 8(l/ng.năm) của trạm xử lý nước thải trong 1 ngày là: W===0,55(m) Rác được vận chuyển đến nơi xử lý rác. Trọng lượng rác ngày đêm được tính theo: P=W x G = 0,55 x750=412,5 (kg/ngđ) =0,4125 (t/ngđ) Trong đó : G :khối lượng riêng của rác ,G=750(kg/m) Trọng lượng rác từng giờ trong ngày đêm : P=x K=x 2=0,03(t) Trong đó: K :hệ số không điều hòa giờ của rác,chọn K=2 Hàm lượng TSS và BOD của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4-5%,còn lại : SS=C=458,3.(100-4)%=440(mg/l) BOD=250.(100-5)%=237,5(mg/l) Có bố trí lối đi lại có chiều rộng:1,2m Quanh song chắn rác chọn: Phía trước song chắn rác :1,5m (Theo điều 4.1.15,TCXD 51-1984) Số song chắn rác chọn là 2,trong đó 1 công tác,1 dự phòng. 3.4.3 Bể lắng cát ngang a. Chọn mương dẫn nước thải: là mương hình chữ nhật với Qcó Chiều rộng mương :B=0,4(m) Vận tốc nước :v=0,6(m/s) Độ đầy H===0,28(m) Độ dốc thủy 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 3.7: Các thông số đặt 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=0,21mm Hạt có D=0,15mm 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: L===4,03(m) Trong đó: V:tốc độ chuyển động của nước thải ở bể lắng cát ứng với lưu lượng lớn nhất, V=0,3(m/s) (điều 6.3.4TCXD 51-1984) H:độ sâu lớp nước trong bể lắng cát ngang, H=0,25-1m (Điều 6.3.4a TCXD 51-1984) chọn H=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 U=24,2 (mm/s) U:kích thước thủy lực của hạt cát.Ứng với cát có cỡ hạt d=0,25(mm) thì U=24,2(mm/s) Diện tích mặt thoáng F của nước thải trong bể lắng cát: F=K.=1,3 .=3,67(m) Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát ngang: B===0,9(m) Chọn 1 đơn nguyên,thì chiều ngang của 1 đơn nguyên B=0,9(m) Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang: W===1(m) Trong đó: P: lượng cát giữ lại trong bể lắng cát cho một người trong ngày đêm (Điều 6.3.5,TCXD 51-1984),P=0,02(l/ng.ngđ) T:chu kỳ xả cát <=2 ngđ(để tránh sự phân hủy cặn cát) chọn t=2 ngđ N:dân số tính toán N=25000 người Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát trong 1 ngđ h===0,28(m) 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 0,5x0,5m,sâu H+0,5=1,5 Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang : H=H+ h + h=0,25+0,28+0,554=1,084(m) Trong đó : h : khoảng cách từ mực nước đến thành bể,h=0,554 (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 thủy lực sẽ đưa hỗn hợp cát – nước đến sân phơi cát. Cát lấy ra khỏi bể lắng cát có chứa một 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 BOD của nước thải sau khi qua bể lắng cát giảm 4-5% và còn lại: C=C(100-4)% =440.96%=422,4 (mg/l) BOD=237,5(100-5)%=225,6( mg/l) Chọn số bể lắng cát hoạt động là 1 bể. Tính toán sân phơi cát: Diện tích hữu ích của sân phơi cát. F ===36,5(m) 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 là 36,5 m Kích thước mổi ô trong mặt bằng:L.B=6.6,15=37 m 3.4.4 Bể điều hòa: Bể điều hòa được đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng đợt I ,bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải,trong bể có hệ thống thổi khí để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ,tránh lắng cặn. Thông số thiết kế: Lượng nước vào :Q =Q=243,75 (m/h) Lượng nước ra :Q = Q =125 (m/h) Thời gian điều hòa khoảng 8h Thể tích hữu ích bể W= Q.t=125.8=1000(m) Trong đó: t :thời gian điều hòa nước thải sinh hoạt,chọn t=8h Q:lưu lượng lớn nhất giờ, Q=125 (m/h) Lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa được tính theo lưu lượng riêng của không khí. Q=W.D=1000.0,5=500 (mk/h) Trong đó : D :lưu lượng không khí trên 1mnước thải,D=0,5(m/m) Diện tích bể điều hòa được tính theo công thức: F ===142,8(m) Trong đó: I :cường độ thổi khí trên 1 m bề mặt làm thoáng trong khoảng thời gian 1h, I =4-7 m/m.h ,chọn I=7 m/m Chiều cao công tác của bể. H = ==7(m) Chọn số bể điều hòa là 1 chia làm 2 ngăn có kích thước như sau: Chọn F=2.L.B=2.8,925.8 b Tính hệ thống phân phối khí Giã sử khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí. Thiết bị sục khí làm bằng các ống có đục lỗ đường kính lỗ d=5mm cách nhau 5 cm,bố trí theo phương ngang,dọc theo hố trên các giá đỡ ở độ cao 8 cm so với đáy. Chọn vận tốc khí qua lỗ là:V=10m/s Lưu lượng khí qua lỗ là Tổng số lỗ phân phối khí cần thiết: (lỗ) Số lỗ mỗi ngăn là :n ==354 (lỗ) Số ống trong bể chọn là 6 ống mổi ống chứa 59 lỗ Chọn vận tốc khí đi qua ống phân phối V=12m/s,đường kính ống phân phối được tính như sau : Chọn ống phân phối khí dạng ống nhựa PVC có d=50mm Áp lực cần thiết cho hệ thống cấp khí nén xác định theo công thức: H=h+h+h+H=0,6+0,5+5=6,1(m HO) Trong đó : h:tổn thất do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn HO h:tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn khí tại các điểm uốn,khúc quanh các co, h+h không vượt quá 0,6 m HO h:tổn thất miện ra của thiết bị khuếch tán,0,5 m HO H:Thiết bị sục khí đặt chìm ở độ sâu mực nước 5 m HO 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 20 kg của công ty KOREA FLUID MACHINERY CO Công suất bơm nước từ bể điều hòa đến công trình phía sau: 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=10m với công suất là 102 (m/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=35(l/s) (Tra theo sách các bảng tính toán thủy lực của Nguyễn Thị Hồng) 3.4.5 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: L===16,67(m) Trong đó: V : tốc độ lắng tinh toán trung bình của hạt lơ lửng.Đối với bể lắng ngang và li tâm,v=5-10mm/s, chọn v =5mm/s H:chiều sâu tính toán của vùng lắng (từ mặt trên lớp trung hòa đến mặt thoáng của bể,theo TCXD 51-1984,điều 6.5.9,H=1,5-3,0m phụ thuộc vào công suất trạm,trong nhiều trường hợp có thể lấy đén 4m.chọn H=2 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. U: Độ thô thủy 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 51-1984).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 là 60% và nồng độ lơ lửng là 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 51-1984.Ứng với t=26C ta có = 0,88 Bảng 3.8:Thời gian lắng trong bình hình trụ (giây Hiệu quả lắng % Thời gian lắng t (s) trong bình hình trụ có chiều cao h=0,5m 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 3.9: Giá trị ứng với nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất (t) của nước thải (C) T(0C) 40 30 25 20 15 0,66 0,8 0,9 1,0 1,44 Bảng 3.10: 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 kết dính n =0,24 đối với các chất khoáng của hệ phân tán,có khối lượng riêng 2-3(g/m) n =0,5-0,6 đối với hạt cặn có khối lượng riêng 5-6(g/m) Chọn n=0,25 (KH/h) 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 51-1984,điều 6.5.4) Bảng 3.11: Trị số (KH/h) đối với các kiểu bể lắng Chiều cao H (m) Trị số (KH/h) 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=2m,(KH/h)=1,19 Diện tích tiết diện ướt của bể S = ==13,65m Trong đó : Qmax,s : Lưu lượng giây lớn nhất của nước thải, Qmax,s =68,25x106 mm3/s v :Tốc độ tính toán trung bình của nước thải, v =5 mm/s Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang là Chọn số ngăn trong bể là 1 ngăn rộng 7m 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 = 16,67 x 7 x 2 = 233.38 (m3) = Lưu lượng lớn nhất giờ, = 243,75 ( m3/h) Chiều cao xây dựng của bể lắng: Hxd = H + h1 + h2 + h3 = 2+ 0,3 + 0,4 + 0,3 = 3 (m). Trong đó: H : chiều cao công tác của bể, H = 2 (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 = 1 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 3.12: Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải bể lắng ngang 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 C=422,4 (mg/l) Với =>hiệu suất lắng là : E=53% U=0,5(mm/s) Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng I : C===198,6(mg/l) C>150mg/l :không đạt yêu cầu sau khi qua bể lắng I. Theo TCXD 51-1984, điều 6.5.3 qui định rằng :nồng độ chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng I đưa vào làm sạch sinh học không được vượt quá 150mg/l. Trong trường hợp đang xét, nồng độ chất lơ lửng C = 198,6 mg/l nên cần thực hiện giai đoạn làm thoáng sơ bộ để đạt điều kiện nêu 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 =75%(phụ lục) được tính theo công thức : C===105,6 (mg/l)<150(mg/l) Như vậy hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đến công trình xử lý sinh học 105,6(mg/l) < 150(mg/l), đạt yêu cầu quy định. Hàm lượng BOD của nước thải bằng : mg/l) Lượng bùn tươi sinh ra mổi ngày trong bể lắng I M=SS.Q.E%=440.10.3000.0,75=990(kg/ngày) 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 = 35 l/s( tra theo sách Các bảng tính toán thuỷ lực của Nguyễn Thị Hồng). 3.4.6 Bể aerotank Bể phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí hay còn gọi aerotank là thiết bị đóng vai trò then chốt trong quy trình xử lý nước thải có chức năng oxy hóa các chất ô nhiễm bằng các quá trình đồng hóa và dị hóa của các chủng loại vi sinh vật. Aerotank trong quy trình tính toán là dạng bể có chế độ thủy lực khuấy trộn hoàn chỉnh. Tỷ lệ dinh dưởng cần duy trì cho hoạt động ổn định của quần thể vi sinh vật trong Aerotank BOD :N :P=100 :5 :1. Nước từ bể lắng đợt I 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 3.13 : Tóm tắt các thông số cho bể Aerotank Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Các giá trị thông số thiết kế Lưu lượng nước vào bể trong một ngày Q m3/ngày 3000 SSvào Ca mg/l 105,6 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=3000(m/ngđ) Hàm lượng BOD trong nước thải dẫn vào Aerotank: L=135,4(mg/l) Hàm lượng BOD trong nước thải cần đạt sau xử lý là: L =30(mg/l) Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải dẫn vào Aerotank :C=105,6(mg/l) Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sau xử lý cần đạt : C = 30(mg/l) Nhiệt độ của nước thải :t=20C 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 hũy sinh học Chọn Aerotank kiểu xáo trộn hoàn toàn để tính toán thiết kế.Các thông số cơ bản : Thời gian lưu bùn : c =5-15 ngày Tỉ số F/M :0,2-0,6 kg/kg.ngày Tải trọng thể tích :0,8-1,92 kgBOD/m.ngày Nồng độ MLSS :2500-4000 mg/l Tỉ số thể tích bể/lưu lượng giờ:W/Q =3-5h Tỉ số tuần hoàn bùn hoạt tính : Q/Q=0,25-1,0 Tỉ số =0,68 3.4.6.1 Tính toán bể Aerotank gồm: Tính toán nồng độ COD hòa tan trong nước thải ở đầu ra theo quan hệ sau: BOD tổng=BOD hòa tan trong nước đầu ra + BOD của chất lơ lửng trong nước đầu ra. BOD của chất lơ lửng trong nước đầu ra được tinh như sau: Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: BS=SS .b= 0,6.30=18(mg/l) CHNO +5Oó 5CO+HO+NH+ E 113 160 x==1,42(mg/mg) 1 => x BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: BOD=BS.1,42mg O tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa=18.1,42=25,56(mg/l) BOD của chất rắn lơ lửng ở đầu ra =25,56 mg/l .0,68=17,38(mg/l) =>BOD hòa tan trong nước thải ở đầu ra (S) S =S +S ó30mg/l=BOD +17,38mg/l=> BOD =30-17,38=12,62(mg/l) 3.4.6.2 Xác định hiệu quả xử lý E: Hiệu quả xử lý tính theo BOD hòa tan: E =.100=.100=90,68% Hiệu quả xử lý tính theo tổng cộng: E =.100=.100=77,8% 3.4.6.3 Xác định thể tích bể Aerotank Thể tích tổng cộng bể Aerotank: W = ==394,7(m) Trong đó: :thời gian lưu bùn, =5-15 đối với nước thải đô thị.Chọn =10 ngày Q:lưu lượng trung bình ngày Y: hệ sản lượng bùn,đây là một 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 BOD. Chọn Y=0,6 S: BOD nước thải dòng vào Aerotank S: BOD hòa tan trong dòng ra Aerotank X:nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hổn 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 K: hệ số phân hủy nội bào,đây củng 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 K=0,06 ngày 3.4.6.4 Xác định kích thước bể Aerotank: Tổng diện tích mặt bằng của bể Aerotank F ===99 (m) Trong đó: H : chiều cao công tác của bể Aerotank, H=4m, chiều cao bảo vệ 0,5m Tổng chiều dài các hành lang của bể Aerotank L ===14,14(m) Trong đó: b .chiều rộng của mổi hành lang Aerotank, b=7m Chọn 1 đơn nguyên, chiều dài là 14,5m Thể tích xây dựng của bể Aerotank: W=L.b.(H+h)=14,5.7.(4+0,5)=457(m) 3.4.6.5 Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mổi ngày. Hệ số sản lượng quan sát: Y===0,375 Lượng sinh khối gia tăng mổi ngày tính theo MLVSS: P===138,13(kg/ngày) Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS: =>P===172,67(kg/ngày) Lượng bùn thải bỏ mổi ngày = Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS-Hàm lượng chất lơ lửng còn lại trong dòng ra. Lượng bùn thải bỏ mổi ngày =172,67-3000.30.10=82,67(kg/ngđ) 3.4.6.5 Xác định lưu lượng bùn thải: Giả sử bùn dư được thải bỏ(đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn,Q=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: Lưu lượng bùn dư thải bỏ: Q===18,9(m/ngày) Trong đó: :thời gian lưu bùn , =5-15 đối với nước thải đô thị. Chọn =10 ngày Q:lưu lượng bùn thải bỏ ,m/ngđ Q: lưu lượng nước xử lý ,coi như thất thoát không đáng kể nên Q=Q=3000 m/ngày W: thể tích bể Aerotank X :nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hổn hộp bùn hoạt tính,được tính bằng khối lượng chất bay hơi có trong tổng hàm lượng bùn.X=3500mg/l X=nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng,mg/l, X=a.C=0,8 .30=24(mg/l) 3.4.6.6 xác định tỉ số tuần hoàn: laéngII Qra Q Q+Qth Aeroten Xra Xo X Qth Xth Xth Qb Phương trình cân bằng vật chất cho bể Aerotank: Q.X+Q.X=( Q+ Q).X Trong đó: Q :lưu lượng nước thải Q :lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn. X :nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào Aerotank X :nồng độ VSS ở bể Aerotank ,X=3500(mg/l) X :nồng độ VSS trong bùn hoạt tính , X = 8000(mg/l) Giá trị X thường rất nhỏ so với X và X, do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng Q.X. Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng : Q X=(Q+Q).X Chia 2 vế phương trình này cho Q và đặt tỉ số Q/Q=( được gọi là tỉ số tuần hoàn),ta được: X=X. X Hay : ===0,78 Lưu lượng bùn tuần hoàn: Q=.Q=0,78.3000=2340(m/ngày) 3.4.6.7 Xác định thời gian lưu nước của Aerotank = ==0,132 (ngày)=3,2h 3.4.6.8 Xác định lượng oxy cấp cho bể Aerotank theo BOD: Khối lượng BOD xử lý mổi ngày: G =(135,4-).3000.10=350,5(kg/ngày) Tính lượng oxy yêu cầu: M = G - (1,42.P) =350,5-(1,42.138,13)=154,36(kg/ngđ) 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 % O theo trọng lượng và trọng lượng riêng của không khí ở 20C là 0,0118 kN/m=1.18 kg/m) là: =563,86(m/ngày) Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng: =7048,25( m /ngày)=4,9 (m/phút) Lượng không khí thiết kế để chọn máy nén khí sẽ là: 4,9 .2 =9,8(m/phút)=0,16(m/s) Chọn loại đĩa có đường kính 255mm Diện tích bề mặt f=0,1(m) Có cường độ thổi khí 4-8(m/h) Chọn q=6((m/h) Số đĩa khuếch tán khí: n ===96 (đĩa) Áp lực và công suất của hệ thông nén khí: Áp lực cân thiết cho hệ thống: H =h +h +h +H = 0,4+0,5+4=4,9m Trong đó: h :tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống h :tổn thất cục bộ h :tổn thất qua thiết bị phân phối H :chiều sâu hữu ích của bể Trong đó tổng h và h thường không vượt quá 0,4m. Chọn h+h=0,4m Áp lực không khí sẽ là: P ===1,47at Công suất máy nén khí: N ===8,09(kW) Trong đó: q :lưu lượng không khí n :hiệu suất máy khí nén khí,n=0,7-0,9,chọn n=0,8 Công suất thực của máy nén khí: N . =8,09 .1,5=12,135 (kW) Chọn 1 máy nén khí công suất 12,5(kW) Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ: = ==0,293(ngày) Tải trọng thể tích: L=.10=.10=1,03(kgBOD/mngày) Cả 2 giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép đối với arotank xáo trộn hoàn toàn:F/M=0,2-0,6kg/kg.ngày và tải trọng thể tích trong khoảng 0,8-1,92(BOD/m.ngày) Tính toán đường ống: Tính toán đường ống dẫn khí: Chọn vận tốc trong ống dẫn chính :V=12m/s Lưu lượng khí cần cấp Q=0,16m/s Sử dụng một ống cấp khí chính Đường kính ống phân phối chính: D ===0,13m Chọn loại ống sắt tráng kẽm D=130mm Từ ống chính ta dẫn vào ống nhánh để cấp khí cho bể,lưu lượng khí cho mổi ống nhánh q===0,08(m/s) chọn vận tốc trong ống nhánh,v=11(m/s) Đường kính ống nhánh: d ===0,096m Chọn loại ống thép tráng kẽm có d=96mm Mỗi ống nhánh có phân ra thêm 2 ống nhánh,v=10m/s Đường kính ống nhánh d===0,07m chọn ống có đường kính d=70mm 3.4.7 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 II là giử các cặn bùn lại bể dưới dạng cặn lắng. 3.4.7.1 Tính toán kích thước bể: Bảng 3.14: các thông số thiêt 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 II dựa vào các thông số cho trên bảng: Diện tích mặt thoáng của bể lắng đợt II trên mặt bằng ứng với lưu lượng trung bình: F ===136.36(m) Trong đó: Q :lưu lượng trung bình ngày đêm, Q=3000 (m/ngđ) L :Tải trong bề mặt ứng với lưu lượng trung bình ,lấy theo bảng (L=22 m/m.ngđ). Diện tích mặt thoáng của bể trên mặt bằng ứng với lưu lượng lớn nhất. F = ==81,8 (m) Trong đó: Q : lưu lượng lớn nhất ngày đêm , Q=3600 (m/ngđ) L: Tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng lớn nhất ,lấy theo bảng, L=44( m/m.ngđ) Diện tích mặt thoáng của bể trên mặt bằng ứng với tải trọng chất rắn lớn nhất: F = ==155(m) Q=243,75m/h: Lưu lượng lớn nhất giờ Q :lưu lượng nước bùn tuần hoàn lớn nhất giờ: Q=0,78 x Q=0,78 x243,75=190,1(m/h) X :nồng độ VSS trong nước thải vào bể lắng,X=3500mg/l L :tải trọng bề mặt ứng với lưu lượng trung bình,lấy theo bảng L=9,8kg/m.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 F=155(m) Đường kính của bể lắng đợt II: D ===14,05(m) Chọn D=15m Đường kính ống trung tâm: d =20%D=20%.15=3(m) Diện tích buồng phân phối trung tâm f = .= .=7,06m Diện tích vùng lắng của bể S =F-f=155-7,06=148(m) Đường kính tấm hướng dòng D=1,3.d=1,3.3=3,9m Chiều cao xây dựng: H=H+h+h+h+h=2,58+0,3+0,5+0,4+0,63=4,41(m) Trong đó: h :chiều cao trung hòa, h=0,3m h :chiều cao lớp bùn trong bể lắng, h=0,5 h:chiều cao bảo vệ tính từ mực nước cao nhất đến thành bể, h=0,4m chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 1:12 về tâm h =.=.=0,63m H :chiều cao lớp nước trong,H=2,58m Chiều cao ống trung tâm: h =60%.H=60%.4,41=2,65(m) Tải trọng thủy lực: a ===19,35(m/m.ngày) Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể v ===0,8(m/h) 3.4.7.2 Tính toán máng thu nước: Máng thu nước đặt ở vòng tròn xung quanh bể,có đường kính bằng 0,9 đường kính bể D=0,9.D=0,9.14,05=12,645m,chọn=13m Chiều cao máng thu nước,chọn 0,35m Chiều dài máng thu nước đặt theo chu vi bể L =. D=.13=40,84m Tải trọng thu nước trên bề mặt máng tràng a===73,46(m/m.ngày) Hình 3.3: Cấu tạo máng tràng 3.4.7.3 Tính toán lượng bùn trong bể Tải trọng bùn L===6,778(kg/m.h)(4,8-6,8kg/m.h) Thể tích phần chứa bùn V=F.h=155.0,5=77,5(m) Nồng độ bùn trong bể: C===7500(g/m) Trong đó: C:nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, C=10000(g/m) C :nồng độ bùn hoạt tính theo thời gian lắng, C=1/2 C=5000g/m Lượng bùn chứa trong bể G=V.C=77,5.7,5=581,3(kg) 3.4.7.4 Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể: Dung tích bể lắng V=H.F=4.155=620(m) Thời gian lưu nước t ===2,8h Thời gian lưu bùn t===0,79h 3.4.7.5 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=35l/s (tra theo sách các bảng tính toán thủy lực của Nguyễ thị Hồng). 3.4.7.6 Chọn bơm bùn : Bơm bùn dư xả đến sân phơi bùn Chọn 2 bơm hoạt động luân phiên nhau Cột áp bơm,H=10mHO Lưu lượng mổi bơm,Q=3,3m/ngày Một ngày bơm 3h Công suất bơm : N ===0,04(kW) Công suất thực của bơm : N.=0,04.1,75=0,07(kW)==0,09(Hp) Chọn bơm có công suất là 0,09Hp Bơm bùn tuần hoàn Bơm bùn trở lại bể Aerotank : Chọn 2 bơm nước thải hoạt động luân phiên nhau Cột áp bơm ,H=10mHO Lưu lượng bùn tuần hoàn Q=2340m/ngày Thời gian làm việc 24h/ngày Công suất bơm N ===3,82(kW) Công suất thực của bơm : N.=3,82.1,75=6,685(kW)==8,9(Hp) Chọn bơm có công suất là 9(Hp) 3.4.8 Tính toán máng trộn và bể tiếp xúc,khử trùng: 3.4.8.1 Tính toán lượng hóa chất cần sử dụng để khử trùng. Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được xác định theo công thức: Y = Trong đó: Q :lưu lượng tính toán Q =243,75 (m/h) Q =125 (m/h) a :liều lượng hoạt tính lấy theo điều 6.20.3 TCXD 51-1984 a =10 g/m với nước thải sau xử lý cơ học a =5 g/m với nước thải sau xử lý sinh học không hoàn toàn a =3 g/m với nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn. Ứng với từng lưu lượng tính toán ,xác định lượng Clo hoạt tính tương ứng cần thiết để khử trùng : Y ===0,73(kg/h) Y ===0,375(kg/h) Để xáo trộn hơi Clo và nước công tác ,sử dụng thiết bị Clorator chân không. Bảng 3.15: Đặc tính kỹ thuật của một kiểu Clorator chân không (Loni-100) Công suất theo Clo hơi (kg/h) Áp lực nước trước ejector (kg/h) Độ dâng nước sau ejector (m cột nước) Lưu lượng nước (m/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 0,375-0,73 kg/h,1 công tác 1 dự phòng với các đặc tính kỹ thuật như sau: Áp lực nước trước Ejector :2,5 kg/h Lưu lượng nước :2 m/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 3.16: 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 kỹ 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 :47 kg Số thùng chứa Clo cần dự trử cho nhu cầu sử dụng trong ½ tháng. N ===3,6 (thùng) Chọn 4 thùng chứa trong các kho có vách ngăn cách độc lập với các clorator.Vận chuyển dùng xe chuyên dụng. Nước từ Clorator được dẩn 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 thủy lực. 3.4.8.2 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 máng trộn được tính toán phụ thuộc vào lưu lượng nước thải. Kích thước mẫu được tính sẵn và ghi trong bảng Bảng 3.17: 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: F ===0,085 m Trong đó: Q: Lưu lượng tính toán lớn nhất giây, Q=68,25(l/s)=0,06825(m/s) V :tốc độ của nước thải trong máng trộn, v=0,8-0,9 m/s. Vậy ta chọn kích thước cơ bản của máng trộn kiểu lượn như sau: L =3000mm b =300mm l =2130mm b =240mm b =400mm b =200mm h =700mm b =170mm h =1030mm Chiều sâu lớp nước sau máng trộn: H= ==0,2m Tổn thất áp lực qua mổi khe lượn được tính theo công thức: h =a.= 2,5. =0,08m 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 v :tốc độ chuyễn động của nước qua khe lượn , v=0,8m/s Diện tích tiết diện ngang của mổi khe lượn: F===0,085m Chiều sâu lớp nước trước các khe lượn được xác định như sau: Trước khe lượn thứ I (tính từ phía cuối trước) H ===0,28m Trước khe lượn thứ II H===0,35m Trước khe lượn thứ III H==0,425m Trước khe lượn thứ IV H===0,5m Hình 3.4: Cấu tạo máng trộn kiểu lượn 3.4.8.4 Tính toán bể tiếp xúc Nhiệm vụ của bể tiếp xúc khử trùng là phân bố đều hàm lượng Clo vào nước thải nhằn tạo điều kiện tiếp xúc giữa hợp chất có khả năng oxy hóa 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 khoảng 14-45 phút,chọn t=30 phút. Dạng bể tính toán là bể tiếp xúc kiểu bể lắng ngang nhưng không có thiết bị gạt cặn. Dung tích hữu ích của bể: W=Q.t =125.0,5=62,5(m) Diện tích mặt thoáng hữu ích của bể tiếp xúc: F ===41,67(m) Chọn chiều dài của bể là 9m Chiều rộng của bể là: B===5(m) Đáy bể tiếp xúc có độ dốc I=0,02% để gom các chất cặn về hố thu ở đầu mổi ngăn Nguồn nước thải sau khi đã được đi qua bể tiếp xúc thì được thải ra sông,hồ…thải ra nguồn tiếp nhận. 3.4.8.5 Công trình xả nước thải ra nguồn tiếp nhận Nguồn tiếp nhận là sông Trà Khúc.Trạm xử lý nước thải được xây dựng gần khu vực sông. Chọn công trình xả nước thải ngay bờ sông. Về phương diện xáo trộn thủy lực sẽ kém hiệu quả hơn nếu xả thải bằng công trình giữa lòng sông ,nhưng về mặt thi công lắp đặt và quản lý vận hành sẽ đơn giản hơn. Hình 3.5: Cửa xả nước thải 3.4.9 Bể gom bùn Chứa bùn tuần hoàn để bơm vào bể Aerotank và bùn dư thì 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 :t =30 phút Chọn thời gian lưu tại ngăn chứa bùn dư:t=1 ngày Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn: Vậy kích thước bể là LxBxH=6x6x(5,42+0,4) Thể tích ngăn chứa bùn dư Vậy kích thước bể là:LxBxH=2x0,66x(2,2+0,3) 3.4.10 Sân phơi bùn: Sân phơi bùn là khu đất xốp hình chữ nhật,xung quanh có bờ chắn Cặn lắng từ bể lắng I,từ bể gom có độ ẩm khoảng 96% được đưa tới sân phơi bùn 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: Q=18,8 m/ngày Lượng cặn lắng ở bể lắng II:Q=Q=3,3 m/ngày Lượng cặn tổng cộng đưa vào bể: L =18,8+3,3=22,1 m/ngày Thể tích hữu ích của sân phơi: W =22,1 x15=331,5m Trong thời gian phơi là 15 ngày Diện tích hữu ích của sân phơi Trong đó 0,25 là lớp cặn bùn trong sân phơi bùn ứng với mỗi đợt xả bùn,h=0,2-0,3,chọn h=0,25m 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 11 sân phơi. Mổi sân có diện tích là:LxB=11x13,7 Bảng 3.18: 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 6-12m 6m 25cm 0,3-1,1mm <0,4 30cm 3,2-25mm 100mm 1% 30-45cm 3.5 Bố trí mặt bằng trạm xử lý nước thải và cao trình xây dựng các hạng mục Bố trí mặt bằng trạm xử lý nước thải Bảng 3.19: Tiêu chuẩn đất xây dựng công trình làm sạch nước thải sinh hoạt Công suất của công trình (x1000m/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 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 3000m/ngđ,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 1 ha,kể cả nhu cầu mở rộng trong tương lai và khoảng cách ly vệ sinh với cộng đồng dân cư khu vực xung quanh Cao trình xây dựng các hạng mục Bảng 3.20: 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 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 4: DỰ TOÁN TỔNG KINH PHÍ ĐẦU TƯ XÂY DỰNG VÀ QUẢN LÝ VẬN HÀNH TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI 4.1 Vốn đầu tư cho từng hạng mục 4.1.1 Phần Xây Dựng Bảng 4.1: Vốn đầu tư cho 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 I Bể điều hòa Aerotank Bể lắng ly tâm đợt II Bể tiếp xúc,khử trùng Bể chứa bùn Sân phơi bùn Nhà điều hành 41,98 4,627 227,7 1000 445,5 620 62,5 198,3 1326 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 75,564 8,33 409,86 1800 801,9 1116 112,5 356,94 331,5 75 TỔNG (1) 5087,6 4.1.2 Phần thiết bị Bảng 4.2: Vốn đầu tư cho phần thiết bị. Công trình Số lượng Đơn giá (triệu) Thành tiền (triệu) Song chắn rác (Việt Nam) 2 2 2 Máy thổi khí 3 và 2 hp 4 26 104 Bơm nước thải Q=25m/h,H=8-10 2 25 50 Thùng chứa dung dịch clorine+mấy khuấy 1hp 4 5 20 Mô tơ quay 2 hp 2 14 28 Bơm bùn 1,55hp 2 30 90 Bơm định lượng hóa chất dung dịch chlorine 2 18 36 Thiết bị gạt bùn(thiết bị 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 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 2 501 Tổng chi phí đầu tư xây dựng và trang bị máy móc Trong đó: C1 : Chi phí xây dựng C2 : Chi phí thiết bị 4.2 Chi phí quản lý vận hành 4.2.1 Chi phí hóa chất Chi phí hóa chất chủ yếu tốn cho Clo Tiền =khối lượng x đơn giá = 0,375x24x365x1500=4927500đ 4.2.2 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 của hệ thống là 10kW/ngày(bao gồm cả bể làm thoáng sơ bộ,bể Aerotank…)trong 1 năm tiêu thụ 10x365=3650kW/năm Chi phí điện năng 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 S=3 x 3(triệu)=9(triệu/tháng) Lương kỹ thuật viên S=3 x 1,5(triệu)=4,5(triệu/tháng) 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) =>tổng chi phí quản lý vận hành 252,2 triệu/năm 4.3 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 10 năm hoàn vốn=>558,86triệu/năm Tổng I = tổng C +tổng M = 558.86+252.2=811.06 Giá thành xử lý 1m nước thải T = tổng I / Q =( 811,06x10^6 )/(3000x365)= 740,7 đồng/m3 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 : Kết luận Trên cơ sở lý thuyết và điều kiện thực tế của 2 phường Trần Hưng Đạo và Phường Nguyễn Nghiêm-Quãng Ngãi,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: 5.1.1 Khía cạnh môi trường: Về mặt môi trường ,hệ thống đảm bảo nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt tiêu chuẩn cho phép QCVN 14:2008 (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt) 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 triên bền vững của môi trường. 5.1.2 Khía cạnh kinh tế của hệ thống xử lý: Chi phí đầu tư cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải khoảng 5588,6 tỷ.Công tác quản lý vận hành khoảng 252,2 triệu/năm.Trên thực tế cần xem xét kỹ thuật 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. 5.1.3 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 chuẫn 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. 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 thin về mặt kinh tế.Trên thực tế cần nghiên cứu kỹ hơn về điều kiện thực tế của 2 phường để có thể đưa ra hướng giải quyết tối ưu. TÀI LIỆU THAM KHẢO Lâm Minh Triết-Nguyễn Thanh Hùng-Nguyễn Phước Dân-Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.Tính toán thiết kế công trình-CEFINEA.Viện tài nguyên môi trường 2001 TS.Trịnh Xuân Lai-Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp Sổ tay xử lý nước-Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường Giáo trình xử lý nước thải-Lâm Vĩnh Sơn