Đề tài Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải cho khu tái định cư Mỹ Dinh - Cần Giuộc, công suất 160m3/ngày

ắng trong bể lắng đứng: Htt = v*t = 0,0005*2*3600 = 3,6 (m) Trong đó: v  : Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng 2, v = 0,0005 m/s (Điều 6.5.6 – TCXD 51 – 2006). t : Thời gian lắng, chọn t = 2h - Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng: *tg50O = 1,37(m) chọn hn = 1,4 (m) Trong đó: h2 : Chiều cao lớp trung hoà (m); h3 : Chiều cao giả định lớp cặn trong bể (m); D : Đường kính bể lắng, D = 2,8 (m); dn : Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,5 (m); a : Góc tạo bởi đáy bể và mặt ngang, lấy không nhỏ hơn 500 (Điều 6.5.9 – TCXD 51 - 2006) Chọn a = 50o. - Chiều cao tổng cộng của bể: H = htt + hn + hbv = 3,6 + 1,4 + 0,3 = 5,3 (m) Trong đó: htt : Chiều cao tính toán của vùng lắng; hbv : Chiều cao từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,3 (m); hn : Chiều cao phần hình nón. Ø Tính toán kích thước ống trung tâm - Đường kính của ống trung tâm: Dtt = = = 0,44 (m) Chọn ống thép có F = 440 (mm) làm ống trung tâm. - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của bể và bằng 3,6 (m) - Đường kính phần loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm: dl = Hl = 1,35*d = 1,35*0,44 = 0,594 (m) - Đường kính tấm chắn dòng: Dc = 1,3*dl = 1,3*0,594 = 0,7722(m) Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe ống trung tâm đến mép ngoài cùng của tấm chắn theo mặt phẳng qua trục: = = 0,05(m) Trong đó: vk : Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk £ 20 (mm/s). Chọn vk = 20 (mm/s) = 0,02 (m/s) dn : Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 1 (m) Tính toán máng thu nước Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. Đường kính máng thu nước: Dm = 0,8 ´ D = 0,8 ´ 2,8 = 2,24 (m) - Chiều rộng máng thu nước: = 0,28(m) - Chiều cao máng: hm = 0,3 (m). - Diện tích mặt cắt ngang của máng: Fm = Bm ´hm = 0,28 ´ 0,3 = 0,084 (m) Chiều dài máng thu : Lm = p ´ Dm = 3,14 ´ 2,24 = 7,0336 (m). Tải trọng thu nước trên 1(m) chiều dài của máng : a = = = 37,3 (m3/m.ngày) aL = 37,3 nằm trong giới hạn cho phép (theo tài liệu tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai) Tính răng cưa trên máng thu Đường kính máng thu có răng cưa Drc = Dm = 2,24 (m) Chiều dài máng thu có răng cưa. Lm = p ´ Drc = 3,14 ´ 2,24 = 7,034 (m) Máng răng cưa xẻ khe thu nước chữ V, góc 900, chiều cao khe là 100 (mm), bề rộng mỗi khe là 200 (mm), hai khe kế tiếp cách nhau một khoảng 225 (mm), vậy trên 1(m)chiều dài có 1.000/225 = 4,4 khe , máng dài 7,034 (m), vậy có 31 khe xẻ chữ V . Chiều cao máng răng cưa là 200 (mm), bề dày máng răng cưa là 5 (mm), máng được bắt dính với thành bể lắng bằng bu lông và khe dịch chuyển. Tính ống dẫn nước thải, ống dẫn bùn - Đường kính ống dẫn nước vào lấy bằng đường kính ống dẫn ra từ bể Aerotank Dvào = 60 (mm). - Ống dẫn nước thải ra Đường kính ống thu nước: = 0,087 (m) Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải trung bình theo giây, Q = 0,003 (m3/s); v: Vận tốc nước trong ống thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 0,9 (m/s) ) à chọn v = 0,5 (m/s). Vậy chọn ống PVC có F = 90 (mm) để thu nước sau lắng - Ống dẫn bùn: Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1 (m/s) Lưu lượng bùn: Qb = Qt + Qw = 4,25 + 0,032 = 4,282 ( m3/h) Trong đó: Qt: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn về bể Aerotank Qt = 102,4 (m3/ngày) = 4,25 (m3/h) Qw: Lưu lượng bùn dư từ bể Aerotank Qw = 0,77 (m3/ngày) = 0,032 (m3/h) Đường kính ống dẫn là: D = = = 0,04 (m) Chọn ống nhựa PVC đường kính ống = 42 (mm). Tính bơm bùn tuần hoàn Lưu lượng bơm: Qt = 102,4 (m3/ngày) = 4,25 (m3/h) = 0,001186 (m3/s). Cột áp của bơm: H = 10 (m) Công suất bơm: N = = = 0,15 (Kw ) Trong đó: h: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 - 0,93 , chọn h= 0,8; : Khối lượng riêng của nước 1.000 kg/m3. Chọn bơm bùn lắng là loại bơm ly tâm trục ngang, Công suất 200 (W). Bảng 4.9 Bảng tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng 2 (bể lắng đứng) Các thông số tính toán Kí hiệu Giá trị Đơn vị Đường kính bể lắng D 2,8 m Đường kính ống trung tâm dtt 0,44 m Chiều cao ống trung tâm h 3,6 m Chiều cao vùng lắng htt 3,6 m Chiều cao phần hình nón Hn 1,4 m Chiều cao tổng cộng của bể H 5,3 m Đường kính tấm chắn dòng Dc 0,772 m Đường kính miệng ống loe DL 0,594 m Chiều cao phần loe HL 0,594 m Đường kính máng thu nước Dm 2,24 m Chiều dài máng thu nước Lm 7,034 m Chiều cao của máng h 0,2 m Số bể lắng 01 Bể 4.2.7 Bể trung gian v Nhieäm vuï Laø nôi löu nöôùc sau laéng. Nöôùc töø ñaây seõ ñöôïc bôm ñeán beå loïc aùp löïc. v Tính toaùn Tính toaùn kích thöôùc beå Thời gian lưu nước t = 15 phút (qui phạm 10 – 15 phút). Theå tích beå: V = Q * t = 6,67* = 1,7 (m3) Choïn kích thöôùc caùc caïnh cuûa beå: L x B x H Chieàu cao : H = 1,7 m Chieàu roäng : B = 1 m Chieàu daøi : L = 1,5 m Chieàu cao baûo veä: hbv = 0,3 m Chieàu cao xaây döïng cuûa beå: Hxd = 1,7 + 0,3 = 2 m Theå tích thöïc cuûa beå: Vt = 1 x 1,5 x 2,5 = 3 m3 v Vật liệu xây dựng Chọn vật liệu xây dựng bể là BTCT M250, thành dày 200mm, bản đáy dày 300 mm Ø Bơm nước lên bể lọc áp lực Chọn bơm trục ngang loại ly tâm chịu được môi trường nước thải. Cột áp tổng cộng mà bơm thắng được là : H = 10 m. Công suất bơm : Trong đó: qb : Lưu lượng bơm, qb = 0,00185 (m3/s). : Khối lượng riêng của dung dịch; chọn p = 1050 kg/m3 g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. H : Cột áp bơm, H =10 m. : Hiệu suất chung của bơm = 0,65 – 0,8. Chọn h = 0,65. N = = = 0,29 kw = 0,39 (Hp) Vậy chọn bơm có công suất: N = 0,5 Hp. Ø Đường ống dẫn nước vào bể lọc áp lực Vận tốc dòng chảy trong ống có áp là v = 0,7 – 1,5 m/s. Chọn v=1,0 m/s. Đường kính ống dẫn nước: D = = = 0,049 (m) Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống: V= = = 0,98 m/s ≈ 1 m/s à thõa điều kiện. Vậy chọn ống dẫn nước vào bể lọc áp lực là ống nhựa PVC có 49mm. Baûng 4.10 Baûng toùm taét caùc thoâng soá thieát keá beå trung gian. Caùc thoâng soá tính toaùn Kí hieäu Giaù trò Ñôn vò Theå tích xaây döïng Vt 3 m3 Chieàu cao toång coäng cuûa beå H 2 m Chieàu roäng beå B 1 m Chieàu daøi beå L 1,5 m Bồn lọc áp lực v Nhiệm vụ Bể lọc được dùng để giữ lại một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước, khử các hạt mịn vô cơ và hữu cơ. Nước được bơm từ bể trung gian qua ống phân phối vào bể lọc, qua lớp vật liệu lọc, lớp sỏi đỡ vào hệ thống thu nước trong và được đưa về bể khử trùng. v Tính toán Tính toán kích thước bồn lọc Chọn bể lọc áp lực 2 lớp: (1) Than Anthracite và (2) Cát thạch anh. Chọn: Chiều cao lớp cát h1 = 0,3 m có đường kính hiệu quả de = 0,8 mm, hệ số đồng nhất U = 1,6; Chiều cao lớp than h2 = 0,6 m có đường kính hiệu quả de =2,2 mm, hệ số đồng nhất U = 1,5. Tốc độ lọc v = 12 m/h, số bể n = 2 bể. Bảng 4.11 Kích thước vật liệu lọc Đặc tính Giá trị Giá trị đặc trưng Antracite Chiều cao h (m) Đường kính hiệu quả de (mm) Hệ số đồng nhất U Cát Chiều cao h (m) Đường kính hiệu quả de (mm) Hệ số đồng nhất U Tốc độ lọc v (m/h) 0,3 – 0,6 0,8 – 2.2 1,3 – 1,8 0,15 – 0,3 0,4 – 0,8 1,2 – 1,6 5 – 24 0,45 1,2 1,6 0,3 0,5 1,5 12 Diện tích bề mặt bể lọc : = 0,56 m2 Xây dựng 2 bồn lọc hoạt động và rửa luân phiên nhau Đường kính bể lọc áp lực: D = = = 0,84 (m) ® Vậy chọn đường kính của bồn lọc áp lực là 900 mm - Chiều cao tổng cộng của bể lọc áp lực H = h + HVL + hđỡ + hthu + hnắp = 0,7 + (0,3 + 0,6) + 0,2 + 0,2 + 0,2 = 2,2 m Trong đó: hđỡ : Chiều cao lớp sỏi đỡ , hđỡ = 0,2 m (qui phạm 0,15 – 0,2 m); hthu : Chiều cao phần thu nước (tính từ mặt chụp lọc đến đáy bể). hnắp : chiều cao nắp bể (tính từ phễu thu đến phần đỉnh bồn lọc). h : Khoảng cách từ mặt trên của lớp than đến phễu thu nước rửa lọc, tính theo công thức: h = e(hđỡ+HVL) = 0,5(0,2+0,3+0,9) = 0,7 (m) Với: e : Độ giản nở lớp vật liệu khi rửa ngược: e = 0,5 (m); [theo XLNT LVS trang 60] Chọn thiết bị có 3 chân, đường kính chân: dc =114 mm, dày 3 mm; khoảng cách từ bề mặt đặt thiết bị đến đáy dưới thiết bị: h0 = 0,5 (m) Thu nước sau lọc bằng hệ thống chụp lọc. Ø Tính toán sàn chụp lọc Chụp lọc được làm bằng vật liệu nhựa ABS, loại chụp lọc chuôi ngắn Chụp lọc có đường kính là 30 mm, chiều rộng của khe chụp là 0,7 mm Vật liệu sàn chụp lọc là thép không gỉ Sàn có khoan lỗ để gắn các chụp lọc Với đường kính bồn lọc là 900 mm, bố trí chụp lọc trên 4 đường tròn đồng tâm, mỗi đường tròn cách nhau 100 mm. Các chụp lọc trên 1 đường tròn bố trí cách nhau 1 cung khoảng 150 mm. Như vậy, số chụp lọc được bố trí trên 1 đường tròn được tính theo công thức: Trong dó: CV : là chu vi của từng đường tròn Các đường tròn Đường kính của đường tròn Chu vi của đường tròn Số chụp lọc bố trí Tại vị trí tâm 1 cái Đường tròn 1 100 mm 314 mm 2 cái Đường tròn 2 300 mm 942 mm 6 cái Đường tròn 3 500 mm 1570 mm 10 cái Đường tròn 4 700 mm 2198 mm 15cái Tổng cộng 71 cái Số chụp lọc trên 1 m2 diện tích sàn = 71/0,63585 = 36 (cái) ( 30÷40 chụp lọc, theo mục 6.122 TCXD 33:2006) Số chụp lọc trong 1 bồn lọc là 71 cái. Trên đầu chụp lọc, đổ một lớp sỏi đỡ đường kính 2 – 4 mm, dày 15 – 20 cm để ngăn ngừa cát chui vào khe gây tắc nghẽn. Ø Tính toán hệ thống phân phối nước rửa lọc - Dựa vào Bảng 4.12 và đường kính hiệu quả của cát và than Anthracite có thể chọn tốc độ rửa nước vnước = 0,5 m3/m2. phút Rửa ngược bằng nước trong thời gian t = 4 ÷ 5 phút với tốc độ vnước = 0,5 m3/m2. phút. Lượng nước cần thiết để rửa ngược cho 1 bể lọc: Wn = A1*vn*t = 0,56*0,5*5= 1,4 m3 Bảng 4.12 Tốc độ rửa ngược bằng nước và khí đối với bể lọc cát một lớp và lọc Anthracite Vật liệu lọc Đặc tính vật liệu lọc Tốc độ rửa ngược m3/m2.phút Đường kính hiệu quả de, mm Hệ số đồng nhất U Nước Khí Cát Anthracite 0,5 0,7 1,00 1,49 2,19 1,10 1,34 2,00 1,4 1,4 1,4 1,4 1,3 1,73 1,49 1,53 0,15 0,26 0,41 0,61 0,81 0,29 0,41 0,61 0,5 0,8 1,3 2,0 2,6 0,7 1,3 2,0 Lưu lượng bơm nước rửa ngược cho 1 bể lọc trong 1 lần rửa : Qrửa = A1*vn = 0,56* 0,5 = 0,28 m3/phút = 16,8 m3/h Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc sạch (đầu chu kỳ lọc) được xác định theo công thức Hazen : Trong đó: C : Hệ số nén ép, C = 600 ÷1.200 tuỳ thuộc vào tính đồng nhất và sạch. Chọn C = 1.000; t0 : Nhiệt độ của nước 0C. Chọn t = 25 0C ; d10 : Đường kính hiệu quả của vật liệu lọc, mm ; Lớp lọc cát: d10 = 0,8 mm Lớp lọc Anthracite: d10 = 2,2 mm vh : Tốc độ lọc, m/h. Chọn vh = 6 m/h; L : Chiều dày lớp vật liệu lọc, m. Đối với lớp lọc cát H1 = * * *6*24 = 0,047 m Đối với lớp lọc Anthracite: H2 = * * * 6 * 24 = 0,0123 m Tổn thất áp lực qua 2 lớp vật liệu lọc : H = 0,047 + 0,0123 = 0,06 m. Thể tích lớp cát : Vc = A x hc = 0,56*0,3 = 0,168 m3. Thể tích lớp than : Vt = A x ht = 0,56*0,6 = 0,336 m3. Tính toán đường ống Đường kính ống dẫn nước vào bể: Dv = 49 mm. Nước dùng để rửa ngược cho bể lọc lấy từ bể chứa nước sạch. Đường kính ống dẫn nước rửa lọc: chọn vận tốc nước chảy trong ống dẫn vr = 2m/s Drửa = = = 0,055 m Chọn ống dẫn nước rửa bằng nhựa PVC có đường kính 60 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống v = = = = 1,65(m/s) (nằm trong giới hạn cho phép 2 m/s) - Đường kính ống dẫn nước sau bể lọc = Đường kính ống dẫn nước vào bể lọc = 49mm - Nước sau khi rửa được dẫn về hố thu để tiếp tục xử lý - Đường kính ống thu nước rửa lọc = đường kính ống xả đáy bồn = đường kính ống dẫn nước rửa lọc = 60mm Ø Tính bơm nước rửa lọc Dựa vào hai thông số cơ bản là: lưu lượng nước rửa lọc (Qr) và áp lực cần thiết của máy bơm (Hr) Lưu lượng nước rửa lọc Qr= 0,0047 (m3/s) Áp lực cần thiết của máy bơm xác định theo công thức sau: Hr = hhh++ hp+ hs + hvl +bbm +hcb = 4 + 0,5 + 4,2 + 0,01 + (0,047+0,0123) + 3,5 + 2,4 = 14,63m Trong đó: hhh: Độ cao hình học tính từ mực nước thấp nhất đến mép phễu thu nước rửa lọc, hhh=4m : Tổn thất áp lực trên đường ống dẫn nước từ trạm bơm đến bể lọc, chọn = 0,5m hp: Tổn thất áp lực trong hệ thống phân phối nước rửa lọc, được tính theo công thức sau: = 4,2 m Với: v0 tốc độ nước chảy đầu ống chính: 2m/s vn: Tốc độ nước chảy đầu ống nhánh: 2,5m/s g; Gia tốc trọng trường: 9,81m/s2 :hệ số sức cản, tính theo công thức sau , ( Kw: tỉ số giữa tổng diện tích các lỗ trên ống (0,00118 m2) và diện tích tiết diện ngang của ống chính (0,00337m2), Kw= 0,35) hs: Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ: hs = * * *6*24 = 0,01 m - hc: Tổn thất áp lực qua lớp cát lọc: hc = 0,047 m - ht : tổn thất áp lực qua lớp than ht = 0,0123 m hbm: Áp lực để phá vỡ kết cấu ban đầu, của lớp cát lọc và than : 2+1,5 m hcp: Tổng tổn thất cục bộ ở các bộ phận nối ống và van khóa, xác định theo công thức: : Tổn thất áp lực qua cút = 0,98; khóa=0,26; tê=0,92. v: Vận tốc nước chảy trong ống; v=2m/s Công suất bơm: N = = = 0,96 (kw) Trong đó: Q = 0,0078 m3/s : lưu lượng nước dùng rửa lọc H = 14,78 m: cột áp của bơm = 998 kg/m3: khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ làm việc = 0,7 : hiệu suất chung của bơm Vậy chọn bơm có công suất 1 kW, với lưu lượng là 17 m3/h và cột áp là 17m, hãng sản xuất Tsurumi – Nhật Bảng 4.13 Thông số kích thước bể lọc STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng nước rửa lọc m3/s 0,0047 2 Chiều cao bể lọc m 2,4 3 Đường kính bể lọc m 0,9 4 Chiều cao lớp sỏi m 0,2 5 Chiều cao lớp cát m 0,3 6 Chiều cao lớp than m 0,6 Bể khử trùng v Nhiệm vụ Sau các công đoạn xử lý khác nhau, nước thải có khả năng gây nhiễm vi sinh là rất cao, đặc biệt là các vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm cho con người vì vậy cần tiêu diệt, loại bỏ chúng ra khỏi nước trước khi xả thải vào môi trường. Bể khử trùng thực hiện các công đoạn hòa trộn hóa chất khử trùng là dung dịch Chlorine vào nước để tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh. Để thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải, sử dụng dung dịch Chlorine vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả chấp nhận được. vTính toán Liều lượng Chlorine sử dụng và dungh tích bình chứa - Lượng Chlorine hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính theo công thức: (Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết) Ya = = = 0,02 (kg/h) Trong đó: : Lưu lượng tính toán nước thải, = 6,67(m3/h) a: Liều lượng Chlorine lấy theo điều 6.20.3-TCXD-51-84, nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn, a = 3g/m3 Vậy lượng Chlorine dùng cho 1 ngày là: m = 0,48(kg/ngày) = 14,4(kg/tháng) - Dung tích bình chöùa Chlorine: Trong ñoù: P: Trọng lượng riêng của Chlorine, p = 1,47 Ø Tính toán máng trộn Để xáo trộn nước thải với dung dịch Chlorine, chọn máng trộn vách ngăn có lỗ để tính toán thiết kế. Thời gian xáo trộn trong vòng 1 – 3 phút. Máng gồm 3 ngăn với các lỗ có d = 20 – 100(mm) (Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết) - Chọn dlỗ =30 (mm) - Chọn chiều rộng máng: B = 0,5(m) - Khoảng cách giữa các vách ngăn: l = 1,5 * B = 1,5 * 0,5 = 0,75(m) - Chiều dài tổng cộng của máng trộn với 2 vách ngăn có lỗ: 0,1 = 2,45 m lấy tròn 2,5 m Trong đó: : Độ dày của vách ngăn Chọn thời gian xáo trộn là 3 phút Thời gian nước lưu lại trong máng trộn được tính bằng công thức: t = = = 3 (phút) vậy chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ 2: Þ H2 = = 0,35 (m) - Số hàng lỗ theo chiều đứng: Có H2 = 2*d(nd-1)+d Þ nd = +1 = +1 = 6 (hàng lỗ) - Số hàng lỗ theo chiều ngang: Có B= 2d*(nn-1)+2d nn = +1 = +1 = 8,3 ≈8 ( hàng lỗ) Khoảng cách giữa các hàng lỗ: = 0,05 (m) Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ 1: H1 = H2 +h = 0,35+ 0,13 = 0,48 (m) Trong đó: h: Tổn thất áp lực qua các lỗ của vách ngăn thứ 2 Trong đó: v: Tốc độ chuyển động của nước qua lỗ, chọn v = 1(m/s) : Hệ số lưu lượng, = 0,62 (Xử lý nước thải đô thị v khu công nghiệp, tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết) Các hàng lỗ ở vách ngăn thứ 2 được đặt so le so với các hàng lỗ ở vách ngăn 1 - Chiều cao xây dựng: H = H1 + hbv = 0,48+0,22 = 0,7 (m) - Các thông số của bể khử trùng: L x B x H = 2,5 x 0,5 x 0,7 (m) Tính ống dẫn nước thải ra Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,7m/s Đường kính ống dẫn: = 0,058 (m) = 58 (mm) Chọn ống nhựa PVC đường kính ống = 60 (mm) Ø Chọn bơm định lượng Chọn 1 bơm định lượng dung dịch Chlorine Đặc tính bơm định luợng: công suất: 40w; áp suất: 5 Bar Bơm hoạt động liên tục, ngưng khi hệ thống ngừng hoạt động. Bảng 4.14 Bảng tóm tắt các thông số thiết kế bể khử trùng. Thông số Đơn vị Kích thước Thể tích chứa nước m3 0,875 Chiều rộng bể m 0,5 Chều dài bể m 2,5 Chiều cao bể m 0,7 Đường kính ống dẫn nước ra mm 60 Số vách ngăn Vách 2 4.2.8 Bể chứa và nén bùn v Nhiệm vụ Bùn từ bể lắng 1 và bể lắng 2 có độ ẩm cao từ 98 – 99,5%, nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn, làm giảm bớt lượng bùn cần xử lý. vTính toán Lượng bùn từ bể lắng 1: - Lượng cặn tươi đi ra từ bể lắng 1 mỗi ngày: M = = = 19,83 (kg/ngày) - Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày: Qtươi = = = 1,88 (m3/ngày) Lượng bùn từ bể lắng 2: Lượng bùn hoạt tính từ bể lắng 2: Qxả = 0,77 m3/ngày Lượng bùn dư cần xử lý : Mdư = Pxả = 5,1 (kgSS/ngày) Lượng bùn cực đại dẫn tới bể nén bùn Mmax = k*Mbùn = 1,2* (19,83+5,1) = 29,916 (kg/ngày) Qmax = k * Qbùn = 1,2 * (0,77+1,88) = 3,18 (m3/ngày) = 0,1325 (m3/h) Trongđó: k: Là hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính dư. k =1,15-1,2. Chọn k = 1,2. Vận tốc chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng không lớn hơn 0,1mm/s. Chọn v1 = 0,03 mm/s (theo điều 6.17.3 – TCXD51-2006). Vận tốc bùn trong ống trung tâm v= 28¸ 30, Chọn v2 = 28 mm/s. Thời gian lắng bùn: t = 12giờ (theo điều 6.17.3 – TCXD51-2006). Diện tích hữu ích của bể: A1 = = = 1,227 (m2) Diện tích ống trung tâm của bể: A2 = = = 0,0013 (m2) Diện tích tổng cộng của bể: A = A1 + A2 = 1,227 + 0,0013 = 1,2283 (m2) Đường kính của bể: D = = = 1,2 (m) Đường kính ống trung tâm: Dt = 20% D = 20% * 1,2 = 0,24 (m) Đường kính phần loe của ống trung tâm bằng chiều cao phần loe của ống trung tâm: D1oe = hloe = 1,35*Dt = 1,35*0,24 = 0,324 (m) Đường kính tấm chắn: Dchắn = 1,3Dloe = 1,3*0324 = 0,4212 (m) Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: H1 = v1 x t x 3600 = 0,00003 x 12 x 3600 = 1,296 (m) lấy tròn Hl = 1,3 m Trong đó: t: Thời gian lưu bùn trong bể nén, t= 12h v: Vận tốc bùn dâng, v = 0,03mm/s ( v<0,1 m/s) Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 500, đường kính bể D = 1,2 (m) và đường kính của đỉnh đáy bể là 0,3 (m) sẽ bằng : *tg50O = 0,54 (m) Trong đó: h2 : Chiều cao lớp trung hoà (m); h3 : Chiều cao giả định lớp căn trong bể (m); D : Đường kính bể lắng, D = 1,2 (m); dn : Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,3 (m); a : Góc tạo bởi đáy bể và mặt ngang, lấy không nhỏ hơn 500 (Điều 6.5.9 – TCXD 51 - 2006) Chọn a = 50o. Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng 80% chiều cao vùng lắng của bể: Hống = Hlắng*80% = 1,0368 (m) lấy tròn 1,2 m Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn : Htc = Hlắng +hn +hbv = 1,3 + 0,54 + 0,36 = 2,2 (m) Trong đó : Hlắng: Là chiều cao phần lắng của bể Hn: Là chiều cao phần nón với góc nghiêng 50o Hbv: Là khoảng cách từ mực nước trong bể đến thành bể , hbv = 0.4m Nước tách ra trong bể nén bùn được đưa về bể điều hoà để tiếp tục xử lý. - Máng thu nước Đường kính máng thu nước: Dm = 0,8 ´ D = 0,8 ´ 1,2 = 0,96 (m) - Chiều rộng máng thu nước: = 0,12(m) Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2 (m) Vận tốc nước chảy trong máng: 0.6 – 0.7 m/s, chọn v = 0.7 m/s. Diện tích mặt cắt ướt của máng: A = = = 0,000051 (m2) Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa inox 304, dày 1mm. Máng răng cưa Đường kính máng răng cưa được tính theo công thức: Drc = D – (0,1 + 0,1 + 0,003)*2 = 1,2 – 0,406 = 0,794 (m) Trong đó D: Đường kính trong bể , D = 1,2 m 0.1: Bề rộng máng tràn = 100mm = 0.1m 0.1: Bề rộng thành bê tông = 100mm = 0.1m. 0.003: Tấm đệm giữa máng răng cưa và máng bê tông = 3mm Máng răng cưa được thiết kế có 6 khe/m dài, khe tạo góc 90o, chiều cao khe là 100 (mm), bề rộng mỗi khe là 200 (mm), hai khe kế tiếp cách nhau một khoảng 225 (mm), Như vậy tổng số khe dọc theo máng bê tông là : 0,794 * * 6 = 14,95 (khe), (chọn 15 khe) Chiều cao máng răng cưa là 200 (mm), bề dày máng răng cưa là 5 (mm), máng được bắt dính với thành bể lắng bằng bu lông và khe dịch chuyển. Lưu lượng nước chảy qua mỗi khe: Qkhe = = = 1,912*10-6 (m3/s) Nước tách từ bể nén bùn được dẫn trở về hố thu để tiếp tục xử lý. Hàm lượng TS của bùn vào bể nén bùn TSvào = TSdư = 80% Giả sử: Toàn bộ bùn hoạt tính dư lắng xuống đáy bể. Hàm lượng bùn nén đạt TSnén = 3%. Dựa vào sự cân bằng khối lượng chất rắn, có thề xác định lưu lượng bùn nén cần xử lý Qbùn x TSvào = Qnén x TSnén Qnén = Qxả = 0,77* = 2,05 (m3/ngày) Msau nén = = = 79,776 (kg/ngày) Ø Tính đường kính ống dẫn bùn vào và ống dẫn nước ra: - Ống dẫn bùn: Có 2 Ống dẫn bùn vào bể nén bùn: Một ống dẫn bùn từ bể lắng 1 có f 60(mm) và một ống dẫn bùn từ bể lắng 2 có f 60(mm). Ống dẫn nước về bể điều hòa: Do lưu lượng nước thu được nhỏ nên chọn ống dẫn nước ra có f 27 (mm) Bảng 4.15 : Tổng hợp tính toán bể nén bùn. Thông số Giá trị Đường kính bể nén bùn, D(m) 1,2 Đường kính ống trung tâm, Dt (m) 0.24 Đường kính phần loe của ống trung tâm, Dloe(m) 0.324 Chiều cao của ống trung tâm ht (m) 1,296 Đường kính tấm chắn, Dchắn(m) 0.4212 Chiều cao phần lắng, hl(m) 1,296 Chiều cao phần hình nón hn (m) 0,54 Chiều cao tổng cộng bể nén bùn, Htc(m) 2,236 4.2.9 Sân phơi bùn v Nhiệm vụ Sân phơi bùn có nhiệm vụ làm ráo nước trong bùn cặn để đạt đến độ ẩm cần thiết thuận lợi cho vận chuyển và xử lý cặn tiếp theo. v Tính Toán Diện tích hữu ích của sân phơi bùn F1 = = = 113,37 (m2) [Theo trang 164 Sách Xử Lý Nước Thải Đô Thị Và Công Nghiệp của Lâm Minh Triết] Với : Tải trọng cặn lên sân phơi bùn có thể lấy theo bảng 4.14. Bảng 4.16 Tải trọng cặn trên 1 m2 sân phơi bùn. Cặn dẫn đến sân phơi bùn Tải trọng cặn, m3/m2.năm Nền tự nhiên không có ống rút nước Nền nhân tạo có ống rút nước Cặn tươi và bùn hoạt tính chưa lên men 1 1,5 Cặn tươi và bùn hoạt tính lên men 1,5 2 Cặn lên men ở lắng 1,5 3,5 Trong trường hợp xét cặn tươi và bùn hoạt tính lên men với nền nhân tạo có hệ thống rút nước, chọn n: Hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, tạm thời có thể lấy : - Đối với các tỉnh phía Bắc : n = 2,2 – 2,8 - Đối với các tỉnh miền Trung : n = 2,8 – 3,4 - Đối với các tỉnh phía Nam : n = 3,0 – 4,2 (và cần lưu ý đến 6 tháng mùa mưa, khi đó cần có biện pháp rút nước nhanh) : Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể nén bùn, Qtc= 2,05 m3/ngày Diện tích phụ của sân phơi bùn (đường bao, hố thu nước, trạm bơm …): lấy bằng 20% diện tích sân phơi bùn: F2 = 0,2 x 113,37 = 22,7 (m2) Diện tích tổng cộng sân phơi bùn: F = F1 + F2 = 113,37 + 22,7 = 136,044 (m2) lấy tròn F = 140 m2 Ta bố trí 2 ô. Diện tích 1 ô: f = = = 70 (m2) Mỗi ô có kích thước 10 x 7(m). Bùn được phơi và thu gom theo chu kỳ 1 tháng 1 lần Lượng bùn phơi từ độ ẩm 96% đến 75% trong 4 tuần(28ngày) là: W = 28*Q= 282,05= 9,184 ( m3) Khoảng 20-30 ngày xả một lần, bùn khô được thu gom bằng thủ công và bán để làm phân vi sinh hoặc trôn lấp. Bảng 4.17 Tổng hợp tính toán sân phơi bùn Thông số Đơn vị Giá trị Chiều dài sân phơi bùn m 10 Chiều rộng sân phơi bùn m 7 Chiều cao sân phơi bùn m 1 Ống thu nước mm 60 Dàn ống chờ mm 42 4.2 Tính toán chi tiết phương án 2 Sơ đồ công nghệ của phương án 2 của hệ thống xử lý được giới thiệu ở hình 3.2. Công trình đơn vị của phương án 2 gồm có: + Xử lý cơ học: Giỏ chắn rác (SCR), Hố thu (1), Bể điều hòa (2), bể lắng 1, bồn lọc áp lực + Xử lý sinh học: Bể SBR (3) + Xử lý cặn: Sân phơi bùn (4), bể chứa và nén bùn (5) + Khử trùng: Thùng chứa dung dịch chlorine vôi và thiết bị định lượng. + Một số công trình phụ trợ hệ thống hoạt động: Nhà điều hành, Trạm bơm, Trạm cấp khí nén, Trạm hoá chất khử trùng, Công trình xả nước thải ra nguồn tiếp nhận. Tính toán các công trình đơn vị xử lý tương tự phương án 1, khác với phương án 1 là: Thay bể Aeroten bằng bể SBR, vì vậy trong phương án chỉ tính toán bể SBR, bể nén bùn và sân phơi bùn. Bể SBR Ø Các thông số đầu vào của bể SBR: - Công suất thiết kế: Q=160m3/ngđ. - BOD5 = 163,75 mg/l. - COD = 360 mg/l Ø Các thông số đầu ra: (Theo tiêu QCVN 14 – 2008, cột A) - BOD5 £ 30 mg/l - COD £ - mg/l Ø Các thông số thiết kế: - Nồng độ bùn hoạt tính ở đầu vào của bể X0 =0. - Thời gian lưu bùn (tuổi của bùn) c=10 – 30 ngày, chọn 10 ngày - Tỷ số F/M = 0,05-0,2 ngày-1 - Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể: X=2000 – 5000 mg/l, chọn X=3500 mg/l. - Độ tro của cặn: Z = 0,3 mg/mg. - Chỉ số thể tích bùn: SVI = 150 ml/g - BOD5 = 0,455COD - Tỷ số MLVSS: MLSS = 0,68 - Nhiệt độ nước thải: t= 25oC - Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể XS=10000mg/l. - Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra chứa 20mg/l cặn sinh học và 65% chất có khả năng phân hủy sinh học. Ø Xác định kích thước bể SBR: Tổng thời gian của một chu kì hoạt động T = tF + tA + tS + tD + t1= 3 + 2 + 0,5 + 0,5 = 6h Với: Thời gian làm đầy: tF = 3h. Thời gian phản ứng: tA = 2h. Thời gian lắng: tS = 0,5h. Thời gian rút nước: tD = 0,5h. Thời gian pha chờ: t1 = 0, - Chọn SBR gồm 2 đơn nguyên, khi đơn nguyên này đang làm đầy thì đơn nguyên khác đang phản ứng. - Số chu kì hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày n = = 4 (chu kì/đơn nguyên.ngày) - Tổng số chu kì làm đầy trong 1 ngày N = 2xn = 2x4 = 8 (chu kì/ngày) - Thể tích bể làm đầy trong 1chu kì VF = = 20 (m3) - Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong thể tích bùn lắng Xs = = = 6666,67 (mg/l) Xét sự cân bằng khối lượng VTxX =VSxXS à = = = 0,525 Cần cung cấp thêm 20% chất lỏng phía trên để bùn không bị rút ra theo khi rút nước 0,525x 1,2=0,63 à = 1 – 0,63 = 0,37 chọn = 0,3 - Thể tích của bể SBR: VT = = = 66,67 m3 Chọn: Chiều cao của bể, H = 4,5 m Chiều cao bảo vệ bể, hbv = 0,5 m - Chiều cao xây dựng bể Hxd = H + hbv = 4,5 + 0,5 = 5 m - Diện tích của bể: S = =14,82 m2 - Vậy kích thước bể SBR: L x B x H = 5m x 3m x 5m - Thời gian lưu nước trong suốt quá trình: *24 = 10,001 giờ 10 – 50 h Ø Xác định hàm lượng BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra: Tổng BOD5 ra = BOD5 hoà tan + BOD5 của cặn lơ lửng - Hàm lượng chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra: 20 x 0,455 = 12,5 (mg/l) - Hàm lượng BOD của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra: 12,5 mg/l x 1,42 mg O2tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hoá = 17,75 mg/l - Hàm lượng BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra: = 17,75 x 0,68 = 12,07 (mg/l) - Hàm lượng BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra: = - = 30 – 12,07 =17,93 mg/l ØHiệu quả xử lý: Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan: *100 = 92 % Tỉ số F/M: = = = 0,154 ngày-1 [0,05-0,2] ngày-1 Tải trọng thể tích của bể phản ứng: = 0,54 kgBOD5/m3.ngày ØTính toán lượng bùn sản sinh ra mỗi ngày. - Tốc độ tăng trưởng của bùn: = 0,35 - Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 theo VSS trong 1 ngày: Px = Yb *Q*(so-S) = 0,35*160*(225 - 17,93)* 10-3 = 11,6 kg/ngày Ta chọn: Y= 0,4 g VSS/g bBOD Kd.T = k20 x (T-20) = 0,12 g/g.ngày (1,04)25-20 = 0,0146 g/g.ngày Bảng 4.18 Hệ số động học bùn hoạt tính ở 20oC. Hệ số Đơn vị Giới hạn Giá trị điển hình g VSS/g VSS.ngày 3-13,2 6 Ks g bCOD/m3 5-40 20 Y g VSS/g bCOD 0,3-0,5 0,4 kd g VSS/g VSS.ngày 0,06-0,2 0,12 fd Không thứ nguyên 0,08-,02 0,15 - Tổng lượng bùn sinh ra theo SS trong 1 ngày: = 16,6 kg/ngày - Tổng lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày: Lượng bùn dư cần xử ly(Gd) = tổng lượng bùn – lượng cặn trôi ra khỏi bể = 16,6 – 20*160*10-3 = 13,4 kg/ngày. - Thể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày: = 1,31 m3/ngày. - Chiều cao cặn lắng trong bể: = 0,044 m Thể tích bùn phải xả một bể (để lại 20%): Vb = 0,8hb F =0,80,04435 = 0,528 m3 Vậy lượng bùn phải bơm bỏ ở hai bể SBR mỗi ngày là: Vtcb = 0,528x2 = 1,056 m3/ngày Ø Xác định lượng không khí cần thiết cho một đơn nguyên: Lượng oxi cần thiết cung cấp cho mỗi bể theo điều kiện cần để làm sạch BOD, oxy hóa amoni NH+4 thành NO3- OCo = Q(So-S) - 1,42xPx + 4,57Q(N0 – N) = (66,67m3/ngày)(163,75-17,93)g/m3(1kg/103g)-1,42x(11,6 g/ngày)/2 + 4,57 x 66,67 (25 – 5) g/m3 (1kg/103g) = 15,64 kgO2/ngày - Thời gian thổi khí của một bể: (tối thiểu một nửa thời gian làm đầy nên thổi khí) +2h = 3,5 h - Tổng thời gian sục khí một ngày của một bể: 3,5hx4 = 14h - Tỷ lệ chuyển hoá oxi trung bình: = 1,12 kg/h - Lượng oxi thực tế: 1,12 kg/h x2 = 2,24 kg/h Ta chọn: Hiệu suất chuyển hoá oxi là 9% Không khí có 23,2% trọng lượng O2 Khối lượng riêng không khí là 1,2 kg/m3 Lượng không khí cần cấp: Mkk = = 89,4 m3/h Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn một bể: q = = = 1,46 L/m3.phút Trị số này nằm ngoài khoảng cho phép: q = 20-40 L/m3phút Vậy ta chọn q = 25L/m3.phút Lượng không khí cần thiết cho quá trình: Mkk = 25l/m3phút66,67m3= 1666,8 L/phút = 0,03 m3/s Số lượng đĩa thổi khí cần lắp đặt trong bể SBR N = = = 13,89 đĩa Vậy số đĩa thổi khí cần lắp đặt trong mỗi bể SBR là: 14 đĩa. Ø Cách phân phối đĩa thổi khí trong bể Khí từ máy thổi khí được dẫn qua ống chính đi vào bề SBR (đặt dọc theo chiều dài bể). Mỗi đường ống dẫn vào mỗi bể SBR được chia làm 3 đường ống phụ cấp 1 bổ trí dọc theo thành bể xuống đáy bể phân phối khí cho các đĩa đặt tại đáy mỗi bể SBR. Theo tiêu chuẩn các đầu răng của đĩa thổi khí là răng phi 27 nên chọn ống nhánh cấp 2 là ống phi 27 để dẫn khí vào các đĩa. Tại mỗi bể SBR dọc theo chiều dài bố trí 5 đĩa, mỗi đĩa cách nhau 1m và cách thành bể 0,5m. Khoảng cách giữa 2 đường ống dẫn khí phụ đặt gần nhau là 2m Khoảng cách giữa đường ống ngoài cùng đến thành bể là 1m Ø Tính toán đường ống, bơm bùn ra khỏi bể SBR Đường ống dẫn nước ra khỏi bể SBR: Vận tốc dòng chảy trong ống có áp là v = 0,7 – 1,5 m/s. Chọn v=1,0 m/s. Đường kính ống dẫn nước: D = = 0,05(m) Vậy chọn ống nhựa PVC dẫn nước ra có đường kính f 60 mm Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống: V = = 0,7 m/s Î 0,7¸ 1,5 m/s à thõa điều kiện. Thu nước ra khỏi bể SBR bằng phao nổi, chọn thiết bị Decanter của nhà cung cấp Công ty TNHH Công Nghệ Môi Trường Thăng Long. Thiết bị gồm một phao nổi làm bằng vật liệu sợi thủy tinh, phía trên là hệ thống cơ điện tử tự động điều khiển việc hút nước, được bao quanh bởi một lớp bảo vệ, phần này được nối với phần chứa nước chìm ở dưới nước, giữa hai phần này được bịt kín hoàn toàn bằng một vòng đệm nằm ở dưới đáy của phao nổi. Các hệ thống này được nối với ống dẫn nước ra bằng nhựa dẻo có thể uốn cong theo sự lên xuống của thiết bị. Sau cùng, ống dẫn nhựa dẻo nối với ống dẫn nước ra cố định bằng nhựa PVC Æ60mm. Ø Tính toán bơm bùn ra khỏi bể SBR về bể nén bùn. - Lưu lượng bùn cần thải bỏ tại một bể SBR trong: QVb=0,528 m3/ngày. Lượng bùn này được chia điều cho bốn chu kỳ hoạt động của bể SBR. - Lượng bùn cần xả bỏ tại một chu kỳ: Qck = = 0,132 m3/ngày = 1,5.10-6 m3/s - Chiều cao cột áp: H=10m. - Công suất của bơm: N = = = 1,99.10-4 kW Với: r: khối lượng riêng của bùn thải lấy bằng khối lượng riêng của bùn, r=1080kg/m3. h: hiệu suất hữu ích của bơm. Chọn h=0,8. Ngoài thị trường không có loại bơm trên, chọn loại bơm nhúng chìm cánh hở. Số lượng 2 cái, mỗi bể SBR đặt 1 cái có cột áp H =10 m, cống suất bơm 100w, hãng sản xuất Tsurumi – Nhật. Đường kính ống dẫn bùn sang bể nén bùn: Db = = 0,0014 (m) Vậy chọn ống dẫn bùn là ống PVC có f = 21 mm Ø Đường ống dẫn khí vào bể SBR: w Đường ống chính: Đường kính ống dẫn khí chính (cung cấp cho 2 bể SBR) Dk = = =0,06 m. Với: vk: Vận tốc khí trong ống dẫn chính vkhí=9m/s. Chọn ống dẫn khí chính là ống inox SUS30465mm w Đường ống nhánh: Lượng khí qua mỗi ống nhánh: qk = = = 0,00556 m3/s Đường kính ống nhánh dẫn khí: dk = = = 0,03m Với: vn: Vận tốc khí trong ống nhánh vn = 8m/s. Chọn ống nhánh dẫn khí là ống inox SUS304, đường kính 34mm. Ø Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí: Hk = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,4 + 0,5 + 4,7 = 6,0 m. Với: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc chiều dài ống; hd 0,4 m; chọn hd =0,4m hc: Tổn thất cục bộ; hc 0,4 m, chọn hc = 0,4 m hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí; hf 0,5 m, chọn hf = 0,5 m H: Chiều sâu hữu ích của bể SBR, H = 4,5 m Công suất máy thổi khí: Pk = == 4,345 kW. Với: e : Hiệu suất máy thổi khí; e = 0,7 - 0,8, chọn e = 0,8 Gk: Trọng lượng dòng khí Gk = Qk x = 0,0278 x 1,3 = 0,07358 kg/s R : Hằng số khí; R = 8,314 KJ/KmoloK (đối với không khí) T1: Nhiệt độ không khí đầu vào à T1 = 25 + 273 = 298oK P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào à P1 = 1 atm P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra: P2 = 1 + = 1 + = 1,593 atm n: hệ số n, n = = = 0,283 (K = 1,395) v Điện điều khiển Điều khiển các pha hoạt động của hai bể SBR bằng các van điện tự động với sự điều khiển của thời gian. Được thiết kế với mục đích tối ưu hóa các quá trình vận hành hoạt động của hệ thống SBR v Vật liệu xây dựng Chọn vật liệu xây dựng bể SBR là BTCT M250, thành dày 200mm, bản đáy dày 300 mm, sắt Nhật đan thành hai lớp, @200 phi 14, chống thấm sika bên trong 2 lớp, bên ngoài quét bentum. Bảng 4.19 Thông số kích thước SBR STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Thời gian làm đầy, tF h 3 2 Thời gian phản ứng, tA h 2 3 Thời gian lắng, tS h 0,5 4 Thời gian rút nước, tD h 0,5 5 Thời gian chờ, tI h 0 6 Số đơn nguyên 2 7 Số chu kì /ngày.bể 4 8 Chiều cao bể m 4,5 9 Chiều cao bảo vệ, hbv m 0,5 11 Chiều cao xây dựng, Hxd m 5 12 Chiều dài bể, L m 5 13 Chiều rộng bể, B m 3 14 Thời gian lưu nước h 20 Tính toán bể nén bùn Nhiệm vụ Bùn dư từ bể SBR được đưa về bể nén bùn. Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại. Sau khi nén, bùn được lấy ra ở đáy bể. Tính toán Lượng bùn từ bể SBR: Lượng bùn phải dư ở hai bể SBR mỗi ngày là: Qbùn = 0,528x2 = 1,056 m3/ngày - Tổng lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày: Mbùn = 13,4 kg/ngày. Lượng bùn cực đại dẫn tới bể nén bùn Mmax = k*Mbùn = 1,2* 13,4 = 16,08 (kg/ngày) Qmax = k * Qbùn = 1,2 * 1,056 = 1,2672 (m3/ngày) = 0,0528 (m3/h) Trongđó: k: Là hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính dư. k =1,15-1,2. Chọn k = 1,2. Vận tốc chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng không lớn hơn 0,1mm/s. Chọn v1 = 0,03 mm/s (theo điều 6.17.3 – TCXD51-2006). Vận tốc bùn trong ống trung tâm v= 28¸ 30, Chọn v2 = 28 mm/s. Thời gian lắng bùn: t = 12giờ (theo điều 6.17.3 – TCXD51-2006). Diện tích hữu ích của bể: A1 = = = 0,49 (m2) Diện tích ống trung tâm của bể: A2 = = = 0,00052 (m2) Diện tích tổng cộng của bể: A = A1 + A2 = 0,49 + 0,00052 = 0,491 (m2) Đường kính của bể: D = = = 0,79 (m) lấy tròn D = 1m Đường kính ống trung tâm: Dt = 20% D = 20% * 1 = 0,2 (m) Đường kính phần loe của ống trung tâm bằng chiều cao phần loe của ống trung tâm: D1oe = hloe = 1,35*Dt = 1,35*0,2 = 0,27 (m) Đường kính tấm chắn: Dchắn = 1,3Dloe = 1,3*0,27 = 0,351 (m) Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: H1 = v1 x t x 3600 = 0,00003 x 12 x 3600 = 1,296 (m) Trong đó: t: Thời gian lưu bùn trong bể nén, t= 12h v: Vận tốc bùn dâng, v = 0,03mm/s ( v<0,1 m/s) Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 500, đường kính bể D = 1 (m) và đường kính của đỉnh đáy bể là 0,3 (m) sẽ bằng : *tg50O = 0,42 (m) Trong đó: h2 : Chiều cao lớp trung hoà (m); h3 : Chiều cao giả định lớp căn trong bể (m); D : Đường kính bể lắng, D = 1 (m); dn : Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,3 (m); a : Góc tạo bởi đáy bể và mặt ngang, lấy không nhỏ hơn 500 (Điều 6.5.9 – TCXD 51 - 2006) Chọn a = 50o. Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng 80% chiều cao vùng lắng của bể: Hống = 80%Hlắng = 1,296*80% = 1,0368 (m) Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn : Htc = Hlắng +hn +hbv = 1,296+0,42+0,4 = 2,116 (m) Trong đó : Hlắng: Là chiều cao phần lắng của bể Hn: Là chiều cao phần nón với góc nghiêng 50o Hbv: Là khoảng cách từ mực nước trong bể đến thành bể , hbv = 0.4m Nước tách ra trong bể nén bùn được đưa về bể điều hoà để tiếp tục xử lý. - Máng thu nước Đường kính máng thu nước: Dm = 0,8 ´ D = 0,8 ´ 1 = 0,8 (m) - Chiều rộng máng thu nước: = 0,1(m) Chiều cao máng thu nước: hm = 0,15 (m) Vận tốc nước chảy trong máng: 0.6 – 0.7 m/s, chọn v = 0.6 m/s. Diện tích mặt cắt ướt của máng: A = = = 0,00002 (m2) Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa inox SUS304, dày 1mm. Máng răng cưa Đường kính máng răng cưa được tính theo công thức: Drc = D – (0,1 + 0,1 + 0,003)*2 = 1 – 0,406 = 0,594 (m) Trong đó D: Đường kính trong bể , D = 1 m 0.1: Bề rộng máng tràn = 100mm = 0.1m 0.1: Bề rộng thành bê tông = 100mm = 0.1m. 0.003: Tấm đệm giữa máng răng cưa và máng bê tông = 3mm Máng răng cưa được thiết kế có 6 khe/m dài, khe tạo góc 90o. Như vậy tổng số khe dọc theo máng bê tông là : 0,594 * * 6 = 11,19 (khe), (chọn 12 khe) Lưu lượng nước chảy qua mỗi khe: Qkhe = = = 1,018*10-6 (m3/s) Nước tách từ bể nén bùn được dẫn trở về hố thu để tiếp tục xử lý. Hàm lượng TS của bùn vào bể nén bùn TSvào = TSdư = 80% Giả sử: Toàn bộ bùn hoạt tính dư lắng xuống đáy bể. Hàm lượng bùn nén đạt TSnén = 3%. Dựa vào sự cân bằng khối lượng chất rắn, có thề xác định lưu lượng bùn nén cần xử lý Qbùn x TSvào = Qnén x TSnén Qnén = Qxả = 1,056* = 2,816 (m3/ngày) Msau nén = = = 35,7 (kg/ngày) Ø Tính đường kính ống dẫn bùn vào và ống dẫn nước ra: - Ống dẫn bùn: Đường kính ống dẫn bùn vào bể nén bùn = đường kính ống dẫn bùn ra từ bể SBR = 49 mm - Ống dẫn nước về bể điều hòa: Do lưu lượng nước thu được nhỏ nên chọn ống dẫn nước ra có f 27 (mm) Bảng 4.20 : Tổng hợp tính toán bể nén bùn. Thông số Giá trị Đường kính bể nén bùn, D(m) 1 Đường kính ống trung tâm, Dt (m) 0.2 Đường kính phần loe của ống trung tâm, Dloe(m) 0.27 Chiều cao của ống trung tâm ht (m) 1,296 Đường kính tấm chắn, Dchắn(m) 0.351 Chiều cao phần lắng, hl(m) 1,296 Chiều cao phần hình nón hn (m) 0,42 Chiều cao tổng cộng bể nén bùn, Htc(m) 1,716 4.2.3 Sân phơi bùn v Nhiệm vụ Sân phơi bùn có nhiệm vụ làm ráo nước trong cặn để đạt đến độ ẩm cần thiết thuận lợi cho vận chuyển và xử lý cặn tiếp theo. v Tính toán Diện tích hữu ích của sân phơi bùn F1 = = = 155,7 (m2) [Theo trang 164 Sách Xử Lý Nước Thải Đô Thị Và Công Nghiệp của Lâm Minh Triết] Với : Tải trọng cặn lên sân phơi bùn có thể lấy theo bảng 4.14. Bảng 4.21 Tải trọng cặn trên 1 m2 sân phơi bùn. Cặn dẫn đến sân phơi bùn Tải trọng cặn, m3/m2.năm Nền tự nhiên không có ống rút nước Nền nhân tạo có ống rút nước Cặn tươi và bùn hoạt tính chưa lên men 1 1,5 Cặn tươi và bùn hoạt tính lên men 1,5 2 Cặn lên men ở lắng 1,5 3,5 Trong trường hợp xét cặn tươi và bùn hoạt tính lên men với nền nhân tạo có hệ thống rút nước, chọn n: Hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, tạm thời có thể lấy : - Đối với các tỉnh phía Bắc : n = 2,2 – 2,8 - Đối với các tỉnh miền Trung : n = 2,8 – 3,4 - Đối với các tỉnh phía Nam : n = 3,0 – 4,2 (và cần lưu ý đến 6 tháng mùa mưa, khi đó cần có biện pháp rút nước nhanh) : Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể nén bùn, Qtc= 2,816 m3/ngày Diện tích phụ của sân phơi bùn (đường bao, hố thu nước, trạm bơm …): lấy bằng 20% diện tích sân phơi bùn: F2 = 0,2 x 155,7 = 31,14 (m2) Diện tích tổng cộng sân phơi bùn: F = F1 + F2 = 155,7 + 31,14 = 186,84 (m2) lấy tròn F = 190 m2 Ta bố trí 2 ô. Diện tích 1 ô: f = = = 95 (m2) Mỗi ô có kích thước 11 x 9 (m). Bùn được phơi và thu gom theo chu kỳ 1 tháng 1 lần Lượng bùn phơi từ độ ẩm 96% đến 75% trong 4 tuần(28ngày) là: W = 28*Q= 282,816= 12,6 ( m3) Khoảng 20-30 ngày xả một lần, bùn khô được thu gom bằng thủ công và bán để làm phân vi sinh hoặc trôn lấp. Bảng 4.22 Tổng hợp tính toán sân phơi bùn STT Thông số Đơn vị Giá trị 1 Lưu lượng bùn,Q m3/ngày 2,816 2 Chiều dài sân phơi bùn m 11 3 Chiều rộng sân phơi bùn m 9 4 Chiều cao sân phơi bùn m 1 5 Ống thu nước mm 60 6 Dàn ống chờ mm 42 4.3 Bố trí mặt bằng trạm xử ly nước thải và cao trình xây dựng các hạng mục 4.3.1 Bố trí vị trí và mặt bằngtrạm xử lý nước thải Vị trí nhà máy xử lý nước thải được xây dựng nằm xa hơn về phía đất thấp, cuối hướng gió. Mặt bằng với diên tích khoảng 600 m2. Khu vực này có dạng hình chữ nhật( 30 * 20 ) m2. Để xây dựng những con đường dẫn đến nhà máy Xử lý nước thải cần phải có tường đỡ để củng cố mặt đường vì sự khác biệt lớn giữa độ cao từ đường hiện hữu và mặt bằng trạm xử lý nước thải. Sung quanh có tường rào bảo vệ. 4.3.2 Cao trình xây dựng các hạng mục. Bảng 4.23 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 đứng Bể làm thoáng Bể lọc sinh học nhỏ giọt. 5 – 20 10 – 20 25 – 40 15 – 25 H + 250 3.5 – 5 3.5 – 5 4 – 6 3.5 – 5 10 Nguồn: Thoát nước ( tập 2) Xử lý nước thải,NXB.Khoa học & kỹ thuật 2002,Tr.514. Trong đó : H là chiều cao lớp vật liệu lọc. Mặt bằng tổng thể trạm xử lý nước thải và sơ đồ cao trình mặt cắt nước của hệ thống xử lý nước thải được thể hiện trong bảng 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 Dự toán chi phí 5.1.1 Phương án 1 a) Phần xây dựng Bảng 5.1 Bảng dự toán chi phí xây dựng phương án 1 STT Công trình Thể tích (m3) Số lượng bể Đơn giá (1000VNĐ/m3) Thành tiền (1.000VNĐ) 1 Hố thu 3 1 2.000 6.000 2 Bể điều hòa 63 1 2.000 126.000 3 Bể lắng I 22,7 1 2.000 45.400 4 Bể Aerotank 35 1 2.000 70.000 5 Bể lắng II 25,6 1 2.000 51.200 6 Bể trung gian 3 1 2.000 6.000 7 Bể khử trùng 0,875 1 2.000 1.750 8 Bể nén bùn 1,72 1 2.000 3.440 9 Sân phơi bùn 70 2 1.400 196.000 Tổng cộng (c1) 505.790 b) Phần thiết bị Bảng 5.2: Vốn đầu tư cho từng thiết bị Công trình Số lượng Đơn giá (1.000VNÑ) Thành tiền (1.000VNÑ) gioû chắn rác (Việt Nam) vật liệu gia công: Inox 304 1 600 600 Máy thổi khí bể điều hòa và bê Aerotank 2 10.000 20.000 Bơm nước thải hố thu 2 10.000 20.000 Bơm nước thải điều hòa 2 10.000 20.000 Bơm nước thải bể trung gian 1 10.000 10.000 Bơm nước rửa lọc 1 10.000 10.000 Thùng chứa dung dịch Chlorine + máy khuấy 1hp 1 5.000 5.000 Bồn lọc áp lực 2 15.000 30.000 Bơm bùn 1 hp 2 10.000 20.000 Bơm định lượng hóa chất dung dịch Chlorine 2 10.000 20.000 Ống phân phối trung tâm bể lắng bằng thép 3 4.000 12.000 Lan can + hành lang công tác bằng thép 3 10.000 30.000 Đĩa phân phối khí 14 150 2.100 Chụp lọc 71 15 1.065 Van + đường ống 25.000 25.000 Bùn nuôi cấy vi sinh vật 8.000 Thiết bị điều khiển 1 40.000 40.000 Hệ thống dây điện điều khiển 1 5.000 5.000 Lan can bảo vệ trên aerotank – thép 1 5.000 5.000 Máng răng cưa 3 4.000 12.000 Tổng cộng (c2) 295.765 * Tổng chi phí đầu tư xây dựng và trang bị máy móc phương án 1 T1 = c1 +c2 = 505.790.000 + 295.765.000 = 801.555.000 (ñoàng) 5.1.2 Phương án 2 a) phần xây dựng Bảng 5.3 Bảng dự toán chi phí xây dựng phương án 2 STT Công trình Thể tích (m3) Số lượng bể Đơn giá (1000VNĐ/m3) Thành tiền (1.000VNĐ) 1 Hố thu 3 1 2.000 6.000 2 Bể điều hòa 63 1 2.000 126.000 3 Bể lắng I 22,7 1 2.000 45.400 4 Bể SBR 75 1 2.000 150.000 5 Bể trung gian 3 1 2.000 6.000 6 Bể nén bùn 1,35 1 2.000 2.694 7 Bể khử trùng 0,875 1 2.000 1.750 8 Sân phơi bùn 99 2 1.400 277.200 Tổng cộng (c1) 615.044 b) Phần thiết bị Bảng 5.4: Vốn đầu tư cho từng thiết bị Công trình Số lượng Đơn giá (1.000VNÑ) Thành tiền (1.000VNÑ) gioû chắn rác (Việt Nam) vật liệu gia công: Inox 304 1 640 640 Máy thổi khí bể điều hòa và bể SBR 2 10.000 20.000 Bơm nước thải hố thu 2 10.000 20.000 Bơm nước thải điều hòa 2 10.000 20.000 Bơm nước thải bể trung gian 1 10.000 10.000 Bơm nước rửa lọc 1 10.000 10.000 Thùng chứa dung dịch Chlorine + máy khuấy 1hp 1 5.000 5.000 Bồn lọc áp lực 2 15.000 30.000 Bơm bùn 1 hp 2 10.000 20.000 Bơm định lượng hóa chất dung dịch Chlorine 2 10.000 20.000 Ống phân phối trung tâm bể lắng bằng thép 2 4.000 8.000 Lan can + hành lang công tác bằng thép 3 10.000 30.000 Chụp lọc 71 15 1.065 Van + đường ống 25.000 25.000 Bùn nuôi cấy vi sinh vật 8.000 Thiết bị điều khiển 1 40.000 40.000 Hệ thống dây điện điều khiển 1 5.000 5.000 Lan can bảo vệ trên SBR – thép 1 5.000 5.000 Máng răng cưa 2 5.000 10.000 Hệ thống đường ống 75.000 75.000 Bộ thu nước bề mặt bể SBR(thiết bị Decanter) 2 38,275 76,550 Tổng cộng (c2) 385.355 * Tổng chi phí đầu tư xây dựng và trang bị máy móc phương án 2 T2 = c1 +c2 = 615.044.000 + 385.355.000 = 1.000.399.000 (ñoàng) 5.2 Chi phí xử lý 5.2.1 Chi phí xây dựng v phương án 1 Vậy tổng vốn đầu tư cơ bản cho hệ thống xử lý nước thải của nhà máy theo phương án phương án 1 là T1 = 801.555.000 (VNĐ) Chi phí xây dựng cơ bản được khấu hao trong 25 năm, chi phí máy móc thiết bị khấu hao trong 15 năm. Vậy tổng chi phí khấu hao như sau: Tkh = + = 20.231.000 (VNĐ/năm) = 55.427 (VNĐ/ngày) v phương án 2 Vậy tổng vốn đầu tư cơ bản cho hệ thống xử lý nước thải của nhà máy theo phương án phương án 1 là T2 = 1.000.399.000 (VNĐ) Chi phí xây dựng cơ bản được khấu hao trong 25 năm, chi phí máy móc thiết bị khấu hao trong 15 năm. Vậy tổng chi phí khấu hao như sau: Tkh = + = 502.292.000(VNĐ/năm) = 137.786 (VNĐ/ngày) 5.2.2. Chi phí vận hành 5.2.2.1. Chi phí điện năng (D) Bảng 5.5. Dự toán chi phí điện năng. STT Thiết bị Số lượng (cái) Công suất (KW) Thời gian hoạt động (h/ngày) Tổng điện năng tiêu thụ (KWh/ngày) 01 Bơm nước thải hố thu 2 0,67 12 16,08 02 Bơm nước thải bể điều hòa 2 0,67 12 16,08 03 Máy thổi khí bể điều hòa 1 0,75 12 9 Máy thổi khí bể Aerotank 1 3 12 36 04 Bơm bùn lắng 1 1 0,25 4 1 05 Bơm bùn lắng 2 1 0,2 2 0,4 06 Bơm nước vào lọc+rửa lọc 2 0,67 12 16,08 07 Bơm định lượng hóa chất 1 0,04 12 0,48 Tổng cộng 95,12 - Điện năng tiêu thụ trong 01 ngày = 95,12 (KWh) - Lấy chi phí cho 01 KWh = 2000 (VNĐ) - Chi phí điện năng cho 01 ngày vận hành: D = 95,12 x 2000 = 200.000 (VNĐ/ngày) 5.2.2.2 Chi phí hoá chất (H). Bảng 5.6 Dự toán chi phí hóa chất. Hoá chất Khối lượng (kg/ngày) Đơn giá ( VNĐ/kg) Thành tiền (VNĐ/ngày) Chlorine 0,48 2000 960 5.2.2.3 Nhân công (N). Bảng 5.7 Dự toán chi phí trả cho nhân công STT Nhân lực Số lượng Lương tháng Tổng chi phí 01 Nhân viên vận hành 02 người 3.000.000 (VNĐ/tháng) 6.000.000 (VNĐ/tháng) Chi phí Nhân công tính trong một ngày: N = 6.000.000/30 = 200.000 (VNĐ/ngày) 5.2.2.4 Chi phí sữa chữa nhỏ (S). Chi phí sữa chữa nhỏ hằng năm ước tính bằng 0,6% tổng số vốn đầu tư vào công trình xử lý: S = 0,006 x T1 = 0,006 x 801.555.000 = 4.800.000 (VNĐ/năm) Chi phí sữa chữa tính trong một ngày S = 13.176 (VNĐ/ngày) Tổng chi phí cho 01 ngày vận hành hệ thống xử lý nước thải: Tvh = D + H + N + S = 200.000 + 960 + 200.000 + 13.176 = 414.136 (VNĐ/ngày) 5.2.3 Chi phí xử lý 01m3 nước thải. 5.2.3.1 Phương án 1 Chi phí tính cho 01m3 nước thải được xử lý: P1 = = 2.934 (đồng/m3) 5.2.3.2 Phương án 2 P2 = = 3.450 (đồng/m3) 5.3 Lựa chọn công nghệ xử lý So sánh chi phí 2 phương án, nhận thấy phương án 1 có chi phí nhỏ hơn phương án 2 là: P2 – P1 = 3.450 – 2.934 = 516 (đồng/m3) Ngoài ra, so với phương án 2 thì phương án 1 có nhiều ưu điểm hơn: - Ổn định với dao động lớn về tải trọng khi thành phần thay đổi - Dễ tính toán thiết kế - Dễ lắp đặt và vận hành - Hiệu quả xử lý cao Với những ưu điểm trên, phương án 1 được trọn để xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho khu tái định cư Mỹ Dinh. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Qua thời gian thực hiện đề tài những nội dung mà đồ án đã làm được bao gồm: - Thu thập, khảo sát và dự đoán được các số liệu về thành phần và tính chất đặc trưng của nước thải sinh hoạt nói chung và nước thải sinh hoạt của khu tái định cư Mỹ Dinh nói riêng. - Từ các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt thu thập được đã đưa ra các sơ đồ công nghệ để lựa chọn phương án xử lý phù hợp sau khi phân tích ưu nhược điểm của từng phương án để đề xuất công nghệ xử lý nước thải hợp lý và thích hợp với tính chất đặc trưng của nước thải. - Đã tiến hành tính toán thiết kế chi tiết các công trình đơn vị và triển khai bản vẽ chi tiết cho toàn bộ trạm xử lý nước thải. - Ước tính được giá thành xử lý cho 1 m3 nước thải. 6.2 Kiến nghị Nước thải sinh hoạt nói riêng và tất cả các nguồn nước thải khác nói chung đều ảnh hưởng đến môi trường và con người, do đó một số vấn đề rất nên lưu ý trong quá trình vận hành hệ thống bao gồm: Hệ thống phải được kiểm soát thường xuyên trong khâu vận hành để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý; tránh tình trạng xây dựng hệ thống nhưng không vận hành được. Cần đào tạo cán bộ kỹ thuật và quản lý môi trường có trình độ, có ý thức trách nhiệm để quản lý, giám sát và xử lý sự cố khi vận hành hệ thống. Thường xuyên quan trắc chất lượng nước thải xử lý đầu ra để các cơ quan chức năng thường xuyên kiểm soát, kiểm tra xem có đạt điều kiện xả vào nguồn theo QCVN 14-2008 , Cột A hay không Cần có kế hoạch tận dụng nguồn nước đã qua xử lý cho các mục đính sử dụng của khu dân cư như xử dụng cho các nhà vệ sinh, tưới cây… để giảm lượng nước xả ra ngoài môi trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trịnh Xuân Lai – 2000 – Tính toán các công trình xử lý nước Thải – NXB xây dựng Hà Nội. 2. Lâm Vĩnh Sơn - Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải - năm xuất bản 2008 3. Hoàng Huệ, 1996, Xử lý nước thải, NXB xây dựng Hà Nội. 4. Lâm Minh Triết, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng, 2004, xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp, Tính toán thiết kế các công trình, NXB Đại Học Quốc Gia. 6. Hoàng Văn Huệ, 2002, Thoát nước và xử lý nước thải (tập 2). NXB Khoa học Kỹ thuật. 7. Bộ xây dựng Tiêu chuẩn xây dựng thoát nước mạng lưới bên ngoài và công trình - TCXD - 51 - 2006. Các trang web: 1, 2, 3, 4, Các bản vẽ chi tiết các công trình đơn vị trong phương án 1: gồm 12 bản vẽ 1, Bản vẽ sơ đồ công nghệ 2, Các bản vẽ chi tiết các công trình đơn vị 3, Bản vẽ mặt bằng