Đồ án Điều tra hiện trạng và thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện đa khoa thanh nhàn

Diện tích vùng trộn(m2) vd: Vận tốc nước dâng trung bình trong vùng trộn (mm/s) vtr: Vận tốc nước đi trong vùng tạo bông (mm/s) + Đường kính vùng tạo bông [16] + Thể tích vùng tạo bông V.4.4. Vùng lắng Vùng lắng có nhiệm vụ lắng các bông keo tụ từ ngăn tạo bông sang. Diện tích hữu ích của vùng lắng đứng được tính với dòng chảy của nước theo hướng từ dưới lên phân bố đều trên toàn bộ diện tích. Đối với những hạt cặn có tốc độ lắng tại mọi điểm đều như nhau vl =uo theo lý thuyết sẽ nằm trong trạng thái cân bằng động. BảngV- 4: Tốc độ lắng phụ thuộc nguồn nước thải [16]. Hàm lượng cặn trong nguồn nước thải(mg/l) Tốc độ lắng uo(mm/s) < 50 và có xử lý bằng phèn 0,35 á 0,45 50 á 250 và có xử lý bằng phèn 0,45 á 0,5 > 250 và có xử lý bằng phèn 0,5 á 0,6 Với hàm lượng cặn lớn hơn 250mg/l, chọn tốc độ lắng uo=0,5(mm/s) + Diện tích bề mặt vùng lắng xác định theo công thức [16]. + Đường kính bể tính theo công thức [16] . Quy tròn D = 6 m + Chiều cao công tác của bể lắng h1 = vl.tl (m) Trong đó: vl: Vận tốc nước đi trong vùng lắng(mm/s) tl: Thời gian lưu nước trong vùng lắng(s), lấy tl = 1,5h [16] vậy: V.4.5. Thể tích vùng chứa cặn Phần chứa ép cặn của bể lắng đứng xây thành hình nón cụt, với góc tạo thành giữa thành bể và mặt phẳng ngang từ (40á550). Dự kiến khi xả cặn bể không ngừng làm việc. Đối với những trạm công suất nhỏ, thời gian xả cặn thường lớn hơn 2 ngày. + Chiều cao phần hình nón chứa cặn được xác định theo công thức sau [16]. (2) Trong đó: D: Đường kính bể (m) d: Đường kính phần đáy hình nón lấy bằng đường kính ống xả cặn. Lấy d=200mm (quy phạm từ 150 á 200mm) [15] D hn d a: Góc nghiêng của phần hình nón so với mặt phẳng nằm ngang, lấy a=450 ị + Thể tích vùng chứa cặn được xác định như sau [16]. ị + Thời gian giữa 2 lần xả cặn được xác định theo cônh thức [16] Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải vào bể (m3/ngày) SSv, SSr: Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào và đầu ra (mg/l) dc: Nồng độ trung bình của cặn đã nén (mg/l).dc có thể chọn theo bảng 3-3 [16] Hàm lượng cặn trong nước thải đầu vào SSv =368,4 mg/l, do đó có thể lấy gần đúng dc = 20.000 mg/l. Nhờ sự kết hợp của chất keo tụ trong thiết bị hợp khối mà hiệu suất lắng theo SS có thể đạt tới 85% [10]. Nên SS còn lại sau khi lắng là: SSr = SSv - hSSv =368,4(1- 0,85) = 55,3 mg/l (ngay) V.4.6. Chiều cao tổng cộng của bể lắng kết hợp keo tụ H = h1 + h2 + h3 Trong đó: h1: Chiều cao vùng lắng (m) h2: Chiều cao vùng chứa cặn (m) h3: Chiều cao thành bể cao hơn mặt nước( chiều cao phần dự trữ), thường lấy từ (0,25á0,4)m. Lấy h3 = 0,3m đH = 3,24 +2,34 + 0,3 =6,19 m. Quy tròn H = 6,5m * Lượng nước dùng cho việc xả cặn xác định theo công thức [16]. (%) (4) Trong đó: Kp: Hệ số pha loãng, khi xả cặn bằng thủy lực bằng 1,5 ị * Việc thu nước đã lắng ở bể lắng đứng được thực hiện bằng hệ thống máng vòng xung quanh bể. Do diện tích bể lớn hơn 12m2 nên ta bố trí thêm 4 máng có đục lỗ hình nan quạt tập trung nước vào máng chính. - Vận tốc nước chảy vào máng được xác định như sau: - Nước chảy theo 2 chiều nên diện tích mặt cắt ngang của máng vòng được tính theo công thức sau [20]. (5) Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải trong bể, Q = 8,68.10-3 m3/s v: Vận tốc nước chảy trong máng vòng, v= 0,6 m/s [16] ị Thiết kế máng có tiết diện: ()m Tiết diện ngang của máng nan quạt: (6) Thiết kế máng có tiết diện:m - Tải trọng thuỷ lực của máng [14]. Với l: Chu vi của máng vòng (m) l = p.d (m) Trong đó: d là đường kính của máng xác định như sau ị l = p .0,143 = 0,45 (m) Vậy V.4.7. Tính toán và kiểm tra thiết bị khuấy trộn [16]. Để quá trình xử lý đạt hiệu quả cao, hóa chất keo tụ hòa trộn đều với nước thải và để phản ứng của nước thải với hóa chất xảy ra nhanh, thì tiến hành khuấy trộn. Theo nguyên tắc cấu tạo và vận hành, các quá trình trộn được chia thành trộn thủy lực và trộn cơ khí. Phương pháp trộn thủy lực có ưu điểm là cấu tạo công trình đơn giản, không cần máy và thiết bị phức tạp, giá thành quản lý thấp. Nhược điểm: Không điều chỉnh được cường độ khuấy trộn khi cần thiết và do tổn thất áp lực lớn nên công trình phải xây dựng cao hơn. Vì vậy mà phương pháp này không được áp dụng nhiều trong các công trình xử lý nước thải. So với phương pháp trộn thủy lực, trộn cơ khí có nhiều ưu điểm hơn như: Có thể điều chỉnh được cường độ khuấy trộn theo ý muốn, thời gian khuấy trộn ngắn nên dung tích bể không lớn, tiết kiệm được vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi trình độ quản lý và vận hành cao. Do đó, trộn cơ khí thường được áp dụng cho các công trình nước thải có mức độ cơ giới hóa cao. Qua phân tích hai phương pháp trên và thực tế nước thải bệnh viện thì phương pháp trộn cơ khí là phù hợp. Khi đã xác định được liều lượng, loại chất keo tụ và thời gian keo tụ thì hiệu quả keo tụ chỉ còn phụ thuộc vào các yếu tố vật lý là cường độ khuấy trộn biểu thị bằng gradien vận tốc G. Nhà khoa học Camp đề nghị dùng chuẩn số GT = Q.tlưu làm chỉ tiêu cơ bản để kiểm tra hiệu quả quá trình tạo bông cặn, GT dao động từ 40000 á 240000 Cánh khuấy được chọn với tỷ lệ của tổng diện tích cánh khuấy nhỏ hơn 15% so với diện tích mặt cắt ngang của vùng khuấy trộn. Do đó có thể chọn cánh khuấy chân vịt, số lượng 3 cánh với các thông số như sau: Đường kính cánh khuấy: Máy khuấy đặt cách đáy bể 1 khoảng: h = dk = 0,5 m Bề rộng cánh khuấy: * Năng lượng cần thiết để khuấy trộn + Xácđịnh chuẩn số Reynol [17]. Trong đó: dck: Đường kính cánh khuấy (m) n: Số vòng quay của cánh khuấy (vòng/s). n = 0,97 vòng/s r: Khối lượng riêng của nước thải (kg/m3). r = 1000 (kg/m3) [17] m: Độ nhớt của nước thải (Nm/s) m = 1.10-3 (Nm/s) > 3.103 đ chế độ chảy xoáy Vậy năng lượng cần thiết cho cánh khuấy là [17]. N =A.n3.d5.r (w) Trong đó: A là hệ số. A = 2,1 [17] ị * Giá trị Gradien tốc độ G (s-1) Trong đó: m: Độ nhớt động học của nước thải ở 200C (Kg.cm2/s) w: Năng lượng tiêu hao cho việc khuấy trộn 1m3nước thải(W/m3) ị (s-1) ị Giá trị GT nằm trong giới hạn cho phép Kết quả tính toán: Chiều cao: H = 6,5 m Đường kính: D = 6 m Thể tích chứa bùn cặn: Wc = 23,8 m3 BảngV-5: Các thông số nước thải ra khỏi bể Thông số Thứ tự BOD5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) NH4+ (mg/l) Coliform MPN/100ml Vào 186,2 294,4 368,4 7,84 48.104 Hiệu suất(%) 40 60 85 40 90 Ra 111,8 117,8 55,3 4,7 48.103 V.5. Bể lọc sinh học [12]. - Tính toán bể biophin cao tải thường dựa vào công suất ôxy hoá, tức là lượng ôxy biểu thị bằng BOD/1m3 vật liệu lọc.ngày. - Công suất ôxy hoá của bể biophin phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, nhiệt độ không khí( nếu thông khí tự nhiên), mức độ nhiễm bẩn, loại vật liệu lọc, phương pháp làm thoáng - Chọn vật liệu lọc trong bể lọc nhỏ giọt là các tấm nhựa gấp nếp nhăn sóng, xếp thành khối đưa vào tháp với các thông số ban đầu + Diện tích bề mặt đơn vị: F = 120 m2/m3. + Độ rỗng : P = 93%. Khi sử dụng vật liệu lọc dạng nhựa thì chiều cao của bể lọc tăng lên và nằm trong khoảng(4- 9m), đồng thời làm giảm diện tích mặt bằng của bể lọc sinh học[11]. + Chọn chiều cao lớp lọc trong tháp H = 4m. + Hàm lượng BOD5 đầu ra yêu cầu xử lý đạt 15mg/l. + Lấy nhiệt độ trung bình của nước thải là t = 200C. V.5.1. Tính toán kích thước thiết bị - Tải trọng BOD5 cho phép được tính theo công thức sau [14]. Trong đó: H: chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể (m). P : Độ rỗng của lớp vật liệu lọc (%). Kt: Hằng số nhiệt độ BảngV- 6: Sự phụ thuộc của hằng số vào nhiệt độ [14] T0C 15 16 17 18 19 20 KT 0,158 0,166 0,174 0,183 0,19 0,2 Với nhiệt độ nước thải t = 200CđKT = 0,2 h: Hệ số phụ thuộc vào hàm lượng BOD5 đầu ra. BảngV-7: Giá trị của hệ số h Hàm lượng BOD5 đầu ra(mg/l) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 h 3,3 2,6 2,25 2 1,75 1,6 1,45 1,3 1,2 ứng với Sr = 15mg/lđh = 2,6. đ C0 = (gBOD5/m2.ngày) - Tải trọng thuỷ lực cho phép trên 1m3 vật liệu lọc [14]. Trong đó: C0 : Tải trọng BOD5 cho phép (gBOD5/m2) Fa : Diện tích bề mặt đơn vị (m2/m3) So : Hàm lượng BOD5 đầu vào (g/m3) hay mg/l đ (m3/m2.ngày) + Thể tích cần thiết của khối vật liệu lọc (m3) Trong đó: Q: Lưu lượng nước thải (m3/ngày) Qth: Lượng nước tuần hoàn (m3/ngày) Do tính toán cho bể lọc sinh học tải trọng cao nên hệ số tuần hoàn Rẻ(0,5 – 2), lấy R = 2 đ đ (m3) Diện tích mặt cắt ngang của bể ( m2) Thiết kế tháp hình tròn đường kính được xác định như sau quy tròn D = 3,5 m V.5.2. Mật độ tưới và thời gian lưu nước trong khối vật liệu lọc Mật độ tưới và thời gian lưu nước trong khối vật liệu lọc có mối quan hệ mật thiết với nhau. Mật độ tưới càng lớn thì thời gian lưu nước trong khối vật liệu lọc càng nhỏ. + Mật độ tưới được tính theo công thức (m3/m2.ngày) +Thời gian lưu nước trong khối vật liệu lọc được xác định theo công thức (phut) V.5.3. Tính toán thiết bị cấp khí và giàn phân phối nước V.5.3.1. Tính toán thiết bị cấp khí Lượng không khí cần thiết xác định theo công thức [21]. (m3/m3nước thải.ngày.đêm) Trong đó: 21: Tỷ lệ ôxy trong không khí (%) a : Hàm lượng BOD20 của nước thải (g/m3.ngày đêm) Trong đó: b: Hàm lượng BOD5 trong nước thải (g/m3) 0,648 : Tỷ lệ giữa BOD5/BOD20 ị (m3/m3.ng.đ) Dàn ống cấp khí được chọn có đường kính dống = 60mm, đặt song song và cách đều nhau và cách ghi đỡ VLL 0,2 – 0,3m[15], chọn 0,25m. Trên đường ống có đục lỗ thông khí đường kính d = 20mm. V.5.3.2. Thiết bị phân phối nước Hệ thống phân phối nước lên bể chia làm 2 loại(loại cố định và loại di động). Loại cố định có cấu tạo đơn giản nhưng không đảm bảo phân phối điều hoà hoàn toàn, do đó làm ảnh hưởng đến hiệu suất bể. Vì vậy ta chọn loại di động. + Chiều dài ống phân phối: L = D – 100 (mm) Với D: Đường kính bể lọc sinh học (mm) L = 3500 – 100 = 3400 mm + ống phân phối đặt cao hơn lớp VLL 0,2m + Đường kính lỗ hở lấy trong khoảng(10 –15)mm. Chọn dlỗ = 15mm, khoảng cách giữa các lỗ giảm dần từ trung tâm ra. + Tốc độ nước chảy trong ống lấy trong khoảng(0,5 – 1,0)m/s. Chọn vc = 0,8m/s + áp lực cần thiết để đảm bảo tốc độ yêu cầu khi nước thải chảy qua lỗ hở ở thành ống và khắc phục những tổn thất áp lực được xác định theo công thức sau [12]. Trong đó: Q: Lưu lượng tính toán của nước thải (l/s) Dlỗ: Đường kính lỗ hở mm m: Số lượng lỗ hở trên mỗi ống phân phối Dpp: Đường kính ống phân phối mm Dt: Đường kính tưới Dt = D – 200 = 3500 – 200 = 3300 mm k: Mô đun lưu lượng có thể chọn theo bảng V- 8 sau Dppmm 50 63 75 100 125 150 175 200 250 K(l/s) 6 11,6 19 43 86,5 134 209 300 560 Chọn Dpp = 75mm k = 19(l/s) + Số lỗ trong mỗi cánh ống phân phối xác định theo công thức [12]. + Khoảng cách từ một lỗ hở bất kỳ tới tâm Trong đó: Rt: Bán kính tưới m i: Số thứ tự lỗ hở tính từ tâm l: Chiều dài ống phân phối m V.5.3.3.Sàn đỡ vật liệu lọc Sàn đỡ làm tấm bê tông, tấm sành nung hay tấm nhựa tăng cường bằng sợi thủy tinh có khoan lỗ hoặc khe cho nước và khí đi qua, đồng thời đỡ được lớp VLL. Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường lấy(0,6- 0,8m) chọn 0,7m. Đáy bể có độ dốc từ 1 – 2% về máng thu trung tâm. V.5.3.4. Hệ thống thu nước - Thu đều nước có các mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra chảy từ trên xuống dễ dẫn sang bể lắng đợt II. - Máng thu đặt cái nọ cách cái kia 2,5 – 4m. - Độ dốc máng thu thường lấy bằng 0,005 – 0,02 ở đây chọn 0,02. - Nước từ máng thu đổ về máng dẫn, độ dốc máng dẫn thường lấy từ 0,003 – 0,005 ở đây chọn 0,005. V.5.3.5. Tổng chiều cao của bể [12]. Chiều cao của bể gồm 3 phần: + Chiều cao lớp vật liệu lọc, h1(m) + Chiều cao phần trên lớp vật liệu lọc, h2 = 0,5m để nước không tung toé ra ngoài. + Chiều cao khoảng trống giữa đáy không thấm nước và tấm đan đỡ VLL h3ẻ(0,5 á1,0)m. Lấy h3 = 0,6m ị H = h1 + h2 + h3 = 4 + 0,5 + 0,6 = 5,1 m . Quy chuẩn H = 5,5 m V.6. Bể lắng đợt II Bể lắng đợt II có nhiệm vụ chắn giữ các bông bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể aeroten hay màng vi sinh đã chết ở bể Biophin và các thành phần chất không hòa tan chưa được giữ lại ở bể lắng đợt I. Đối với các trạm xử lý nước thải công suất nhỏ người ta thường sử dụng bể lắng đợt II là bể lắng đứng, còn đối với các trạm xử lý công suất lớn người ta sử dụng bể lắng là bể lắng ngang và bể lắng ly tâm [15]. Tính toán bể lắng đứng là xác định chiều cao, đường kính của bể dựa theo tốc độ lắng và thời gian nước lưu lại trong bể. + Dung tích phần công tác của bể lắng được xác định theo công thức (1). Trong đó: T: Thời gian lắng tối thiểu (h) BảngV-9: Thời gian lắng và tốc độ dòng chảy lớn nhất của các loại bể lắng [12]. Các loại bể lắng đợt II Thời gian lắng khi lưu lượng lớn nhất (h) Tốc độ dòng chảy lớn nhất (mm/s) Lắng ngang Lắng ly tâm Lắng đứng Sau bể lọc sinh học nhỏ giọt 0,75 - 0,5 Sau bể lọc sinh học cao tải 1,5 5 0,5 Sau aeroten làm việc không hoàn toàn 1 5 0,5 Sau aeroten làm việc hoàn toàn 2 5 0,5 Từ bảng trên ta thấy T = 1,5h + Chiều cao phần công tác của bể lắng [15] (m) Trong đó: v: Vận tốc dòng chảy trong vùng lắng lấy theo bảng V-9 thì v = 0,5 mm/s. + Diện tích tiết diện của bể lắng + Đường kính bể lắng [15] Với f : Diện tích tiết diện ống trung tâm với vận tốc dòng chảy v0 = 0,03 m/s ị Quy tròn D =5m + Đường kính ống trung tâm 1,35dtt dtc=1,3dloe 0,25á0,5 dloe=1,35dtt dtt HìnhV-1: Sơ đồ mô tả kích thước ống trung tâm + Chọn đường kính và chiều cao ống loe như hình vẽ dloe = hloe = 1,35dtt = 1,35´0,4 = 0,54m + Đường kính tấm chắn trước miệng ống loe dtc = 1,3dlpe = 1,3´0,54 = 0,702m + Chiều cao phần chứa bùn cặn được xác định theo công thức (2). + Dung tích phần chứa bùn cặn xác định theo công thức (3). + Thời gian giữa 2 lần xả cặn được xác định theo công thức sau [20]. (ngày) Trong đó: dc: Nồng độ cặn nén, lấy theo [16], dc = 20000 mg/l Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào bể lắng thứ cấp SSv = 223,2 mg/l. Hiệu suất lắng trong bể lắng đợt II có thể đạt 85% [ 10 ] . Do đó hàm lượng cặn lơ lửng ra khỏi bể lắng cấp II là SSr = SSv - h.SSv =223,2(1- 0,85) = 35 mg/l (ngày) + Lượng nước dùng cho việc xả cặn xác định theo công thức (4) * Việc thu nước đã lắng ở bể lắng đứng được thực hiện bằng hệ thống máng vòng xung quanh bể. Do diện tích bể >12m2 nên phải bố trí các máng vòng hình nan quạt để tập trung nước vào máng chính, nước chảy trong máng với vận tốc v= 0,6 m/s(quy phạm v = 0,6á0,7m/s) [15]. Nước chảy theo 2 chiều, nên diện tích của máng vòng được tính như sau Thiết kế máng có thiết diện(0,1´0,16)m + Tiết diện ngang của máng nan quạt Thiết kế máng có tiết diện(0,1´0,04)m * Chiều cao xây dựng của bể [20] H = h1 + hn + h2 + h3 (m) Trong đó: h1: Chiều cao vùng lắng (m) hn: Chiều cao vùng chứa bùn (m) h2: Chiều cao lớp nước trung hoà, lấy h2= 0,4(m) h3: Chiều cao dự trữ phía trên mặt nước, lấy h3 = 0,3(m) ị Hxd = 2,7 + 2,25 + 0,4 + 0,3 = 5,65 m. Quy tròn Hxd = 6 m V.7. Bể xử lý bùn cặn Bùn cặn của nước thải trong trạm xử lý là hỗn hợp của nước và cặn lắng có chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân hủy, dễ bị thối rữa và có các vi khuẩn gây độc hại cho môi trường vì thế cần có biện pháp xử lý trước khi thải ra thải ra nguồn tiếp nhận . * Mục đích của quá trình xử lý bùn cặn - Kết tủa của hỗn hợp bùn cặn khác. - Phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các hợp chất vô cơ để dễ dàng tách nước ra khỏi bùn cặn và không gây tác động xấu đến môi trường của nơi tiếp nhận. * Nguồn phát sinh bùn cặn - Rác, bông gạc, mảnh vỡ,… kích thước lớn hơn 10mm được giữ lại ở song chắn thì được vớt lên hàng ngày và được chuyên chở đi cùng với rác thải rắn của bệnh viện. - Cát, các hợp chất hữu cơ dính bám vào bùn cát được giữ lại ở bể lắng cát khối lượng ít, khoảng 1á30l/1000m3 NT [20] nên 2 ngày hoặc lâu hơn vớt rác một lần bằng thủ công, rồi đựng trong thùng cho róc bớt nước, song đem chôn lấp. Mỗi lần chôn rắc vôi bột và lấp một lớp đất mỏng 10á20cm phủ kín. - Dầu, mỡ, bọt nổi, bùn từ bể lắng đợt I và bể lắng đợt II được đưa về bể nén bùn để xử lý. Bùn từ bể lắng đợt I thường có độ ẩm 96%, còn bùn từ bể lắng đợt II có độ ẩm 96á96,5%. Chọn bể nén bùn là bể lắng đứng * Tính toán bể nén bùn [20]. - Lưu lượng tối đa của bùn cặn + Thể tích bùn cặn thu được Vmax= V1 + V2 +V3 (m3) Trong đó: V1: Thể tích cặn thu được trong bể lắng sơ cấp(m3) V2:Thể tích cặn thu được trong bể lắng thứ cấp (m3) V3: Lượng bọt thu được trong bể điều hoà (m3) Do lượng bọt cặn thu được trong bể điều hoà không đáng kể nên coi V30 Vmax=23,8 + 13,6 = 37,4 (m3) + Thời gian xả cặn bể lắng sơ cấp và thứ cấp thường kéo dài từ 1020 phút [20]. Chọn thời gian xả cặn txả=20 ph. lưu lượng giờ tối đa của bùn cặn + Chiều cao phần lắng của bể nén bùn đứng [12] h=3,6 .v .t (m) Trong đó : v: Tốc độ của nước bùn (mm/s). Chọn v=0,2(mm/s) [12] t: Thời gian nén bùn (h), lấy t = 3h h = 3,6 .3 .0,2 =2,16 (h) + Diện tích mặt thoáng của bể Trong đó : h: Chiều cao phần lắng của bể nén bùn đứng (m) qx: Lưu lượng nước tối đa được tách ra trong quá trình nén bùn (m3) qx= q1 – q2 = P1.Vmax – P2.V’max Với: V’max: Thể tích bùn sau khi nén (m3) P1: Độ ẩm ban đầu của bùn cặn (%); P1 = 96% [14] P2: Độ ẩm bùn cặn sau khi nén (%) Với yêu cầu sau khi nén thể tích bùn giảm 75%, độ ẩm cặn sau khi nén P2 =75%. đ V’max = 0,25Vmax= 0,25 ´ 37,4 = 9,35 (m3) ị qx = 0,96´37,4 – 0,75´9,35 = 28,9 (m3) Vậy + Diện tích tiết diện ống trung tâm Bùn cặn được phân phối vào bể qua ống trung tâm với vận tốc là vtr. vtr=0,1m/s [14], khi đó diện tích tiết diện ống trung tâm được xác định như sau (m2) + Đường kính ống trung tâm + Tổng diện tích bể F = Fm + ftt = 13,4 + 0,312 = 13,712(m2) + Đường kính bể được xác định [16] . Quy tròn Dbể = 4,5 m + Chiều cao vùng nón chứa cặn được xác định theo công thức (2). + Thể tích vùng chứa cặn nén được xác định theo công thức (3). + Chiều cao toàn phần của bể nén H = h + hn + h1 + h2 + h3 (m) Trong đó: h: Chiều cao phần công tác của bể nén bùn (m) hn: Chiều cao vùng nón chứa cặn nén (m) h1: Chiều cao phần trung hoà, lấy h1 = 0,4m(quy phạm 0,3á0,5m) h2: Khoảng cách giữa ống trung tâm và tấm chắn. Lấy h2 = 0,4m(quy phạm 0,25á0,5m) h3: Chiều cao thành bể trên mặt nước bùn, lấy h3 = 0,3m ị H = 2,16 + 2 + 0,4 + 0,4 + 0,3 = 5,26m. Quy tròn H = 5,5m V.8. Bể khử trùng Khi xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo thì hiệu suất xử lý và khử trùng cao đạt 91á 98%. Hầu hết các vi khuẩn trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng tồn tại một vài loài vi khuẩn gây bệnh nào đó. Nếu xả nước thải ra nguồn tiếp nhận là: Hồ nuôi cá, nguồn cấp nước…thì khả năng lan truyền bệnh sẽ rất lớn, do đó phải có biện pháp khử trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Khử trùng nước thải là nhằm mục đích loại bỏ những vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải. Có nhiều biện pháp khử trùng nước thải phổ biến hiện nay như: Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo Dung clorua vôi Khử trùng bằng O3 Khử trùng bằng nhiệt Trong phần thiết kế này sử dụng clorua vôi(CaOCl2). Vì clo là hoá chất được các ngành công nghiệp cũng như các bệnh viện sử dụng nhiều, có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được và hiệu quả khử trùng cao. Liều lượng clo có thể lấy theo quy phạm như trong bảng sau BảngV-10: Liều lượng clo sử dụng trong mỗi bể [12]. Nước sau các công trình sử lý Liều lượng clo(g/m3) Sau xử lý cơ học 10 Sau xử lý sinh học không hoàn toàn ở bể aeroten hoặc Biophin cao tải 5 Sau xử lý sinh học hoàn toàn 3 Thiết bị dùng để khử trùng nước thải bằng clorua vôi thường có + 1 thùng hoà trộn + 2 thùng dung dịch + 1 thùng định lượng * Tính toán lượng clorua vôi cần để khử trùng và tính toán thiết bị - Liều lượng clorua vôi cần được xác định theo công thức [21] Trong đó: a: Liều lượng clo hoạt tính; a = 3(g/m3) Qmax: Lưu lượng nước thải lớn nhất(m3/ngày) p: Hàm lượng clo hoạt tính (%) trong clorua vôi, thường lấy bằng 30%, có tính đến tổn thất trong bảo quản. (g/ngày) =7,5kg/ng + Trung bình 1 lít dung dịch clorua vôi dùng cho 5m3 nước thải, như vậy750m3 nước thải cần có 150 lít. Để có hàm lượng clo 3g/m3 cần có 3´750 =2250g clorua vôi hoà trong 150lít + Hàm lượng dung dịch clorua vôi + Liều lượng tối đa của dung dịch clorua vôi tính theo công thức [21] + Clorua vôi bột được đưa vào thùng hoà trộn với nước công tác(nước kỹ thuật), chúng ta nhận được dung dịch clorua vôi dạng sữa có nồng độ (10á15%)(tính theo clo hoạt tính). Sau đó dung dịch clurua vôi dẫn tới thùng dung dịch, ở đây pha trộn thêm nước cấp để có nồng độ 25%. Sau khi qua thùng định lượng dung dịch clorua vôi được dẫn đến máng xáo trộn rồi xả vào nguồn nước thải ra sau bể lắng cấp II. + Dung tích hữu ích của thùng dung dịch xác định theo công thức [21]. Trong đó: b: Nồng độ dung dịch clorua vôi, b Ê 25% ở đây lấy b = 15% n: Số lần hoà trộn clorua vôi trong ngày, thường lấy từ(2 – 6)lần phụ thuộc công suất. ở đây chọn n = 3 lần + Phần bùn của thùng dung dịch lấy bằng 15% dung tích hữu ích Vb = 0,15Wdd = 0,15´0,2 = 0,03 m3 = 30lít + Dung tích thùng hoà trộn Ê 50% dung tích thùng hoà trộn [12]. Wtr = 40% Wdd = 0,4´0,2 = 0,08 m3 = 80lít * Máng xáo trộn + Với lưu lượng nước thải Q = 300m3/ng.đ chọn máng xáo trộn kiểu “lượn” + Tốc độ chuyển động của nước qua các khe hở của máng trộn, lấy v = 0,8m/s[20]. + Tổn thất áp lực qua mỗi khe hở xác định theo công thức [21]. Trong đó: x: Hệ số trở lực cục bộ. Đối với đuôi lượn đặt vuông góc với dòng chảy lấy x = 3,0 [12] v: Vận tốc nước chảy qua khe m/s g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2. + Khoảng cách giữa các đuôi thường lấy bằng 0,75b(b là chiều rộng của máng) lấy chiều rộng của máng b = 1000mm thì khoảng cách là 750mm[21]. + Lấy chiều dài của máng l = 5000mm. * Bể tiếp xúc + Bể tiếp xúc là công trình dùng để nước thải và clo có đủ thời gian tiếp xúc là 30ph(kể cả thời gian nước chảy từ máng xáo trộn tới bể tiếp xúc và từ bể tiếp xúc vào cống xả ra nguồn tiếp nhận). + Các thông số kích thước của bể được tính toán phụ thuộc thời gian lưu nước trong bể. + Thể tích của bể V = Q´ t = 31,25 ´ 0,5 = 15,6 m3. + lấy chiều cao bể h = 3m + Diện tích bể: Bảng V-11 : Các chỉ số ô nhiễm sau khi qua công đoạn xử lý sinh học Thông số TT BOD5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) NH4+ (mg/l) Tổng coliform MPN/100ml Vào 111,7 117,8 223,2 4,7 48.103 Hiệu suất(%) 87 60 80 80 99 Ra 15 48 45 0,94 480  Chương VI Tính toán một số thiết bị phụ trợ Trong trạm xử lí nước thải bệnh viện Thanh Nhàn có sử dụng các loại máy bơm và máy thổi khí với số lượng như sau: * Máy bơm nước thải gồm 4 chiếc sử dụng trong các công đoạn sau B1: Bơm nước thải từ bể điều hoà vào bể keo tụ kết hợp lắng B2: Bơm nước thải từ bể lắng sơ cấp sang bể lọc sinh học B3: Bơm nước thải từ bể lắng thứ cấp sang bể khử trùng B4: Bơm nước thải từ bể nén bùn sang bể điều hoà * Máy bơm bùn gồm 2 chiếc sử dụng trong các công đoạn sau A1: Bơm tuần hoàn bùn sinh học A2: Bơm bùn cặn từ bể lắng sơ cấp và lắng thứ cấp sang bể nén bùn * Máy thổi khí gồm 2 chiếc dùng cấp khí vào bể điều hoà và bể lọc sinh học * Máy bơm định lượng hoá chất gồm 2 chiếc sử dụng trong các công đoạn sau: Bơm hoá chất keo tụ PACN - 95 từ thùng chứa vào bể keo tụ kết hợp lắng Bơm dung dịch clorua vào bể khử trùng * Động cơ điện gồm 3 chiếc: Một dùng để làm chuyển động cánh khuấy trong bể keo tụ, còn lại dùng để làm chuyển động dàn quay phân phối nước trong bể lọc sinh học 1 2 3 4 5 5 7 6 8 9 10 1. Bể lắng cát 2. Bể điều h 2. Bể điều hoà 3. Trạm bơm 4. Bể keo tụ- lắng 5. Bể lọc sinh học 6. Bể lắngcấp II 7.Bể nén bùn 8. Bể khử trùng 9. Nhà hành chính 10. Nhà kho Do hệ thống làm việc liên tục nên máy móc cần phải có tính ổn định cao trong quá trình làm việc. Vì vậy, để tăng tính ổn định của máy móc cần phải hạn chế những hiện tượng có thể ảnh hưởng tới tính ổn định của hệ thống. Các máy móc này được đặt chung trong nhà điều hành để thuận tiện cho việc kiểm tra, bảo dưỡng hay thay thế máy móc. Ngoài ra, khi lắp đặt chúng cần tính yếu tố ảnh hưởng tới môi trường xung quanh, đặc biệt là ô nhiễm tiếng ồn. Vì vậy, các máy nén khí và máy bơm cần được đặt trong hố tiêu âm, cách âm. Trên hệ thống đường ống dẫn, tại ống hút và ống đẩy đều có bố trí các van khoá nhằm điều chỉnh lưu lượng, đảm bảo chế độ làm việc của thiết bị. VI.1. Tính toán máy bơm Do môi trường nước thải là môi trường xâm thực, dễ ăn mòn không tốt cho các loại bơm chìm. Hơn nữa, để thuận tiện cho công tác kiểm tra bảo dưỡng, trong phương án này chúng tôi chọn loại bơm đặt trên cạn. Việc tính toán chọn máy bơm dựa vào các thông số lưu lượng nước thải cần vận chuyển, chiều cao nâng nước thải, tổn thất áp lực trong ống dẫn… VI.1.1.Tính bơm nước thải từ bể điều hoà vào bể keo tụ kết hợp lắng. Để bơm nước thải chúng tôi chọn bơm ly tâm vì hiện nay nó được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm sau [17]. - Cung cấp đều - Chạy nhanh - Thiết bị đơn giản - Có thể bơm các chất lỏng không sạch - Không có xupap nên ít bị tắc Công suất yêu cầu trên trục bơm xác định theo công thức [17]. (7) Trong đó : Q: Năng suất của bơm (m3/s) r: Khối lượng riêng của chất lỏng(kg/m3) g: Gia tốc trọng trường(m/s2) H: áp suất toàn phần của bơm(m) h: Hiệu suất chung của bơm,h= 0,72á 0,93 [17] mà h= h0. htl. hck h0: Hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và đo chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm htl: Hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm hck: Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát ở ổ bi , ổ lót trục. Các hiệu suất được chọn theo bảng dưới đây Bảng VI – 1: Hiệu suất của một số loại bơm [17] Loại bơm h0 htl hck Bơm pittông - 0,8 á 0,94 0,9 á 0,95 Bơm ly tâm 0,85 á 0,96 0,8 á 0,85 0,92 á 0,96 Bơm xoắn ống > 0,8 > 0,7 > 0,9 Bơm răng khía 0,7 á 0,9 - - Từ bảng trên chọn h0 = 0,9; htl =0,85; hck = 0,95 đ h = 0,9.0,85.0,95 ằ 0,73 + Đường kính ống dẫn nước thải: (8) Trong đó : V: Lưu lượng nước thải , V= 8,68.10-3(m3/s) w: Tốc độ nước thải trung bình đi trong ống hút và đẩy,chọn w = 1,5m/s[17] + áp suất toàn phần do bơm tạo ra [17] Dp = Dpđ + Dpm + Dpc + Dp h + Dpk (N/m2) + Dpd: áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho chất lỏng đi ra khỏi ống dẫn (9) Trong đó: r: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) w: Vận tốc chất lỏng trong đường ống(m/s) + Dpm : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng (10) Trong đó : l: Hế số ma sát L: Chiều dài ống dẫn,m Dtd: Đường kính tương đương của ống , m l phụ thuộc vào chế độ chuyển động của chất lỏng và độ nhám của thành ống dẫn Chuẩn số Reynol [17]. m: Độ nhớt của nước thải được tính theo [17] m = m0(1 + 2,5j) (Ns/m2) j: Nồng độ thể tích của pha rắn Do Vpha rắn << Vpha lỏng đ m = m0 =1,0.10-3 Ns/m2 đ Chế độ chảy xoáy(rối), do đó l được tính theo [17]. Trong đó : D: Độ nhám tương đối, xác định theo công thức Trong đó: e: Độ nhám tuyệt đối của ống, trong điều kiện ống dẫn nước thải e = 0,2 dtđ : Đường kính tương đối của ống Lấy chiều dài ống dẫn . L=10m + Dpc: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ(N/m2) [17] (11) Trong đó : x: Hệ số trở lực cục bộ Chọn đường ống có khuỷu ghép 900 so với mặt cắt ngang tròn do 2 khuỷu 450 tạo thành có 5 khuỷu + 2 van tiêu chuẩn Chọn tỷ số [17] + DpH: áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất trở tĩnh (N/m2) DpH = r.g.H (N/m2) (12) Trong đó: H: Chiều cao nâng chất lỏng ( m) r: Khối lượng riêng của chất lỏng kg/m3 g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 ị = 1,2.103 . 9,81.5,23 = 61567 N/m2 + DPk : áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn trong những trường hợp cần thiết tức lúc đưa chất lỏng vào bị có áp suất cao hơn áp suất khí quyển. Pk= P1- P2 (N/m2) Trong đó : P1 : áp suất ở bể hút, P1=P0. P2 : áp suất ở bể xả P2= P0 P0 : áp suất khí quyển. Pk = 0. Vậy áp suất toàn phần : P = 1350 + 4018,6 + 13,365 + 61567 = 80300,6 ( N/m2) Công suất yêu cầu [17]. Công suất động cơ điện [17]. (12) Trong đó : N : Công suất của bơm : Hiệu suất truyền động = 1 [17] : Hiệu suất động cơ điện = 0,8 [17] Thường thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán [17] (14) : Hệ số dự trữ công suất chọn = 1,5 [17] Quy chuẩn chọn động cơ có công suất Ncđc = 2(kW) VI.1.2.Tính toán máy bơm bùn tuần hoàn Công suất trên trục của máy bơm được tính theo công thức (7). Trong đó : Q : Lưu lượng nước bùn tuần hoàn . Q = 2. 750 =1500(m3/ng.đ) + Đường kính ống dẫn bùn được tính theo công thức (8). Với: Tốc độ trung bình của nước bùn đi trong ống đẩy. lấy = 0,5 m/s [17] + áp suất toàn phần tạo ra [17]. P = Pđ + P m + Pc + Pk + Ph Các đại lượng tính tương tự như trên + + P m được tính theo công thức (10) Trong đó : L : Chiều dài tổng cộng của đường ống, lấy L = 12 m : Hệ số ma sát, xác định dựa vào chuẩn số Reynol + chuẩn số Reynol Trong đó: : Độ nhớt của nước bùn = 2.10-3 NS/m2 chế độ chảy xoáy khi đó được tính theo công thức sau [17] : Độ nhám tuyệt đối của đường ống. Chọn đường ống dẫn tương tự như đường ống dẫn nước thải = 0,2 mm [17] thay số: + : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực được tính theo công thức (11) Trong đó: : Trở lực cục bộ Trên đường ống bố trí 3 khuỷu 900, 2 van tiêu chuẩn. Chọn khuỷu 900 do 2 khuỷu 450 tạo thành H0 : Lấy bằng chiều cao của bể nén bùn. H0 = 4,56 m Ph = 1,6 . 103 . 9,81 . 4,56 = 71574 (N/m2) +Pk =0 Như vậy áp suất toàn phần của bơm : P = 200 + 288 + 1828 + 71574 = 73890 ( ) Công suất dựa trên trục bơm [17] Công suất động cơ điện [17] Với kết quả tính toán như trên chúng ta có thể chọn bơm ly tâm với đặc tính như bảng VI – 2: Ký hiệu bơm Lưu lượng (m3/h) áp lực H(m) Số vòng quay N(vòng/ph) Công suất N Đường kính bánh xe công tác(mm) Động cơ (kw) Trên trục Hp 36 9,8 1450 4,5 3,1 195 VI.1.3. Tính toán các bơm còn lại Đối với các máy bơm nước thải và bơm bùn còn lại, chúng ta tính toán tương tự như trên, với giả thiết tính chất lý hoá của nước thải sau khi qua các công đoạn xử lý biến thiên không đáng kể. Các thông số đầu vào và kết quả tính toán của các máy bơm còn lại được trình bày trong bảng VI-3. VI.2. Tính toán máy thổi khí VI.2.1. Tính toán máy thổi khí cho bể điều hoà Như đã trình bày trong phần tính toán bể điều hoà, việc khuấy trộn nước thải được tiến hành bằng cách sục khí nhờ máy nén khí được đưa vào đáy bể nhờ các đường ống phân phối đặt dọc theo chiều dài bể. Các thông số chính tính toán hệ thống cấp khí cho bể như sau : - Chiều cao công tác bể : H = 1,5 (m) - Lượng không khí cần cung cấp cho bể : Qkk= 168( m3/h) - Chiều dày ống phân phối khí L=7 m - Số lượng ống : n =12 ống - Đường kính ống ; dống = 60mm 1. Công của máy thổi khí : Công của quá trình nén đa biến máy thổi khí làm việc theo nguyên tắc nén đa biến được xác định như sau [21] . (J/kg) Trong đó : m : Chỉ số nén đa biến, m phụ thuộc vào diều kiện làm lạnh m = 1,2 1,62 , lấy m= 1,4 [17] T : Nhiệt độ tuyệt đối của không của không khí (0K ) R : Hằng số khí, đối với không khí: Mkk= 29 (kg/kmol) Khối lượng mol của khí P1 : áp suất ban đầu của không khí là P1 = 1at = 9,81.104( N/m2) P2 : áp suất cuối P2=P1 + P +p : Tổng trở lực, được xác định theo công thức sau p = H + hm hm : Tổn thất áp suất [21] hm=pd + pm + pc + pk + pH +Pđ : áp suất cần thiết để tạo vận tốc cho khí đi vào ống [17] Trong đó : rkk : Khối lượng riêng của không khí rkk = 1,2 kg/m3 [17] : Tốc độ không khí trong ống, chọn =20 m/s [21] +Pđ : áp suất khắc phục trở lực ma sát khi khí đi trong ống dẫn [17] L: Chiều dài tổng cộng đường ống cấp khí trong bể L = n.Lkk+ L’ L’ : Chiều dài đường ống dẫn, lấy L’=2m L = 12. 7 + 2 = 86 m : Hệ số ma sát phụ thuộc vào chế độ chuyển động dòng nước thải bể : Độ nhớt của không khí. [17] >104đ chế độ chảy xoáy ị hm = 240 + 6837 + 1564,8 = 8641,8 N/m2 hay + H : Trở lực do chiềo cao lớp nước tạo ra H = 1,5mmH2O = 0,15(at) ị P = 0,09 + 0,15 = 0,24 at Như vậy: P2 = P1 + DP = 1 + 0,24 = 1,24 at 2. Công của máy thổi khí * Công suất lý thuyết của máy thổi khí tính theo công thức [17]. (14) Trong đó : G : Năng suất của máy thổi khí(kg/s) L: Công nén 1kg khí tính theo quá trình nén đa biến ị - Công suất thực tế của máy nén đa biến [17] (15) Trong đó : Nlt : Công suất lý thuyết của máythổi khí h: Hiệu suất nén. h = 0,8á 0,9 chọn h = 0,85 - Công suất của động cơ điện [17] (16) Trong đó: công suất hiệu dụng trên trục động cơ hck: Hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm hckẻ(0,96á0,98) [17] chọn hck = 0,97 htr: Hiệu suất truyền động ẻ(0,96á0,99) [17]. Chọn htr = 0,98 hđc: Hiệu suất động cơ điện. Lấy hđc= 0,95 b: Hệ số dự trữ công suất thường lấy bằng(1,1á1,15) [17]. Lấy b = 1,1 VI.2.2. Tính toán thổi khí cho bể lọc sinh học Các thông số chính đã tính toán cho bể lọc sinh học - Cường độ cấp khí Wkk=8,22(m3/m2.ng) - Đường kính ống phân phối : d = 60 mm - Chiều cao lớp đệm H = 4m - Độ rỗng lớp đệm vi sinh P = 95% - Diện tích bề mặt riêng Fa = 120 m2/m3 * Công của máy thổi khí + Tổng trở lực DP = DPt+hm Trong đó : DPt: Trở lực thuỷ lực của tháp hm: Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn Tổn thất áp suất trên đường ống dẫn tính tự như tính trong bể điều hoà [18]. hm = -DPd+ DPm + DPc + DPk Tong đó: + -DPd: áp suất cần thiết để tạo vận tốc khí w = 20m/s đi trong ống + -DPm: áp suất khắc phục trở lực ma sát được xác định theo công thức(10) Trong đó: L: Chiều dài tổng cộng của đường ống cấp khí, lấy L = 20m. Chọn các ống dẫn và cách bố trí đường ống giống như bể điều hoà. + DPc: áp suất khắc phục trở lực cục bộ trong đường ống + DPk: áp suất để đẩy không khí vào bể. DPk ằ 0 ị hm = 240 + 1590 + 1564,8 + 0 = 3394,8 (N/m2) hay * Trở lực thuỷ lực của tháp: DPt Khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha khí chuyển động ngược chiều từ dưới lên có thể xảy ra 4 chế độ thuỷ động lực: + Chế độ chảy màng + Chế độ quá độ + Chế độ chảy xoáy + Chế độ nhữ tương Trong 3 chế độ ( chảy màng, chảy xoáy, chảy quá độ) pha liên tục là pha khí chiếm tất cả khoảng không gian còn lại trong tháp, còn chất lỏng chảy theo bề mặt đệm và là pha phân tán. Để xác định được chế độ chảy của chất lỏng phải dựa vào chuẩn số Reynol. Vận tốc thực của pha khí đi trong tháp xác định theo công thức [18]. (m/s) Trong đó: Vđ: Thể tích tự do của đệm (m3/m3) ( Vđ chính là độ rỗng của đêm) w: Tốc độ của khí tính trên toàn bộ tiết diện của tháp (m/s) w được xác định theo công thức sau [18]. (m/s) Trong đó: m: Độ nhớt của không khí (Ns/m2) r: Khối lượng riêng của không khí (kg/m3) Tra số tay hoá công tập I ta được: r = 1,2 kg/m3 m = 1837.10-8 Ns/m2 dtđ: Đường kính tương của đệm xác định theo công thức [18] Trong đó: sđ: Bề mặt riêng của đệm (m2/m3). sđ = Fa = 120 (m2/m3) Re: Chuẩn số Reynol được xác định theo công thức [22] Trong đó: rnt, rkk: Khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (kg/m3) g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 Gnt, Gkk: Lưu lượng nước thải và khí trong tháp (kg/m2.s) (kg/m2.s) Trong đó: Q: Lưu lượng không khí hoặc nước thải tính toán (m3/s) f: Bề mặt tiếp xúc giữa nước thải( không khí ) và đệm (m2) f = F.V (m2) F: Bề mặt riêng của đệm (m2/m3) V: Thể tích cần thiết của đệm (m3) ị f = 120.30 = 3600 (m2) + Đối với nước thải (kg/m2.s) + Đối với không khí (kg/m2.s) ị ị Vận tốc thực của khí đi trong lớp đệm + Tổn thất áp suất của đệm khô tính theo công thức(do) + Xét chuẩn số Reynol của khí đi qua tháp + Sức cản thuỷ lực của tháp đệm đối với hệ khí lỏng được tính theo công thức Trong đó: A,m,n,c là các hệ số được tra theo bảng VI- 4. Hệ thống A m n c Hệ khí - lỏng khi 8,4 0,405 0,225 0,015 Hệ khí - lỏng khi 10,0 0,945 0,525 0,105 Hệ hơi- lỏng 5,15 3,42 0,190 0,038 Xét biểu thức > 0,5 vậy A = 10,0; m = 0,945; n = 0,525; c = 0,105 ị + Sức cản thuỷ lực trên điểm đảo pha DPtr = DPpu + rhh.g.H (N/m2) Trong đó: rhh: Khối lượng riêng của hỗn hợp khí lỏng (kg/m3) được xác định như sau + Sức cản thuỷ lực ở dưới điểm đảo pha [18]. (N/m2) Trong đó: l: Chiều cao nước thải trong tháp (m) A1: Hệ số, đối với điểm dưới đảo pha lấy theo đồ thị + Trong trường hợp tính toán(đối với tháp đệm thường) thì w = 80%ws đ . Tra đồ thị [18]ta được A1 = 3,2 ị (N/m2) Vậy trở lực thuỷ lực của tháp là DPt = DPtr + DPư + DPd = 23465,11 + 1,003 + 0,887 = 23467 (N/m2) hay Tổng trở lực của tháp DP = DPt + hm = 0,24 + 0,035 = 0,275 (at) ị P2 = 1 + 0,275 = 1,275 (at) Công của máy thổi khí * Công suất của máy thổi khí Công suất lý thuýêt của máy thổi khí được tính theo công thức(14). Công suất thực tế của máy thổi khí được xác định theo công thức (15). ị Công suất của động cơ được xác định theo công thức (16). Kết quả: Năng suất của máy thổi khí: Q = 10,3 (m3/ph) áp suất nén: P2 = 1,275 at Công suất thực của máy nén: Nt = 6,6 kw Công suất động cơ: Nđc = 8 kw Từ kết quả thu được ở trên có thể chọn máy nén ly tâm với các đặc tính như sau [17] Ký hiệu Năng suất (m3/ph) áp suất nén (at) Số vòng quaytrong 1 phút Công suất động cơ (kw) Khối lượng (tấn) TK-700-5 7,5 1,39 2950 100 2,3 VI.2.3. Tính toán động cơ điện cho dàn quay phân phối nước * Công suất động cơ điện Công suất động cơ điện phụ thuộc vao dàn quay của dàn phun và phụ thuộc vào mô men quay của dàn phun được xác định theo công thức sau [23] Pđc = 9,81.w.M (kw) Trong đó: M: Mô men quay định mức ở đầu dàn phun (kg/m2.s) w: Tốc độ quay của dàn phun (rad/s) n: Tốc độ quay của dàn phun (vòng/ph). n = 3 vòng/ph Giả sử dàn quay quay ngược chiều kim đồng hồ, nước đi ra ngược chiều với chiều quay của dàn phun. Khi đó xét cho một nhánh phân phối nước Coi dàn phun như một vật quay quanh trục đứng, có khối lượng bằng m và bằng với khối lượng của hệ. Trong đó: M’ = M1 + M2 (kg/m2.s) Với M1: Mô men động lượngcủa hệ, có chiều trùng với chiều quay của hệ M1 = I.w (kg/m2.s) Với I: Mô men quán tính đối với trục quay được xác định theo công thức sau m: Khối lượng thanh quay được xác định như sau + Chọn vật liệu làm ống bằng thép đrống=7850 (kg/m3) + Vận tốc nước đi ra ị M1 =3,12 ´ 0,534 = 1,78(kg.m2/s) M2: Mô men ngẫu lực do cặp phản lực gây ra M2 = h.Fpl = h.m.v Trong đó: v: Vận tốc nước đi ra khỏi lỗ trên thân ống, v = 1,2 m/s h: Cánh tay đòn lấy bằng bán kính thuỷ lực Vậy mô men quay của thanh M’ = 1,78 + 4,386 = 6,166 (kg/m2.s) *Công suất động cơ điện [23] Pđc = 9,81.M.w = 9,81 ´ 6,166 ´ 0,157 = 9,5 (kw) Như vậy: Để dàn quay hoạt động theo yêu cầu thì chúng ta cần phải chọn động cơ có công suất > 9,5 kw. Chương VII Tính toán chi phí Công tác vận hành kỹ thuật của các công trình xử lý nước thải quy mô vừa và nhỏ không phức tạp và không đòi hỏi trình độ cao như đối với công trình xử lý nước thải công suất lớn. Tuy nhiên, chi phí đầu tư xây dựng và chi phí quản lý vận hành các trạm nhỏ, xét trên tổng thể thì có thể coi là cao hơn các chi phí của trạm xử lý công suất lớn. Chi phí đầu tư được xác định theo nguyên tắc lập hồ sơ dự toán xây dựng cơ bản có tính đến tất cả các yếu tố như: Diện tích đất xây dựng, chuẩn bị mặt bằng, san nền và hạ mực nước ngầm, xây lắp công trình, chạy thử, các chi phí xây dựng cơ bản khác và thuế giá trị gia tăng. Chi phí xây dựng giữa các công trình xử lý nước thải hợp khối và không hợp khối cũng khác nhau rất nhiều. Khi xây dựng hợp khối các công trình, diện tích đất xây dựng giảm nhưng chi phí cho kết cấu công trình lại tăng lên rất nhiều. Quy mô công trình càng nhỏ, số người sử dụng trạm xử lý nước thảicàng ít thì chi phí xây dựng và chi phí quản lý tính cho 1 m3 nước thải càng tăng. Khi xác định hiệu quả kinh tế của trạm xử lý nước thải cần phải xác định hiệu suất đầu tư tính cho 1 m3 nước thải. Đối với bệnh viện Đa khoa Thanh nhàn, với lưu lượng thải 300m3/ng.đ, có thể xây dựng trạm xử lý nước thải quy mô vừa nên chi phí cho toàn bộ công trình có thể được phân thành các loại chi phí sau: Chi phí để mua sắm thiết bị phục vụ cho xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Chi phí này được chỉ ra ở bảng VII-1: Bảng VII- 1: Chi phí cho các thiết bị máy móc [10,15]. Tên thiết bị Số lượng Đơn giá VNĐ Thành tiền VNĐ Song chắn rác 1 3.000.000 3.000.000 Máy bơm nước thải 4 26.000.000 104.000.000 Máy bơm bùn 2 20.000.000 40.000.000 Bơm định lượng hoá chất 2 20.000.000 40.000.000 Máy thổi khí 2 20.000.000 40.000.000 Động cơ điện 3 18.000.000 54.000.000 Thùng chuẩn bị hoá chất 2 5.000.000 10.000.000 Van khoá và hệ thống đường ống Toàn bộ 50.000.000 50.000.000 Cánh khuấy và khung đỡ 2 8.000.000 16.000.000 Bể lọc sinh học cao tải 2 120.000.000 240.000.000 Bể keo tụ kết hợp lắng 1 247.730.000 247.730.000 Các phụ kiện khác(tủ điện…) - 25.000.000 25.000.000 Tổng chi phí mua thiết bị - - 869.730.000 2.Chi phí xây dựng: Chi phí để xây dựng công trình xử lý được chỉ ra ở bảng dưới đây Bảng VII-2: Chi phí xây dựng cơ bản [10,15] TT Tên công trình ĐVT Đơn giá(VNĐ) Thành tiền(VNĐ) 1 Bể lắng cát 5,21 m3 1.100.000 5.731.000 2 Bể điều hoà 62,5 m3 1.200.000 75.000.000 3 Rãnh dẫn nước thải 300m 120.000 36.000.000 4 Bể lắng cấp II 60,6m3 3.000.000 181.000.000 5 Bể khử trùng 15,6 m3 2.371.795 37.000.000 6 Bể nén bùn 47,1 m3 2.547.771 120.000.000 7 Nhà điều hành 9m2 1.500.000 13.500.000 8 Hệ thống cấp điện - - 10.000.000 9 Tổng chi phí - - 478.231.000 Chi phí vận hành Chi phí vận hành cho 1m3 nước thải[tính cho hệ thống xử lý nước thải công suất 300m3/ng.đ (không tính khấu hao vì đây là công trình xã hội – y tế)] * Điện: Tổng công suất tối đa sử dụng cho hệ thống theo công nghệ nêu trên được tính như sau: N ´ 24 = 18 ´ 16 = 288 (kwh) ị Tổng tiền điện trong 1 ngày: 288 ´ 1000đ = 288.000đ * Hoá chất : PACN-95 : 4g/m3´300m3/ng. đ´12đ/g=14400 đ/ngày Hoá chất khử trùng 3g/m3´300m3/ng. đ´6đ/g=5400 đ/ngày ịTổng cộng tiền hoá chất trong 1 ngày : 19800đ * Công nhân: 4 người phục vụ chia làm 2 ca . Chi phí nhân công N: Bao gồm lương công nhân trực tiếp vận hành công trình, chi phí giám sát, chi phí hành chính, bảo hiểm xã hội … Lương + BHXH + BH Y tế: 600.000đ/tháng Chi phí công 1 ngày(đã tính cả BHXH + BHYT): 4 người ´ 600.000/30ngày = 80.000đ * Chi phí khác (kể cả sửa chữa nhỏ và quản lý ): 100.000 đ . ị Tổng chi phí vận hành: 487.800 (đ/ngày) * Chi phí cho 1 m3 nước thải: 980 (đ/ngày ) 4. Chi phí vận hành và kiểm soát ô nhiễm Môi trường hệ thống xử lý nước thải bệnh viện. * Kiểm soát ô nhiễm Môi trường Các thông số kiểm soát: COD, BOD5, SS, Coliform… Tần suất quan trắc: Cứ 3 tháng 1 lần hoặc khi có sự cố * Chi phí vận hành: Trung bình 1 lần quan trắc là 5.000.000, như vậy 1 năm là 15.000.000 Bảng VII-3: Bảng tổng hợp chi phí [10,15] STT Khoản mục Thành tiền 1 Thiết bị 869.730.000 2 Xây dựng cơ bản 478.231.000 3 Chi phí khác 283.777.263 Khảo sát ĐT hiện trạng, nghiên cứu xâc định công nghệ 20.000.000 Khảo sát lập dự án khả thi 0,36% (1 + 2) 4.852.660 Chi phí thẩm định dự án 0,05% (1 + 2) 673.981 Chi phí thiết kế 2,5%(1+2) 33.699.025 Thẩm định thiết kế 0,16%(1+2) 2.156.738 Thẩm định tổng dự án 0,15%(1+2) 2.021.942 Lập HS mời thầu và PTđánh giá HS dự thầu XL 0,46%(1+2) 6.200.621 Giám sát thi công xây dựng và lắp đặt thiết bị 1,14%(1+2) 15.366.755 Chi phí ban quản lý dự án 1%(1+2) 13.479.610 Bảo hiểm công trình 0,33%(1+2) 4.448.271 Vận hành thử thiết bị 1%(1+2) 13.479.610 Quản lý phí Ban chủ nhiệm chương trình 2%(1+2) 26.959.220 Chuyển giao công nghệ và đào tạo 100.000.000 Chi phí kiểm soát ô nhiễm môi trường HTXLNT bệnh viện 15.000.000 Dự phòng 3%(1+2) 40.438.830 4 Tổng 1.647.000.000 Kết luận Bệnh viện là nơi điều trị, chăm sóc sức khoẻ cộng đồng và nghiên cứu về y học góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội. Nhưng bệnh viện cũng là nơi phát sinh chất thải, trong đó có cả chất thải độc hại đối với môi trường và con người. Đặc biệt là nước thải của một số bệnh viện có chứa một lượng lớn các vi sinh vật gây bệnh, trong đó có nhiều vi sinh vật gây bệnh truyền nhiễm nguy hiểm . Từ kết quả nghiên cứu hiện trạng bệnh viện Đa khoa Thanh nhàn, chúng tôi nhận thấy nếu không tiến hành xử lý nước thải sẽ ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và sức khoẻ cộng đồng. Do đó việc xây dựng một hệ thống xử lý nước thải bệnh viện là hết sức cần thiết. Để giảm thiểu nước thải phát sinh trong các bệnh viện, chúng tôi đã đưa ra một số giải pháp về quản lý như: + Việc phân luồng nước thải bệnh viện phải được tiến hành triệt để, khâu quản lý giám sát phải chặt chẽ nhằm đem lại hiệu quả xử lý cao. + Tuyên truyền nâng cao ý thức bảo vệ môi trường và sức khoẻ cộng đồng cho các cán bộ công nhân viên bệnh viện và toàn dân đến khám và điều trị tại bệnh viện. Với lưu lượng nước thải bệnh viện Đa khoa Thanh nhàn Q = 300m3/ng.đ tương đối nhỏ nên trong đồ án này đã thiết kế được hệ thống thiết bị xử lý hợp lý, gọn, đơn giản và dễ vận hành. Vì vậy, trong thiết kế chúng tôi chỉ cần 4 công nhân vận hành hệ thống. Tận dụng địa hình bệnh viện nằm sát mương thoát nước của thành phố ra sông Kim Ngưu nên chúng ta có thể chỉ cần xử lý nước thải đạt TCVN: 2000- 6772. Với phương án xử lý như trên nước thải bệnh viện Đa khoa Thanh Nhàn sau xử lý đã đạt tiêu chuẩn thải và kết quả thể hiện trong bảng sau: Thông số BOD5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) NH4+ (mg/l) Tổng coliform MPN/100ml Vào 196 320 120 9,8 12.105 Ra 15 48 45 0,94 480 Hiệu suất(%) 92 85 62,5 90 99,9 Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải của bệnh viện như đã tính toán xấp xỉ 1.650.000.000VNĐ, chi phí xử lý 1m3 xấp xỉ 1000đ. Với giá thành này đối với bệnh viện Đa khoa Thanh nhàn có thể chấp nhận được. Bản thiết kế này đã tính toán đúng với số liệu thực tế, hệ thống đơn giản, dễ quản lý vận hành và chi phí hợp lý nên chúng tôi hy vọng đây là một dự án có thể được áp dụng thực sự cho bệnh viện Đa khoa Thanh Nhàn hoặc có thể là một tài liệu tham khảo cho một dự án xử lý nước thải cho bệnh viện tương tự khác. Mục lục Trang Mở đầu 1 Chương I. Tổng quan về nước thải bệnh viện I.1. Một số khái nịêm về chất thải y tế 3 I.2. Nguồn phát sinh và đặc tính của nước thải bệnh viện 3 I.2.1. Nguồn phát sinh nước thải bệnh viện 3 I.2.2.Đặc trưng nước thải bệnh viện 5 I.3. ảnh hưởng của nước thải bệnh viện tới môi trường 7 I.4. Tình hình quản lý và xử lý nước thải ở một số bệnh viện điển hình ở hà nội 8 Chương II. Một số phương pháp xử lý nước thải bệnh viện hiện nay II.1. Phương pháp xử lý cơ học 12 II.2. Phương pháp xử lý hoá lý 12 II.3. Phương pháp xử lý sinh học 13 II.3.1. Phương pháp yếm khí 13 II.3.2. Phương pháp hiếu khí 15 Chương III. Hiện trạng bệnh viện Đa khoa Thanh Nhàn III.1. Lịch sử hình thành và phát triển của bệnh viện 19 III.2. Hiện trạng nước thải 20 III.2.1. Hiện trạng sử dụng nguồn nước của bệnh viện 20 III.2.2. Hiện trạng nước thải 21 III.2.3. Hiện trạng hệ thống đường ống thoát nước 22 Chương IV. Lựa chọn phương pháp xử lý nước thải cho bệnh viện đa khoa Thanh Nhàn IV.1. Phân luồng nước thải bệnh viện Đa khoa Thanh nhàn 24 IV.2. Đề xuất các phương pháp xử lý nước thải 24 IV.2.1. phương án 1: Hoá học kết hợp sinh học 25 IV.2.2. Phương án 2: Kết hợp vi sinh hiếu khí và tuyển nổi 26 IV.2.3. Phương án 3: Kết hợp cơ học và sinh học 27 IV.2.4. Phương án 4: Phân luồng dòng thải và xử lý kết hợp lên men yếm khí và hiếu khí 28 IV.3. Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải bệnh viện Đa khoa Thanh nhàn 29 IV.3.1. Cơ sở lựa chọn 29 IV.3.2. Hệ thống công nghệ lựa chọn 30 Chương V: Tính toán thiết kế các thiết bị trong hệ thống xử lý nước thải V.1. Song chắn rác 32 V.2. Bể lắng cát 34 V.3. Bể điều hoà 37 V.4. Bể đông keo tụ kết hợp lắng 40 V.5. Bể lọc sinh học cao tải 50 V.6. Bể lắng đợt II 54 V.7. Bể xử lý bùn cặn 57 V.8. Bể khử trùng 60 Chương VI. Tính toán một số thiết bị phụ trợ VI.1. Tính toán máy bơm 65 VI.2. Tính toán máy thổi khí 72 VI.2.1. Tính toán máy thổi khí cho bể điều hoà 72 VI.2.2. Tính toán máy thổi khí cho bể lọc sinh học 75 VI.3. Tính toán động cơ điện cho dàn quay phân phối nước 81 Chương VII: Tính toán chi phí 84 Kết luận BảngVI-3: Thông số và kết quả tính toán máy bơm Thông số Đơn vị B2 B3 B4 A2 Lưu lượng nước thải càn vận chuyển Q(m3/s) 8,68.10-3 8,68.10-3 8,68.10-3 0,0312 Tổng chiều dài đường ống dẫn L(m) 15 25 15 20 Chiều cao đưa nước thải lên H0(m) 5,5 3 1,8 5 Độ nhớt của nước thải m(Ns/m2) 1,0.10-3 1,0.10-3 1,0.10-3 2,0.10-3 Khối lượng riêng của nước thải r(kg/m3) 1000 1000 1000 1600 Vận tốc nươc đi trong ống dẫn v(m/s) 1,5 1,5 1,5 1,5 Đường kính ống dẫn d(m) 0,086 0,086 0,086 0,15 Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn e (mm) 0,2 0,2 0,2 0,2 Chuẩn số Reynol Re 1,548.105 1,548.105 1,548.105 1,8.105 Hệ số ma sát l 0,0256 0,0256 0,0256 0,0043 Hiệu suất chung h 0,73 0,73 0,73 0,73 Số khuỷu 900 bố trí trên đường ống 4 4 5 6 Số van tiêu chuẩn bố trí trên đường ống 2 2 2 3 Hệ số trở lực x 9,52 9,52 10,28 14,28 áp suất cần thiết để nước đi với vận tốc v DPđ (N/m2) 1350 1350 1350 1800 áp suất khắc phục trở lực ma sát DPm (N/m2) 6028 10046,5 6028 1032 áp suất khắc phục trở lực cục bộ DPc (N/m2) 12852 12852 13365 25704 áp suất nâng chất lỏng lên độ cao H0 DPh (N/m2) 64746 47088 21189,6 78480 áp suất toàn phần do bơm tạo ra DP (N/m2) 84976 71336,5 41932,6 107016 Công suất trên trục bơm N (kw) 1,01 0,85 0,5 4,6 Công suất trên trục động cơ Nđc (kw) 1,33 1,12 0,66 5,75 Hệ số dự trữ b 1,5 1,5 2 1,2 Công suất động cơ điện thực tế Ntđc (kw) 2 1,68 1,32 6,9