Đồ án Môn học xử lý nước thải: Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải

khỏi nước thải, chuyển các chất tan thành chất không tan và lắng cặn hoặc thành các chất không độc … Hai phương pháp này thường dùng để xử lý NT công nghiệp. Nó có thể là khâu xử lý cuối cùng (nếu với mức độ xử lý đạt được, NT có thể sử dụng lại) hoặc là khâu xử lý sơ bộ (khử các chất độc hại hoặc các chất ngăn cản sự hoạt động bình thường của công trình xử lý, đảm bảo PH ổn định cho quá trình XLNT bằng phương pháp sinh học tiếp theo, chuyển các chất độc hại khó xử lý và khó lắng thành đơn giản hơn hoặc lắng đọng keo tụ được…) c. Các phương pháp xử lý sinh học (XLSH) Các hợp chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của vi sinh vật. Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hoá hoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ. XLNT bằng phương pháp sinh học hiếu khí. Qúa trình XLNT dựa trên sự oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hoà tan. Nếu lượng oxy được cấp bằng các thiết bị (sục khí, nén khí) hoặc nhờ cấu tạo công trình thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo và ngược lại là trong điều kiện tự nhiên. XLSH hiếu khí trong điều kiện nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính, kênh oxy tuần hoàn … XLSH hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thường được tiến hành trong hồ hoặc trong đất ngập nước XLNT bằng phương pháp sinh học kỵ khí. Qúa trình xử lý dựa trên cơ sở phân huỷ các hợp chất hữu cơ nhờ quá trình lên men kỵ khí Đối với HTTN nhỏ và vừa người ta thường kết hợp tách các cặn lắng với phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng. Ta dựa vào mức độ cần thiết phải xử lý là E = 100% đã tính ở phần trên để chọn phương pháp xử lý nước thải. Dựa vào bảng 2.2 trang 45-Giáo trình XLNT(PGS-TS Trần Đức Hạ) ta thấy hàm lượng chất lơ lửng và BOD5 trong nước thải sau xử lý nên ta chọn phương pháp xử lý nước thải là phương pháp sinh học hoàn toàn. Sơ đồ dây chuyền công nghệ của Trạm xử lý nước thải. Các phương án dây chuyền công nghệ và các công trình XLNT trong đó phải được lựa chọn trên các cơ sở sau: - Quy mô (công suất) và đặc điểm đối tượng thoát nước (lưu vực phân tán của đô thị, khu dân cư, bệnh viện…) - Đặc điểm nguồn tiếp nhận nước thải và khả năng tự làm sạch của nó. - Mức độ và các giai đoạn XLNT cần thiết - Điều kiện tự nhiên khu vực: đặc điểm khí hậu, thời tiết, địa hình, địa chất thuỷ văn…. - Điều kiện cung cấp nguyên vật liệu để xử lý nước thải tại địa phương. - Khả năng sử dụng nước thải cho các mục đích khác tại địa phương (nuôi cá, tưới ruộng, giữ mực nước tạo cảnh quan đô thị) - Diện tích và vị trí đất đai sử dụng để xây dựng trạm XLNT. - Nguồn tài chính và các điều kiện kinh tế khác. - Sự chấp nhận tham gia của cộng đồng. Các trạm XLNT công suất nhỏ và vừa phải đảm bảo một loạt các yêu cầu như xây dưng đơn giản, dễ hợp khối các công trình, diện tích chiếm đất nhỏ, dễ quản lý và vận hành và kinh phí đầu tư xây dựng không lớn. Dựa vào các kết quả đã tính toán được ở phần trên với công suất trạm là Q =20250 m3/ng.đ ta tiến hành chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải theo các phương án được trình bày sau đây. Phương án I: Q = 20250(m3/ngđ) SONG CHẮN RÁC SONG CH¾N R¸C BÓ L¾NG C¸T Ngang chuyÓn ®éng vßng BÓ L¾NG ngang ®ît I BỂ BIOPHIN CAO TẢI BÓ l¾ng ngang ®îT II MÁNG TRỘN M¸NG TRéN BỂ TIẾP XÚC BÓ TIÕP XóC SÂN PHƠI BÙN KHỬ TRÙNG KHö TRïNG NGĂN TIẾP NHẬN NG¡N TIÕP NHËN THỔI KHÍ SÂN PHƠI CÁT S©n Ph¬i c¸t BỂ LẮNG NGANG ĐỢT II BÓ l¾ng ngang ®îT II MÁNG TRỘN M¸NG TRéN BỂ TIẾP XÚC BÓ TIÕP XóC BỂ LẮNG CÁT NGANG BÓ L¾NG C¸T Ngang chuyÓn ®éng vßng SÂN PHƠI CÁT S©n Ph¬i c¸t BỂ MÊ TAN BÓ Mª tan BÃI RÁC Làm thoáng sơ bộ SÔNG  Thuyết minh phương án I Phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố được máy bơm ở trạm bơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp đến ngăn tiếp nhận. Nước thải qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền nhỏ được đưa đến bể mê tan, nước thải tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ngang. Lấy cát ra khỏi bể lắng có thể bằng thủ công nếu lượng cát W 0.5m3/ngđ. Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưa đến sân phơi cát. Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng ngang đợt I, tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ,… được giữ lại. Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể Biophin cao tải. Sau bể Biophin cao tải, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý song vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn,… gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn. Toàn bộ hệ thống thực hiện nhiệm vụ này gồm trạm khử trùng, máng trộn và bể tiếp xúc. Sau các công đoạn đó nước thải được xả ra nguồn tiếp nhận. Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể lắng ngang được đưa ra sân phơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định. Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nông nghiệp hoặc đổ ra bãi rác. Phương án II: Q = 20250 (m3/ngđ) NGĂN TIẾP NHẬN SONG CHẮN RÁC BÓ L¾NG C¸T Ngang BỂ LẮNG LY TÂM ĐỢT I BỂ LẮNG LY TÂM ĐỢT II MÁNG TRỘN BỂ MÊ TAN BỂ NÉN BÙN BỂ TIẾP XÚC BÃI RÁC SÂN PHƠI BÙN KHỬ TRÙNG MÁY NGHIỀN RÁC SÂN PHƠI CÁT S©n Ph¬i c¸t BỂ AERÔTEN Rác Cát Bùn hoạt tính tuần hoàn Bùn hoạt Bùn ht tính dư SÔNG  Thuyết minh phương án II Phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố được máy bơm ở trạm bơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp đến ngăn tiếp nhận. Qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được nhỏ và được đưa đến bể mê tan, nước thải tiếp tục được đưa đến bể lắng cát. Để giảm khối tích xây dựng công trình mà vẫn đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn. Lấy cát ra khỏi bể lắng có thể bằng thủ công nếu lượng cát W 0.5m3/ngđ. Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưa đến sân phơi cát. Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng ly tâm đợt 1 (nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể), tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ,.. được giữ lại. Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể Aeroten. Bể Aeroten là công trình làm bằng bê tông hoặc bêtông cốt thép… thông dụng nhất là hình chữ nhật. Hỗn hợp bùn và nước thải cho chảy qua suất chiều dài của bể, nước thải với bùn hoạt tính tuần hoàn sau khi qua bể Aeroten cho qua bể lắng đợt 2. ở đây bùn lắng một phần đưa trở lại bể Aeroten, phần khác đưa tới bể nén bùn. Do ta phải xử lý sinh hóa toàn lên ta chọn bể Aeroten để hiệu quả làm việc tốt hơn, dễ điều khiển và tận dụng hết thể tích của bể. Để chắn giữ bùn hoạt tính sau bể Aeroten ta dùng bể lắng ly tâm đợt 2. Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo không loại trừ hết các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh. Bởi vậy sau giai đoạn xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải trước khi xả vào nguồn, trong quá trình xử lý nước thải bằng bất kỳ phương pháp nào cũng tạo nên một lượng cặn đáng kể, nói chung các loại cặn đều có mùi hôi thối khó chịu nhất là cặn tươi và nguy hiểm về mặt vi sinh. Do vậy nhất thiết phải xử lý cặn thích đáng, để giảm hàm lượng chất hữu cơ trong cặn và để đạt chỉ tiêu vi sinh thường áp dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí trong bể Mêtan. Trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc… là những công trình khử trùng nước trước khi xả ra nguồn. Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý. So sánh hai phương án. Bể Biophin có cấu tạo đơn giản, quản ly thuận tiện, thích hợp với nơi có nhiệt độ không khí cao, trình độ công nghiệp chưa phát triển, bể này áp dụng với những trạm xử lý có công suất nhỏ và trung bình. Nhưng bể Biophin có nhược điểm là tốn vật liệu lọc, do đó giá thành xây dựng và quản lý đắt. Còn bể Aeroten có sức tải chất bẩn cao và cho hiệu quả làm sạch cao. - Với công suất trạm là Q = 20250 (m3/ngđ) thì việc dùng bể lắng ngang đợt II hay bể lắng ly tâm đợt II đều thoả mãn, song thực tế thì khi Q 20000 (m3/ngđ) thì người ta thường dùng bể lắng ly tâm đợt II hơn. Sau khi so sánh ta nhận thấy phương án II tốt hơn phương án I trong trường hợp công suất của trạm là Q = 20250 (m3/ngđ). Do vậy ta chọn phương án II là phương án thiết kế. III. Thiết kế dây chuyền công nghệ và tính toán thuỷ lực phương án chọn Ngăn tiếp nhận Nước thải chảy vào trạm xử lý có thể theo ống đẩy có áp của trạm bơm nước thải hoặc theo ống kêng máng tự chảy, để tiếp nhận nước thải từ các ống dẫn có áp ta xây dựng các ngăn tiếp nhận trước các công trình làm sạch. Để đảm bảo nguyên tắc tự chảy thì ngăn tiếp nhận phải được bố trí ở vị trí cao để nước thải từ đó có thể tự chảy qua các công trình của trạm xử lý. Kích thước ngăn tiếp nhận được chọn căn cứ vào lưu lượng nước thải max giây của thành phố. Theo tính toán ở trên ta có Qhmax(TP) = 1184,6 (m3/h), dựa vào bảng P31- Giáo trình XLNT đô thị - trang 319, ta chọn ngăn tiếp nhận có kích thước cơ bản như sau: Bảng 8. Kích thước ngăn tiếp nhận bằng bêtông cốt thép (mm) Lưu lượng nước thải (m3/h) KÍCH THƯỚC CƠ BẢN, MM Dống, mm A B H H1 h h1 b l l1 2 ống 1184,6 2000 2300 2000 1600 750 750 600 1000 1200 250 H×nh 6.1. Ng¨n tiÕp nhËn n­íc th¶i Mương dẫn nước thải Để phân phối, vận chuyển nước thải và cặn tới từng công trình, ở đây ta dùng 2 máng dẫn hở vì nó dễ dàng quản lý theo dõi, quan sát, và tẩy rửa… Nước thải theo mương chảy đến song chắn rác. Mỗi song chắn được chọn sẽ có một mương dẫn riêng và lưu lượng tính toán sẽ chia đều cho số mương tương ứng. Dựa vào kết quả tính toán, chọn hai song chắn rác công tác, như vậy cần tính toán thuỷ lực cho hai mương dẫn tương ứng với lưu lượng bằng 1/2 lưu lượng tính toán. Khi lưu lượng nước thải lớn hoặc để phân phối cặn vào các công trình, người ta dùng ngăn phân phối hoặc kênh làm thoáng Nước thải được dẫn đến ngăn tiếp nhận bằng mương dẫn nước có tiết diện hình chữ nhật Các thông số tính toán thủy lực được thể hiện trong bảng dưới đây. Bảng9. Bảng tính toán thủy lực kích thước mương dẫn nước thải STT Thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb = 234,4 qmax = 329,1 qmin = 92,8 Vật liệu bê tông cốt thép Dòng 1 Hệ số nhám n 0.0138 0.0138 0.0138 Dòng 2 Hệ số mái 0 0 0 Dòng 3 Độ dốc i (%o) 0.0025 0.0025 0.0025 Dòng 4 Chiều rộng b (mm) 600 600 600 Dòng 5 Chiều cao h (mm) 600 700 300 Dòng 6 Tốc độ v (m/s) 1.097 1.182 0.656 Dòng 7 Độ đầy 0.594 0.663 0.601 Dòng 8 Độ sâu (m) 0.356 0.464 0.180 Giải thích cách tính ở bảng trên: - Dòng 1: n = 0,00138 với vật liệu bê tông cốt thép - Dòng 2: Hệ số mái m = 0 do mương dẫn hình chữ nhật - Dòng 3: Chọn i = 0,0025 - Dòng 4: Bề rộng b lấy từ bảng 8 - Dòng 5,6,7,8: Tra bảng tính thủy lực cống hình chữ nhật. Từ kết qủa ở bảng trên ta thấy vận tốc nước chảy trong mương dẫn thoả mãn điều kiện vmin > 0,3 (m/s); vmax < 4 (m/s). Do vậy kích thước tính toán ở trên là thoả mãn! 3. Song chắn rác (SCR) a. Nhiệm vụ của SCR. Nước thải sau khi qua ngăn tiếp nhận được dẫn đến song chắn rác theo mương tiết diện hình chữ nhật. Song chắn rác có nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải và là công trình chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý tiếp theo, tạo điều kiện cho các công trình bơm hút làm việc ổn định. Vị trí SCR. Vị trí của SCR thường đặt nghiêng một góc 450 so với phương thẳng đứng và nghiêng một góc nào đó so với phương dòng chảy ở mặt bằng. Ta có thể đặt SCR ở trạm xử lý như trong dây chuyền này hoặc cũng có thể kết hợp với SCR đặt ở trước trạm bơm nước thải để có thể giảm được một công trình đơn vị trong dây chuyền công nghệ. Tuy nhiên ở đây ta sẽ tính toán cụ thể kích thước, quy mô một SCR cho một dây chuyền công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh. Tính toán SCR Hiệu suất của SCR phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác trong tính toán. Tính toán SCR bao gồm các công việc sau: - Xác định kích thước SCR như chiều rộng hay số thanh, chiều dài, chiều rộng máng - Tính toán tổn thất thuỷ lực qua SCR. c.1. Xác định kích thước SCR. - Số khe hở n giữa các thanh. Xác định theo công thức sau: Trong đó: - qmax là lưu lượng tối đa của nước thải qmax= 1184,6 (m3/h) = (m3/s) - b là chiều rộng khe hở giữa các thanh đan, (m); theo 7.21 TCXD 51 - 2006 ta lấy b = 20 (mm) - h1 là chiều sâu nước trước SCR ứng với qmax, h1 = hmax = 0,464 (m). - Vs là vận tốc nước chảy qua SCR, theo TCXDVN 51 - 2006,Vs = 0,8 - 1 (m/s). Chọn Vs = 1.0 (m/s) - Kz là hệ số kể đến nén dòng khi ta bố trí thiết bị vớt rác, Kz = 1,05. Thay số ta có: (khe hở) Vậy số khe hở giữa các thanh là n = 37 (khe hở) Chiều rộng tổng cộng của song chắn rác: bs = d.(n-1) + b. n Trong đó: d: Chiều dày của thanh song, chọn song hình chữ nhật nên chọn d = 8 (mm) = 0,008 (m) Ta có: bs = 0,008(37 - 1 ) + 0,02 . 37 = 1 (m) Ta lập bảng tính thủy lực dòng chảy trong đoạn có LCR Bảng 10. Bảng tính toán thủy lực kích thước mương dẫn nước thải STT Thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qmax = 329.1 qmin = 92.8 Dòng 1 Hệ số nhám n 0.0138 0.0138 Dòng 2 Hệ số mái 0 0 Dòng 3 Độ dốc i (%o) 0.0016 0.0025 Dòng 4 Chiều rộng B (mm) 1100 1100 Dòng 5 Chiều cao H (m) 700 300 Dòng 6 Tốc độ v (m/s) 1.000 0.755 Dòng 7 Độ đầy 0.47 0.399 Dòng 8 Độ sâu (m) 0.329 0.120 Vmin = 0.755 > 0,4 (m/s) đảm bảo không bị lắng cặn Chiều dài của máng được xác định theo công thức: L = L1 + L2 + LP Với: L1 là chiều dài đoạn mở rộng của SCR (m) L2 là chiều dài đoạn thu hẹp của SCR (m) LP là chiều dài phần hình chữ nhật của SCR (m) L1 = = = 0,55 (m) b: chiều rộng của kênh dẫn nước vào lấy bằng 0,6 m Chiều dài buồng đặt song Ls lấy không nhỏ hơn 1(m) ta chọn Ls = 1,47 (m) L2 = 0,5 ´0,55 = 0,28 (m) Tổng cộng chiều dài của máng là : L = 1,6 + 0,28 + 0,55 = 2,3 (m) c.2. Tính tổn thất áp lực qua SCR. Được xác định theo công thức: hs = Trong đó: Vmax là tốc độ chuyển động của nước thải trước SCR ứng với lưu lượng lớn nhất: Vmax = 1,0 (m/s). K là hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc ở song chắn, lấy K=3. là hệ số sức kháng cục bộ của SCR, được tính theo công thức: Với: là hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn,với tiết diện hình chữ nhật tra bảng ta có = 2,42. S là chiều dày mỗi thanh, S = 8 (mm) = 0,008 (m). b là chiều rộng mỗi khe hở, b = 20 (mm) = 0,02 (m) là góc nghiêng so với mặt phẳng ngang, =600 Thay số ta được: 0,618 Vậy tổn thất áp lực qua SCR là: hs = (m) c.3. Chiều sâu xây dựng mương đặt SCR. H = hmax + hs + 0,5 = 0,7 + 0,09 + 0,5 = 1,29 (m) c.4. Lượng rác giữ lại trong giữ lại sau SCR. WR = (m3/ngđ) Trong đó: a là lượng rác tính theo đầu người trong năm, TCXDVN 51 - 2006, khi lấy rác bằng cơ giới và với khoảng cách giữa các khe hở là b = 20 (mm), lấy a = 8 (l/ng.năm). Ntt: dân số tính toán theo chất lơ lửng; Ntt = 135000 người. Thay số ta có: WR = Với dung trọng của rác là 750 (kg/m3) thì trọng lượng của rác sẽ là: P = 750.2,96 = 2220 (kg/ngđ) = 2,22 (tấn/ngđ) Lượng rác trong từng giờ của ngày đêm là: P1= (tấn/ngđ) Trong đó: Kh là hệ số không điều hòa giờ, lấy Kh = 2. Rác được nghiền nhỏ bằng máy nghiền sau đó được dẫn quay lại trước SCR. Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền là 40 m3 cho 1 tấn rác –theo TCXDVN 51-2006 lấy Kh=2. Q = 40 = 40.2,22 = 88,8 (m3/ngđ) Tổng số song chắn rác là 2, trong đó có 1 SCR để công tác và 1 SCR để dự phòng. Kết quả được tổng hợp ở bảng sau: Bảng 11. Tổng hợp kích thước SCR Số song chắn rác 2 Số khe hở n 37 Chiều rộng tổng cộng Bs(m) 1 Chiều dài đoạn mở rộng L1 (m) 0,55 Chiều dài đoạn thu hẹp L2 (m) 0,28 Chiều dài phần chữ nhật Lp (m) 1,47 Chiều dài máng L (m) 2,3 Tổn thất áp lực hs (m) 0,09 Chiều sâu lớp bảo vệ hbv (m) 0,5 Chiều sâu xây dựng mương đặt SCR H(m) 1,29 Lượng rác giữ lại Wr (m3/ngđ) 2,96 4. Bể lắng cát (BLC) 4.1. Chức năng. BLC có chức năng tách các hợp chất vô cơ không tan, chủ yếu là cát ra khỏi nước thải để các công trình phía sau làm việc ổn định. Các hạt cát này có tỷ trọng và kích thước tương đối lớn và có ảnh hưởng xấu đến các công trình làm sạch khác, cát lũy tích trong bể lắng, ngăn tự hoại của bể lắng hai vỏ, bể Mêtan làm giảm thể tích công tác, gây khó khăn cho việc xả cặn và phá hoại quá trình công nghệ. 4.2. Vị trí. Đặt trước bể lắng đợt I, sau song chắn rác và trước trạm bơm. 4.3. Tính toán BLC. Là quá trình lắng trọng lực do hạt cát có tỷ trọng lớn hơn hạt nước, vận tốc dòng chảy đảm bảo lắng cát nhưng không lắng bùn cặn hữu cơ Bể lắng cát ngang được xây dựng để tách các hợp phần không tan vô cơ chủ yếu là cát ra khỏi nước thải. Bể lắng cát phải đảm bảo vận tốc chuyển động của nước là vmax = 0,3 m/s ứng với qmax = 329,1 (l/s) và vmin = 0,15 m/s ứng với qmin = 92,8 (l/s), thời gian lắng là 30s ÷ 60s (Điều 6.3.4 - TCVN 51 - 2006). Việc tính toán bể lắng cát ngang được thực hiện theo chỉ dẫn ở mục 6.3 (TCVN 51 - 2006). Mương dẫn nước thải vào bể có tiết diện hình chữ nhật. Kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn nước vào bể như trước song chắn rác ở trên. Khi xét đến khả năng làm việc tăng cường của trạm xử lý trong tương lai, việc tính toán thủy lực của mương dẫn thường được tính ứng với Lưu lượng lớn nhất nhân với 1,3; q = 329,1.1,3 = 427,83 (l/s) 4.3.1. Chiều dài của bể lắng cát ngang: Trong đó: Htt - Chiều sâu tính toán của bể lắng cát, có thể lấy bằng độ sâu trong mương dẫn ứng với lưu lượng lớn nhất Htt = hmax = 0,464 (m) u0 - Độ thô thuỷ lực của hạt cát (mm/s). Sơ bộ có thể lấy theo bảng 6.5 – TCVN 51-2006. Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,2 mm, ta lấy u0 = 18 mm/s. k - Hệ số lấy theo bảng 6.6 TCVN 51-84, với bể lắng cát ngang k = 1,7 V - Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với q= 329,1 (l/s) : vmax = 0,3 (m/s) 4.3.2. Diện tích tiết diện ướt của bể . q: Lưu lượng tính toán lớn nhất của nước thải; q = 329,1 (l/s) = 0,3291 m3/s. v: Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất; vmax = 0,3 m/s. n - Số đơn nguyên công tác, n = 1. ω == 1,1 (m2) 4.3.3. Diện tích mặt thoáng của nước thải trong bể lắng cát : Trong đó: u: Tốc độ lắng trung bình của hạt cát và được tính theo công thức: Với w là thành phần vận tốc chảy rối theo phương thẳng đứng. w = 0,05.vmax = 0,05´0,3 = 0,015 (m/s). Vmax: Vận tốc lớn nhất trong bể Vmax= 0,3 m/s u0 - Vận tốc lắng tĩnh, u0 = 18 (mm/s). => Vậy 4.3.4. Chiều rộng của bể là: 4 1 5 2 3 1 2 1 – Mương dẫn nước vào 2 – Mương dẫn nước ra 3 – Hố thu cặn 4 – Mương phân phối 5 – Mương thu nước B = == 2,5 (m) Xây bể lắng cát gồm 2 ngăn công tác và một ngăn dự phòng, kích thước mỗi ngăn là: L = 13,1 (m) và B = 1,25 (m). Kiểm tra chế độ làm việc của bể tương ứng với lưu lượng nhỏ nhất. qsmin = 92,8 (l/s) = 0,0928 (m3/s). Vmin = (m/s). Với hmin là chiều sâu lớp nước trong bể ứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất. (Lấy bằng chiều sâu lớp nước nhỏ nhất trong mương dẫn). hmin = 0,18 m. Vmin = (m/s) > 0,15 (m/s). Đảm bảo yêu cầu về vận tốc nhỏ nhất 4.3.5. Thời gian nước lưu lại trong bể ứng với qmax Đảm bảo yêu cầu về thời gian lưu nước trong bể. 4.3.6. Thể tích phần cặn lắng của bể: (m3). P: Lượng cát thải tính theo tiêu chuẩn theo đầu người trong một ngày đêm giữ lại trong bể; P = 0,02 (l/ng.ngđ) (Theo bảng 6.7 TCVN 51 – 2006) Ntt: Dân số tính toán theo chất lơ lửng; Ntt = 135000 (người). T: Chu kỳ thải cát, để tránh thối cặn gây mùi khó chịu ta chọn chu kỳ T = 1 ngày. WC = = 2,7 (m3) 4.3.7. Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát: (m). 4.3.8. Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = Htt+ hc+ hbv (m). Trong đó: Htt - Chiều cao công tác của bể lắng cát; Htt = 0,7 (m). hc - Chiều cao lớp cặn trong bể; hc = 0,082 (m). hbv - Chiều cao bảo vệ; hbv = 0,4 (m). Vậy Hxd = 0,7 + 0,082 + 0,4 = 1,182 (m). Chọn Hxd = 1,2 m Để đưa cát ra khỏi bể, dùng thiết bị cào cát cơ giới gom cát về hố tập trung ở đầu bể và dùng thiết bị nâng thủy lực đưa cát - nước về sân phơi cát. 4.3.9. SÂN PHƠI CÁT. Mặt bằng sân phơi cát 1. ống dẫn cát từ bể lắng 2. Mương phân phối 3. ống dẫn D200 để tiêu nước 4. Hai lớp nhựa lót sân Sân phơi cát có nhiệm vụ làm ráo nước trong hỗn hợp nước cát. Thường sân phơi cát được xây dựng gần bể lắng cát, chung quanh được đắp đất cao. Nước thu từ sân phơi cát được dẫn trở về trước bể lắng cát. Diện tích sân phơi cát được tính theo công thức: (m2). P: Lượng cát thải tính theo tiêu chuẩn theo đầu người trong một ngày đêm giữ lại trong bể; P = 0,02 (l/ng.ngđ) h: Chiều cao lớp cát đã phơi khô trong một năm, lấy h = 5 (m/năm) Ntt : dân số tính toán theo hàm lượng chất lơ lửng; NTT = 135000 (người) Þ F = = 197,1 (m2) Thiết kế sân phơi cát gồm 2 ô với kích thước mỗi ô là 9 m11m, tổng diện tích của sân phơi cát là 9112 = 198 (m2) sơ đồ như hình trên. 5. BỂ LẮNG LY TÂM ĐỢT I. Hình - Sơ đồ cấu tạo bể lắng li tâm đợt I Để loại bỏ các tạp chất thô, trong thực tế người ta thường dùng phương pháp lắng. Ở bể lắng các chất chìm sẽ lắng xuống đáy bể, còn các chất nổi trên mặt sẽ được tập trung lại bằng thiết bị gạt và được dẫn đến giếng tập trung đặt bên ngoài bể. Thời gian lắng trong bể lắng ly tâm đợt I là: t = 1,5 (h). 5.1 Thể tích tổng cộng của bể lắng ly tâm đợt I W = Qmax .t = 1184,6 . 1,5 = 1776,9 (m3) Trong đó: Qmax: Lưu lượng giờ lớn nhất của nước thải (m3) t : Thời gian lắng (h) Chọn 3 bể công tác (và 1 bể dự phòng), thể tích của mỗi bể là: W1 = 1776,9 : 3 ≈ 591,3 (m3) 5.2 Diện tích của một bể lắng li tâm: = 268,77 (m2) Trong đó: H1: Chiều cao công tác của bể lắng có thể lấy từ 1,5m ÷ 3 m (điều 6.5.9 TCVN51- 2006), chọn H1 = 2,2 m 5.3 Đường kính của một bể lắng ly tâm: D == 18,5 (m) 5.4 Chiều cao của bể lắng li tâm: Hxd = H1 + hbv = 2,2 + 0,3 = 2,5 (m) Trong đó: hbv : Khoảng cách từ mực nước đến thành bể hbv = 0,3 m . 5.5 Tốc độ lắng của hạt cặn trong bể lắng đợt I U0 = = == 0,4 (mm/s) 5.6 Hiệu suất lắng chất lơ lửng của nước thải trong bể lắng: Hiệu suất này phụ thuộc vào tốc độ lắng của hạt cặn U và nồng độ chất lơ lửng ban đầu Chh = 400 (mg/l) Từ Chh và U0 ,tra bảng 4-6: Hiệu suất lắng các chất lơ lửng của nước thải ở bể lắng đợt I ta được hiệu suất lắng là E1 = 55% 5.7 Lượng cặn trôi ra theo nước sau bể lắng ly tâm đợt I: = 168 (mg/l). Trong đó: Chh - Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải ban đầu; C = 400 (mg/l) E1 - hiệu suất của bể lắng ly tâm đợt I C1 = 168 (mg/l) không đạt yêu cầu khi đưa nước thải vào bể AEROTEN xử lý sinh học không hoàn toàn (C1 < 150 mg/l) cần phải làm thoáng sơ bộ. 5.8 Tính toán bể làm thoáng sơ bộ. Thể tích bể làm thoáng sơ bộ được tính theo công thức: Wt = = = 296,15 (m3) t: thời gian thổi khí t = 10 ÷ 20 (phút), chọn t = 15 (phút) Lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được xác định theo lượng riêng của không khí : V = D. Qmax = 0,5 . 1184,6 = 592,3 (m3/h) Trong đó: D là lưu lượng riêng của không khí trên 1 m3 nước thải D = 0,5 m3/m3 Diện tích bể làm thoáng sơ bộ trên mặt bằng : F = = = 98,72 (m2) Trong đó: I – Cường độ thổi khí lên 1 m2 mặt nước trong 1h, I = 4 ÷ 7 m3/ m2.h Chiều cao công tác của bể làm thoáng sơ bộ : H = == 3 (m) Chọn bể làm thoáng sơ bộ gồm hai ngăn, kích thước một ngăn trên mặt bằng B x L = 5 x 10 (m) Sau khi làm thoáng sơ bộ thì hiệu suất tăng lên thêm 8%. Hiệu suất của bể lắng lúc này sẽ là 63%. Hàm lượng chất lơ lửng sau khi làm thoáng sơ bộ và lắng với hiệu suất E2 = 63% được tính theo công thức : C2 = = = 148 (mg/l) Nồng độ cặn này đã thỏa mãn xử lý tiếp bằng bể Aeroten. 5.9 Dung tích ngăn bùn của bể lắng ly tâm đợt I được tính: (m3) Trong đó: Chh - Nồng độ cặn lơ lửng ban đầu của nước thải, Chh = 400 (mg/l) = 400 (g/m3) E2 - Hiệu suất lắng của bể lắng li tâm đợt I; E2 = 63%. p - Độ ẩm của cặn lắng, p = 95% - Xả cặn bằng tự chảy - tiêu chuẩn 6.5.5 TCVN 51 - 2006) γ - Trọng lượng thể tích của cặn, γ = 1T/m3 = 106 g/m3. T - Chu kỳ xả cặn bằng cơ giới, T = 8 h = 1/3 ngày (Tiêu chuẩn 6.5.8 TCVN 51- 2006). Q - Lưu lượng nước thải tính toán ngày đêm của thành phố Q = 20250 m3/ngđ. Vậy Wc = = 34,02 (m3) 6. TÍNH TOÁN BỂ AEROTEN Bể Aeroten là công trình làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học hoàn toàn hay không hoàn toàn. Ở đây ta sử dụng bể Aeroten để xử lý sinh học hoàn toàn. Trong bể Aeroten sẽ diễn ra quá trình ôxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ trong nước thải, mà vai trò chủ yếu ở đây là những vi sinh vật hiếu khí, quần tụ lại tạo thành bùn hoạt tính. Việc tính toán bể Aeroten dựa theo mục 6-15 TCXDVN 51:2006. Khi qua các công trình làm sạch cơ học BOD có giảm nhưng trong tính toán thiết kế để đảm bảo an toàn ta coi BOD của nước thải không thay đổi khi qua các công trình đó. - Số liệu tính toán: BOD5 = 200 (mg/l); C = 148 (mg/l). - Dùng bể Aerôten kết hợp với ngăn khôi phục bùn để xử lý nước thải. Tính toán bể Aeroten tái sinh bùn hoạt tính theo chỉ dẫn ở mục 6.15.7 TCXDVN 51:2006 6.1. Xác định thời gian làm việc của các ngăn aeroten: - Thời gian cần thiết để ôxy hoá chất bẩn là: Trong đó: Tr - Độ tro của bùn hoạt hoá, phụ thuộc vào từng loại nước thải. Ta có ứng với nước thải đô thị có Tr = 0,3 (Bảng 6.23 TCXDVN 51:2006). La, Lt – BOD5 của nước thải trước và sau khi xử lý, mg/l. La = 200 mg/l; Lt = 15 mg/l. R - Tỷ lệ tuần hoàn bùn, xác định theo công thức: Với: I - Chỉ số bùn, I = 100 ml/g. a - Liều lượng bùn hoạt tính theo chất khô, g/l, được chọn bằng 4 g/l. ar - Liều lượng bùn hoạt tính trong ngăn tái sinh, g/l, xác định theo công thức: r: tốc độ ôxy hóa riêng các chất hữu cơ, mg BOD5/g chất khô không tro của bùn trong một giờ được xác định theo biểu thức sau (với giá trị liều lượng bùn hoạt tính ar): Với: - Tốc độ oxy hoá riêng lớn nhất, mg BOD5/g chất khô không tro của bùn trong 1 giờ. C0 - Nồng độ oxy hoà tan cần thiết phải duy trì trong aeroten, mg/l. Ta có C0 = 2 (mg/l). Kl - Hằng số đặc trưng cho tính chất của chất bẩn hữu cơ trong nước thải, mg BOD/l. K0 - Hằng số kể đến ảnh hưởng của oxy hoà tan, mgO2/l. - Hệ số kể đến sự kìm hãm quá trình sinh học bởi các sản phẩm phân huỷ bùn hoạt tính, l/h. Các giá trị , Kl, K0, và của các loại nước thải khác nhau sẽ khác nhau và được xác định bằng cách tra bảng 6.23 TCXDVN 51:2006. Với nước thải đô thị có: = 85 mgBOD5/g ; Kl = 33 mgBOD/l ; K0 = 0,625 mgO2/l ; = 0,07 l/h. (mgBOD5/g) = 3,5 (h) Thời gian thổi khí trong ngăn aeroten ta: = 1,4 (h) Theo qui phạm thời gian nạp khí của hỗn hợp nước thải trong mọi trường hợp không được nhỏ hơn 2 giờ (Điều 6.15.5 TCXDVN 51:2006 ). Vậy để đảm bảo thời gian nạp khí ta chọn ta = 2 (h). - Thời gian cần thiết để tái sinh bùn hoạt tính tts: tts = t0 - ta = 3,5 - 2 = 1,5 (h) 6.2. Thể tích Aeroten - Thể tích riêng phần của ngăn Aeroten Wa được tính theo công thức: Wa = ta ´ (1 + R) ´ Qtt Trong đó: Qtt - Lưu lượng tính toán của nước thải, m3/h; Theo 6.15.4 TCXDVN 51: 2006 quy định khi hệ số không điều hoà chung của nước thải chảy vào bể Kch = 1,40 > 1,25 nên ta lấy Qtt = Qtbmax trong t = 2 (h) có lưu lượng lớn nhất để tính toán. Ta có Qtt = 1184,6 (m3/h) Wa = 2 ´ (1 + 0,67) ´ 1184,6 = 3956,5 (m3) - Thể tích của ngăn tái sinh Wts: Wts = tts ´ R ´ Qtt = 1,5 ´ 0,67 ´ 1184,6 = 1190,5 (m3) - Tổng thể tích của bể Aeroten là: W = Wa + Wts= 3956,5 + 1190,5 = 5147 (m3) - Thời gian xử lý nước thải tính toán là: t = ta× (1 + R) + tts× R = 2× (1 + 0,67) + 1,5 × 0,67 = 4,345 (h). * Kiểm tra lại kết quả tính toán theo công thức 6.31 Mục 6.15.5 TCVN 51 - 2006. ,h +Với T: Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp nước thải về mùa đông, giả thiết T = 150 Tr: độ tro của bùn, Tr = 0,3 atb: Liều lượng bùn trung bình của hệ thống. = 4,69 Vậy kết quả trên là xấp xỉ nhau nên thời gian tính toán để làm sạch nước thải là t = 3,5 (h). - Tỷ lệ giữa dung tích tái sinh và dung tích hệ thống: = 23,13 % Vậy ta thiết kế bể Aeroten 4 hành lang trong đó ba hành lang làm nhiệm vụ oxy hoá các chất bẩn còn một hành lang làm nhiệm vụ tái sinh bùn. 6.3. Xác định kích thước bể Aerôten Kích thước bể aeroten được xác định dựa vào mục 6.15.8 TCXDVN 51:2006 như sau: - Chiều sâu công tác: H = 4 (m) - Chiều rộng mỗi hành lang: B = 4 (m) - Số đơn nguyên là: N = 2 đơn nguyên. - Diện tích mặt bằng của bể là: (m2) - Chiều dài xây dựng của một hành lang: = 40,2 (m) > 10H = 40 (m) Trong đó: n: Số hành lang trong mỗi đơn nguyên, n = 4. N: Số đơn nguyên, N = 2. Vậy bể Aeroten đã thiết kế đảm bảo chế độ thuỷ động học của bể theo nguyên tắc đẩy. Vậy kích thước bể AEROTEN là: B ´ L ´ H = 16 ´ 40,2 ´ 4 (m). - Độ tăng sinh khối của bùn (theo 6.15.12 – TCXDVN 51:2006): Pr = 0,8×B + 0,3×La , mg/l Trong đó : B : Lượng chất lơ lửng trong nước thải đưa vào bể Aeroten, B = 147,3 (mg/l). La = 200 (mg/l) Þ Pr = 0,8 ´ 148 + 0,3 ´ 200 = 178,4 (mg/l) 6.4. Tính toán hệ thống cấp khí cho Aeroten (theo 6.15.13 – TCXDVN 51:2006) - Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1 m3 nước thải: , m3/m2 Trong đó: z: Lưu lượng ôxy đơn vị tính bằng mg để làm sạch 1mg BOD5 z = 1,1 (với bể Aerôten làm sạch hoàn toàn). K1: Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí, lấy theo bảng 6 - 26 TCXDVN 51: 2006. Với thiết bị nạp khí tạo bọt khí cỡ nhỏ lấy theo tỷ số giữa vùng nạp khí và diện tích Aerôten K1 = 1,68 (với f/F = 0,2 và Imax = 20 m3/m2.h). K2: Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị, lấy theo bảng 6 - 27 TCXDVN 51: 2006. Với h = 4 m và Imin = 3,5m3/m2-h. Þ K2 = 2,52 n1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải xác định theo công thức: n1 = 1 + 0,02 × (ttb - 20) = 1 + 0,02× (26 - 20) = 1,12 (Với ttb = 260C là nhiệt độ trung bình trong tháng về mùa hè) n2: Hệ số kể đến sự thay đổi tốc độ hoà tan ôxy trong nước thải so với trong nước sạch; n2 = 0,85. Cp: Độ hoà tan ôxy của không khí vào trong nước tuỳ thuộc vào chiều sâu lớp nước trong bể. Được xác định theo công thức: + CT: Độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Theo Phụ lục II “Xử lý nước thải” – PGS TS Hoàng Hụê, NXB Xây Dựng với T = 260 ta có CT = 8,027 (mg/l): (mg/l), C : Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l). Ta có C = 2mg/l. Vậy: = 6,65 (m3/m2) - Cường độ nạp khí yêu cầu: (m3/m2-h) Ta có : Imin = 3,5 m3/m2-h < I = 13,3 m3/m2-h < Imax = 20 m3/m2-h . Đảm bảo yêu cầu thiết kế. Bảng 4.18. Bảng xác định lưu lượng không khí đơn vị D Thông số La Lt Z K1 K2 n1 n2 Cp C D Đơn vị mg/l mg/l mg/mg mg/l mg/l  m3/m3 Giá trị 200 15 1.1 1.68 2.52 1.12 0.85 9.59 2 6.65 - Lưu lượng không khí cần thổi vào Aerôten trong một đơn vị thời gian là: V = D ´ Qtt = 6,5 ´ 1184,6 = 7700 (m3/h) Để phân phối không khí trong Aeroten ta dùng các tấm xốp có kích thước 0,3´ 0,3´0,04 m. - Số lượng tấm xốp với kích thước 0,3´ 0,3´ 0,04 m là: (tấm) Chọn N1 = 1280 tấm Trong đó: D’: Lưu lượng riêng của không khí đối với tấm xốp D’ = 100 (l/phút). - Số lượng tấm xốp trong một hành lang là: (tấm) Trong đó: n = 4 - số hành lang trong một đơn nguyên. N = 2 - số đơn nguyên. Bố trí làm hai hàng trong mỗi hành lang, mỗi hàng có 80 tấm. 4.6.7.6. Cấu tạo bể Aeroten Bể Aeroten thiết kế ở trên với làm thoáng bằng khí nén. Đó là những bể bằng bê tông cốt thép, hình chữ nhật trên mặt bằng, gồm N = 2 ngăn (đơn nguyên). Mỗi ngăn có n = 4 hành lang. Các hành lang được ngăn cách bằng các tường dọc lơ lửng. Nước chảy trong bể sẽ nối tiếp các hành lang. Tiết diện ngang của mỗi hành lang là hình vuông b x H x L = 4 x 4 x 40,2m. Loại bể Aeroten thiết kế ở trên là loại bể 4 hành lang. Nó là loại tốt nhất, làm việc với bất kỳ sơ đồ nào của trạm xử lý. Dung tích bể tái sinh chiếm 23,13% dung tích tổng cộng bể. Việc phân phối đều không khí trong lớp nước trong bể được thực hiện bằng các tấm xốp có kích thước L x b x h = 0,3 x 0,3 x 0,04. Đây là một phương pháp phổ biến, không khí được dẫn qua các ống chính, ống đứng rồi tới máng có tấm xốp chia làm hai hàng ở hai bên tường bể. Những bọt không khí sẽ phụt khỏi các tấm xốp vào lớp nước trong bể và tạo cho hỗn hợp nước bùn hoạt tính một chuyển động vòng xoắn. Ưu điểm của các tấm xốp so với ống có lỗ là hệ số sử dụng không khí lớn hơn 1,75 lần. Tuy nhiên nó có nhược điểm là: các chất bẩn, bụi trong không khí, gỉ sắt... trong ống thép cũng có thể vít các lỗ rỗng của tấm xốp, làm tăng tổn thất áp lực một cách nhanh chóng. Để hoàn nguyên các tấm xốp, ta phải tháo gỡ và cọ sạch tại chỗ bằng bàn chải thép, hoặc bằng dung dịch axit clohydric, sunfuric, nung. Tuy nhiên chúng cũng chỉ làm việc được trong một thời gian ngắn. Khi chọn áp lực và lưu lượng của máy thổi khí phải có hệ số dự trữ và tính tới khả năng nhiễm bẩn của các tấm xốp. Hình 4.12. Sơ đồ bể Aeroten 7. BỂ LẮNG LY TÂM ĐỢT II . Hình 7 - Sơ đồ bể lắng li tâm đợt II Bể lắng ly tâm đợt 2 được bố trí ngay sau bể Aeroten, với nhiệm vụ làm lắng các chất lơ lửng trong đó có bùn hoạt tính trôi theo nước thải ra khỏi bể aeroten. Việc tính toán thiết kế dựa theo hướng dẫn mục 6.16.2/TCXD51:2006 Đối với bể lắng đợt 2, thiết kế bể theo phương pháp tải trong thuỷ lực bề mặt. Tương tự như bể lắng ly tâm đợt 1 chọn 3 bể công tác (và 1 bể dự phòng) 7.1 Thời gian lắng trong bể lắng được tính theo công thức = = 1,5 (h) Wb: Thể tích của bể theo kích thước đã chọn 7.2 Tính toán bể lắng ly tâm đợt II theo tải trọng thuỷ lực bề mặt. Tải trọng thủy lực bề mặt được tính theo: trong đó k - Hệ số sử dụng dung tích bể; k = 0,4 (đối với bể li tâm). at- nồng độ bùn sau khi ra khỏi bể lắng, phụ thuộc vào thời gian lắng và BOD yêu cầu của nước thải đã làm sạch. Ứng với thời gian lắng là t = 1,5 giờ chọn theo bảng 6.15- TCXD51:2006 và BOD5 = 15 mg/l.Ta tra được at = 15 mg/l. ai - Nồng độ bùn trong bể Aerôten ai = 1,5 (g/l) Ja - chỉ số bùn Ja = 80 cm3/g. H- chiều cao lớp nước trong bể lắng; H = 2,2 (m). 1,42 (m2/h) 7.3 Diện tích mặt thoáng của bể lắng 278,1 (m2) 7.4 Đường kính của một bể lắng ly tâm đợt II. 18,5 (m) Chọn đường kính của một bể lắng ly tâm II là D = 18,5 (m) 7.5 Thể tích bùn của một bể lắng (m3). Trong đó B0 - Lượng bùn hoạt tính dư trước khi lắng lấy phụ thuộc vào BOD20 của nước thải đã làm sạch; B = 220 (g/m3).(bảng 20 quy phạm tạm thời ) b - Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng II. Theo bảng 30-20TCN 51-84 ta có b = 20 (g/m3) Q - lưu lượng nước thải ngày đêm ; Q = 20250 (m3/ngđ). t - thời gian giữa hai lần xả cặn, t = 2 (h) .điều 6.5.8 – TCXDVN 51 - 2006 p - độ ẩm của cặn, p = 99 %. 11,25 (m3) 8. BỂ NÉN BÙN ĐỨNG. Bùn hoạt tính dư với độ ẩm p = 99% từ bể lắng đợt 2 dẫn về bể nén bùn, độ ẩm của bùn sau khi nén đạt P = 97,3 % (theo bảng 6.29-TCXD51:2006), trước khi dẫn vào bể Mê tan.Thời gian nén bùn: t = 10 (giờ). Chọn loại bể lắng đứng làm bể nén bùn. Hàm lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất: Pmax = K x Pr = 1,3 x 178,4 = 231,92 (mg/l) Trong đó: K - hệ số không điều hoà tháng của bùn hoạt tính dư, lấy K = 1,3 (theo hướng dẫn mục 6.15.9-TCXD51:1984). Pb - Độ tăng sinh khối của bùn từ bể aeroten. Pb = 178,4 8.1 Lưu lượng bùn dư lớn nhất được dẫn về bể nén bùn: Có 50% lượng bùn hoạt tính dư được đưa vào bể Aeroten và 50% lượng bùn còn lại được đưa vào bể nén bùn. Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất dẫn vào bể nén bùn được tính theo công thức sau: 65 (m3/h). Trong đó: Q: lưu lượng nước thải tính bằng m3/ngđ; Q = 20250 (m3/ngđ). C: nồng độ bùn hoạt tính dư trước khi nén, lấy C = 1500 (g/m3). 8.2 Diện tích bể nén bùn đứng được tính theo công thức: (m2). Trong đó: V1: tốc độ chuyển động của bùn từ dưới lên V1= 0,1 mm/s = 0,0001 (m/s). qx: Lượng nước tối đa được tách ra trong quá trình nén bùn qx = qmax P1: Độ ẩm ban đầu của bùn P1= 99% P2: Độ ẩm của bùn sau khi nén P2= 97,3% qx = 65. = 40,9 (m3/h). Vậy F1 = = 113,6 (m2). 8.3 Diện tích của ống trung tâm: trong đó V2: tốc độ chuyển động của nước bùn trong ống trung tâm V2 = 28 mm/s = 0,028 (m/s). Vậy F2 = = 0,64 (m2). 8.4 Diện tích tổng cộng của bể nén bùn : F = F1 + F2 = 113,6+ 0,64 = 114,24 (m2). Xây dựng 2 bể nén bùn đứng, diện tích mỗi bể là: 57,12 (m2). 8.5 Dung tích phần bùn của bể Wb = qx.= 40,9. = 163,6 (m3) tb: Thời gian giữa 2 lần lấy bùn lấy bằng 8h 8.6 Đường kính mỗi bể nén bùn: Đường kính bể nén bùn: 8,5 (m) Đường kính ống trung tâm: 0,65 (m) Đường kính phần loe của ống trung tâm: d1 = 1,35 ´ d = 1,35 ´ 0,65 = 0,88 (m) Đường kính tấm chắn: dc = 1,3 . d1 = 1,3 . 0,88 = 1,15 (m) Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: h1 = V1 ´ t ´ 3600 (m) Trong đó: t - thời gian lắng bùn, t = 10 h Vậy h1 = 0,0001 . 10 . 3600 = 3,6 (m). Chiều cao hình nón với góc nghiêng 450, đường kính bể D = 8,5 m, đường kính đáy bể D1 = 0,5 m được tính theo công thức : 4 (m). Chiều cao bùn hoạt tính đã nén được tính theo công thức: hb = h2 - h3 - hth (m). Trong đó: h3 - Khoảng cách từ đáy ống loe tới tấm chắn, h3 = 0,4 (m). hth - Chiều cao lớp nước trung hoà hth = 0,3 (m). Þ hb = 4 - 0,5 - 0,3 = 3,2 (m). Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn: H = h1 + h2 + hbv Trong đó: hbv - chiều cao bảo vệ bể, hbv= 0,3 (m). H = 3,6 + 4 + 0,3 = 7,9 (m). Sơ đồ bể nén đứng. BỂ NÉN BÙN ĐỨNG 1 2 4 3 1 - èng trung t©m 2 - èng x¶ cÆn 4 - Sµn c«ng t¸c 3 - MiÖng loe Hình: Sơ đồ bể nén bùn đứng 9. TÍNH TOÁN BỂ MÊTAN Sơ đồ của bể Mêtan. 10 11 Ống dÉn cÆn t­¬i vµ bïn ho¹t èng x¶ cÆn lªn men D250 èng th¸o c¹n bÓ èng dÉn h¬i nãng èng dÉn khÝ ®èt èng trµn bª t«ng g¹ch XØ Lớp phủ mềm m¸y trén kiÓu ch©n vÞt 8 9 6 9.1. Cặn tươi từ bể lắng ngang đợt I được tính theo công thức sau: Trong đó: Chh: Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải ban đầu; Chh = 400 (mg/l) K: Hệ số tính đến sự tăng lượng cặn do cỡ hạt lơ lửng lớn; K = 1,1 Q: lưu lượng nước thải ngày đêm; Q = 20250 (m3/ngđ). E: Hiệu suất lắng ở bể lắng ly tâm ngang đợt I; E = 63% P: Độ ẩm của cặn P = 95%. (m3/ng.đ) 9.2. Lượng bùn hoạt tính dư khi nén ở bể nén bùn từ bể lắng đợt Trong đó: - Hệ số tính đến sự tăng không đều của bùn hoạt tính= 1,15 - 1,25; lấy = 1,15 b - Hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II; b =12 mg/l. (Bảng 6-15 TCXDVN 51:2006) P - Độ ẩm của bùn hoạt tính; P = 98%. E - Hiệu suất lắng của bể lắng đợt II, E = 63%. Q - Lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải, m3/ngđ. = 160,2 (m3/ngđ). 9.3. Lượng rác đã nghiền từ máy nghiền rác từ độ ẩm P1= 80% đến độ ẩm P2 = 95% là Wr = W1 = 2,96 Với W1 = 2,96 là lượng rác được giữ lại tại song chắn rác đã tính toán ở phần trên. + Thể tích tổng cộng của hỗn hợp bùn cặn là: W = Wc + Wb+ Wr = 112,3 + 160,2 + 11,84 = 284,34 (m3/ng.đ) Độ ẩm trung bình của hỗn hợp bùn cặn: Phh = 100 Trong đó: Ck: - Lượng chất khô trong cặn tươi (T/ngđ) Bk Lượng bùn hoạt tính dư trong cặn khô:chất khô trong màng sinh vật (t/ngđ) Rk là lượng chất khô của rác đã nghiền Rk = (t/ngđ) (T/ngđ) Vậy ta có: Phh = 100% Với độ ẩm hỗn hợp cặn là 96,69% > 94 % ta chọn chế độ lên men ấm với nhiệt độ là 33 – 35 0 C. Dung tích bể mê tan được tính toán như sau:: WMm = (m3). d: - Liều lượng cặn tải ngày đêm (%),lấy theo bảng 6-32 TCXDVN 51:2006 Với Phh= 96,32% ở chế độ lên men ấm ta có d = 10,69 %. Wm = (m3) Chọn số bể mêtan là 3 bể (và 1 bể dự phòng), dung tích một bể là : VM = = = 886,6 (m3) Theo bảng 3.7 - Giáo trình XLNT – Trần Đức Hạ - trang 322 ta chọn số bể Mê tan là 3 bể (thêm 1 bể dự phòng) với kích thước một bể như sau: Đường kính m Thể tích hữu ích Chiều cao, m h1 H h2 12,5 1000 1,90 6,50 2,15 9.4. Xác định lượng khí tạo thành trong quá trình lên men cặn y = (m3/kg chất không tro) Ttrong đó n: Hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của cặn và chế độ lên men, Theo bảng 6-33 TCXDVN-51-2006 với độ ẩm là 96,69% và nhiệt độ lên men ấm t = 330 C ta có lấy n = 0,3 y: Mức độ phân huỷ các chất không tro trong bùn cặn Liều lượng cặn tải ngày đêm d = 10,69% . a: Khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong cặn tải, xác định theo công thức: Mức độ phân huỷ tối đa các chất hữu cơ trong bùn cặn C0: - Lượng chất không tro của cặn tươi. (T/ngđ) Ac: - Độ ẩm háo nước ứng với cặn tươi Ac = 5 – 6 %, chọn Ac = 5% Tc : độ tro của chất khô tuyệt đối ứng với cặn tươi Tc = 25 % (T/ngđ) Ro là lượng chất tro khô của cặn tươi Ro= (T/ngđ) Ar là độ ẩm háo nước của rác đã nghiền, Ar=5%. Tr là độ tro của chất khô tuyệt đối với rác đã nghiền, Tr=25% Ro = (T/ngđ) B0 là lượng chất không tro của bùn hoạt tính dư. Bo = (t/ngđ) Ab là độ ẩm háo nước ứng với bùn vi sinh vật dư, Ab=6% Tb: Độ tro của chất khô tuyệt đối ứng với bùn vi sinh vật dư Tb = 27 % Bo = (t/ngđ) Thay số ta có: Vậy Y = (m3/kg chất không tro) Lượng khí tổng cộng thu được là: Wk = y(Co+Ro+Bo) = 0,468 = 3098 (m3/ngày) 10. TÍNH TOÁN TRẠM KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI Trạm khử trùng có tác dụng khử trùng triệt để các vi khuẩn gây bệnh mà các công trình trong dây chuyền công nghệ ở phía trước chưa thể xử lý được khi xả ra sông. Để khử trùng nước thải, ta dùng phương pháp Clorua hoá bằng Clo hơi. Việc tính toán trạm khử trùng theo điều 6.26 – TCXDVN-51-2006. Quá trình phản ứng giữa Clo và nước thải xảy ra như sau: Cl2 + H2O = HCl + HOCl HOCl và đặc biệt ion OCl- với nồng độ xác định sẽ tạo điều kiện oxy hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi khuẩn. HOCl là axit không bền, dễ bị phân huỷ tạo thành axit Clohyđric và oxy nguyên tử. HOCl => Cl- + OH+ - Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng được tính theo công thức: y = (kg/h) Trong đó: Q - Lưu lượng đặc trưng của nước thải (m3/h) a - Liều lượng Clo hoạt tính a = 3 (g/m3). Theo điều 6.26.3 – TCXDVN-51-2006. Ứng với từng lưu lượng đặc trưng max, min, trung bình ta có lượng Clo hoạt tính cần thiết như sau: ymax = = = 3,55 (kg/h) ymin = = = 1,00 (kg/h) ytb = = = 2,50 (kg/h) Để định lượng Clo, xáo trộn Clo hơi với nước công tác, điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng ta dùng Cloratơ chân không kiểu 10HUN MPN- 100. Theo bảng 3.10 (trang 50) GT Tính toán các công trình Xử lý nước thải “ ĐHXD- 1974 – Lâm Minh Triết và Trịnh Xuân Lai, ta chọn một Cloratơ 10HUN -100 loại PC-5 làm việc và một Cloratơ dự phòng có các đặc tính kỹ thuật như sau: + Công suất theo Clo hơi : 2,05 -12,8 kg/h + Loại lưu lượng kế : PC -5 + Áp lực nước trước ejector: 30-3,5 kg/cm2 + Trọng lượng :37,5 kg + Lưu lượng nước : 7,2 m3/h Để phục vụ cho 2 Cloratơ ta chọn 3 ban lông trung gian bằng thép để tiếp nhận Clo nước để chuyển thành Clo hơi và dẫn đến Cloratơ. Trong trạm khử trùng ta dùng các thùng chứa Clo có dung tích 512 lít và chứa 500 kg Clo . Đường kính thùng chứa là D = 0,64m. Chiều dài thùng L = 1,8m. Lượng Clo lấy ra từ 1 m2 bề mặt bên thùng chứa là 3 kg/h. Bề mặt bên thùng chứa Clo là 3,6 m 2. Như vậy lượng Clo lấy ra từ một thùng chứa là: qc = 3,6. 3 = 10,8 (kg/h) Số thùng chứa Clo cần thiết cho trạm là: n = Chọn hai thùng: 1 thùng chứa công tác và 1 thùng dự phòng. - Số thùng chứa Clo cần thiết dự trữ cho nhu cầu Clo trong một tháng sẽ là: . Chọn N =4 thùng Với q: Trọng lượng Clo trong một thùng; q = 500 (kg). - Lưu lượng nước Clo lớn nhất được tính theo công thức: (m3/h). Trong đó: b: Nồng độ Clo hoạt tính trong nước, lấy bằng độ hoà tan của Clo trong nước của ejector, phụ thuộc vào nhiệt độ, b = 0,15%. - Lượng nước tổng cộng cần cho nhu cầu của trạm Clorator được tính theo công thức: (m3/h). Trong đó: V1- Độ hoà tan Clo trong nước (phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải), với nhiệt độ nước thải t = 220 C ta có v1 = 1 (l/g). V2- Lưu lượng nước cần thiết để bốc hơi Clo, sơ bộ lấy V2 = 350 (l/kg). (m3/h). 11. TÍNH TOÁN MÁNG TRỘN CÓ VÁCH NGĂN ĐỤC LỖ Sơ đồ máng trộn ngăn đục lỗ Để xáo trộn nuớc thải với Clo ta dùng máng trộn vách ngăn có lỗ với thời gian xáo trộn được thực hiện trong vòng 1 đến 2 phút. Máng trộn vách ngăn có lỗ thường gồm hai, ba vách ngăn với các lỗ có đường kính từ 20 đến 100 (mm). Chọn máng trộn hai vách ngăn với đường kính lỗ là 80 mm. - Số lỗ trong một vách ngăn được tính: n = Trong đó: Qmax: Lưu lượng nước thải lớn nhất; Qmax = 1184,6 (m3/h) = 0,329 (m3/s) d: Đường kính lỗ; d = 0,08 (m). v: Tốc độ của nước chuyển động qua lỗ; V = 1 (m/s). n = (lỗ) - Chọn 8 hàng lỗ theo chiều đứng và 9 hàng lỗ theo chiều ngang. Khoảng cách các lỗ theo chiều đứng và theo chiều ngang lấy bằng 2d = 2. 0,08 = 0,16 m. - Chiều ngang máng trộn sẽ là: B = 2d 9 = 0,169 = 1,44 (m) - Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ nhất là: H1 = 2d8 = 0,168 = 1,28 (m) Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ hai là: H2 = H1 + h (m) Trong đó: h: Tổn thất áp lực qua lỗ ở vách ngăn thứ nhất. h = (m) Với : hệ số lưu lượng, =0,62. h = (m) Do vậy: H2 = 1,28 + 0,13 = 1,41 (m) Khoảng cách giữa các tâm các lỗ theo chiều đứng của vách ngăn thứ hai là: l = (m) Khoảng cách giữa các vách ngăn được tính: l = 1,5 x B = 1,5 x 1,44 = 2,16 (m) - Chiều dài tổng cộng với máng trộn hai vách ngăn là: L = 3 x l = 3 x 2,16 = 6,48 (m) + Thời gian nước lưu lại trong bể: (s) 12. BỂ TIẾP XÚC LY TÂM Sơ đồ bể tiếp xúc ly tâm Nhiệm vụ của bể tiếp xúc ly tâm là thực hiện quá trình tiếp xúc giữa Clo và nước thải. Bể tiếp xúc ly tâm được thiết kế giống như bể lắng đợt I nhưng không có thiết bị vét bùn. Nước thải sau khi xử lý ở bể tiếp xúc được dẫn ra tới giếng xả ở bờ sông cách trạm xử lý Lm = 200 (m), tốc độ dòng chảy trong sông là vm = 0,56 (m/s). Thời gian tiếp xúc của Clo với nước thải trong bể tiếp xúc và trong máng dẫn ra sông là 30 phút. Thời gan tiếp xúc riêng trong bể tiếp xúc là: (phút). Thể tích hữu ích của bể tiếp xúc là: (m3) Chọn 2 bể tiếp xúc, thể tích của một bể là: Diện tích của 1 bể tiếp xúc trên mặt bằng là: (m2). Trong đó: H1: chiều cao công tác của bể, H1 = 2,7-5,7 (m), chọn H1 = 3 (m). Đường kính của bể tiếp xúc: Thể tích ngăn bùn từ bể tiếp xúc trong 1 ngày được xác định như sau: Với a: Lượng cặn lắng trong bể tiếp xúc; a = 0,03 (l/ng.ngđ); Ntt: Dân số tính toán theo BOD; Ntt = 135000 (người). Vậy 4,05 (m3/ngày) 13. THIẾT BỊ ĐO LƯU LƯỢNG Để đảm bảo cho các công trình xử lý nước hoạt động đạt hiệu quả, ta cần biết lưu lượng nước thải chảy vào từng công trình và sự dao động lưu lượng theo các giờ trong ngày. Để xác định lưu lượng nước ta dùng máng đo lưu lượng Parsan. Kích thước máng được định hình theo tiêu chuẩn và được chọn tuỳ thuộc vào lưu lượng nước. Với giá trị lưu lượng tính toán của trạm là: qmax= 329,1 (l/s) qtb = 234,4 (l/s) qmin = 92,8 (l/s) Chọn theo bảng P3.8-Giáo trình XLNT-PGS.TS Trần Đức Hạ-trang 322 ta chọn máng Parsan có các kích thước sau: Khả năng vận chuyển lớn nhất 500 (l/s) Khả năng vận chuyển nhỏ nhất 5 (l/s) b H 2/3H B B1 hH l1 2/3l1 l2 l3 0,3 1,35 0,9 0,83 0,6 0,22 1,35 0,9 0,9 0,6 B l1 l2 l3 A W Sơ đồ cấu tạo máng PARSAN 15. TÍNH TOÁN SÂN PHƠI BÙN Cặn sau khi lên men ở bể Mê tan và cặn lắng ở bể tiếp xúc được dẫn đến sân phơi bùn để làm khô. Thể tích tổng cộng của cặn dẫn đến là: W = Wb + WTX (m3/ngày) Trong đó: Wb: Thể tích tổng cộng của hỗn hợp cặn ở bể Mê tan; W = 284,34 (m3/ng.đ); WTX: Thể tích bùn cặn từ bể tiếp xúc; WTX = 4,05 (m3/ngày). Vậy W = 284,34 + 4,05 = 288,09 (m3/ngày) Diện tích hữu ích của sân phơi bùn là: F1 = Với: qo:Tải trọng của sân phơi bùn. Chọn theo bảng 4.6-Giáo trình XLNT-PGS.TS Trần Đức Hạ-trang 127 với đặc tính bùn cặn là bùn cặn đã lên men ấm và với SPB có hệ thống thu nước ta có q0 = 1,5 (m3/m2.năm); n: Hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu n = 2,4. Vậy F1 = = 29209 (m2) Chọn sân phơi bùn có 20 ô, kích thước mỗi ô 1460,5 (m2). Diện tích phục vụ sân phơi bùn (đường xá, mương máng.....): F2 = 0,2 x F1 = 0,2 29209 = 5842 (m2) Diện tích tổng cộng của sân phơi F = F1 + F2 = 29209 + 5842 = 35051 (m2) Việc thu dọn bùn đã phơi ở sân phơi bùn sẽ dùng máy xúc có gàu và ô tô tự đổ. 16. BỐ TRÍ MẶT BẰNG TRẠM XỬ LÝ Tổng mặt bằng trạm xử lý là tổ hợp các công trình đơn vị và các công trình phục vụ khác được bố trí theo nguyên tắc: - Các công trình chính hay phụ có liên quan có thể hợp khối hay bố trí với khoảng cách gần cho phép vừa đảm bảo khoảng cách kỹ thuật thi công vừa dễ quản lý, giảm tổn thất áp lực, tiết kiệm đất đai, hạ giá thành xây dựng. Cụ thể theo từng khối xử lý của dây chuyền công nghệ sao cho thành từng cụm gọn gàng, chu trình kiểm tra dễ dàng hợp lý - Các công trình phụ cần đặt gần công trình chính mà nó phục vụ - Các nhóm công trình cần được bố trí gọn vào một phần trên mặt bằng dự trữ phát triển mở rộng trạm xử lý. - Trạm xử lý cần bố trí hệ thống đường ống kỹ thuất cần bố trí gọn gàng với chiều dài là ngắn nhất tránh sự chồng chéo gây khó khăn cho việc thi công và quản lý sau này - Nhà hoá chất và sân phơi bùn cần được bố trí ở cuối hướng gió trên trạm xử lý. Để tránh ảnh hưởng vệ sinh đối với công nhân vận hành quản lý công trình - Trên trạm xử lý cần bố trí các đường ống hay mương dẫn có thể xả sự cố bằng van khoá hay phải chặn khi sửa chữa, các công trình trong điều kiện cần thiết - Khoảng cách giữa các công trình hợp lý bao quanh trạm xử lý có hàng rào bảo vệ cây xanh cách ly tạo môi trường vệ sinh cho khu vực xung quanh trạm Dựa vào công suất xử lý theo quy phạm ta sẽ có được diện tích các công trình phụ (theo 20TCN 51-84) - Phòng thí nghiệm gồm có thí nghiệm hoá lý, thí nghiệm vi sinh, dụng cụ thí nghiệm, với diện tích 10x15 - Nhà hoá chất: kho chứa Clo lấy 6x8(m) - Trạm Clo lấy 6x8(m) - Trạm biến thế và nhà đặt máy phát điện dự phòng đảm bảo cho sự làm việc liên tục của trạm xử lý, kích thước 5x8(m) - Nhà hành chính bao gồm các phòng kỹ thuật, trực ban, trạm trưởng, phòng sinh hoạt công nhân…với kích thước là 10x16(m) - Phòng bảo vệ 5x5(m) - Kho chứa 10x20(m) PHẦN III - KẾT LUẬN Yêu cầu của đồ án môn học là phải tính toán thiết kế sơ bộ các phần chính của một trạm xử lý nước thải và thiết kế kỹ một công trình của trạm. Với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo thuộc bộ môn Cấp Thoát nước và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ths.Trần Thuyết, em đã hoàn thành được đồ án môn học này. Tuy nhiên với trình độ, sự hiểu biết còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn chưa có, quá trình tính toán còn mắc nhiều sai số cho nên trong quá trình làm bài vẫn còn có những sai sót nhất định. Vì vậy, em rất mong được sự hướng dẫn, chỉ bảo thêm của các thầy cô trong bộ môn. Em xin chân thành cảm ơn!