Đồ án Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải cho thành phố Thanh Hoá và thiết kế kỹ một công trình của trạm

máy A B Lưu lượng, m3/ngđ 1250 1800 Hàm lượng chất lơ lửng, mg/l 280 170 BOD5, mg/l 210 50 COD, mg/l pH Nhiệt độ, 0C 270 24,50 Các tài liệu khác như trong nhiệm vụ đã cho trong tờ nhiệm vụ thiết kế. Phần I : Xác định các thông số tính toán I. Lưu lượng nước tính toán : 1. Lưu lượng nước thải sinh hoạt : QSH = = = 16200 (m3/ng.đ) Trong đó: N =900.00 người : Số dân thành phố qo = 180 l/ng-ngđ : Tiêu chuẩn thải nước thành phố (l/ng.ngđ) Lưu lượng trung bình giây: QSHtb = = 187,5 (l/s) Theo bảng hệ số không điều hoà phụ thuộc lưu lượng nước thải ta có hệ số không điều hòa :  Kch = 1,4 2. Lưu lượng nước thải sản xuất Nhà máy thứ nhất : - Lưu lượng QAsx= 1250 (m3/ng.đ) Nhà máy thứ hai : -Lưu lượng QBsx =1800 (m3/ng.đ) 3. Lưu lượng tính toán nước thải thành phố Do không biết rõ số liệu về nguồn thải nước thải công nghiệp địa phương nên ta coi lưu lượng nước thải sản xuất là phân phối đều theo các giờ trong ngày. Lưu lượng tính toán ngày đêm: Qtt = 16200 +1250+ 1800 = 19250 (m3/ng.đ) qtt ==0,222 (l/s) Lưu lượng tính toán giờ max: Qhmax = = 1074,8(m3/h) qsmax =298,5(l/s) Lưu lượng tính toán giờ min Qhmin = = 394,38 (m3/h) qsmin = 109,55(l/s) Lưu lượng tính toán trung bình: Qhtb = 802,1 (m3/h) Dưới đây là Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố ứng với hệ số không điều hoà K=1,4 Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố [ II. Xác định nồng độ chất bẩn : 1. Nước thải sinh hoạt : Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải sinh hoạt Csh = = = 361,11 (mg/l) trong đó : ashc : Tiêu chuẩn thải cặn, đối với nước thải sinh hoạt ashc = 65 (g/ng.ngđ) Hàm lượng BOD có trong nước thải sinh hoạt : Lsh == = 194,44(mg/l) 2. Nước thải sản xuất : Nhà máy thứ nhất: CxsI = 280 (mg/l) LsxI = 210 (mg/l) Nhà máy thứ hai : CsxII =170 (mg/l) LsxII =50 (mg/l) 3. Tổng hợp số liệu : Hàm lượng cặn lơ lửng có trong hỗn hợp nước thải Chh = = =338 (mg/l) Hàm lượng BOD có trong hỗn hợp nước thải Lhh = = = 182 (mg/l) 4. Xác định dân số tính toán Dân số tính toán : Ntt = Nthực + Ntđ trong đó : Nthực : Dân số thực của thành phố =90.000 (người) Ntđ : Dân số tương đương, là dân số được quy đổi của thành phố Quy đổi theo hàm lượng cặn lơ lửng: Nctđ = = = 10.092 (người) Ntt = 90.000 + 100.092 = 10.092 (người) Quy đổi theo hàm lượng BOD: NBODtđ = = = 10.071 (người) Ntt = 90.000+ 10.071 =10.071 (người) phần II : Xác định mức độ cần thiết xử lý nước thải Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ I. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết : 1. Xác định hệ số pha loãng nước nguồn với nước thải : (nguồn pha loãng là nước sông) Theo Frolop - Rodginler ta có : n= trong đó: QS : Lưu lượng nước sông, Qs = 41,2 (m3/s) q : Lưu lượng trung bình của nước thải, q = 0,222(m3/s) a : Hệ số pha loãng được xác định theo công thức: a = trong đó: x : Khoảng cách từ điểm xả đến điểm tính toán theo lạch sông : Hệ số thưc nghiệm , = với là hệ số khúc khuỷu của sông = hệ số phụ thuộc vào vị trí xả nước thải, =1 (thiết kế họng xả nước thải gần bờ) E là hệ số khuếch tán rối E = = 0,0033 V : vận tốc trung bình của dòng chảy trên đoạn tính toán H : độ sâu trung bình của dòng chảy ttrên đoạn tính toán Vậy ta có : a = = 0,368 a = = 0,263 Số lần pha loãng : n = = = 49,8 (lần) 2. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết : a) Theo hàm lượng cặn lơ lửng có : Cn.thải = trong đó: Cnthai : Hàm lượng cặn lơ lửng sau khi xử lí Cnguồn : Hàm lượng cặn của nước nguồn trước khi xả nước thải, Cnguồn = 26 (mg/l) b : Độ tăng hàm lượng cặn cho phép, b = 0,75 (mg/l); chọn b =0,75 ( mg/l) Cn.thải = (mg/l) Mức độ cần thiết làm sạch theo hàm lượng chất lơ lửng : D = .100% = = 81,25% b) Theo hàm lượng BOD : LT = trong đó: t = = 0,079 (ngày) (thời gian dòng chảy từ vị trí xả đến điểm tính toán) K : Hằng số tốc độ Ôxy hoá, K(25,2) = k1(200 )´1,047 T-20 =0,1´1,0475,2 =0,127 Lcf : Hàm lượng BOD cho phép, Lcf = 2 (mg/l) vì nguồn loại A Lng : Hàm lượng BOD có trong nước nguồn, Lng = 2 (mg/l) Ta có: LT = LT = 4,32 (mg/l) Như vậy mức độ cần thiết làm sạch theo BOD là : DBOD = ´ 100% = 97,62% c) Theo Oxy hoà tan trong nước nguồn : Với đièu kiện nguồn loại I : lượng ôxy hoà tan không nhỏ hơn 4 mg/l trong 2-3 ngày đầu thì lượng ôxy đó sẽ không giảm nữa trong những ngày tiếp theo : Không kể đến khuếch tán Oxy bề mặt : Với điều kiện trên hàm lượng cho phép của nước thải theo nos20 là : Lnth = Lnth = 197,44 (mg/l) Trong đó : Q : lưu lượng nước sông (m3/s) q : lưu lượng nước thải (m3/s) Ong :Hàm lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn , Ong=6,5 0,4 : hệ số biến đổi nos20 thành nos2 4: lượng ôxy hoà tan nhỏ nhất cần phải đạt được trong nước nguồn Mức độ cần thiết phải xử lí : Tuy vậy, theo tiêu chuẩn 188-1996 quy định nồng độ giới hạn cho phép của BOD5 khi xả nước thải vào nguồn loại A là 20 (mg/l) nên vẫn phải lấy lượng BOD cần xử lý =20 (mg/l) do đó hiệu quả xử lí cần thiết theo ôxy hoà tan: DÔxy = =89% Trường hợp kể đến có khuếch tán ôxy bề mặt : Khi có khuếch tán ôxy bề mặt thì yêu cầu mức độ xử lý nước thải theo ôxy hoà tan sẽ giảm vì vậy ta chỉ cần tính cho trường hợp bất lợi hơn là đủ Å Theo hàm lượng chất lơ lửng là 81,25% Å Theo BOD thì mức độ xử lí là 97,62% Å Theo hàm lượng OXY hoà tan không kể đến sự khuếch tán OXY bề mặt là 89% II. Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ : Dựa theo các kết quả đã tính toán ở trên ta chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ như các phương án được trình bầy sau đây. ôPhương án I : Nước thải, Q = 19250 (m3/ngđ) NGĂN TIÊP NHậN Máy nghiền rác SONG CHắN RáC Rác Rác nghiền Sân phơi cát Bể LắNG cát Cát Sân phơi bùn Bể mê tan Bể LắNG ngang ĐợT I Cặn tươi Phục vụ nông nghiệp Trạm khí nén Bể AEROTEN Bùn hoạt tính dư Bể nén bùn Bể lắng ngang đợt II Khử trùng trùng Bể TIếP XúC ?Thuyết minh phương án I ( CHọn phương pháp xử lý sinh học hoàn toàn dùng aeroten ) ở 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 đưa đến bể Mêtan để lên men còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát. ở đây ta thiết kế bể lắng cát ngang có nhiều ngăn để đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn do công xuất trạm lớn. 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 đứng 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 Aeroten. Do lưu lượng trạm xử lý thuộc loại vừa, ta thiết kế bể Aeroten kết hợp lắng đứng đợt II để tiết kiệm khối tích công trình. Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lý, tuần hoàn lại một phần bùn hoạt tính về trước bể, lượng bùn hoạt tính dư được đưa qua bể nén bùn giảm dung tích, sau đó được đưa đến bể Mêtan. Sau bể Aeroten, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong 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, 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 Mêtan đưa ra sân phơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định. Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nông nghiệp. Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý. ô Phương án II Nước thải, Q = 19250 (m3/ngđ) NGĂN TIếP NHậN Máy nghiền rác SONG CHắN RáC Sân Phơi cát Bể TIếP XúC MáNG TRộN Bể lắng ngang đợT II Bể biophin cao tải Bể LắNG ngang đợt I Bể LắNG CáT Ngang KHử TRùNG Thổi khí Bể Mê tan SÂN PHƠI BùN Phục vụ nông nghiệp ?Thuyết minh phương án II ở 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 đưa đếín sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát. ở đây ta thiết kế bể lắng cát ngang nước chuyển động vòng để giảm khối tích xây dựng công trình mà vẫn đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn. 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 đứng 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 xong 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, 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 hai vỏ 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. Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý. Tính toán các công trình xử lí nước thải phương án I 1. Ngăn tiếp nhận Nước thải của Thành phố được dẫn đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp. Để thu nước trong trường hợp này người ta phải xây dựng những ngăn tiếp nhận có nắp đậy. mặt cắt ii - ii mặt cắt i - i ii mặt bằng i i ii 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) = 547,5 (m3/s). Vì vậy chọn ngăn tiếp nhận có kích thước cơ bản như sau: / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/ Lưu lượng nước thải (m3/h) kích thước cơ bản Đường kính ống dẫn A B H H1 h h1 b l l1 2 ống 400 - 650 1500 1000 1300 1000 400 650 500 600 800 250 Chọn mương dẫn nước thải đến ngăn tiếp nhận là mương hình chữ nhật. Chọn đường kính ống dẫn b = 400 (mm), tính toán thủy lực ta có bảng số liệu như sau: Các thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb = 222,8 qmax= 298,5 qmin = 109,55 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008 Chiều ngang B (mm) 600 600 600 Độ đầy 0,57 0,71 0,34 Vận tốc (m/s) 0,67 0,70 0,59 Dựa vào kết quả tính toán ta chọn 1 song chắn rác. 2. Song chắn rác Do lưu lượng nước thải không lớn, thiết kế 2 song chắn rác ở hai mương dẫn riêng biệt song một mương hoạt động và một mương dự phòng. Sơ đồ bố trí song chắn rác như ở hình sau. Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán ở mương dẫn ứng với lưu lượng lớn nhất : h = hmax = 0,71 (m) Tính toán song chắn rác Số khe hở của song chắn rác : n = trong đó: qmax : Lưu lượng tối đa của nước thải, qmax = 0,2985(m3/s) v :Vận tốc nước chảy qua các khe hở của song chắn rác, lấy v = 0,71 (m/s) h : Độ sâu của nước ở chân song chắn rác, h = hmax = 0,71 (m) k = 1,05 tính đến sự thu hẹp dòng chảy b = 0, 016m khoảng giữa các khe hở của song chắn rác n = = 39 (khe hở) 2.1. Chiều ngang của song chắn rác bs= d.(n+1) + b. n trong đó : d : Đường kính song chắn, chọn song hình chữ nhật nên chọn d = 0,01 (m) Ta có bs = 0,01( 39 + 1 ) + 0,016´39 = 0,79 (m) Kiểm tra vận tốc dòng chảy qua song chắn rác với lưu lượng nhỏ nhất Vmin == 0,51(m/s) thỏa mãn 2.2. Chiều dài máng đặt song chắn rác Chiều dài máng : L = l1 +l + l2 trong đó: l1 : Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác l2 : Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác l: Chiều dài máng dẫn nước qua song chắn rác - l1 = 1,37(bs-bm) , l1 = 1,37(0,79-0,6) = 0,26 với bm là chiều rộng mương dẫn bm= 0,6 l2 = 0,5 ´l1 = 0,02 ´ 0,26 = 0,13 (m) l chiều dài đoạn mương mở rộng chọn theo cấu tạo l = 2m. Vậy chiều dài máng là: L=l1+l+l2 = 0,26+2+0,13=2,39 (m) 2.3. Tính tổn thất áp lực qua song chắn rác hs = Trong đó: v: Vận tốc nước chảy trong mương trước song chắn k = 1,05 x : Hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh đan Với + = 600 ; = 1,79 hs =0,83 (m) 2.4. Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác H = h + hs + 0,5 =0,71 + 0,022 + 0,5 =1,232 (m) 2.5. Lượng rác giữ lại sau song chắn rác WR = = = 2,194 (m3/ngày) với a là lượng riác tính theo đầu người = 8 (l/ng.năm).(Tra bảng tuỳ thuộc khe hở song chắn) NTT: Dân số tính toán tương đương theo chất lơ lửng. NTT=100.092 Với dung trọng rác là 750kg/m3 thì trọng lượng rác trong ngày đêm sẽ là: P = 7502,194 =1645,5(kg/ng.đ) = 1,64 (tấn/ng.đ) Lượng rác trong một giờ trong một ngày P1 ===0,094 (T/h) Với - K=1,4 -hệ số không điều hoà giờ - Rác được vớt lên theo phương pháp cơ giới rồi được nghiền nhỏ trước khi đổ trước song chắn rác - Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác là 10m3/1T rác Q = 101,64 = 16,4 (m3/ngđ) Tính toán bể lắng cát Bể lắng cát được xây dựng để tách các hợp phần không tan vô cơ chủ yếu là cát ra khỏi bể nước thải. Bẻ lắng cát ngang phải đảm bảo vận tốc chuyển động của nước là 0,15m/s v 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể lắng là 30” t 60” (điều 6.3 20TCN 51-84). Việc tính toán bể lắng cát ngang khi được thực hiện theo chỉ dẫn ở mục 6.3-20TCN51-84. -chiều dài bể lắng cát: L= (m). Trong đó -HH : chiều sâu tính toán của bể lắng cát HH = 0,6 (m) -U0 : Độ thô thuỷ lực của hạt cát (mm/s) Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt có đường kính lớn hơn 0,25 mm. Theo bảng 24 –20TCN51-84, ta có U0 = 24,2 (mm/s) Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,25 mm Theo bảng 24- 20TCN51-84, với bể lắng cát ngang K=1,3 V : Vận tốc dòng chảy trong bể lấy: V= 0,3 L==9,6 (m) Diện tích tiết diện ướt của bể, (m2) được tính: = qsmax - lưu lượng tính toán lớn nhất của nước thải qsmax =298,5 (l/s) =0,2985(m3/s) V – Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất : V=0,3 (m/s) n - số đơn nguyên công tác, n=2 = = 0,4975 + Diện tích mặt thoáng của bể F= (m2) Trong đó : - U : tốc độ lắng trung bình của hạt cát và được thực hiện theo công thức: U= Với - W: là thành phần vận tóc chảy rối theo phương thẳng đứng. W=0,05.Vmax = 0,05.0,3 = 0,015 (m/s) - U0 : Vận tốc lắng tĩnh, U0 = 24,2 (mm/s) U= = 0,0189 (m/s) Vậy Ft = = 15,8 (m2) Chiều ngang của bể lắng cát là: B= = 0,82 (m) Xây dựng bể lắng cát gồm 2 ngăn công tác và một ngăn dự phòng, thước mỗi ngăn là: L=9,5 (m) , B=8,5 (m) Đảm bảo yêu cầu về vận tốc tránh lắng cặn. Thời gian nước lưu lại trong bể: T = =32(s) 30(s) Đảm bảo yêu cầu về thời gian lưu nước trong bể. Thể tích phần lắng cặn của bể: Wc = 2 (m3). Trong đó: Ntt =100.092 (người) là dân số tính toán theo chất lơ lửng. p= 0,02 l/ng.ngđ : lượng cát thải tính theo tiêu chuẩn đầu người trong một ngày đêm. t =1 ngày: thời gian giữa hai lần xả cặn. - Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát: hc = =0,124 (m) Cát được dẫn ra khỏi bể bằng thiết bị nâng thuỷ lực một lần một ngày và được dẫn đến sân phơi cát. Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = Htt+hc+hbv Trong đó: Htt : Chiều cao tính toán của bể lắng cát. Htt= 0,8 hbv: Chiều cao bảo vệ hbv = 0,4(m). hc : Chiều cao lớp căn trong bể hc =0,124m Vậy HXD = 0,8+0,4+0,12 = 1,324 (m) Lấy HXD =1,35 (m). 4. Tính toán sân phơi cát 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. Sơ đồ sân phơi cát được thể hiện như hình vẽ. I I 1 2 3 4 Mặt cắt A-A Ra sân phơi cát. 1. ống dẫn cát từ bể lắng 2. Mườg phân phối 3. ống dẫn D200 để tiêu nước 4. Hai lớp nhựa lót sân Mặt bằng sân phơi cát Ra sân phơi cát Diện tích sân phơi cát được tính theo công thức: F= trong đó: P : Lượng cát tính theo đầu người trong một ngày đêm, P = 0,02 (l/ng - ngđ) h : Chiều cao lớp cát trong một năm, h = 4 (m/năm) NTT : Dân số tính toán theo chất lơ lửng, Ntt = 100.092 (người) Do đó: F= = 182,7(m2) Thiết kế sân phơi cát gồm ba ô với kích thước mỗi ô là 8m ´ 8m, sơ đồ như hình trên. Tính toán Bể làm thoáng sơ bộ Với hàm lượng cặn lơ lửng là 338 mg/l cần làm thoáng sơ bộ trước khi vào bể lắng nhằm giảm lượng cặn lơ lửng xuống Dung tích bể làm thoáng sơ bộ W=Qt Trong đó : Q : lưu lượng nước thải trong giờ thải nước lớn nhất Q=1074,8 m3/h T: thời gian nước lưu lại trong bể, lấy t=20”=0,33giờ W = 1074,80,33 = 354,684 (m3) Xác định lượng không khí cần thiết Chọn cường độ thổi khí I=6m3/m2.h. Lưu lượng khí đơn vị D=0,8 m3kk/m2.h Lưu lượng không khí cần thiết V=QD = 1074,80,8=859,84 m3/h Diện tích mặt thoáng cần thiết F= V/I = 859,84/6 =143,3 Chiều cao bể = 354,684/143,3=2,5 tính toán bể lắng ngang đợt một Bể lắng ngang đựơc dùng để giữ lại các tạp chất thô không tan trong nước thải. Việc tính toán bể lắng ngang đợt 1 được tiến hành theo chỉ dẫn điều 6.5-20TCN51-84. Chiều dài bể lắng ngang được tính L= Trong đó : V=6m/s – tốc độ dòng chảy, lấy theo quy phạm H = 2m – chiều cao công tác của bể lắng. K – hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng, đối với bể lắng ngang lấy K=0,5 U0 – độ thô thuỷ lực của hạt cặn, được xác định theo công thức: U0 = Trong đó: n – hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng, đối với nước thải sinh hoạt, n=0,25. - hệ số tính đến ảnh hưởng nhiệt độ, với nhiệt độ của nước thải là t =25,2 ta có =0,904 (dựa vào bảng 25- 20TCN51-84) t – thời gian lắng của nước thải trong bình hình trụ với chiều sâu lớp nước h đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán và được lấy theo băng 27-TCN51-84. Với CHH = 338 (mg/l) ta có, với t=1200(s) hiệu suất lắng sẽ là E=62% Trị số tra theo bảng 28-20TCN51-84. Với H=2m ta có = 1,19 = 0,01 (mm/s) – vận tốc cản của dòng chảy theo thành phần thẳng đứng tra theo bảng 26-20TCN51-84. U0 = =0,76 (mm/s) Chiều dài bể là: L= Thời gian lưu lại nước trong bể: T= ==2,62 (giờ) Diện tích tiết diện ướt của bể lắng ngang: = = 60 (m2) Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang: B==30 Trong đó H= 2m chiều cao công tác của bể lắng. Chon số đơn nguyên của bể lắng n=3. khi đó chiều rộng mỗi đơn nguyên : b = Tốc độ lắng của hạt cát: U==3,6(mm/s) Hàm lượng chất lơ lững theo nước trôi ra khỏi bể lắng đợt I là: C1 = = 128,44 (mg/l) C=128,44 (mg/l) đạt yêu cầu khi dưa vào bể lọc sinh học hoặc bể AEROTEN xử lý sinh học hoàn toàn, hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải nhỏ hơn 150mg/l. Dung tích hố thu cặn được tính theo công thức: W= (m3/ngđ) Trong đó: CHH – Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải ban đầu CHH = 338 (mg/l) E – Hiệu suất lắng của bể lắng ngang đợt I, E=62% p - độ ẩm của cặn lắng, p=95% Q – Lưu lượng nước thải ngày đêm , Q=19250 (m3) Pc – trọng lượng thể tích cặn, pc = 1 (T/m3) = 106(g/m3). Wc==84,58 (m3/ngđ) Chiều cao vùng nén cặn: H0 = ==0,06 Chiều cao xây dựng bể: HXD = hbv+H+hth+hc Trong đó : hbv – Chiều cao bẩo vệ hbv = 0,4(m) H – Chiều cao công tác cuủa bể H = 2(m) Hth – Chiều cao lớp nước trung hoà của bể hth = 0,5 (m) Hc – Chiều cao lớp cặn lắng hc = 0,06 Vậy chiều cao xây dựng bể: HXD = 0,4+2+0,5+0,06 =2,96 (m) Lấy HXD =3 (m) 6. Tính bể Aeroten trộn Aeroten trộn là công trình xử lý hiếu khí nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tại mọi thời điểm và vị trí, nước thải được hoà trộn đề với bùn. Lưu lượng nước tính toán: Do hệ số không điều hoà Kch =1,8 >1,25 nên ta lấy lưu lượng nước thải trung bình trong 8 giờ lớn nhất để tính toán, đó là vào các giờ 8 đến 16 giờ, Qtt = 478,5 (m3/h). Việc tính toán bể Aeroten dựa theo mục 6-15 và phụ lục VII-20 TCN.51-84. Trước khi vào bể Aeroten, hàm lượng cặn lơ lửng và hàm lượng BOD như sau: C = 123 (mg/l); La = 176,4 (mg/l) Nước thải được phân phối theo chiều dài bể nên tốc độ ôxy hoá sinh hoá diễn ra một cách điều hoà. Thời gian làm thoáng nước thải được tính theo công thức: tAe = trong đó: La: Hàm lượng BOD của nước thải trước khi vào bể aeroten, La = 176,4 (mg/l) Lt : Hàm lượng BOD của nước thải sau khi ra khỏi aeroten, Lt = 20 (mg/l) a : Liều lượng bùn hoạt hoá chất khô, a = 1,8 (g/l) ( theo bảng 37 20TCN-51 - 84 ) tr : Độ tro của bùn hoạt tính, lấy tr = 0,3 r : Tốc độ oxy hoá mgBOD/g chất không tro, r = 24 (g/l) ( r phụ thuộc vào hàm lượng BOD của nước thải trước và sau khi làm sạch, theo bẳng 38 20TCN51 - 84 ) Do đó: tAe = 5,17 (giờ) Thể tích bể lắng được tính theo công thức: W = Q ´ tAe trong đó: Q : lưu lượng nước thải tính toán, theo lý luận ở trên có Q = 478,5 (m3/h) Do đó: W = 478,5 ´ 5,17 = 2474 (m3) Chọn chiều cao lớp nước trong bể aeroten trộn Hln = 4 (m). Diện tích của bể aeroten là: FAe= ằ 600 (m2) Xây dựng 3 bể aeroten, hình chữ nhật, diện tích mỗi bể là: F1bể = = 200 (m2) Chọn kích thước của bể aeroten trộn B ´ L = 10 ´ 20 Chiều cao của bể H = Hln + hbv trong đó: Hln : Chiều cao lớp nước trong bể, Hln = 4 (m) hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv= 0,5 (m) ị H = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Kích thước của 1 bể B ´ L ´ H = 10 ´ 20 ´ 4,5. Tính toán hệ thống phân phối nước vào bể Aeroten Nước từ kênh dẫn tới ngăn phân phối nước của aeroten. Diện tích ngăn phân phối được tính theo công thức: Q = v ´ B ´ H (1) trong đó: Q : Lưu lượng nước thải, Q = 478,5 (m3/h) = 0,13 (m3/s) v : Vận tốc nước chảy vào ngăn phân phối, v = 0,1 (m) B, H : Chiều rộng và chiều sâu của ngăn phân phối Từ (1) ta có: B ´ H = = 1,3 (m2) Chọn B = 1,3 (m) ị H = 1 (m) Độ tăng sinh khối của bùn Pr = 0,8´C + 0,3´La trong đó: C : Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải trước khi vào bể aeroten C = 123 (mg/l) La : Hàm lượng BOD trước khi vào bể aeroten La = 176,4 (mg/l) Pr = 0,8 ´123 + 0,3 ´176,4 = 151,32 (mg/l) Tính toán cấp khí cho Aeroten trộn Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1m3 nước thải được xác định theo công thức: (m3/m3) trong đó: z : Lượng ôxy đơn vị tính bằng mg để giảm 1mg BOD, z = 1,1 (với bể Aerôten làm sạch hoàn toàn) k1: Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí, lấy theo bảng 39-20TCN51-84, với thiết bị nạp khí tạo bọt cỡ nhỏ lấy theo tỷ số giữa vùng nạp khí và diện tích Aerten, k1 = 1,47 (với f/F = 0,1 và Imax = 10 m3/m2.h) / theo điều 6.15.9 quy phạm 20TCN 51- 84/ k2: Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị, với Hln = 4 (m) và 3,5 (m3/m2-h), K2 = 2,52 n1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải 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, lấy sơ bộ n2 = 0,8 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: Cp = CT: Độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Theo bảng 2-1: Xử lý nước thải -1978, với T = 270C ị CT = 8,07 (mg/l) = 9,64 (mg/l) C : Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l) C = 2 (mg/l) Do đó: = 6,784 (m3K/m3nước thải) Cường độ nạp khí yêu cầu = = 5,25 (m3/m2) Ta có : Imin = 3,5 (m3/m2-h) < I = 5,25 (m3/m2-h)< Imax = 10 (m3/m2-h) đảm bảo yêu cầu thiết kế. Lưu lượng không khí cần thổi vào Aerôten trong một đơn vị thời gian là: V = D´Qh = 6,784 ´ 478,5 = 3246,144 (m3/h) Lưu lượng không khí cần cấp trong ngày là: 24 ´ 3246,144 = 77907 (m3/ngđ). nhiệt độ trung bình năm của không khí là 270C, khối lượng riêng của không khí ở nhiệt dộ này là 1,18 (kg/m3) nên lượng Ôxy cần cấp trong ngày là Qkhí = 1,18´ 77907 = 91930 (kg). Lượng ôxy cần cung cấp trong 1 giờ là OCt = = 3830,42 kgO2/h Dùng thiết bị cấp khí cho bể Aeroten là ống phân phối trên đó có gắn các đĩa xốp. Dùng đĩa xốp có đường kính 0,6 (m), diện tiích bề mặt f = 0,07 (m2), cường độ khí từ 0,7 đến 1,4 l/s.đĩa /Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai - NXBXD 2000/ nên lấy cường độ khí là 1 (l/s). Vậy số đĩa cần thiết là: Nđ = = 900 (đĩa) Các đĩa được gắn lên trên các ống dẫn khí đặt ngang dưới đáy bể. 7. Tính toán bể lắng đứng đợt II Tính toán bể lắng đứng đợt II tương tự như tính toán bể lắng đứng đợt I. Diện tích ống trung tâm được xác định theo lưu lượng giây tối đa bao gồm cả nước thải và bùn tuần hoàn. Lượng nước đi vào bể lắng QLII = (1+a)´ Q = 1,5´ 476,5 = 714,75 (m3/h) = 0,198 (m3/s) f = Trong đó: QLII : Lưu lượng nước thải tính toán, QLII = 0,198 (m3/s) V1 : Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy V1 = 30 (mm/s) Do đó: f = = 6,6 (m2) Dung tích của bể được xác định theo công thức: W = QLII ´ t Trong đó: QLII : Lưu lượng nước thải tính toán, QLII = 0,198 (m3/s) t : Thời gian lưu nước trong bể, t = 1,5 (giìơ) Do đó: W = 0,198´ 1,5´ 3600 = 1070 (m3) Chiều cao công tác của bể hLII = V ´ t Trong đó: V : Vận tốc nước dâng trong bể lắng, lấy V = 0,7 (mm/s) t : Thời gian lưu nước, t = 1,5 (giờ) Do đó: hLII = 0,0007´ 1,5´ 3600 = 3,8 (m) Diện tích hữu ích bể lắng đợt II: FLII == = 282 (m2) Vậy tổng diện tích bể là F = 282 + 6,6 = 288,6 (m2) lấy tròn 300 (m2) Thiết kế 3 bể lắng hình vuông để dễ hợp khối với bể Aeroten, kích thước mỗi bể là: F1bể = = 100 (m2) Kích thước bể là: a ´ a = 10 ´ 10 (m2) 8. Tính toán bể nén bùn đứng Theo quy phạm ít nhất phải có hai bể nén bùn làm việc đồng thời, căn cứ vào lưu lượng nước thải, ta đi tính toán thiết kế bể nén bùn đứng. 1 2 4 3 hbv 1 - ống trung tâm h1 2 - ống xả cặn 3 - Miệng loe 4 - Sàn công tác h2 Nồng độ bùn hoạt tính dư được xác định theo công thức của Karpinski A.A như sau: Xt = a ´ (SS)1 - Nra trong đó: Xt : Nồng độ bùn hoạt tính dư, (mg/l) a : Hệ số, lấy bằng 1,3 (SS)1 : Hàm lượng các chất lơ lửng của nước thải sau lắng đợt I và đông tụ sinh học = 123 (mg/l) Nra : Hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước thải ra khỏi bể lắng đợt II, lấy =16 (mg/l) Do đó: Xt = 1,3´ 123 - 16 = 144 (mg/l) Lượng tăng bùn hoạt tính lớn nhất: Xmax = k ´ Xt = 1,2´ 144 = 173 (mg/l) trong đó: k : Hệ số không điều hoà tháng của sự tăng bùn hoạt tính, k=1,15á1,2. Có 50% lượng bùn hoạt tính dư được đưa vào bể đông tụ sinh học 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: qmax = trong đó: Q : lưu lượng nước thải = 9300 (m3/ngđ) C : Nồng độ bùn hoạt tính dư, với độ ẩm 99,4% thì C = 6000 (g/m3) Do đó: qmax = = 5,6 (m3/h) Diện tích bể nén bùn được tính theo công thức: F1 = trong đó: qmax : Lưu lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất, qmax = 5,6 (m3/h) = 1,56 (l/s) V1 : Tốc độ chuyển động của bùn từ dưới lên trên, V1 = 0,1 (mm/s) Do đó: F1 = = 15,6 (m2) Diện tích ống trung tâm: F2 = trong đó: V2 : Vận tốc chuyển động của bùn trong ống trung tâm, V2 = 28 (mm/s) Do đó: F2 = = 0,056 (m2) Diện tích tổng cộng của bể nén bùn đứng: F = F1 + F2 = 15,6 + 0,056 = 15,66 (m2) Có hai bể nén bùn đứng, diện tích mỗi bể là: f = ==7,83 (m2) Đường kính bể nén bùn đứng: D == =3,16 (m) Đường kính ống trung tâm: d == =0,27 (m) Đường kính phần loe của ống trung tâm: dloe = 1,35´d = 1,35´ 0,27 = 0,38 (m) ằ 0,4 (m) Đường kính tấm chắn (xem hình vẽ): dc = 1,3´ dloe = 1,3´ 0,4 = 0,52 (m) Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: h1 = V1 ´ t ´ 3600 trong đó: t : Thời gian nén bùn, lấy t = 12 (h) Do đó: h1 = 0,0001 ´ 12´ 3600 = 4,3 (m) Chiều cao hình nón với góc nghiêng 450, đường kính bể 3,22 (m) và đường kính đáy bể 0,2 (m) là: h2 = - x = 1,4 (m) Chiều cao bùn hoạt tính đã nén được tính theo công thức: hb = h2 - h3 - hth x trong đó: h3 : Khoảng cách từ đáy ống loe đến tâm chắn, lấy h3 = 0,3 (m) hth : Chiều cao lớp trung hoà, hth = 0,3 (m) Do đó: hb = 1,4- 0,3 - 0,3 = 0,8 (m) Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn: H = h1 + h2 + hbv = 4,3 + 1,4 + 0,3 = 6 (m) 9. Bể Mêtan Các loại cặn dẫn đến bể mêtan bao gồm : Cặn từ bể lắng đợt I Rác đã nghiền từ song chắn rác Bùn hoạt tính dư sau khi nén 9.1 Cặn tươi từ bể lắng đợt I Cặn tươi từ bể lắng đợt I với độ ẩm p = 95% được tính theo công thức: WC = trong đó: Q : Lưu lượng nước tính toán ngày đêm, Q = 9300 (m3/ng.đ) Chh : Hàm lượng cặn lơ lửng trong hỗn hợp nước thải, Chh = 327,96 (mg/l) E : Hiệu suất từ bể lắng đợt I có kể đến đông tụ sinh học, E = 62,5% K : Hệ số tính đến sự tăng lượng cặn do cỡ hạt lơ lửng lớn, K = 1,1 P : Độ ẩm của cặn P = 95% gc : Dung trọng của cặn lắng, lấygc =1 Do đó: WC = ị WC = 42 (m3/ngđ) 9.2 Lượng bùn hoạt tính dư sau khi nén ở bể nén bùn Lượng bùn này được tính theo công thức: Wb = trong đó: a: Hệ số tính sự tăng không điều hoà của bùn hoạt tính trong quá trình làm sạch,a =1,2 b : Hàm lượng bùn trôi ra khỏi bể lắng đợt II, b = 16 (mg/ l) P : Độ ẩm của bùn hoạt tính P =97% Q : Lưu lượng nước thải dẫn đến bể nén bùn, Q= 9300 (m3/ngđ) Các thông số khác đã xét ở trên Do đó: Wb = ị Wb = 20 (m3/ngđ) 9.3 Lượng rác đã nghiền Lượng rác đã được nghiền nhỏ từ độ ẩm P1 = 80% đến độ ẩm P2 = 95% được tính theo công thức: WR = W1 ´ W1 : Lượng rác lấy khỏi máy nghiền với độ ẩm ban đầu P = 80% đã tính toán ở phần trước, W1 = 0,91 (m3/ngđ) Do đó: WR = 0,91´ = 3,64 (m3/ngđ) Thể tích tổng hợp của hỗn hợp cặn: W = Wc + Wb +WR=42 + 20 + 3,64 = 65,64 (m3) Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn được tính theo công thức: Phh =100´ trong đó: Ck : Lượng chất khô trong cặn tươi: Ck= == 2,94 (tấn/ngđ) Bk : Lượng chất khô trong bùn hoạt tính: Bk= == 0,4 (tấn/ngđ) Rk : Lượng chất khô trong rác nghiền: Rk= == 0,246 (tấn/ngđ) Do đó: Phh =100´ = 94,6 % Vì độ ẩm của hỗn hợp lớn hơn 94% lên ta chọn chế độ lên men ấm, t = 33 á 350C. Dung tích bể Mêtan được tính theo công thức: WM = trong đó: d : Liều lượng cặn tải ngày đêm, tra bảng lấy d = 10% Do đó: WM = ằ 660 (m3) Chọn 2 bể Mêtan, thể tích một bể là: 10 11 ống dẫn cặn tươi và bùn hoạt tính ống xả cặn lên men D250 ống tháo cạn bể ống dẫn hơi nóng ống dẫn khí đốt ống tràn bê tông gạch xỉ lớp phủ mềm máy trộn kiểu chân vịt V = = 330 (m3) Hình dưới đây trình bày sơ đồ của bể Mêtan. 8 9 6 1 7 2 4 3 Sơ đồ bể mê tan Theo bảng 3.8 / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/ ta chọn 2 bể Mê tan định hình có kích thước như bảng sau: Đường kính m Thể tích hữu ích Chiều cao, m h1 H h2 10 500 1,45 5 1,7 10. Sân phơi bùn Cặn sau khi đã lên men ở bể Mêtan và cặn từ bể tiếp xúc được dẫn đến sân phơi bùn để làm ráo nước hoặc làm khô đến độ ẩm cần thiết. Sơ đồ sân phơi bùn cặn được trình bầy trong hình dưới đây. Cặn sau khi lên men ở bể Mêtan và cặn từ bể tiếp xúc được dẫn đến sân phơi bùn để làm ráo cặn đến độ ẩm cần thiết. Thể tích cặn từ bể tiếp xúc được tính: W0 = (m3/ngđ) trong đó: a: Lượng cặn lắng trong bể tiếp xúc, a = 0,03 (l/ng.ngđ) NTT: dân số tính toán theo chất lơ lửng, NTT= 55455 (người) Do đó: W0 = = 1,66 (m3/ngđ) Sơ đồ sân phơi bùn như hình vẽ. Sơ đồ sân phơi bùn: 1-Miệng xả bùn, 2-ống thu nước, 3-Bờ ngăn, 4-ống phân phối bùn, 5-Đường đi xuống,6-Máng xả bùn, 7-ống dẫn nước thoát Thể tích tổng cộng của cặn dẫn đến sân phơi bùn: Wch = W + W0 trong đó: W : Thể tích cặn từ bể Mê tan, W = 66,92 (m3) W0 : Thể tích cặn từ bể tiếp xúc W0 = 1,66 (m3) Do đó: Wch = 66,92 + 1,66 = 68,58 ( m3/ngđ) Diện tích hữu ích của sân phơi bùn được tính: F1 = (m2) trong đó: q0: Tải trọng lên sân phơi bùn, Theo bảng 5-5 Giáo trình ² Xử lý nước thải - ĐHXD -1978". Với nền nhân tạo có hệ thống rút khi làm khô cặn và bùn hoạt tính lên men ta có q0= 2 (m3/m2.năm) n: Hệ số kể đến điều kiện khí hậu n = 2,4 Do đó: F1 =ằ 5220 (m2) Chọn sân phơi bùn chia ra làm 6 ô ị Diện tích mỗi ô = 870 (m2) Chọn kích thước mỗi ô 25m ´ 35m. Diện tích phục vụ của sàn sân phơi bùn (bao gồm đường xá, mương máng,..) được tính theo công thức: F2 = D´F1 = 0,2´ 4600 = 920 ( m2) (ở đây D là hệ số kể đến diện tích phụ, lấy bằng 0,2 á 0,4) Diện tích tổng cộng của sân phơi bùn: F = F1 + F2 = 4600+ 920 = 5520 (m2) Lượng cặn phơi đến độ ẩm 80% trong một năm sẽ là: W =68,58 ´ 365´ ằ 5000 (m3) 11. Trạm khử trùng Trạm khử trùng có tác dụng khử trùng triệt để các vi khuẩn gây bệnh mà chúng ta chưa thể xử lý được trong các công trình xử lý cơ học, sinh học trước 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 6.20 – 20 TCN51-84. Quá trình phản ứng giữa Clo và nước thải xảy ra như sau: Cl2 + H2O = HCl + HOCl Axit hypoclord một phần bị ion hóa. 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. Lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng được tính theo công thức: y = trong đó: Q: Lưu lượng đặc trưng của nước thải (m3/h) a : Liều lượng Clo hoạt tính, khi làm sạch sinh học hoàn toàn, a = 3 (g/m3), lấy theo điều 6.20.3 -20 TCN51-84 ứng với lưu lượng đặc trưng max,tb, min ta có lượng Clo hoạt tính cần thiết như sau: y max = = = 1,64 (kg/h) y tb = = = 1,1625 (kg/h) y min = = = 0,7425 (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 LONHI-100. Theo bảng 3.10 - / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/ ta chọn một Cloratơ LONHI -100 loại PC-3 làm việc và một Cloratơ dự phòng có các đặc tính kỹ thuật như sau: Công suất theo Clo hơi : 0,40 á2,05 (kg/h) Loại lưu lượng kế : PC -3 áp lực nước trước ejector : 2,5 (kg/cm3) Trọng lượng :37,5 (kg) Lưu lượng nước : 2 (m3/h ) Để phục vụ cho 2 Cloratơ 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 = 0,64 (m). Chiều dài thùng L = 1,8 (m). Lượng Clo lấy ra từ 1 (m2) bề mặt bên thùng chứa theo quy phạm là 3 (kg/h). Bề mặt bên thùng chứa Clo là 3,6 (m2). 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 trong một giờ là: N = = =0,108 (thùng) Chọn hai thùng chứa công tác và một dự phòng. Số thùng chứa Clo cần thiết dự trữ cho nhu cầu Clo trong một tháng sẽ là: N = = = 2 (thùng) trong đó: q : Trọng lượng Clo trong thùng chứa, kg Lưu lượng nước Clo lớn nhất được tính theo công thức: qmax= 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% a : Liều lượng Clo hoạt tính, khi làm sạch sinh học hoàn toàn, a = 3 (g/m3), lấy theo điều 6.20.3 -20 TCN51-84 Do đó: qmax= = 1,1 (m3/h) Lượng nước tổng cộng cần cho nhu cầu của trạm Clorator được tính theo công thức: Q = trong đó: V1: Độ hoà tan Clo trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, với nhiệt độ nước thải t = 260C ta có V1= 1 (l/g). ( Theo bảng 3.11- / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/) V2: Lưu lượng nước cần thiết để bốc hơi Clo, sơ bộ lấy V2 = 300 (l/kg) Do đó: Q = = 2,132 (m3/h) Nước Clo được dẫn ra máng trộn bằng ống cao su mềm nhiều lớp, đường kính ống 70 (mm) với tốc độ 1,5 (m/s). 12. Tính toán máng trộn Để xáo trộn nuớc thải với Clo, do lưu lượng trạm nhỏ hơn 400 (l/s), nên ta dùng máng trộn kiểu lượn với thời gian xáo trộn được thực hiện trong vòng 1 á 2 phút. Kích thước cơ bản của máng trộn kiểu lượn theo bảng 4.8 - / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/ ta có các kích thước cơ bản như sau: Kích thước cơ bản của máng trộn Lưu lượng l/s Kích thước Bề rộng khe L l b h1 h2 thứ 1 thứ 2 thứ 3 thứ 4 131 á 160 3500 2730 600 700 1030 550 450 380 330 Diện tích tiết diện của máng trộn: f = trong đó: qmax: Lưu lượng nước thải lớn nhất, qmax = 0,15 (m3/s) V : Tốc độ của nước chuyển động qua lỗ V = 0,8 (m/s) Do đó: f = = 0,19 (m2) Chiều sâu lớp nước sau máng trộn: H = == 0,317 (m) Tổn thất áp lực qua mỗi khe hở được xác định theo công thức: h = a ´ trong đó: V1 : Tốc độ chuyển động của nước qua khe lượn, V1 = 0,8 (m/s) a : Hệ số phụ thuộc cách bố trí chỗ lượn, bố trí thuận chiều dòng nước nên lấy a =2,5 Do đó: h = 2,5 ´ = 0,082 (m) Diện tích tiết diện ngang của mỗi khe: fK = = = 0,19 (m2) Chiều sâu lớp nước trước các khe lượn: Trước khe thứ nhất H1 = = = 0,35 (m) Trước khe thứ hai H2 = = = 0,42 (m) Trước khe thứ ba H3 = = = 0,5 (m) Trước khe thứ tư H4 = = = 0,58 (m) 13. Tính toán bể tiếp xúc Nhiệm vụ của bể tiếp xúc là nhằm thực hiện quá trình tiếp xúc giữa Clo và nước thải. Dựa vào công suất trạm, ta sử dụng bể tiếp xúc kiểu ly tâm. Bể tiếp xúc ly tâm được thiết kế giống như bể lắng đợt I không có thiết bị vét bùn. Nước thải sau khi được xử lý ở bể tiếp xúc được dẫn ra tới giếng bờ hồ theo mương dẫn dài 250 (m) với tốc độ dòng chảy 0,8 (m/s). Thời gian tiếp xúc của clo với nước thải trong bể tiếp xúc và trong máng dẫn ra hồ là 30 phút. Thời gian tiếp xúc riêng trong bể tiếp xúc là: t = 30 - = 30 - = 24,8 (phút) trong đó: l : Chiều dài máng dẫn từ bể tiếp xúc tới giếng xả, l = 250 (m) V : Vận tốc dòng chảy trong máng dẫn, v = 0,8 (m/s) Sơ đồ cấu tạo của bể tiếp xúc ngang như hình dưới đây. Thể tích hữu ích của bể tiếp xúc là: W = Qhmax ´ t = 547,5´ ằ 230 (m3) Chọn 2 bể, thể tích của mỗi bể là: W1 = = 115 (m3) Diện tích của bể tiếp xúc trên mặt bằng: F = = = 46 (m2) trong đó: H1: chiều cao công tác của bể, thiết kế H = 2,5 (m) Chiều rộng bể chọn b = 3,0 Chiều dài bể: = 15,4 (m) Cặn trong hố tiếp xúc có độ ẩm p = 96% được bơm ra phân phơi bùn: trong đó: a: Lượng cặn lắng trong bể tiếp xúc, theo 6.20.7 - 20 TCN 51-84 thì a = 0,05 l/Ng NTT: Dân số tính toán theo BOD5, NTT = 75000 (người) = 3,75 (m3/ngđ) Bể tiếp xúc ngang tương tự như bể lắng ngang nhưng không có hệ thống gạt cặn, vét bùn. Vậy kích thước bể: H ´ L ´ b= 2,5 ´ 15,4 ´ 3 (m3) 14. 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 Pac -san (Sơ đồ trang sau) 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= 152,08 (l/s) qtb = 107,64 (l/s) qmin = 68,75 (l/s) Sơ đồ máng pac - san B l1 l2 l3 A W E Người ta đã tính toán kích thước máng theo tiêu chuẩn và lập thành các bảng / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/. Chọn máng Pac-san có kích thước Khả năng vận chuyển lớn nhất : 500 (l/s) Khả năng vận chuyển nhỏ nhất : 5 (l/s) b = 30cm L1 =135 cm L2 = 60 cm L3 =90 cm A = 84 cm B =60 cm C =22,5 cm Tính toán các công trình xử lí nước thải phương án II Các công trình trong sơ đồ dây chuyền công nghệ phương án II bao gồm: Song chắn rác Bể Biophin cao tải Bể lắng cát ngang chuyển động vòng Trạm khí nén Bể lắng đứng đợt I Máy nghiền rác Bể lắng đứng đợt II Khử trùng và máng trộn Sân phơi bùn cặn Bể tiếp xúc  Bể chứa khí đốt Sân phơi cát Trong số các công trình trên, các công trình tính toán giống với phương án I bao gồm: Ä Song chắn rác Ä Bể tiếp xúc ngang Bể lắng cát ngang chuển động vòng Ä Sân phơi cát Khử trùng và máng trộn Ä Sân phơi bùn cặn Bể lắng đứng đợt I Sau đây ta đi tính toán các công trình còn lại trong sơ đồ dây chuyền công nghệ. 1. Tính toán bể Biophin cao tải Nhận thấy chất lượng nước thải chảy vào bể đảm bảo để tính toán theo quy phạm. Tính toán bể lọc sinh học cao tải dựa vào điều 6.14.17 và điều 6.14.18 TCN51-84 Xác định hệ số k: là hệ số phụ thuộc vào nhiệt dộ trung bình về mùa đông của nước thải hoặc nhiệt độ trung bình năm của không khí. Ta có k = = = 10,6 trong đó: La: BOD của nước thải đưa vào bể La= 211,5 (mg/l) Lt: BOD của nước thải đã được làm sạch Lt =20 (mg/l) Chọn tải trọng thuỷ lực qo= 20 (m3/m2.ngđ) Tra bảng 36-20TCN51-84 với nhiệt độ trung bình 25oC và ko=10,6 ta có các kết quả tính toán như sau: 2.1. Khi lưu lượng không khí vào bể B = 8 (m3/m3 nước) Chiều cao công tác của bể H = 3 (m) Tải trọng thủy lực: q0= 20 ( m3/m2.ngđ) tra bảng ta có k1 = 11,48 Vì k0 < k1 nên không cần tuần hoàn lại nước thải. Bể biophin cao tải mặt cắt a-a mặt bằng Lớp vật liệu lọc cao 300 cm Lớp bê tông đục lỗ dày 8 cm Lớp bê tông tạo dốc Lớp bê tông cốt thép dày 20 cm Lớp bê tông gạch vỡ dày 20 cm ống dẫn nước vào bể D300 Lớp bê tông đục lỗ BxB=1000x1000 Lớp vật liệu lọc ống phản lực đục lỗ D200 Dưới đây là sơ đồ cấu tạo của Bể Bioiphin cao tải. Diện tích của bể Biophin: F = (m2) trong đó: Q: Lưu lượng nước thải Q = 9300 (m3/ngđ) q0: Tải trọng thủy lực trên bề mặt bể lọc, q0 = 20 (m3/m2 ngày đ) Do đó: F = = 465 (m2) Chọn số bể công tác là 2 bể, n = 2. Diện tích mỗi bể là: f = = = 232,5 (m2) Bể hình tròn, đường kính bể là: D = = = 17,5 (m) Thể tích tổng cộng của bể: W = H ´F = 3 ´ 465 = 1395 (m3) trong đó: H: Chiều cao công tác của bể, H= 3 (m) 2.2. Khi lưu lượng không khí vào bể B = 10 (m3/m3 nước) Chiều cao công tác của bể H = 3,5 (m) Tải trọng thủy lực: q0= 20 ( m3/m2.ngđ) tra bảng ta có k1 = 17,95 Vì k0 < k1 nên không cần tuần hoàn lại nước thải. Diện tích của bể Biophin: F = (m2) trong đó: Q: Lưu lượng nước thải Q = 9300 (m3/ngđ) q0: Tải trọng thủy lực trên bề mặt bể lọc, q0 = 20 (m3/m2 ngày đ) Do đó: F = = 465 (m2) Chọn số bể công tác là 2 bể, n = 2. Diện tích mỗi bể là: f = = = 232,5 (m2) Bể hình tròn, đường kính bể là: D = = ằ 17,5 (m) Thể tích tổng cộng của bể: W = H ´F = 3,5 ´ 465 = 1627,5 (m3) trong đó: H: Chiều cao công tác của bể, H= 3,5 (m) Từ các số liệu tính toán ở trên ta quyết định thiết kế bể Biophin với trường hợp B=8 (m3/m2.ngđ) H=3,0 (m) F= 465 (m2) W=1395 (m3) Với lý do: Không phải tuần hoàn nước thải Lượng không khí cấp vào nhỏ Chiều cao công trình nhỏ Diện tích công trình nhỏ 2.3. Tính toán hệ thống lưới phản lực Điều kiện quan trọng để Biophin làm việc bình thường là nước thải phải được phân phối đều trên bề mặt lớp vật liệu lọc. Đối với Biophin có dạng hình tròn trên mặt bằng ta thiết kế hệ thống phân phối khí bằng hệ thống tưới phản lực. Lưu lượng nước tưới tính cho 1 bể Biofin được xác định theo công thức: q = trong đó: n : Số bể, n = 2 qmax :Lưu lượng nước thải tính toán, qmax = 152,08 (l/s) Do đó: q = = 76,04 (l/s) = 0,076 (m3/s) Đường kính của hệ thống tưới: được tính theo công thức sau: DT= D - 200 = 17500 – 200 = 17300 (mm) trong đó: 200 (mm) : Khoảng cách giữa đầu ống tưới và thành bể. Chọn trong một bể Biofin có 4 ống phân phối, đường kính ống là: Dô = trong đó: V : Vận tốc chuyển động của nước trong ống, lấy V = 1 (m/s) q : Lưu lượng tính toán cho một bể, q = 0,076 (m3/s) Do đó: Dô = = 0,15 (m) hay 150 (mm) Số lỗ trên ống tưới được tính theo công thức: m = = = 105 (lỗ) Khoảng cách từ một lỗ bất kỳ ri cách tâm trục của hệ thống tưới được tính theo công thức: ri = trong đó: i : Số thứ tự của lỗ cách trục của hệ thống tưới m : Số lỗ trên hệ thống tưới, m = 105 (lỗ) r1 = = 820 (mm) r1 = = 1160 (mm) Số vòng quay của hệ thống trong 1 phút được tính theo công thức: n = trong đó: d : Đường kính lỗ (phải lớn hơn 10mm), lấy d =15 (mm) q' : Lưu lượng trung bình của 1 ống tưới, có tất cả 4 ống nên q' = = 19 (l/s) Do đó: n = = 1,5 (vòng/phút) áp lực cần thiết cho hệ thống tưới phản lực là: h= q' 2 ´ () trong đó: k : Mô đun lưu lượng, theo bảng 4.6 - / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/ ta có ứng với Dô = 150, k = 134 Do đó: h = 192´() = 207,12 (mm) ằ 0,2 (m) 2. Tính toán bể lắng đứng đợt II Tính toán bể lắng đứng đợt II tương tự như tính toán bể lắng đứng đợt I. Diện tích ống trung tâm được xác định theo lưu lượng giây tối đa bao gồm cả nước thải và bùn tuần hoàn. Lượng nước đi vào bể lắng: QLII = (1+a)´ Q = 1,5´ 476,5 = 714,75 (m3/h) = 0,198 (m3/s) f = trong đó: QLII : Lưu lượng nước thải tính toán, QLII = 0,198 (m3/s) V1 : Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy V1 = 30 (mm/s) Do đó: f = = 6,6 (m2) Dung tích của bể được xác định theo công thức: W = QLII ´ t trong đó: QLII : Lưu lượng nước thải tính toán, QLII = 0,198 (m3/s) t : Thời gian lưu nước trong bể, t = 0,75 (giờ) Do đó: W = 0,198´ 0,75 ´ 3600 = 534,6 (m3) Chiều cao công tác của bể hLII = V ´ t trong đó: V : Vận tốc nước dâng trong bể lắng, lấy V = 0,7 (mm/s) t : Thời gian lưu nước, t = 0,75 (giờ) Do đó: hLII = 0,0007´ 0,75 ´ 3600 = 1,89 (m) Thiết kế bể có chiều sâu công tác 2,5 (m) Diện tích hữu ích bể lắng đợt II: FLII == = 213,84 (m2) Vậy tổng diện tích bể là F = 213,84 + 6,6 = 220 (m2) Thiết kế 4 bể lắng hình tròn, kích thước mỗi bể là: F1bể = = 55 (m2) Đường kính mỗi bể là: D = = = 8,4 (m) Thiết kế 4 bể có đường kính 8,5 (m). Khái toán kinh tế Phương án I 1. Giá thành xây dựng công trình Cơ sở tính toán kinh tế dựa vào các tài liệu hiện hành về định mức dự toán cấp thoát nước /Ban hành theo quyết định số 411/BXD ngày 29/6/1996 của Bộ Xây Dựng/ Theo tính toán sơ bộ giá thành xây dựng các công trình tính theo khối lượng xây lắp trong trạm xử lý là: Với công trình đơn giản (công trình cơ học), đơn giá là 1.500.000 (đồng/m3) Với công trình phức tạp (công trình sinh học), đơn giá là 2.000.000 (đồng/m3) Với công trình sân phơi cát, sân phơi bùn, đơn giá là 70.000 (đồng/m2) Giá thành thiết bị tính bằng 20% giá thành xây dựng công trình. Giá thành xây dựng công trình bao gồm nhiều mục, sơ bộ có thể thống kê như bảng sau: TT Tên công trình Khối lượng m3 Giá XD 1000đ Giá thiết bị 1000đ Tổng giá thành 1000đ 1 Ngăn tiếp nhận 4,75 7125 7125 2 Song chắn rác 1,94 2915 583 3498 3 Bể lắng cát ngang CĐV 6,70 10050 2010 12060 4 Bể lắng đứng đợt I 42,82 64230 12846 77076 5 Bể đông tụ sinh học 43,27 86540 17308 103848 6 Bể Aeroten 284,59 569180 113836 683016 7 Bể lắng đợt II 215,75 431500 86300 517800 7 Bể nén bùn đứng 13,30 19950 3990 23940 8 Máng trộn 2,80 4200 4200 9 Bể tiếp xúc ly tâm 16,61 24915 4983 29898 11 Bể mê tan 24,04 36060 7212 43272 12 Sân phơi cát 100,00 7000 7000 14 Sân phơi bùn 4600,00 322000 322000 15 Trạm khử trùng 50,00 75000 15000 90000 16 Trạm khí nén 35,00 52500 10500 63000 Tổng cộng 1987733 Một tỷ chín trăm tám mươi bẩy triệu, bẩy trăm ba ba ngàn đồng chẵn. Tổng giá thành là: Exd = 1.987.733.000 (đồng) 2. Chi phí quản lý và lương công nhân trong một năm Số công nhân trạm xử lý nước thải: 20 (người) Mức lương công nhân 800.000 (đồng/ người.tháng) Chi phí lương công nhân: L= 12´20´800.000 = 192 (triệu/ năm) Điện chạy máy trong đó: Q: lưu lượng trạm bơm, Q = 387,5 (m3/h) H0: áp lực bơm, xử lý bằng phương pháp sinh học trên bể Aeroten lấy sơ bộ tổng tổn thất giữa các công trình là 4,0 cộng với áp lực dự trữ 1,0 m để nước chảy ra cống xả ra nguồn tiếp nhận ị sơ bộ chọn H0 = 5,0 (m) T : Thời gian hoạt động trong ngày, T= 24 (giờ) a : Giá điện, a = 1500 (đ/KWh) hb : Hiệu suất bơm hb = 0,8 hđc : Hiệu suất động cơ hđc = 0,65 = 130.234.257.164 (đồng) ằ 130,2 triệu đồng Điện thắp sáng E2 = 0,02´E1 = 2,6 (triệu đồng) Khấu hao tài sản cố định Ek = 0,04´Exd= 0,04´1.987,733 = 79,509 (triệu) Chi phí sửa chữa Esc = 0,05´Exd = 99,387 (triệu) Chi phí hoá chất 1 năm Lượng clo cần để khử trùng trong một năm VTB = 1,1625´ 24´ 365 = 10183,5 (kg/năm) Giá tiền 1 kg Clo là 4500 đ Tổng số tiền chi phí cho hoá chất là: Khc = 10183,5´ 4500 = 45,83 ( triệu đồng) Vởy tổng chi phí quản lý là: E= E1+ E2+ Ek+Eh+Khc = 314,126 (triệu) 3. Giá thành quản lý g = = = 92,54 (đ/m3) 4. Giá thành đầu tư XD V= = = 585,575 (đ/m3) 5 giá thành xử lý X= V+g = 585,575+92,54 = 678,115 (đồng) Giá thành tính cho 1 m3 nước thải là: = = = 0,07 (đồng/m3) Khái toán kinh tế Phương án II Giá thành xây dựng công trình Giá thành xây dựng công trình bao gồm nhiều mục, sơ bộ có thể thống kê như bảng sau: TT Tên công trình Khối lượng m3 Giá XD 1000đ Giá thiết bị 1000đ Tổng giá thành 1000đ 1 Ngăn tiếp nhận 4,75 7125 7125 2 Song chắn rác 1,94 2915 583 3498 3 Bể lắng cát ngang CĐV 6,70 10050 2010 12060 4 Bể lắng đứng đợt I 42,82 64230 12846 77076 5 Bể đông tụ sinh học 43,27 86540 17308 103848 5 Bể Biophin cao tải 165,76 248640 49728 298368 6 Bể lắng đứng đợt II 392,50 785000 157000 942000 7 Máng trộn 42,82 64230 12846 77076 8 Bể tiếp xúc ly tâm 2,80 4200 4200 9 Sân phơi cát 56,55 84824 16965 101789 10 Sân phơi bùn 100,00 7000 7000 11 Trạm khử trùng 4600,00 322000 322000 12 Trạm khí nén 50,00 75000 15000 90000 Tổng cộng 1684839 Một tỷ sáu trăm tám tư triệu, tám trăm ba chín ngàn đồng chẵn. Tổng giá thành là: 1.684.839.000 (đồng). Tổng chi phí là: Exd = 1.684.839.000 (triệu). 2. Chi phí quản lý và lương công nhân trong một năm Số công nhân trạm xử lý nước thải: 20 (người) Mức lương công nhân 800.000 (đồng/ người.tháng) Chi phí lương công nhân: L= 12´20´800.000 = 192 (triệu/ năm) Điện chạy máy Trong đó: Q: lưu lượng trạm bơm, Q = 387,5 (m3/h) H0: áp lực bơm, sơ bộ lấy H0 = 11,5 (m) T : Thời gian hoạt động trong ngày, T= 24 (giờ) a : Giá điện, a = 1500 (đ/KWh) hb: Hiệu suất bơm hb = 0,8 hđc: Hiệu suất động cơ hđc = 0,65 299.538.791,478 (đồng) ằ 299,5 (triệu) Điện thắp sáng E2 = 0,02´E1 = 5,99 (triệu đồng) Khấu hao tài sản cố định Ek = 0,04´Exd= 0,04´1.684,839 = 67,4 (triệu) Chi phí sửa chữa Esc = 0,05´Exd = 84,24 (triệu) Chi phí hoá chất 1 năm Lượng clo cần để khử trùng trong một năm VTB = 1,1625´ 24´ 365 = 10183,5 (kg/năm) Giá tiền 1 kg Clo là 4500 đ Tổng số tiền chi phí cho hoá chất là: Khc = 10183,5´ 4500 = 45,83 ( triệu đồng) Vậy tổng chi phí quản lý là: E= E1+ E2+ Ek+Eh+Khc = 502,96 (triệu) 3. Giá thành quản lý g = = = 148,17 (đ/m3) 4. Giá thành đầu tư XD V= = = 496,344 (đ/m3) 5. giá thành xử lý X= V+g = 496,344 + 148,17 = 644,514 (đồng) Giá thành tính cho 1 m3 nước thải là: = = = 0,0693 (đồng/m3) Nhận xét: Dựa vào tính toán kinh tế sơ bộ và qua thuyết minh hoạt động của sơ đồ trạm xử lý ta lựa chọn phương án II để thiết kế trạm xử lý. Hơn nữa, công suất công trình trạm xử lý thuộc loại nhỏ vừa, do đó ở đây ta sử dụng bể Biophin là hợp lý.