Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải Trường Cao Đẳng Nghề Đồng An – Tỉnh Bình Dương, công suất 1000m3/ngày đêm

chứa các hợp chất hữu cơ hấp phụ từ nước thải và là nơi cư trú cho các vi khuẩn cùng các vi sinh vật bậc thấp khác sống và phát triển. Trong nước thải có các hợp chất hữu cơ hoà tan – loại chất dễ bị vi sinh vật phân huỷ nhất. Ngoài ra, còn có loại hợp chất hữu cơ khó bị phân huỷ hoặc loại hợp chất chưa hoà tan hay khó hoà tan ở dạng keo – các dạng hợp chất này có cấu trúc phức tạp cần được vi khuẩn tiết ra enzym ngoại bào, phân huỷ thành những chất đơn giản hơn rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy hoá tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước. Các hợp chất hữu cơ ở dạng hoà keo hoặc ở dạng các chất lơ lửng khó hoà tan là các hợp chất bị oxy hoá bằng vi sinh vật khó khăn hoặc xảy ra chậm hơn. Hiệu quả làm sạch của bể Aerotank phụ thuộc vào: đặc tính thuỷ lực của bể hay còn gọi là hệ số sử dụng thể tích của bể, phương pháp nạp chất nền vào bể và thu hỗn hợp bùn hoạt tính ra khỏi bể, kiểu dáng và đặc trưng của thiết bị làm thoáng nên khi thiết kế phải kể đến ảnh hưởng trên để chọn kiểu dáng và kích thước bể cho phù hợp. Các loại bể Aerotank truyền thống thường có hiệu suất xử lý cao. Tuy nhiên trong quá trình hoạt động của bể cần có thêm các bể lắng I (loại bớt chất bẩn trước khi vào bể) và lắng II( lắng cặn, bùn hoạt tính). Trong điều kiện hiện nay, diện tích đất ngày càng hạn hẹp. Vì thế càng giảm được thiết bị hay công trình xử lý là càng tốt. Để khắc phục tình trạng trên thì có các bể đáp ứng được nhu cầu trên: bể SBR, bể Unitank, bể sinh học hiếu khí có giá thể tiếp xúc... Công nghệ Unitank. Unitank là công nghệ hiếu khí xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, quá trình xử lý liên tục và hoạt động theo chu kỳ. Nhờ quá trình điều khiển linh hoạt cho phép thiết lập chế độ xử lý phù hợp với nước thải đầu vào cũng như mở rộng chức năng loại bỏ Phospho và Nitơ khi cần thiết. Việc thiết kế hệ thống Unitank dưa trên một loạt các nguyên tắc và quy luật riêng, khác với các hệ thống xử lý nước thải bùn hoạt tính truyền thống. Về cấu trúc, Unitank là là một khối bể hình chữ nhật được chia làm 3 khoang thông nhau qua bức tường chung. Hai khoang ngoài có thêm hệ thống máng răng cưa nhằm thực hiện hai chức năng vừa là bể sục khí để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ gây bẩn vừa là bể lắng II tách bùn ra khỏi nước đã xử lý. Hệ thống đường ống đưa nước thải vào Unitank được thiết kế để đưa nước thải vào từng khoang tuỳ theo từng pha. Nước thải sau xử lý theo máng răng cưa ra ngoài bể chứa nước sạch, bùn sinh học dư cũng được đưa ra khỏi hệ thống Unitank từ hai khoang ngoài. Cũng giống như các hệ thống xử lý sinh học khác, Unitank xử lý nước thải với dòng vào và dòng ra liên tục theo chu kỳ, mỗi chu kì gồm hai pha chính và hai pha phụ. Thời gian của pha chính là ba giờ và thời gian của pha phụ là một giờ (có thể điều chỉnh được). Thời gian của pha chính và pha phụ được tính toán và chương trình hoá dựa vào lưu lượng, tính chất nước thải đầu vào và tiêu chuẩn chất lượng nước thải xử lí đầu ra. Toàn bộ hệ thống Unitank được điều khiển tự động bởi bộ PLC đã được máy tính lập trình sẵn theo tính chất đặc trưng của nước thải và theo số liệu thực nghiệm. Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR). Bể Aerotank hoạt động gián đoạn theo mẻ là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính. Trong đó tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu là hai để có thể xử lý liên tục. Trong bể quá trình thổi khí và quá trình lắng được thực hiện trong cùng một bể phản ứng do đó có thể bỏ qua bể lắng II. Quá trình hoạt động diễn ra trong một ngăn và gồm 5 giai đoạn: Pha làm đầy: Có thể vận hành với 3 chế độ làm đầy tĩnh, làm đầy hoà trộn và làm đầy sục khí nhằm tạo môi trường khác nhau cho các mục đích khác nhau. Thời gian pha làm đầy có thể chiếm từ 25 – 30%. Pha phản ứng (sục khí): Ngừng đưa nước thải vào. Tiến hành sục khí. Hoàn thành các phản ứng sinh hoá có thể được bắt đầu từ pha làm đầy. Thời gian phản ứng chiếm khoảng 30% chu kì hoạt động. Pha lắng: Điều kiện tĩnh hoàn toàn được thực hiện (không cho nước thải vào, không rút nước ra, các thiết bị khác đều tắt) nhằm tạo điều kiện cho quá trình lắng. Thời gian chiếm khoảng từ 5 – 30% chu kỳ hoạt động. Pha tháo nước sạch Pha chờ: Áp dụng trong hệ thống có nhiều bể phản ứng, có thể bỏ qua trong một số thiết kế. Thời gian hoạt động có thể tính sao cho phù hợp với từng loại nước thải khác nhau và mục tiêu xử lý. Nồng độ bùn trong bể thường khoảng từ 1500 – 2500 mg/l. Chu kỳ hoạt động của bể được điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn… * Ưu điểm của bể Aerotank hoạt động gián đoạn: Bể có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành. Hiệu quả xử lí cao do các quá trình hoà trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn … diễn ra gần giống điều kiện lí tưởng. BOD5 của nước thải sau xử lí thường thấp hơn 20mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 3-25mg/l và N-NH3 khoảng từ 0.3-12mg/l. Sự dao động lưu lượng nứơc thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lí. Bể làm việc không cần lắng II. Trong nhiều trường hợp, có thể bỏ qua bể điều hoà và bể lắng I. Đây là một ưu điểm lớn của bể aerotank hoạt động gián đoạn trong điều kiện đất đai bị giới hạn trong thành phố do tiết kiệm được công trình. * Nhược điểm chính của bể: là công suất xử lí nhỏ và để bể hoạt động có hiệu quả thì người vận hành phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải. Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể SBR Bể lọc sinh học hiếu khí. Bể lọc sinh học hiếu khí hoạt động dựa vào sự sinh trưởng bám dính của vi sinh vật. Bể lọc sinh học (hay còn gọi là biophin) thường phân biệt làm hai loại: bể biophin với lớp vật liệu lọc không ngập nước (bể biophin nhỏ giọt, bể biophin cao tải) và bể biophin với lớp vật liệu lọc ngập trong nước. a. Bể biophin nhỏ giọt. Bể biophin nhỏ giọt dùng để xử lý sinh học nước thải hoàn toàn với hàm lượng nước sau khi xử lý đạt tới 15mg/l (hiệu suất xử lý có thể là 90% và có thể còn cao hơn nữa). Trong bể lọc, chất các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước thải được hệ thống phân phối phun thành giọt đều khắp trên bề mặt lớp vật liệu. Nước sau khi chạm lớp vật liệu chia thành các hạt nhỏ chảy thành màng mỏng qua khe lớp vật liệu đi xuống dưới. Trong thời gian chảy như vậy nước thải tiếp xúc với màng nhầy gelatin do vi sinh vật tiết ra bám quanh vật liệu lọc. Sau một thời gian màng nhầy gelatin tăng lên ngăn cản oxy của không khí không vào trong lớp màng nhầy được. Do không có oxy, tại lớp trong của màng nhầy sát với bề mặt cứng của vật liệu lọc, vi khuẩn yếm khí phát triển tạo ra sản phẩm phân huỷ yếm khí cuối cùng là khí metan và CO2 làm tróc lớp màng ra khỏi vật cứng rồi bị nước cuốn xuống phía dưới. Trên mặt hạt vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới, hiện tượng này được lặp đi lặp lại tuần hoàn và nước thải được làm sạch BOD và chất dinh dưỡng. Để tránh hiện tượng tắc nghẽn trong hệ thống phun, trong khe rỗng lớp vật liệu, trước bể nhỏ giọt phải thiết kế song chắn rác, lưới chắn, lắng đợt I. Nước sau bể lọc có nhiều bùn lơ lửng do các màng sinh học tróc ra nên phải xử lý tiếp bằng lắng II. Yêu cầu chất lượng nước thải trước khi vào biophin là hàm lượng BOD5 không quá 220mg/l (theo điều 6.14.12 TCXD-51-84) và hàm lượng chất lơ lửng cũng không quá 150mg/l. Vì cần có các công trình trước đó nhằm làm giảm lượng chất bẩn để biophin làm việc có hiệu quả. Vật kiệu lọc tốt nhất là vật liệu có diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích thể tích lớn, độ bền cao theo thời gian, giá rẻ và không bị tắc nghẽn. Có thể chọn vật liệu lọc là than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong có kích thước trung bình 60-100mm. Nếu kích thước vật liệu nhỏ sẽ giảm độ rỗng gây tắc nghẽn cục bộ. Nếu kích thước vật liệu lớn thì diện tích mặt tiếp xúc bị giảm nhiều, làm giảm hiệu suất xử lý. Chiều cao lớp vật liệu khoảng 1,5-2,5m. Ngày nay, vật liệu lọc thông thường được thay bằng những tấm nhựa đúc lượn sóng, gấp nếp và các dạng khác nhau của quả cầu nhựa. Các loại này có đặc điểm là nhẹ, dễ lắp đặt và tháo dỡ. Bể thường được sử dụng trong trường hợp lưu lượng nước thải không lớn, từ 20 -1000m3/ngày. b. Bể biophin với lớp vật liệu lọc ngập nước: Phạm vi áp dụng của bể là BOD5 vào không quá 500mg/l và tốc độ lọc không quá 3m/h. Trong bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước, nước thải vào bể lọc sẽ được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua dàn ống phân phối. Hỗn hợp khí-nước thải đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc. Trong lớp vật liệu lọc xảy ra quá trình khử BOD5, và chuyển hoá NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Khi tổn thất trong lớp vật liệu lọc đến 0,5m thì xả bể lọc. Nước xả rửa lọc được dẫn về bể lắng kết hợp đông tụ sinh học để tạo điều kiện thuận lợi cho lọc sinh học này. Bể lọc sinh học dùng vật liệu nổi có khả năng giữ được trong khe rỗng các vẫy tróc của màng vi sinh vật bám quanh hạt, nên mặc dù cường độ thổi gió lớn nhưng hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải ở đầu ra không vượt quá 20mg/l. Do đó có thể không cần bể lắng đợt II, chỉ cần đưa đến bể khử trùng. Hình 2.3: Bể biophin với lớp vật liệu lọc ngập nước. Bể sinh học hiếu khí với giá thể tiếp xúc cố định. Bể Aerotank thông thường chỉ xử lý được các hợp chất hữu cơ mà không có khả năng xử lý triệt để N có trong nước thải. Để cải thiện hiệu quả xử lý của bể Aerotank, bể sinh học hiếu khí có giá thể tiếp xúc cố định là sự kết hợp giữa công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính và lọc bám dính, có khả năng xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ và N, P có trong nước thải. Bên cạnh đó, bể này có hiệu quả xử lý cao hơn bể Aerotank là do ngoài quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính (activated sludge) còn đồng thời xảy ra quá trình sinh trưởng bám dính của các vi sinh vật trên lớp vật liệu giá thể (biofilm). Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại giá thể như giá thể dạng sợi, dạng tấm, giá thể hình cầu… Việc bố trí các giá thể vào bể sinh học hiếu khí nhằm mục đích tăng nồng độ sinh khối bùn trong một đơn vị thể tích, nâng cao hiệu quả xử lý BOD, N, P, đồng thời tiết kiệm được mặt bằng cũng như chi phí đầu tư, xây dựng hệ thống xử lý nước thải. Hiệu quả xử lý Nitơ của bể sinh học hiếu khí có giá thể tiếp xúc cao hơn so với bể Aerotank được giải thích là do trong bể có sự kết hợp của cả hai quá trình: nitrat hóa và khử nitrat hóa. Các vi sinh vật sinh sống trên bề mặt của vật liệu tiếp xúc có khả năng tạo ra các bông bùn sinh học chứa đồng thời cả vùng hiếu khí và vùng thiếu khí. Theo Van Huyssteen và cộng sự (1990), sự tồn tại của vùng hiếu khí và vùng thiếu khí là điều kiện thích hợp cho các quá trình xử lý Nitơ trong nước thải. Vì lý do đó, bể hiếu khí có giá thể tiếp xúc cố định được cho là nguyên nhân chính giúp tăng hiệu quả xử lý Nitơ. Cũng theo Van Huyssteen và cộng sự (1990), sự kết hợp của hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa trong việc xử lý Nitơ trong nước thải có thể được giải thích theo hai cơ chế sau. Đầu tiên, hỗn hợp bùn sinh học và nước thải di chuyển ra xa khỏi hệ thống sục khí trong bể sinh học theo dòng vận chuyển của chất lỏng kéo theo hàm lượng oxy hòa tan trong nước (DO-Dissolved Oxygen) thấp dần, tạo điều kiện thích hợp cho các phản ứng xảy ra trong môi trường thiếu khí. Tiếp đó, các bông bùn hoạt tính có thể chứa đồng thời hai vùng hiếu khí và thiếu khí do hàm lượng DO trong nước thải không thể khuếch tán vào toàn bộ bông bùn. Nitrat sinh ra từ quá trình nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí có thể khuếch tán vào vùng thiếu khí bên trong cùng với cơ chất, tạo điều kiện thích hợp cho quá trình khử nitrat hóa xảy ra trong cùng một bông bùn. Với sự kết hợp của quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa, nồng độ Nitơ trong nước thải đầu vào được xử lý hiệu quả. Hiệu quả xử lý của bể sinh học hiếu khí sử dụng giá thể tiếp xúc có thể tham khảo trên thực tế tại trạm xử lý nước thải với công suất thiết kế 35.000 m3/ngày tại Geiselbullach (Germany). Sự khác nhau về hiệu quả xử lý khi sử dụng bể aerotank (trước khi cải tiến) và bể sinh học hiếu khí với giá thể tiếp xúc dạng sợi (sau khi cải tiến) thể hiện ở bảng sau: Bảng 2.3: So sánh hiệu quả xử lý giữa bể aerotank và bể sinh học hiếu khí sử dụng giá thể tiếp xúc . Thông số Loại bể BOD (mg/l) N-NH4+ (mg/l) MLSS (g/l) Vào Ra Vào Ra Aerotank 170 11 36 32 1,6 Hiếu khí tiếp xúc sử dụng giá thể tiếp xúc 148 4 39 1 6,0 Nguồn: T.H. Lessel on Upgrading and Nitrification By Submerged Bio-Film Reactors. Từ bảng số liệu trên, ta nhận thấy bể aerotank sau khi cải tiến thành bể sinh học hiếu khí với giá thể tiếp xúc , hiệu quả xử lý đã tăng lên rõ rệt. Cụ thể: hiệu quả xử lý BOD từ 93,5% tăng lên 97,3%; N-NH4+ từ 11,1% tăng lên 97,4%. Bên cạnh đó, nồng độ MLSS trong bể xử lý cũng tăng từ 1,6 đến 6,0 g/l. CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG AN 3.1. CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 3.1.1. Địa điểm thiết kế. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt với công suất thiết kế 1000 m3/ngày của trường Cao Đẳng Nghề Đồng An được xây dựng ngay trong khuôn viên của trường. 3.1.2. Đặc tính nước thải đầu vào hệ thống xử lý. Nước thải sinh hoạt từ khu trường học sau khi đã được qua hầm tự hoại sẽ theo đường ống thoát nước dẫn về hệ thống xử lý nước thải tập trung của trường. Các thông số ô nhiễm đầu vào của nước thải sinh hoạt như sau: Bảng 3.1: Tính chất nước thải đầu vào hệ thống xử lý. STT Thông số Đơn vị Giá trị đầu vào Giá trị chọn thiết kế 01 pH -- 5,5 – 7,5 5,5 – 7,5 02 SS mg/l 40 – 150 150 03 COD mgO2/l 250 - 400 400 04 BOD5 mgO2/l 150 – 250 250 05 N-NH3 mg/l 25 - 35 35 06 PO43- mg/l 10 10 07 Dầu mỡ mg/l 10 – 50 50 08 Coliform MPN/100ml 106 – 107 107 Nguồn: Tham khảo các nguồn nước thải sinh hoạt của các trường học có tính chất tương tự. 3.1.3. Tiêu chuẩn thải nước. Nước thải sinh hoạt của trường sau khi qua hệ thống xử lý nước thải phải đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT (cột A) trước khi thải ra cống thoát nước chung của khu dân cư. Các thông số trong nước thải đầu ra như sau: Bảng 3.2: Tính chất nước thải đầu ra hệ thống xử lý STT Thông số Đơn vị QCVN 14:2008/BTNMT (Cột A) 01 pH -- 5 – 9 02 SS mg/l < 50 03 BOD5 mgO2/l < 30 04 N-NH3 mg/l < 5 05 N-NO3- mg/l < 30 06 PO43- mg/l < 6 07 Dầu mỡ mg/l < 10 08 Coliform MPN/100ml < 3000 Nguồn: QCVN 14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. 3.1.4. Mức độ cần thiết xử lý nước thải. Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo chất lơ lửng SS : Trong đó: C: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải đầu vào, C = 150 mg/l m: Hàm lượng cho phép của chất lơ lửng trong nước thải đầu ra, chọn m = 20 mg/l Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo BOD5: Trong đó: L: Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào, L = 250 mg/l Lt : Hàm lượng BOD5 cho phép trong nước thải đầu ra, Lt = 30 mg/l Từ kết quả tính toán về mức độ cần thiết xử lý nước thải cho trường học, ta nhận thấy là cần xử lý sinh học hoàn toàn. 3.2. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ. 3.2.1. Các công nghệ xử lý được đề xuất. Việc lựa chọn công nghệ xử lý phụ thuộc vào các yếu tố sau: Dựa vào tính chất nước thải đầu vào Yêu cầu về chất lượng nước thải sau xử lý Quy mô công suất Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí quản lý vận hành. Dựa vào những nguyên tắc và bảng tính chất nước thải trên chúng ta có thể chọn 1 trong 2 phương án sau đây: 3.2.1.1. Phương án 1 - dùng bể sinh học hiếu khí có giá thể tiếp xúc cố định dạng tấm. Sơ đồ công nghệ: Nước thải Xe chở bùn Nước dư Rác Hố thu Song chắn rác thô Bể điều hòa Bể hiếu khí giá thể Bể lắng Ra ngoài Bể khử trùng Khí Khí Clo Bùn tuần hoàn Bể nén bùn Máy ép bùn bùnbùn Thuyết minh công nghệ: Nước thải sinh hoạt từ trường học, sau khi qua các công trình xử lý sơ bộ như bể tự hoại để tách cặn lớn ra khỏi nước thải, sẽ theo hệ thống cống riêng chảy trọng lực về bể bơm của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung. Từ đây nước thải sẽ được bơm vào bể điều hòa. Tại bể điều hòa, nước thải được điều hoà lưu lượng và nồng độ các thành phần trong nước thải. Sau đó, nước thải sẽ được bơm với lưu lượng cố định vào bể sinh học hiếu khí với giá thể tiếp xúc dạng tấm, tại đây sẽ xảy ra quá trình xử lý các chất bẩn hữu cơ, N, P trong nước thải nhờ các vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Nhờ oxy cung cấp từ máy thổi khí, các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể tạo thành màng vi sinh. Màng vi sinh với mật độ vi sinh cao sẽ sử dụng chất hữu cơ hòa tan trong nước như nguồn năng lượng để sống và phát triển. Nước thải sau xử lý sinh học được dẫn qua bể lắng II để loại bỏ các vi sinh vật già bị bong tróc khỏi giá thể trôi theo dòng nước. Tại đây, cặn bùn sẽ được tách ra khỏi nước và lắng xuống đáy bể. Nước sau lắng sẽ chảy qua bể khử trùng. Tại đây, nước thải được khử trùng bằng chlorine để loại bỏ các vi trùng gây bệnh. Nước thải sau khi qua khử trùng đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột A), và được dẫn ra hệ thống cống chung của khu dân cư. Bùn tách ra trong bể lắng một phần sẽ được bơm hoàn lưu về bể sinh học hiếu khí trong khoảng thời gian đầu chạy khởi động hệ thống để giữ nồng độ bùn trong bể tại mức cố định (khi hệ thống hoạt động ổn định không cần hoàn lưu bùn), lượng bùn dư còn lại sẽ được bơm sang bể nén bùn. Nước dư từ bể nén bùn sẽ được đưa về bể bơm. Bùn trong bể sẽ được ép nhờ máy ép bùn và đem đi chôn lấp đúng quy định. 3.2.1.2. Phương án 2 (dùng bể Aerotank) Sơ đồ công nghệ: Nước dư Xe chở bùn Rác Hố thu Song chắn rác thô Bể điều hòa Bể Aerotank Bể lắng Nước thải Ra ngoài Bể khử trùng Khí Khí Clo Bùn tuần hoàn Bể nén bùn Máy ép bùn Thuyết minh công nghệ: Nước thải sinh hoạt từ khu trường học, sau khi qua các công trình xử lý sơ bộ như bể tự hoại để tách cặn lớn ra khỏi nước thải sẽ theo hệ thống cống riêng chảy trọng lực về bể bơm của hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung. Từ đây nước thải sẽ được bơm vào bể điều hòa. Tại bể điều hòa, nước thải được điều hoà lưu lượng và nồng độ các thành phần trong nước thải. Tại đây cũng đặt bơm để bơm luân phiên vào bể Aerotank . Nước thải vào bể Aerotank được xử lý bởi bùn hoạt tính nằm lơ lửng trong nước nhờ khuấy trộn bởi những đĩa sục khí nằm dưới đáy bể. Sau khi hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải giảm xuống mức cho phép, nước tiếp tục sang bể lắng. Tại bể lắng, bùn hoạt tính sẽ được lắng xuống đáy bể, nước trong tràn qua bể khử trùng. Bùn sẽ được bơm tuần hoàn về bể Aerotank nhằm duy trì hàm lượng sinh khối trong bể sinh học. Tiếp tục, nước thải chảy sang bể khử trùng. Mục đích của khử trùng là tiêu diệt các loại vi trùng gây bệnh bằng chất oxy hoá trước khi xả thải vào nguồn tiếp nhận. Chất khử trùng được dùng là chlorine. Nước thải sau khi qua khử trùng đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột A), tiếp tục chảy ra hệ thống cống. Bùn dư từ bể được đưa vào bể nén bùn. Sau đó được bơm về máy ép bùn. Nước dư từ bể nén bùn và máy ép bùn sẽ được đưa về bể điều hòa. Sau đó, bùn được đem đi chôn lấp hợp vệ sinh. 3.2.2. Lựa chọn công nghệ tối ưu. Với những ưu thế vượt trội của công nghệ xử lý sinh học hiếu khí có sử dụng giá thể tiếp xúc cố định như : Hiệu quả xử lý cao các chất ô nhiễm hữu cơ, N, P; Tải lượng xử lý các chất hữu cơ cao hơn, do đó khối tích công trình nhỏ, thích hợp với những nơi không có nhiều diện tích đất xây dựng; Chịu được sốc tải trọng do có nhiều chủng vi sinh vật hiếu khí, hiếu khí và thiếu khí cùng tồn tại trong một công trình; chi phí và quy trình vận hành đơn giản, không cần nhân công trình độ cao. Ngoài ra, công nghệ xử lý sinh học hiếu khí với hệ vi sinh vật bám dính cố định còn có một số ưu điểm về mặt kỹ thuật như: - Diễn ra cả hai quá trình nitrification và denitrification. - Có khả năng đệm trong trường hợp nồng độ ô nhiễm của nước thải vào ở mức cao hoặc trong nước thải có chứa chất độc (nồng độ thấp). - Tiêu thụ sinh khối của các vi sinh vật khác nhau trong cùng quần thể vi sinh vật. - Giá thể vi sinh dạng tấm có cấu hình tối ưu làm tăng hiệu quả xử lý, giúp quá trình tách vi sinh vật già thuận lợi, tránh tình trạng vi sinh vật già bám quá lâu trên bề mặt giá thể. - Một ưu điểm nổi bật của công nghệ này là lượng bùn sinh ra chỉ bằng một phần ba lượng bùn khi áp dụng công nghệ xử lý với vi sinh vật lơ lửng. Do đó hệ thống giảm được khối lượng công trình cũng như chi phí xây dựng và xử lý bùn, đồng thời giảm thiểu được mùi hôi, tình trạng rơi vãi bùn trong quá trình thu gom, vận chuyển thường xuyên. Chính vì những ưu điểm trên, ta sẽ lựa chọn phương án 1 làm công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cho trường Cao Đẳng Nghề Đồng An. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ TRONG HỆ THỐNG 4.1 HỐ BƠM TIẾP NHẬN Lưu lượng nước thải Trường Cao Đẳng Nghề Đồng An có lưu lượng nước thải trung bình: Qtb = 1000m3/ ngày.đêm. Lưu lượng giờ trung bình Qhtb = Qngàytb/24 = 1000/24 = 41,67 m3/h Lưu lượng giờ lớn nhất. Qhmax = Qhtb × k Trong đó: Qhtb: lưu lượng giờ trung bình. k: hệ số điều hòa, chọn k = 3 Qhmax = 41,67 × 3= 125 m3/h. Lưu lượng lớn nhất giây. q = Qhmax/3600 × 1000 =(1255 × 1000)/3600 = 34,72 l/s. 4.1.1 Thể tích hố bơm tiếp nhận Thể tích hố bơm Vh = Qhmax × t = 125 × (20/60) = 25(m3) Trong đó: t: là thơi gian lưu nước, t = 10 – 30 phút, chọn t = 20 phút Chọn chiều sâu hữu ích là 3(m) Chiều sâu an toàn lấy bằng chiều sâu đáy mương cuối cùng h = 1(m) Vậy chiều sâu tổng cộng: H = 3 + 1 + 0,2 = 3,7(m) Chọn hố bơm có tiết diện hình chữ nhật: Dài × rộng × cao =3 × 3 × 4,2 = 37,8(m3) Thể tích hữu ích: Dài × rộng × cao =3 × 3 × 3 =27(m3) >25m3 (đạt yêu cầu). Trong hố bơm đặt giỏ rác hình vuông, có thể kéo lên được để vệ sinh. 4.1.2 Chọn bơm nước thải Chọn bơm có đặc tính kỹ thuật: Loại : bơm chìm. Xuất xứ : Tsurumi – Japan. Model : 100P42.2 Lưu lượng : Q = 62.5 m3/h – H = 6m. Công suất : N = 2.2 kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 02 bơm (2 bơm chạy) 4.1.3. Tính toán đường ống bơm nước hố bơm. Vận tốc dòng chảy trong điều kiện có bơm là: 2 – 3 m/s Chọn vb = 2.5 m/s Đường kính ống góp của bơm: D = Chọn ống inox SUS304 có đường kính DN150 (F168 x 2.8 mm) Bảng 4.1: Kết quả tính toán thiết kế bể bơm. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 27 Tổng thể tích xây dựng m3 37,6 Thời gian lưu nước phút 20 Kích thước bể bơm Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 3 3 3 4,2 Số lượng bơm chìm cái 2 Lưu lượng bơm m3/h 62.5 Cột áp của bơm m 6 Công suất của bơm kW 2.2 4.2. BỂ ĐIỀU HÒA. 4.2.1. Thể tích bể điều hòa Chọn thời gian lưu nước bể điều hòa: t = 8h Vđh = Q×8/24 = 1000x8/24 = 333(m3) Chọn: Chiều sâu mực nước H = 4(m) Chiều cao an toàn: H = 0.5(m) Tổng chiều cao: H =4 + 0.5 = 4.5(m) 4.2.2 Kích thước bể điều hòa Thể tich thực: Dài × rộng × cao = 12 × 7 × 4.5 = 378(m3) Thể tích chứa nước: Dài × rộng × cao = 12 × 7 × 4 = 336(m3) > 333 : Đạt yêu cầu Chọn bơm nhúng chìm đặt tại bể điều hòa. Loại : bơm chìm. Xuất xứ : Tsurumi – Japan. Model : 80B21.5 Lưu lượng : Q = 42 m3/h – H = 6m. Công suất : N = 1.5 kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 02 bơm (1 bơm chạy, 1 bơm dự phòng) 4.2.3. Tính toán đường ống bơm nước bể điều hòa Vận tốc dòng chảy trong điều kiện có bơm là: 2 – 3 m/s Chọn vb = 2.5 m/s Đường kính ống góp của bơm: D = Chọn ống inox SS304 có đường kính DN80 (F90 x 2.1 mm) 4.2.4. Tính toán khuấy trộn Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa được thể hiện trong bảng: Bảng 4.2: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa. Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị Cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích bể Khí nén 10 – 15 lít/m3.phút(m3 thể tích bể) Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS. Trịnh Xuân Lai Chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa: qkhí = R × Vđh(tt) = 0.015m3.m3/phút × 336 m3 = 5,04 (m3/phút) Trong đó: R: tốc độ khí nén, R = 0.01 – 0.015(m3.m3/phút). Chọn R = 0.015(m3.m3/phút) Vđh(tt) : thể tích thực tế bể điều hòa Chọn khuếch tán khí là đĩa phân phối khí thô có màng EPDM, đường kính: 144 mm, lưu lượng 100 l/phút Vậy số đĩa phân phối khí Chọn n = 50(cái) 4.2.5. Tính toán ống dẫn khí nén Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn thể hiện ở bảng sau: Bảng 4.3: Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn STT Đường kính (mm) Vận tốc (m/s) 01 25 – 75 (1 – 3”) 6 - 9 02 100 – 250 (4 – 10”) 9 – 15 03 300 – 610 (12 – 24”) 14 – 20 04 760 – 1500 (30 – 60”) 19 – 33 Với lưu lượng không khí: qk = 5,04(m3/phút) = 84(l/s) Chọn tốc độ khí trong ống dẫn: 9 (m/s) (tiêu chuẩn 9-15m/s) Đường kính ống phân phối chính vào bể điều hòa: Ta có: v = q/A A = q/v = 84(l/s)/(9×1000) = 9,33×10-3(m2) => Chọn ống inox SS304 có đường kính danh nghĩa DN100 (F 114 x 2.1mm) Bố trí 50 đĩa phân phối trong bể điều hòa thành 10 hàng, mỗi hàng 5 đĩa. Như vậy, từ ống chính ta phân làm 2 ống nhánh cung cấp khí cho bể. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: Đường kính ống nhánh A = q/v =0,021/10 = 2,1 x10-3 (m2) => Chọn ống PVC có đường kính DN50 (F 60 x 2.5 mm) Bảng 4.4: Kết quả tính toán thiết kế bể điều hòa. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 333 Tổng thể tích xây dựng m3 378 Thời gian lưu nước giờ 8 Kích thước bể điều hòa Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 12 7 4 4,5 4.3. BỂ SINH HỌC HIẾU KHÍ GIÁ THỂ ( BỂ FBR). Các số liệu tính toán bể sinh học hiếu khí: Lưu lượng trung bình của nước thải trong một ngày đêm: Qtb.ngày = 1000m3/ngày Hàm lượng BOD trong nước thải đầu vào: So = 250 - 250x20% = 200mgO2/l. (giả thiết hiệu suất quá trình xử lý sơ bộ là 20%) Hàm lượng BOD trong nước thải cần đạt được sau xử lý: S = 30 mgO2/l Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải cần đạt được sau xử lý: SS = 20 mg/l (hàm lượng cặn lơ lửng gồm 65% là cặn hữu cơ) 4.3.1 Tính toán kích thước của bể sinh học hiếu khí Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ sau: + Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng Xác định BOD5 của cặn lơ lửng đầu ra: + Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy: 0,65 x 20mg/l = 13 (mg/l) Nước thải sau lắng II chứa 20mg/l cặn, trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học. BOD5 của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II: 13mg/l x (1,42mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa) = 18,46(mg/l) BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau lắng II: 18,46mg/l x 0,68 = 12,55 (mg/l) Tỷ số: BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II: Hiệu quả xử lý của bể Aerotank: Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng: Vật liệu làm giá thể vi sinh dính bám trong bể: Chọn vật liệu làm giá thể vi sinh bám dính trong bể là các giá thể vi sinh dạng tấm với các thông số kỹ thuật chính như sau: + Diện tích bề mặt riêng: Fa = 108 m2/m3. + Kích thước:1000 x 500mm+ Độ dày: 0,35-0,5.+ Vật liệu: nhựa PVC Các tấm giá thể được đặt trên bộ khung inox, xếp cạnh nhau, mỗi tấm như vậy gồm 32 tấm nhỏ được dán lại với nhau. Thể tích khung đặt giá thể chiếm 60% thể tích hữu ích của bể sinh học hiếu khí. Xác định kích thước bể: Thể tích bể được tính theo công thức sau: Với: Q : Lưu lượng trung bình ngày, Q = 1000 m3/ngàyđêm So : Hàm lượng BOD5 của nước thải dẫn vào bể, So = 200mgO2/l = 0,2 kg O2/ m3 La : Tải trọng các chất hữu cơ sẽ được làm sạch trên một đơn vị thể tích của bể xử lý, La = 1 kgBOD5 /m3.ngày (theo T.H. Lessel on Upgrading and Nitrification By Submerged Bio-Film Reactors). Chọn chiều cao hữu ích của bể : h = 4m. Chọn chiều cao bảo vệ của bể : hbv = 0,5m. => Chiều cao xây dựng của bể: H = h + hbv = 4 + 0,5 = 4,5m Bể sinh học hiếu khí được chia làm hai ngăn. Diện tích mặt bằng cần thiết của mỗi ngăn: Chọn chiều dài x rộng của mỗi ngăn = L x B = 5,85m x 5,7m Kích thước bể (phần hữu ích): 2 x (L x B x H) = 2 x (5,85m x 5,7m x 4m) = 210m3 Kích thước bể (phần xây dựng): 2x(LxBxH) = 2 x(5,85m x 5,7m x 4,5m) = 236,25m3 Mỗi ngăn của bể sinh học đặt một khung giá thể cố định có kích thước: Dài x Rộng x Cao = 5,85m x 5,7m x 2,4m = 63m3. 4.3.2 Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày Khi bể sinh học hiếu khí sử dụng giá thể vi sinh bám dính đi vào hoạt động ổn định, lượng bùn thải ra hằng ngày ít hơn nhiều so với bể sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng. Tuy vậy, trong giai đoạn thích nghi ban đầu, khi màng vi sinh chưa tạo thành hay tạo thành nhưng còn ít, hoặc trong trường hợp cần thay giá thể, thì lúc này bể sẽ hoạt động như một bể bùn hoạt tính lơ lửng. Do vậy, để hệ thống hoạt động an toàn (đặc biệt là đối với bể lắng), lượng bùn phát sinh sẽ được tính toán tương tự như trường hợp bùn hoạt tính lơ lửng. Hệ số sản lượng quan sát: Với: Kd : Hệ số phân hủy nội bào, chọn Kd = 0,06 ngày-1 Y : Hệ số sản lượng bùn, chọn Y = 0,6mgVSS/mgBOD qc : Thời gian lưu bùn. Đối với nước thải sinh hoạt qc = 5 – 15 ngày. Chọn qc = 10 ngày Lượng bùn gia tăng mỗi ngày tính bằng MLVSS: Lượng bùn gia tăng mỗi ngày tính theo MLSS: Trong đó: MLVSS = 0,8.MLSS Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ trơ của cặn: z = 0,3 Lượng cặn dư hàng ngày phải xả đi: Pxả = Lưu lượng xả bùn: Qxả Qxả = Trong đó: W : Thể tích công tác của bể xử lý, W = 210m3 X : Nồng độ MLVSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X=2500mg/l qc : Thời gian lưu bùn, qc = 10 ngày Qr : Lưu lượng nước sau lắng II, Qr= 200 m3/ngày. Xr : Nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng, Xr = 0,7 x 13mg/l = 9,1mg/l XT : nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lại bể xử lý. XT = 0,7 x 10000 = 7000mg/l (độ trơ của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng là 0,3) Lưu lượng bùn tuần hoàn: QT Tỷ số F/M: 4.3.3 Tính toán lượng oxy cần cung cấp Lượng oxy cần thiết: Trong đó: Q = 1000 (m3/ngày) S0 = 250 (mg/l) S = 30 (mg/l) N0: tổng hàm lượng Nitơ đầu vào N: tổng hàm lượng Nitơ đầu ra Px = 101,25 (kg/ngày) Vậy: Lượng oxy thực tế cần: Trong đó: CS: lượng oxy bão hòa trong nước C: lượng oxy duy trì trong bể: 1,5mg/l a: hệ số từ 0,6 ÷ 0,94, chọn = 0,7 Vậy: Lượng không khí cần thiết: Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ, (tra Bảng 7-1 _ Tính toán Thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Ta có: Ou = 7gO2/m3.m Bể có: Chiều sâu 4,5m Độ ngập nước 4m. Công suất hòa tan thiết bị: OU = Ou x h = 7 x 4 = 28 (gO2/m3) Lượng không khí cần thiết : qk = Với f = 1,5 : là hệ số an toàn Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí: Do hệ thống xử lý có công suất nhỏ, tổng lưu lượng khí cần cung cấp không lớn, nên ta sẽ kết hợp chọn máy thổi khí cung cấp khí cho cả hai bể điều hòa và bể sinh học. Tổng lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa và bể sinh học: M = 7200 m3/ngày + 18657 m3/ngày = 25857 m3/ngày = 18 m3/phút. Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí: Hd = hd + hc + hf + H Trong đó : hd: tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài ống (m) hc: tổn thất cục bộ (m) Tổng tổn thất hd + hc < 0,4(m) hf: tổn thất qua thiết bị phân phối: hf < 0,5 (m) H: chiều sâu hữu ích của bể, H = 4(m) Hd = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9(m) Áp lực không khí là: P = Công suất máy nén khí: Với: n là hiệu suất máy nén khí, n = 0,8 4.3.4. Chọn máy thổi khí Chọn máy thổi khí có đặc tính kỹ thuật: Xuất xứ : Tsurumi – Taiwan. Model : RSR 150K Lưu lượng : Q = 18.07 m3/phút – H = 5m. Công suất : N = 30 kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 2 máy (1 chạy, 1 dự phòng) 4.3.5. Đường kính ống sục khí Đường kính ống sục khí chính Dc = Trong đó : v : tốc độ chuyển động của không khí trong ống phân phối, v = 10÷15m/s (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS.Trịnh Xuân Lai). => chọn v = 10 m/s => Chọn ống inox SS304 có đường kính danh nghĩa DN200 Chia bể Aerotank thành 2 đơn nguyên. Chọn khuếch tán khí là đĩa phân phối khí thô có màng EPDM, đường kính: 225 mm, lưu lượng 100 l/phút Vậy số đĩa phân phối khí =>Chọn n = 112(cái) Bố trí 56 đĩa phân phối trong mỗi đơn nguyên bể hiếu khí thành 8 hàng, mỗi hàng 7 đĩa. Như vậy, từ ống chính ta phân làm 2 ống nhánh cung cấp khí cho bể. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: Đường kính ống nhánh A = q/v =0,03/10 = 3 x10-3 (m2) => Chọn ống PVC có đường kính DN 50 (F60 x 2.5 mm) Kiểm tra: : thỏa 4.3.6. Tính toán đường ống dẫn nước thải từ bể sinh học sang bể lắng. Vận tốc nước thải trong ống ở bể sinh học cần được duy trì trong khoảng 0,6 – 1m/s. Chọn vận tốc nước ra khỏi bể v = 1 m/s Đường kính ống dẫn nước từ bể sinh học sang bể lắng: DN = => Chọn ống inox SS 304 có đường kính DN 150mm Bảng 4.5: Kết quả tính toán thiết kế bể sinh học hiếu khí. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 210 Tổng thể tích xây dựng m3 236 Số ngăn ngăn 2 Kích thước mỗi ngăn: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 7,5 3,5 4 4,5 Số đĩa phân phối khí cái 120 Giá thể m3 126 4.4. BỂ LẮNG II 4.4.1 Tính toán kích thước bể lắng II Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng đợt II thể hiện trong bảng sau: Bảng 4.6: Bảng thông số thiết kế bể lắng đợt II. Loại xử lý Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Tải trọng bùn (kg/m2.h) Chiều sâu tổng cộng (m) Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính 16 – 32 40 – 48 3.9 – 5.8 9.7 3.7 – 6.0 Bùn hoạt tính oxygen 16 – 32 40 – 48 4.9 – 6.8 9.7 3.7 – 6.0 Aeroten tăng cường 8 – 16 24 - 32 0.98 – 4.9 6.8 3.7 – 6.0 Lọc sinh học 16 – 24 40 – 48 2.9 – 4.9 7.8 3.0 – 4.5 RBC - Xử lý BOD 16 – 32 40 – 48 3.9 – 5.8 9.7 3.0 – 4.5 - Nitrat hóa 16 – 24 32 – 40 2.9 – 4.9 7.8 3.0 – 4.5 Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – TS. Lâm Minh Triết (Chủ biên) Chọn tải trọng bề mặt và tải trọng chất rắn thích hợp là: LA = 20 m3/m2.ngày LS = 5 kg/m2.h Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt: Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn: Do AL > AS, vậy chọn diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt làm diện tích tính toán. Chọn kích thước bể lắng: Dài x Rộng = L x B = 7,0m x 7,0m = 49 m2 (đạt yêu cầu). Đường kính ống trung tâm: d = 20%L = 20% x 7 = 1,4m Chọn chiều sâu hữu ích bể lắng hL = 3,0m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 1,0m, chiều cao an toàn hbv = 0,5m Chiều cao tổng cộng bể lắng đợt II: Htc = hL + hb + hbv = 3 + 1,0 + 0,5 = 4,5m Chiều cao ống trung tâm: h = 60%H = 60% x3 =1,8m Bể lắng được xây dựng với độ dốc đáy 12%, có trang bị thiết bị gạt bùn. 4.4.2. Kiểm tra thời gian lưu nước, thời gian lưu bùn và tải trọng máng tràn. Thể tích phần lắng: VL = L x B x hL –ð/4 x d2 x hL = 7 x 7 x 3-ð/4 x1,42 x 3 =142,38m3 Thời gian lưu nước: Thể tích phần chứa bùn: Vb = A x hb = 50 x 0,9 = 45m3 Tải trọng máng tràn: ngày < 500 m3/m.ngày (thỏa điều kiện) Tính toán máng răng cưa Máng răng cưa được thiết kế 5 khe/m dài, khe tạo góc 90o Máng răng cưa được bố trí sao cho điều chỉnh được chế độ chảy, lượng nước tràn qua để vào máng thu. Để thu bọt váng và các chất nổi trên bề mặt bể lắng, ta thiết kế máng tách cặn nổi bằng inox. Máng tách cặn nổi được bố trí theo chu vi bể, cách máng răng cưa 100mm 4.4.3. Tính toán ống dẫn bùn từ đáy bể lắng II sang bể chứa bùn. Chọn vận tốc bùn trong ống xả đáy là v = 0,6m/s Đường kính ống xả bùn từ bể lắng sang bể chứa bùn: D = Chọn ống PVC có đường kính D114. Bảng 4.7: Kết quả tính toán thiết kế bể lắng II. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 191,1 Tổng thể tích xây dựng m3 215,6 Kích thước bể lắng Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 7 7 4,0 4,5 Đường kính ống trung tâm m 1,4 Chiều cao ống trung tâm m 1,8 Độ dốc đáy % 12 4.5. BỂ CHỨA BÙN 4.5.1. Tính toán kích thước bể chứa bùn. Tổng thể tích bùn được chuyển qua ngăn bể chứa bùn trong một ngày: Qbùn = Qxả + Qb = 6,2 + 550 = 556,2 (m3/ngày) =23,175 m3/h Chọn thời gian lưu bùn trong bể là t = 30 phút. Thể tích cần thiết của bể chứa bùn là: V = Qbùn x t = 23,175 x 0,5 = 11,6 (m3) Chọn kích thước bể chứa bùn như sau: L x B x Hhữu ích = 2,9m x 1,5m x 4,0m = 17,4m3 L x B x Hxây dựng = 2,9m x 1,5m x 4,5m = 19,575m3 Chọn bơm bùn tuần hoàn và bùn dư Loại : bơm chìm. Xuất xứ : Tsurumi – Japan. Model : 80B21.5 Lưu lượng : Q = 24 m3/h – H = 6m. Công suất : N = 1.5 kW Điện : 3 pha – 380V – 50Hz Số lượng : 02 bơm (1 bơm chạy, 1 bơm dự phòng) 4.5.2. Tính toán đường ống bơm bùn tuần hoàn và bùn dư. Vận tốc dòng chảy trong điều kiện có bơm là: 2 – 3 m/s Chọn vb = 2.5 m/s Đường kính ống bơm bùn tuần hoàn và bùn dư: D = => Chọn ống inox 304 có đường kính DN 50 (F 60 x 1.6 mm) Bảng 4.9: Kết quả tính toán thiết kế bể chứa bùn. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 19,575 Tổng thể tích xây dựng m3 17,4 Kích thước bể Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 2,9 1,5 4,0 4,5 4.6 BỂ NÉN BÙN Chọn xả bùn mỗi ngày 4 lần, mỗi lần 60 phút. Lưu lượng bùn mỗi lần xả: Qxả = Diện tích hữu ích của bể nén bùn Trong đó: Qxả: lưu lượng bùn hoạt tính dư dẫn vào bể nén bùn Qxả = 6,2(m3/ngày) = 0,258(m3/h) v1: tốc độ chảy của chất lỏng ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu lắng đứng: v1 = 0,1(mm/s) (TCXD – 51-84). Diện tích ống trung tâm của bể nén bùn: Trong đó: v2: tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm, v2 = 28÷30 (mm/s). Chọn v2 = 30 (mm/s). Diện tích tổng cộng của bể nén bùn đứng: Đường kính của bể nén bùn: => Chọn D = 2,9m Đường kính ống trung tâm: =>Chọn d = 140mm Đường kính phần loe của ống trung tâm: Đường kính tấm hắt: Chiều cao phần lắng bể nén bùn: Trong đó: t: thời gian lắng bùn, t = 10 ÷ 12(h). Chọn t = 10(h). Chiều cao ống trung tâm: h = 60% h1 = 3,6 x 0,6 = 2,16m Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 500, đường kính đáy nhỏ hình nón dn = 0,6(m): Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén: Trong đó: h0: khoảng cách từ đáy ống loe đến tấm chắn, h0 = 0,25 ÷ 0,5(m). Chọn h0 = 0,25(m); hth: chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3(m). Vậy chiều cao tổng cộng của bể nén bùn: Trong đó: h3: khoảng cách từ mực nước trong bể nén tới thành bể. Chọn máy ép bùn: Lượng bùn dư sinh ra trong 1 ngày: 6.2 m3/ngày chứa 0.8% chất rắn. Bùn sau bể nén bùn chứa 2% chất rắn có thể tích bằng: 6.2 x 0.8/2 = 2.48 m3/ngày. Khối lượng bùn sinh ra trong 1 ngày: 6.2 x 8 = 49.6 kg/ngày. Thời gian hoạt động của máy ép bùn trong 1 ngày: 2 h. Lượng bùn cần xử lý trong 1 giờ: 24.8 kgDS/h. Chọn máy ép bùn băng tải Chi-Shun Đài Loan với công suất: 25 – 45 kgDS/h. Model: NBD-E50. Tính toán polymer cho ép bùn và bơm hóa chất polymer Lượng bùn khô: 49,6kg/ngày Thời gian vận hành: 2h/ngày Lượng bùn khô trong một giờ: 49,6/2 = 24,8kg/h Liều lượng polymer: 5kg/tấn bùn Liều lượng polymer tiêu thụ: (5 x 24,8)/1000 = 0,124kg/h Hàm lượng polymer sử dụng: 0,1% Lượng dung dịch châm vào: 0,124/1 = 0,124m3/h Chọn bơm định lượng: Nhãn hiệu: Doseuro – Italy Model: D-100N-70/116 B-11 DV Lưu lượng: 125 l/h. Cột áp: 50 m Điện năng: 0.3 kW/ 380V/50 Hz Số lượng: 02 ( 1 hoạt động, 1 dự phòng). Bảng 4.9: Kết quả tính toán thiết kế bể nén bùn . Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 39,3 Tổng thể tích xây dựng m3 43,5 Kích thước bể nén bùn Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 2,9 2,9 4,67 5,17 Đường kính ống trung tâm m 0,14 Chiều cao ống trung tâm m 2,16 4.7 Bể khử trùng Nước thải sau khi ra khỏi bể lắng II được dẫn đến bể tiếp xúc để khử trùng bằng dung dịch NaOCl 10%. Bể tiếp xúc được thiết kế với dòng chảy ziczac qua từng ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo và nước thải. Thời gian lưu nước trong bể tiếp xúc là 30 phút. 4.7.1 Dung tích hữu ích của bể Chiều sâu lớp nước trong bể, chọn H = 2,0(m), chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m 4.7.2 Diện tích mặt thoáng hữu ích của bể Chọn bể tiếp xúc gồm 5 ngăn: Dài x rộng = Tổng diện tích của 5 ngăn: > 10,42(m2) Kiểm tra tỷ số chiều dài /chiều rộng: (đạt yêu cầu). Bảng 4.10: Kết quả tính toán thiết kế bể tiếp xúc khử trùng. Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích hữu ích m3 26,79 Tổng thể tích xây dựng m3 35,72 Số ngăn Ngăn 5 Kích thước mỗi ngăn Chiều dài Chiều rộng Chiều cao hữu ích Chiều cao tổng cộng m m m m 3,8 0,94 1,5 2,0 4.7.3 Tính toán lượng hóa chất khử trùng cần thiết và chọn bơm định lượng. Đối với nước thải sau khi đã qua quá trình xử lý sinh học, ta có thể chọn hàm lượng chlorine hoạt tính cần thiết để khử trùng là 5mg/l. Lượng chlorine hoạt tính tiêu thụ hằng ngày: ngày Với: Q : lưu lượng nước thải trung bình, Q = 1000m3/ngày. C : hàm lượng chlorine hoạt tính cần dùng, C = 5mg/l Hóa chất sử dụng để khử trùng là nước Javel với nồng độ chlorine hoạt tính 10%. Nếu xem 1 lít Javel ~ 1kg Javel thì trong 1 lít Javel 10% có chứa 0,1kg chlorine hoạt tính => Để có 1kg chlorine hoạt tính thì lượng Javel 10% cần dùng hằng ngày là 10 lít. Chọn bồn pha chế dung dịch chlorine là loại bồn PVC có dung tích 1000 lít. Pha 50 lít Javel 10% vào nước để thành 900 lít ta được dung dịch Javel có nồng độ chlorine hoạt tính : C = = 0,555% Lượng Javel 0,555% cần dùng để khử trùng trong 1 giờ: Chọn bơm định lượng: Nhãn hiệu: Doseuro – Italy Model: D-100N-70/116 B-11 DV Lưu lượng: 75 l/h. Cột áp: 50 m Điện năng: 0.18 kW/ 380V/50 Hz Số lượng: 02 ( 1 hoạt động, 1 dự phòng). CHƯƠNG 5 TÍNH KINH TẾ 5.1. DỰ TOÁN PHẦN XÂY DỰNG VÀ THIẾT BỊ. 5.1.1. Phần xây dựng. Bảng 5.1 : Dự toán kinh phí phần xây dựng. STT Hạng mục Thể tích Đơn giá (VND) Thành tiền (VND) 01 Hố bơm 33,3 m3 3.000.000 99.900.000 02 Bể điều hòa 378 m3 3.000.000 1.134.000.000 03 Bể sinh học hiếu khí 236 m3 3.000.000 708.000.000 04 Bể lắng 215,6 m3 3.000.000 646.800.000 05 Bể chứa bùn 14,58m3 3.000.000 43.740.000 06 Bể khử trùng 26,84m3 3.000.000 80.520.000 07 Bể nén bùn 39 m3 3.000.000 117.000.000 08 Nhà đặt máy ép bùn 20m2 500 10.000.000 09 Nhà điều hành 20 m2 3.000.000 60.000.000 Tổng cộng 2.899.960.000 5.1.2. Phần thiết bị. Bảng 5.2 : Dự toán kinh phí phần thiết bị. STT Tên thiết bị Thông số kỹ thuật Số lượng Đơn giá (VND) Thành tiền (VND) 01 Lược rác thô - Kích thước : 700mm x 450mm - Vật liệu : Inox - Xuất xứ : Việt Nam 1 cái 5.000.000 5.000.000 02 Bơm nước thải hố bơm - Loại : bơm chìm đặc chủng. - Lưu lượng : Q = 62,5m3/h – H = 6m. - Công suất : N = 1,5kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xư : Tsurumi – Japan. - Model : 100PU2.2 2 cái 32.000.000 64.000.000 03 Bơm nước thải bể điều hòa - Loại : bơm chìm đặc chủng. - Lưu lượng : Q = 42m3/h – H = 6m. - Công suất : N = 1,5 kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xư : Tsurumi – Japan. - Model : 80B21.5 2 cái 22.000.000 44.000.000 04 Phân phối khí bể điều hòa - Loại : Phân phối khí thô dạng đĩa. - Kích thước : D = 144mm - Vật liệu màng : EDPM - Số lượng : 52 đĩa - Xuất xứ : SSI – USA 1 hệ thống 10.400.000 10.400.000 05 Giá thể vi sinh dạng tấm - Loại : giá thể vi sinh dạng tấm - Diện tích bề mặt riêng: Fa = 108 m2/m3 - Kích thước: 1000 x 500 mm - Xuất xứ : Taiwan 126 m3 1.500.000 189.000.000 06 Khung treo giá thể - Khung hình chữ nhật. - Kích thước : D x R = 7 x 7(m) - Vật liệu : V5 – Inox. - Xuất xứ : Việt Nam 2 cái 58.000.000 116.000.000 07 Phân phối khí bể sinh học - Loại : Phân phối khí mịn dạng đĩa. - Kích thước : D = 225mm - Vật liệu màng : EPDM - Số lượng : 120 đĩa - Xuất xứ : SSI – USA 1 hệ thống 360.000.000 360.000.000 08 Thiết bị gạt bùn - Vật liệu trục và khung : Inox - Kích thước: H4500 x D7700 (mm) - Xuất xứ : Việt Nam - Động cơ hộp số : N = 1,5kW - Điện : 380V – 3 pha – 50 Hz - Xuất xứ : Nord 1 cái 240.000.000 240.000.000 09 Ống trung tâm - Kích thước : D1400 x H1800 (mm) - Vật liệu : SUS 304 - Xuất xứ : Việt Nam. 1 cái 7.500.000 7.500.000 10 Máng thu nước sau lắng - Loại : máng răng cưa - Kích thước : L x H = 49000 x 250 (mm) - Vật liệu :SUS 304 - Xuất xứ : Việt Nam 1 cái 17.000.000 17.000.000 11 Máng tách váng cặn - Loại : máng phẳng - Kích thước : L x H = 49000 x 200 (mm) - Vật liệu : SUS 304 - Xuất xứ : Việt Nam 1 cái 12.700.000 12.700.000 12 Bơm bùn bể chứa bùn - Loại : bơm chìm đặc chủng. - Lưu lượng : Q = 24m3/h – H = 6m. - Công suất : N = 1,55kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xứ : Tsurumi - Japan. - Model : 80B2.5 2 cái 14.500.000 29.000.000 13 Máy thổi khí - Loại : Root. - Lưu lượng : Q = 18,07m3/phút – H = 5m. - Công suất : N = 30kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xứ : Tsurumi – Japan. - Model : RSR-150K 2 cái 68.000.000 136.000.000 14 Máy ép bùn - Lưu lượng : 25 – 45 kgDS/h - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xứ : Chisun - TaiWan - Model : NBD – E50 01 bộ 150.000.000 150.000.000 15 Bơm bùn bể nén bùn - Loại : bơm chìm đặc chủng. - Lưu lượng : Q = 4m3/h – H = 6m. - Công suất : N = 0,4kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xứ : Tsurumi - Japan. - Model : 40B2.5 2 cái 7.500.000 15.000.000 16 Bơm định lượng clorine - Lưu lượng : Q = 75L/h - Công suất : N = 0,18kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xứ: Doseuro -. - Model : D100N-70/116B-11DV 2 cái 6.400.000 12.800.000 17 Bơm định lượng polymer Lưu lượng : Q = 125L/h - Công suất : N = 0,3kW - Điện : 3 pha – 380V – 50Hz - Xuất xứ: Doseuro -. - Model : D125N-70/116B-11DV 2 cái 7.200.000 14.400.000 18 Máy khuấy polymer - Động cơ hộp số : N = 0,4kW - Điện : 380V – 3 pha – 50 Hz - Xuất xứ : Nord 1 cái 12.000.000 19 Bồn pha hóa chất - Thể tích : 1000L - Vật liệu : PE - Xuất xứ : Việt Nam 4 cái 2.000.000 8.000.000 20 Tủ điện điều khiển - Vỏ tủ bằng thép sơn tĩnh điện. - Xuất xứ : + Vỏ tủ : Việt Nam + Linh kiện : Schnider + PLC : Omron - Japan 1 cái 100.000.000 100.000.000 21 Máy đo DO Xuất xứ: Hach – Đức 1 cái 20.000.000 20.000.000 22 Hệ thống điện động lực và chiếu sáng - Cáp điện : Cadivi – Việt Nam - Ống luồn cáp điện : PVC – Bình Minh 1 hệ thống 90.000.000 60.000.000 23 Hệ thống đường ống công nghệ - Ống dẫn nước và hóa chất : PVC – Bình Minh - Ống dẫn khí trên cạn : Inox 304 - Ống dẫn khí dưới nước : PVC – Bình Minh 1 hệ thống 220.000.000 220.000.000 24 Nuôi cấy vi sinh 50.000.000 25 Chuyển giao công nghệ 160.000.000 Tổng cộng 2.016.800.000 Tổng cộng dự toán. Tổng chi phí đầu tư ban đầu = Chi phí phần xây dựng + Chi phí phần thiết bị + Thuế VAT (10%) = 2.899.960.000 + 2.016.800.000 + 10% x(2.899.960.000 + 2.016.800.000) = 5.407.846.000(đồng) 5.2. SUẤT ĐẦU TƯ. Suất đầu tư cho 1m3 nước thải: 5.407.846.000/1000 = 5.407.846 (đồng/m3 nước thải) 5.3. CHI PHÍ VẬN HÀNH. Chi phí 1 m3 nước bao gồm: Chi phí điện, chi phí hoá chất và chi phí nhân công. Thời gian hoạt động của hệ thống trong 1 ngày là 24 giờ . Lượng nước thải xử lý được trong 1 ngày là: Q = 1000 m3/ngày. Chi phí vận hành để xử lý 1 m3 nước thải như sau : 5.3.1. Chi phí điện. Điện năng sử dụng trong hệ thống như sau: Bảng 5.3 : Điện năng tiêu thụ trong ngày của hệ thống. STT Tên thiết bị Công suất ( kW) Số lượng Thời gian hoạt động (h/ngày) Điện năng ( kW) 1 Bơm nước thải hố bơm 2,2 2 8 17,6 2 Bơm nước thải bể điều hòa 1,5 2 12 18 3 Thiết bị gạt bùn 1,5 1 24 36 4 Bơm bùn bể chứa bùn 1,5 2 12 18 5 Bơm bùn bể nén bùn 0,4 2 1 0,4 6 Máy thổi khí 30 2 12 360 7 Máy ép bùn 7,5 1 2 15 8 Bơm định lượng Clorine 0,18 2 12 0,36 9 Bơm định lượng polymer 0.3 2 1 0,3 Tổng cộng 465,66 Đơn giá điện: 1.300 đ/ kW. Chi phí điện hàng ngày là: 465,66 x 1.500 = 698.490(đồng/ngày) Chi phí điện xử lý 1 m3 nước thải: Tđ = 698.490 / 1000 = 698,49 (đồng/m3 nước thải) 5.3.2. Chi phí hoá chất. Hoá chất sử dụng trong hệ thống là chlorine. Chi phí hoá chất xử lý 1 m3 nước thải là : Bảng 5.4 : Lượng hóa chất tiêu thụ trong ngày của hệ thống. STT Tên hóa chất Định mức sử dụng (lít/ngày) Đơn giá (đồng/lít) Thành tiền (đồng) 1 Clorine (Javel 10%) 50 2.800 140.000 2 Polymer( 0,1%) 248 121 30.000 Chi phí hoá chất xử lý 1 m3 nước thải là : Thc = (140.000 + 30.000)/1000 = 170 (đồng/m3 nước thải) 5.3.3. Chi phí nhân công. Vận hành hệ thống cần 2 nhân viên. Mức lương trung bình cho mỗi nhân viên là 4.000.000 đồng/tháng. Chi phí nhân công vận hành xử lý 1 m3 nước thải là : Tnc = (4.000.000 x 2) / (30x1000) = 267 (đồng/m3 nước thải) 5.3.4. Chi phí bảo trì, sửa chữa. Chi phí sửa chữa như tra dầu mỡ, chi phí kiểm tra máy móc định kỳ. Chi phí này chiếm 1% tổng chi phí đầu tư ban đầu tính cho một năm. Tbt = 0,01 x 5.407.846.000 /365 /1000 = 148 (đồng/m3 nước thải) 5.3.4. Chi phí vận hành xử lý 1m3 nước thải T tc = Tđ + Thc + Tnc + Tbt = 698,49 + 170 + 267 + 148 = 1.284 (đồng/m3 nước thải) CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 6.1 KẾT LUẬN Sự thành lập Trường Cao Đẳng Nghề Đồng An, đã góp phần cung cấp nguồn lao động có tay nghề cho các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai và cả Thành Phố Hồ Chí Minh. Đồng thời, vấn đề môi trường do hoạt động của con người sinh ra hàng ngày cũng cần quan tâm, nhất là vấn đề nước thải. Nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng, góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững, tuân thủ các quy định của pháp luật. Vì thế, việc đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải cần thiết phải được thực hiện. Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cho trường Cao Đẳng Nghề Đồng An chủ yếu dựa vào quá trình sinh học dính bám. Nước sau xử lý dạt tiêu chuẩn loại A QCVN 14-2008/BTNMT. Giá thành Đầu tư xây dựng và chi phí xử lý đều phù hợp với khả năng kinh tế của trường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết( chủ biên) – NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ chí Minh. [2] Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Ts. Trịnh Xuân Lai – NXB Xây Dựng. [3] Giáo trình xử lý nước thải – Trần Văn Nhân, Ngô thi Nga – NXB Xây Dựng [4] Công nghệ sinh học và môi trường – Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thùy Dương – NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh. [5] Ví dụ tính toán thiết kế nhà máy xử lý nước – Nguyễn Phước Dân(chủ biên) – NXB Đại Học Quốc Gí Thành Phố Hồ Chí Minh [6] Wastewater Engineering Treatment and Reuse – Metcalf &Eddy – Fourth edition, 2003. PHỤ LỤC [A] Bản vẽ định vị trạm xử lý nước thải. [B] Bản vẽ tổng mặt bằng của trường Cao Đẳng Nghề Đồng An.