Đề án Thiết kế hệ thống thoát nước Thị xã Sầm Sơn – Thanh Hóa

51:2006 ta có thời gian thổi khí trong mọi trường hợp không nhỏ hơn 2 giờ. Do vậy ta chọn thời gian thổi khí tính toán là : ta = 2(giờ) Bảng 4.45. Bảng xác định thời gian nạp khí ở bể Aeroten Thông số La Lt aa T ta Đơn vị mg/l mg/l g/l 0C giờ Giá trị 170.23 30 2.5 20 2 - Thời gian cần thiết để tái sinh bùn hoạt tính : tts = t0 – ta = 4.05 – 2 = 2.05 (giờ) 4.6.7.3. Xác định các thông số về thể tích -Thể tích riêng phần của bể Aeroten: Do hệ số không điều hoà chung Kc = 1.5 >1.25 nên ta dùng Qlà lưu lượng nước thải trung bình của 8h thải nước lớn nhất liên tiếp, từ 6h-14h theo bảng tổng hợp lưu lượng 4.28. Ta có Q = 1633.37 (m3/h) là lưu lượng tính toán. Công thức: Wa = ta x (1+R) x Q = 2 x (1+0.25) x 1633.37 = 4083.43 (m3) - Thể tích ngăn tái sinh bùn Wts = tts x R x Q = 2 .05x 0.25 x 1633.37 = 837.1 (m3) - Thể tích tổng cộng của bể Aeroten Wtc = Wa + Wts = 4083.43 + 837.1= 4920.53 (m3) - Tỷ lệ giữa dung tích bể tái sinh và dung tích hệ thống x100 = 17 % Theo 6.15.8- TCXDVN51- 2006 ta thiết kế loại bể Aeroten có 4 hành lang trong đó 1 hành lang làm nhiệm vụ tái sinh bùn hoạt tính còn 3 hành lang làm nhiệm vụ oxi hoá chất bẩn. 4.6.7.4. Xác định các kích thước bể Aeroten Chọn bể Aeroten có (N = 2) đơn nguyên, mỗi đơn nguyên có (n = 4) hành lang, 3 hành lang làm nhiệm vụ oxy hoá các chất bẩn và hành lang còn lại làm nhiệm vụ tái sinh bùn. Kích thước bể Aeroten như sau: - Chiều rộng một hành lang: b = 4m - Chiều sâu công tác: H = 4 m - Thể tích của một đơn nguyên: W1 = (m3) - Diện tích mặt bằng của 1đơn nguyên: F1 = (m2) - Chiều dài của 1 hành lang trong một đơn nguyên L = (m) Theo điều 6.15.8 – TCXDVN51-2006 quy định L10H = 40 m. Do vậy ta chọn L = 40 m là chiều dài thiết kế một đơn nguyên. - Kích thước thiết kế (một đơn nguyên): B x L x H = 16 x 40 x 4 (m3) - Độ tăng sinh khối của bùn: Pr = 0.8C2 + 0.3La = 0.8 x 150 + 0.3 x 170.23 = 171.07 (mg/l) Trong đó: C2- là lượng chất lơ lửng trong nước thải đưa vào Aeroten C2 = 150 (mg/l) 4.6.7.5. Thiết kế hệ thống cấp khí cho Aeroten - Lưu lượng không khí đơn vị D (m3/m2) khi làm sạch nuớc thải trong các Aeroten sử dụng hệ thống bơm không khí xác định theo công thức như (mục 6.15.13-TCXD51:2006) D = (m3/ m3) Trong đó: Z- lượng ôxy đơn vị tính bằng (mg) để giảm 1 mg (BOD20). Khi làm sạch hoàn toàn thì Z = 1.1 mg/mg (ta vẫn tính với BOD5 để đảm bảo an toàn). K1- Hệ số kể đến kiểu của thiết bị nạp khí, lấy theo bảng 6.26 –TCXD51:2006. Với thiết bị nạp khí tạo bọt cỡ nhỏ, tỷ lệ diện tích vùng được nạp khí và bể Aeroten (f1/F = 0.1 và Imax = 10 m3/m2.h) ta được K1 = 1.47 K2- hệ số phụ thuộc vào độ sâu đặt thiết bị nạp khí. Theo bảng 6.27-TCXD51:2006 ta chọn K2 = 2.52 với (h = 4m) và Imin= 3.5 m3/m2.h n1 - hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải. n1 = 1 + 0.02 x (ttb – 20) = 1 + 0.02 (26-20) = 1.12 ttb = 260C là nhiệt độ trung bình trong tháng về mùa hè. n2 - hệ số kể đến sự thay đổi tốc độ hoà tan oxy trong nước thải so nước sạch.n2 =0.85 CP- độ hoà tan ô xy của không khí vào trong nước tuỳ thuộc vào chiều sâu lớp nước trong bể. Được xác định theo công thức Cp = = = 9.82 (mg/l) CT- độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Có thể lấy theo bảng 2.1-giáo trình Xử lý nước thải của Trần Hiếu Nhuệ , Lâm Minh Triết Với ttb = 26 0C ta chọn CT = 8.22 (mg/l) C- nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l). Lấy C = 2 mg/l. Bảng 4.46. Bảng xác định lưu lượng không khí đơn vị D Thông số La Lt Z K1 K2 n1 n2 Cp C D Đơn vị mg/l mg/l mg/mg mg/l mg/l m3/m2 Giá trị 170.23 30 1.1 1.47 2.52 1.12 0.85 9.82 2 5.59 - Cường độ nạp khí yêu cầu I = = 5.52 (m3/m2.h) - So sánh Imin = 3.5 (m3/m2.h) < I = 5.52 (m3/m2.h) < Imax = 10 (m3/m2.h) Do đó theo yêu cầu ở mục 6.15.13-TCXD51:2006 thì với cường độ nạp khí tính toán ở trên đảm bảo trong giới hạn cho phép: Imin < I < Imax - Lưu lượng không khí cần thổi vào Aeroten trong một đơn vị thời gian là: V = D x Q = 5.59 x 1633.37 = 9130.54 m3/h Để phân phối không khí dưới dạng bọt khí nhỏ trong Aeroten ta dùng vật liệu xốp bao gồm (tấm xốp và ống). Các tấm xốp có kích thước 0.3 x 0.3 x 0.04 m. - Số lượng tấm xốp với kích thước đã chọn là: N1 = = 1522 (tấm). Trong đó: d = 100 (l/phút) là lưu lượng riêng của không khí qua tấm xốp - Số lượng tấm xốp trong một hành lang là: n1 = = = 190 (tấm). Bố trí làm hai hàng trong mỗi hành lang, mỗi hàng có 95 tấm. 4.6.7.6. Cấu tạo bể Aeroten Bể Aeroten thiết kế ở trên với làm thoáng bằng khí nén. Đó là những bể bằng bê tông cốt thép, hình chữ nhật trên mặt bằng, gồm N = 2 ngăn (đơn nguyên). Mỗi ngăn có n = 4 hành lang. Các hành lang được ngăn cách bằng các tường dọc lơ lửng. Nước chảy trong bể sẽ nối tiếp các hành lang. Tiết diện ngang của mỗi hành lang là hình vuông b x H x L = 4 x 4 x 40 m. Loại bể Aeroten thiết kế ở trên là loại bể 4 hành lang. Nó là loại tốt nhất, làm việc với bất kỳ sơ đồ nào của trạm xử lý. Dung tích bể tái sinh chiếm 17% dung tích tổng cộng bể. Việc phân phối đều không khí trong lớp nước trong bể được thực hiện bằng các tấm xốp có kích thước L x b x h = 0.3 x 0.3 x 0.04.Đây là một phương pháp phổ biến, không khí được dẫn qua các ống chính, ống đứng rồi tới máng có tấm xốp chia làm hai hàng ở hai bên tường bể. Những bọt không khí sẽ phụt khỏi các tấm xốp vào lớp nước trong bể và tạo cho hỗn hợp nước bùn hoạt tính một chuyển động vòng xoắn. Ưu điểm của các tấm xốp so với ống có lỗ là hệ số sử dụng không khí lớn lơn 1.75 lần. Tuy nhiên nó có nhược điểm là: các chất bẩn, bụi trong không khí, dỉ sắt ... trong ống thép cũng có thể vít các lỗ rỗng của tấm xốp, làm tăng tổn thấtáp lực một cách nhanh chóng. Để hoàn nguyên các tấm xốp, ta phải tháo rỡ và cọ sạch tại chỗ bằng bàn chải thép, hoặc bằng dung dịch axit clohydric, sunfuri, nung. Tuy nhiên chúng cũng chỉ làm việc được trong một thời gian ngắn. Khi chọn áp lực và lưu lượng của máy thổi khí phải có hệ số dự trữ và tính tới khả năng nhiễm bẩn của các tấm xốp. 4.6.8. Thiết kế bể lắng ly tâm đợt 2. Bể lắng ly tâm đợt 2 được bố trí ngay sau bể Aeroten, với nhiệm vụ làm lắng các chất lơ lửng trong đó có bùn hoạt tính trôi theo nước thải ra khỏi bể aeroten. Việc tính toán thiết kế dựa theo hướng dẫn mục 6.16/TCXD51:2006 Sơ đồ bể lắng ly tâm đợt II giống như bể lắng đợt I. Đối với bể lắng đợt 2, thiết kế bể theo phương pháp tải trong thuỷ lực bề mặt. - Tải trọng thuỷ lực bề mặt được tính theo công thức: q = = = 1.64 (m3/m2.h) Trong đó: K- hệ số sử dụng dung tích của vùng lắng, K = 0.4. at- nồng độ bùn sau khi ra khỏi bể lắng. Phụ thuộc vào thời gian lắng và BOD yêu cầu của nước thải đã làm sạch.Ứng với thời gian lắng là t = 2 giờ chọn theo bảng 29- TCXD51:2006 và BOD5 = 30 mg/l.Theo tiêu chuẩn ta có at không dưới 10 (mg/l); ta chọn at = 15 mg/l. aa- nồng độ bùn trong bể Aeroten aa = 2 (g/l) Ja- chỉ số bùn Mohlman Ja = 80 (cm3/g) H- chiều cao lớp nước trong bể lắng H = 3 m Bảng tổng hợp Thông số K H Ja aa at q Đơn vị m cm3/g g/l mg/l m3/m2.h Giá trị 0.4 3 80 2 15 1.64 - Lưu lượng mỗi bể: Q1 = = 440.56 (m3/h) Trong đó: N=4 là số bể lắng - Diện tích mặt thoáng của bể: F1 = = 268.63 (m2) - Đường kính của một bể: D = = 18.5 (m) - Thể tích bùn của một bể lắng: Wb = (m3) Trong đó: Q- lưu lượng trung bình trong 8h lớn nhất liên tiếp. Q= 1633.37 (m3/h) B- lượng bùn hoạt tính dư trước khi lắng (g/m3). B = Pr =171.07 (mg/l) Pr- độ tăng sinh khối của bùn hoạt tính dư trong các khâu của bể aeroten b - lượng bùn hoạt tính còn lại sau lắng. b = at = (15 mg/l). Ứng với thời gian lắng trong bể lắng đợt 2 là t = 2 (h) T - thời gian giữa hai lần xả cặn. T = 2 (h). P- độ ẩm của cặn, P = 99% Bảng 4.47. Bảng tính thể tích bùn một bể lắng Thông số Q B b T N P Wb Đơn vị m3/h mg/l mg/l h bể % m3 Giá trị 1633.37 171.07 15 2 4 99 12.75 - Chiều cao xây dựng bể lắng ly tâm đợt 2. HXD = H + h1 + hbv + hb = 3 + 0.3 + 0.3 + 0.8 = 4.4 (m) Trong đó: h1- chiều cao lớp nước trung hoà: h1 = 0.3 m hbv- chiều cao bảo vệ: hbv = 0.3 m hb- chiều cao bùn lớp bùn: hb= = = 0.8 (m) 4.6.9. Thiết kế bể nén bùn Bùn hoạt tính dư với độ ẩm p = 99% từ bể lắng đợt 2 dẫn về bể nén bùn, độ ẩm của bùn sau khi nén đạt P = 97.3% (theo bảng 6.29-TCXD51:2006), trước khi dẫn vào bể Mê tan. Thời gian nén bùn: t = 10 (giờ). Chọn loại bể lắng đứng làm bể nén bùn. - Hàm lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất: Pmax = K (Pr-b) = 1.2 (171.07-15) = 187.284 (mg/l) Trong đó: Pr - độ tăng sinh khối của bùn từ bể aeroten, Pb = 171.07 (mg/l) b- lượng bùn theo nước ra khỏi bể lắng đợt 2. K - hệ số không điều hoà tháng của bùn hoạt tính dư, lấy K = 1.2 (theo hướng dẫn Giáo trình XLNT- PGS.TS Trần Đức Hạ- trang 123). - Lưu lượng bùn dư lớn nhất được dẫn về bể nén bùn: qmax = == 36.77 (m3/h) Trong đó: Qngđ – lưu lượng ngày đêm trạm xử lý. Qngđ = 28274 (m3/ngđ) C- nồng độ bùn hoạt tính dư trước khi nén, lấy C = 6000 (g/m3) - Diện tích tiết diện công tác bể nén bùn tính theo công thức: F1 = = = 51.07 (m2) Trong đó: V1- tốc độ chuyển động của bùn từ dưới lên trên. V1 = 0.1 mm/s = 0.0001 (m/s) (theo bảng 6.29/TCXD 51:2006) - Diện tích tiết diện ống trung tâm: F2 = = 0.18 (m2) Trong đó: V2- tốc độ chuyển động của bùn trong ống trung tâm,V2=28(mm/s)=0.028 (m/s) N = 2 số bể nén bùn làm việc - Diện tích tiết diện tổng cộng của bể nén bùn F = F1 + F2 = 51.07 + 0.18 = 51.25 (m2) - Đường kính mỗi bể nén bùn D = = 8.08 (m) - Đường kính tiết diện ống trung tâm d = = 0.48 (m) - Đường kính miệng loe của ống d1 = 1.35 x d = 1.35 x 0.48 = 0.65 (m) - Đường kính tấm chắn dc = 1.3 x d1 = 1.3 x 0.65 = 0.85 (m) - Chiều cao phần lắng của bể nén bùn h1 = V1x t x 3600 = 0.0001 x 10 x 3600 = 3.6 (m) Trong đó: t = 10 (h), tra bảng 6.29-TCXD51:2006 - Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 450 h2 = = 3.8 (m) Trong đó: dd = 0.5 (m) là đường kính đáy bể 450 là góc nghiêng đáy bể - Chiều cao lớp bùn hoạt tính đã được nén. hb = h2 – h3 – hth = 3.8 – 0.5 – 0.3 = 3 (m) Trong đó: h3- khoảng cách từ đáy ống loe tới tấm chắn, h3 = 0.5 (m) hth- chiều cao lớp nước trung hoà hth = 0.3 (m) - Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn H = h1 + h2 + hbv = 3.6 + 3.8 + 0.40 = 7.80 (m) Trong đó: hbv- chiều cao bảo vệ bể. hbv = 0.40 (m) - Sơ đồ bể nén đứng. 4.6.10. Thiết kế bể Mê tan 4.6.10.1.Xác định thông số cơ bản của bể Mê tan - Cặn tươi từ bể lắng ly tâm đợt 1 Công thức : WC = K. = = 93.27 (m3/ngđ) Trong đó: Qlà lưu lượng nước thải ngày đêm. Ta có Q = 28274 (m3/ngđ) P - độ ẩm cặn lắng, chọn P = 94% khi xả cặn bằng bơm pít tông theo mục 6.5.5/TCXD51:2006 g - trọng lượng thể tích cặn g = 1.01 (T/m3) = 1.01 x 106 (g/m3) K- hệ số tính đến sự tăng lượng cặn do cỡ hạt lơ lửng K = 1.1 Chh- hàm lượng chất lơ lửng của hỗn hợp nước thải, Chh = 330.42 (mg/l). E- hiệu suất lắng ở bể lắng ly tâm đợt 1, E = 55 %. Bảng 4.48. Bảng tính thể tích cặn tươi từ bể lắng đợt 1 Thông số Qngd Chh E P g K WC Đơn vị m3/h g/m3 % % g/m3 m3 Giá trị 28274 330.42 55 94 1.01x106 1.1 93.27 - Bùn hoạt tính dư từ bể nén bùn. Wb = = = 196.12 (m3/ngđ) Lượng rác nghiền nhỏ từ máy nghiền rác Wr = W1. = 3.41 x = 13.64 (m3/ngđ) - Thể tích tổng hợp hỗn hợp cặn W = Wc + Wb+ Wr = 93.27 + 196.12 + 13.64 = 303.03 (m3/ngđ) Trong đó: W1 - thể tích rác từ máy nghiền rác ứng với P1 = 80%, W1=3.41 ( m3/ngđ) Wr - thể tích rác từ máy nghiền rác ứng với P2 = 95 % Bảng 4.49. Bảng tính thể tích hỗn hợp cặn Thông số Wc Wb W1 P1 P2 Wr W Đơn vị m3/ngđ m3/ngđ % % % m3/ngđ m3/ngđ Giá trị 93.27 196.12 3.41 80 95 13.64 303.03 - Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn Phh = 100 x (1-) (%) Với: CK = = (m3/ngđ) BK = = (m3/ngđ) RK = = (m3/ngđ) ® Phh = 100 x (1-) = 96.18 (%) Trong đó: CK - lượng chất khô trong cặn tươi ở bể lắng 1. BK - lượng chất khô trong bùn hoạt tính dư ở bể nén bùn đứng. RK - lượng chất khô trong rác nghiền Pc - độ ẩm của cặn tươi từ bể lắng 1. Pc = 94 % Pb - độ ẩm của bùn dư trong bể nén đứng. Pb = 97.3 % Pr - độ ẩm của rác từ máy nghiền rác Pr = 95 % Bảng 4.50. Bảng tính độ ẩm trung bình hỗn hợp cặn Thông số Wc Pc Wb Pb Wr Pr Ck Bk Rk Phh Đơn vị m3/ngđ % m3/ngđ % m3/ngđ % m3/ngđ m3/ngđ m3/ngđ % Giá trị 93.27 94 196.12 97.3 13.64 95 5.6 5.3 0.682 96.18 - Dung tích bể Mê tan (WM) WM = = = 2991.4 (m3) WM1 = = =747.9 (m3) Trong đó: d - liều lượng cặn đưa vào bể Mê tan trong một ngày đêm (%), theo bảng 6.32 mục 6.24.3-TCXD51:2006, với Phh = 96.13 %, chế độ lên men ấm ta có d = 10.13% N - số bể. Chọn 4 bể công tác; WM1 – dung tích một bể -Kích thước cơ bản của 1 bể Mê tan Theo bảng 3.7-Giáo trình XLNT-trang 322 ta chọn số bể Mê tan là 4 (bể) với kích thước một bể như sau: Bảng 4.51. Kích thước cơ bản của 1 bể Mê tan Thông số Đường kính D Thể tích hữu ích của bể Chiều cao h1 H h2 Đơn vị m m3 m m m Giá trị 12.5 1000 2.15 6.5 1.9 Hình 5.13. Sơ đồ bể Mê tan 4.6.10.2.Xác định lượng khí đốt thu được trong quá trình lên men cặn - Khả năng phân huỷ chất hữu cơ :y = (m3/kg chất không tro) Trong đó: y- là khả năng phân huỷ chất hữu cơ a- là khả năng lên men tối đa của các chất hữu cơ trong cặn đưa vào bể n- hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của cặn lấy theo bảng 6.33/TCXD51:2006 lên men ấm 330C, Phh = 96.13% chọn n = 0.61 Công thức xác định a: a = = (%) Trong đó: a1- khả năng lên men lớn nhất của cặn của bể lắng 1, rác nghiền. a1=53% a-khả năng lên men lớn nhất của cặn của bể lắng 2, theo 6.24.5.TCXD51:2006 thì a2 = 44% Công thức xác định C0: C0 = (m3/ngđ) ® C0 = (m3/ngđ) Trong đó: C0- lượng chất không tro của cặn tươi AC- độ ẩm háo nước ứng với cặn tươi. AC = 5% TC- độ tro của chất khô tuyệt đối ứng với cặn tươi. TC = 25 % Công thức xác định R0 R0 = (m3/ngđ) Trong đó: R0- là lượng chất không tro của rác nghiền AR- là độ ẩm háo nước của rác nghiền. AR = 5 % Tr - độ tro của chất khô tuyệt đối ứng với rác nghiền Tr = 25% ® R0 = (m3/ngđ) Công thức xác định B0 B0 = (m3/ngđ) Trong đó: B0- là lượng chất không tro của rác nghiền Ab- là độ ẩm háo nước của bùn hoạt tính dư. Ab = 6 % Tb - độ tro của chất khô tuyệt đối ứng với rác nghiền Tb = 27% ® B0 = (m3/ngđ) ® a = = 48.97 (%) Bảng 4.52. Xác định khả năng lên men lớn nhất của hỗn hợp cặn: a Thông số Ck Ac Tc C0 Bk Ab Tb B0 Rk Ar Tr R0 a Đơn vị m3 % % m3 m3 % % m3 m3 % % m3 % Giá trị 5.6 5 25 4 5.3 6 27 3.64 0.682 5 25 0.486 48.97 - Lượng khí đốt thu được: y = = = 0.43 (m3/kg chất không tro) - Lượng khí tổng cộng thu được: K = y. (C0 + B0 + R0). g = 430 x (4 + 3.64 + 0.912) x 1 = 3677.36 (m3/ngđ) Trong đó: g = 1 (Tấn/m3) là khối lượng riêng của chất không tro của hỗn hợp cặn 4.6.11. Thiết kế trạm khử trùng nước thải (giống phương án 1) 4.6.12. Thiết kế máng trộn vách ngăn đục lỗ (giống phương án 1) 4.6.13. Thiết kế bể tiếp xúc ly tâm (giống phương án 1) 4.6.14. Thiết kế máng trộn parsan (giống phương án 1) 4.6.15. Thiết kế sân phơi bùn Hình 6.3. Sơ đồ sân phơi bùn Chú thích: 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 Cặn sau khi lên men ở bể Mê tan và cặn từ bể tiếp xúc, được dẫn đến sân phơi bùn để làm khô ráo cặn đến độ ẩm cần thiết. - Thể tích cặn từ bể tiếp xúc: W0 = 8.02 (m3/ngđ) - Thể tích tổng cộng cặn dẫn đến sân phơi bùn Wch = W + W0 = 303.03 + 8.02 = 311.05 (m3/ngđ) Trong đó: W - thể tích hỗn hợp cặn từ bể Mê tan (m3/ngđ) - Diện tích hữu ích của sân phơi bùn được tính. F1 = = » 23653 (m2) Trong đó: q0- tải trọng lên sân phơi bùn, lấy theo “bảng 4.6- Giáo trình xử lý nước thải- Trần Đức Hạ- trang 127”. Với nền nhân tạo có hệ thống rút nước, làm khô cặn và bùn hoạt tính lên men. q0 = 2 (m3/m2.năm) n- hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu. Tham khảo theo “biểu đồ và hình vẽ 3.18-Giáo trình tính toán các công trình xử lý nước thải- Lâm Minh Triết, Trịnh Xuân Lai/ĐHXD”.Vùng Thanh Hoá, lấy n = 2.4 - Số ô của sân phơi bùn: n = 8 ô - Diện tích mỗi ô theo tính toán. f1 = = = 2957 (m2) - Chọn kích thước thiết kế hữu ích mỗi ô: f1 = a x a = 55 x 55 = 3025 (m2) - Diện tích thiết kế hữu ích của sân phơi bùn: F1TK =3025 x 8 = 24200 (m2) - Diện tích phụ của sân phơi bùn: đường xá, mương máng... F2 = 20%F1TK = 0.2 x 24200 = 4840 (m2) - Diện tích tổng cộng của sân phơi bùn: F = F1TK + F2 = 24200 + 4840 = 29040 (m2) = 2.9 (ha) - Lượng cặn phơi đến độ ẩm 80% trong một năm : W = 311.05 x 365 x = 21388 (m3/năm) Trong đó: 96.18 % là độ ẩm hỗn hợp bùn cặn mang đến phơi ở sân phơi bùn 4.7. Thuyết minh sơ đồ tổng thể sơ đồ tổng thể trạm xử lý nước thải. 4.7.1. Thuyết minh mặt bằng tổng thể trạm xử lý TXLNT. - Các yêu cầu đạt được của trạm. -Vị trí của trạm được chọn như bản vẽ số TN 03 là phù hợp với thiết kế qui hoạch và xây dựng, phù hợp với dự án qui hoạch vùng. Đã tính tất cả các điều kiện về cung cấp điện, nước, hơi, nhiệt ... cho trạm và cá đường ngầm khác có liên quan tới trạm. Trạm TXLNT nằm cuối hướng gió chủ đạo về mùa hè: hướng gió Đông Nam -Vị trí của các công trình và qui hoạch chung của trạm xử lý thể hiện theo hai phương án PA1 và PA2, đảm bảo tính hợp lý về quá trình công nghệ xử lý, chế biến cặn, dễ quản lý. Mặt bằng bố trí như bản vẽ số TN12; TN13, đã thể hiện được tính tổ hợp của các công trình đơn vị, sao cho có thể xây dựng trạm theo thứ thự từng bước và sẵn sàng mở rộng nó khi lưu lượng nước về trạm tăng lên. Những công trình đơn vị cùng phục vụ cho một khâu xử lý được bố trí hợp khối để có thể quản lý và vận hành thuận lợi. -Mặt bằng bố trí tổng thể của trạm xử lý theo hai phương án thiết kế được bố trí trong một khuôn viên rộng lớn, khang trang, xanh và sạch. Ngoài cùng là hàng cây xanh cách ly với chiều dầy đủ để đảm bảo an toàn về vệ sinh, tiếng ồn...Ngoài ra nó cũng tạo cảnh quan đẹp cho khu xử lý và khu vực dân sinh xung quanh. Bên trong là một hệ thống đường giao thông đảm bảo điều kiện đi lại tốt và thuận tiện khi vận hành trạm. Các đường ống kỹ thuật được bố trí ngầm trong hào dưới mặt đất, đảm bảo các điều kiện kỹ thuật cần thiết, đảm bảo dễ quản lý và sửa chữa, khắc phục sự cố khi cần thiết. - Kết luận: Với phương án bố trí mặt bằng tổng thể của trạm xử lý theo các phương án trên ta có thể hy vọng rằng sẽ có một trạm xử lý nước thải hoàn chỉnh về công nghệ, tiên tiến về kỹ thuật, khoa học về qui hoạch và tạo ra một cảnh quan môi trường đẹp cho thị xã Sầm Sơn trong quy hoạch thoát nước 2020. 4.7.2. Thuyết minh cho mặt bằng của trạm xử lý - Nhận xét chung về hiện trạng. Khu đất được trọn làm vị trí đặt trạm: hiện nay còn là bãi đất hoang của nhân dân thuộc xã Quảng Vinh. Hiện nay cốt mặt đất tự nhiên của khu đất này là + 3.0 m. Mặt khác cao trình mực nước sông Mã là: Mực nước cao nhất của sông tại vị trí cống xả là +1.00 m, mực nước thấp nhất của sông tại vị trí cống xả là -1.50 m. Để nước thải tự chảy qua các công trình, mực nước ở công trình đầu trạm xử lý phải cao hơn mực nước trung bình sông Mã ( +1.00 m) cộng với tổng tổn thất cột nước qua các công trình của trạm và phải đảm bảo cột nước dự trữ là 2.0 m để nước thải chảy tự do từ miệng cống xả ra sông Mã. Ta có thể minh hoạ bằng công thức sau: Zđ = + 2.0 + Ztb (m) Trong đó: Z - Cao trình mực nước ở công trình đầu tiên (ngăn tiếp nhận) Tổng tổn thất cột nước qua các công trình đơn vị 2.0 m là cột nước dư cần thiết Z tb: Cao trình mực nước trung bình của Sông Mã. - Những giả định khi thiết kế trắc dọc theo nước, theo bùn của các phương án. Việc xác định chính xác tổn thất cột nuớc qua mỗi công trình và ống dẫn là cần thiết để đảm bảo cho trạm xử lý làm việc bình thường. Tuy nhiên trong điều kiện cho phép của đồ án này ta chỉ có thể chọn lấy một cách tương đối các tổn thất đó theo kinh nghiệm như sau: +Tổn thất qua song chắn rác: đã được xác định theo thiết kế song chắn rác: hs=6 cm +Tổn thất qua các kênh dẫn: lấy từ 5 – 50 cm (tuỳ thuộc chiều dài, tổn thất cục bộ) +Tổn thất qua bể lắng cát: 10 cm +Tổn thất qua bể lắng ngang đợt 1: 20 cm +Tổn thất qua bể biophin cao tải: h = H +150 = 300 + 150 = 450 cm +Tổn thất qua bể lắng ngang đợt 2: 20 cm +Tổn thất qua máng trộn: tổn thất qua từng vách ngặn là 12 cm (theo tính toán) +Tổn thất qua bể tiếp xúc: 40 cm +Tổn thất qua máng đo lưu lượng Parsan: chọn 10 cm +Tổn thất qua bể lắng ly tâm đợt 1: 50 cm +Tổn thất qua bể Aeroten: 30 cm +Tổn thất qua bể lắng ly tâm đợt 2: 50 cm 4.8. Khái toán kinh tế trạm xử lý. 4.8.1. Khái toán kinh tế trạm xử lý – Phương án PA1. 4.8.1.1.Giá thành xây lắp + thiết bị trạm xử lý nước thải. Cơ sở tính toán kinh tế dựa vào các tài liệu ban hành sau định mức dự toán cấp thoát nước ( ban hành theo quyết định số 24/1999/QĐ-BXD của Bộ Xây Dựng), đồng thời có tham khảo thêm các tài liệu dự toán khác. ( Trong đó giá thành thiết bị tính bằng 20% giá thành xây dựng công trình ). Bảng 4.6. Chi phí xây lắp, thiết bị cho dây chuyền công nghệ -PA1 STT Công trình Đơn vị tính Khối lượng Đơn giá Thành tiền Thiết bị Giá thành 103 (đ)  103 (đ)   103 (đ)  103 (đ )  1 Trạm bơm nước thải m3 913.79 9000 8224122 1644824 9868947 2 Ngăn tiếp nhận m3 12.88 5400 69552 69552 3 Song chắn rác m3 2.39 4320 10311 2062 12373 4 Bể lắng cát ngang m3 32.11 5400 173394 34679 208073 5 Máng đo lưu lượng cái 2.00 8100 16200 3240 19440 6 Bể lắng ngang đợt 1 m3 3920.40 6480 25404192 5080838 30485030 7 Bể Biophin cao tải m3 4038.83 5400 21809655 4361931 26171586 8 Bể lắng ngang đợt 2 m3 3877.63 6480 25127055 5025411 30152466 9 Máng trộn vách ngăn m3 45.63 5400 246402 246402 10 Bể tiếp xúc ly tâm m3 878.68 6480 5693861 5693861 11 Trạm Clo m3 70.00 4320 302400 60480 362880 12 Trạm bơm bùn m3 150.00 6480 972000 194400 1166400 13 Trạm khí nén m3 70.00 4320 302400 60480 362880 14 Sân phơi cát 100 m2 2.42 37800 91476 91476 15 Bể Mê tan m3 4397.96 8100 35623496 7124699 42748196 16 Mương dẫn m3 364.80 3240 1181952 1181952 17 Công trình phụ trợ m3 2000.00 4320 8640000 1728000 10368000 18 Tổng 125664347 23676221 159209515 4.8.1.2. Chi phí quản lý trạm xử lý - Chi phí sử dụng hoá chất. + Lượng Clo cần để khử trùng trong một năm. Ghc = Yngđ x 365 = 84.82 x 365 = 30959 (Kg/m3) + Giá tiền 1 Kg Clo là: 65000 đ/kg + Tổng số tiền chi phí cho hoá chất trong 1 năm là: Khc = 30959 x 65000 = 2012.34 x 106 (đồng/năm) Khc = 2012.34 (triệu đồng/năm) - Chi phí quản lý + lương công nhân + Công nhân vận hành quản lý trạm bơm nước thải: 8 (người) + Công nhân vận hành trạm xử lý: 50 (người) + Lương công nhân: 1.500.000 đ/tháng Þ Tiền lương công nhân: LCN = 58 x 1.5 x 12 = 1044 (triệu đồng/tháng) - Khấu hao + Khấu hao thiết bị lấy bằng 10% giá trị thiết bị. Kkhtb = 10%GTB = 10% x 23676.22 x 106 = 2367.62 (triệu đồng) + Khấu hao công trình lấy bằng 5% giá trị công trình Kkhct = 5% x 125664.35 x 106 = 6283.22 (triệu đồng) + Tổng chi phí khấu hao. KKH = Kkhtb + Kkhct = 2367.62 + 6283.22 = 8650.84 (triệu đồng) - Chi phí sửa chữa Chi phí sửa chữa lấy bằng 5% tổng vốn xây dựng công trình: KSC = 5% GXD = 0.05 x 159209.51 x106 = 7960.48 (triệu đồng) - Chi phí khác: Lấy bằng 3% vốn xây dựng công trình Kkhác = 3% x 159209.51 x106 = 4776.29 (triệu đồng) - Tổng chi phí quản lý hàng năm Gql = Khc + LCN + KKH + KSC + Kkhác Gql = (2012.34 + 1044 + 8650.84 + 7960.48 + 4776.29) = 24443.94 (tr.đồng) 4.8.1.3. Các chỉ tiêu kinh tế - Giá thành xử lý 1 m3 nước thải g = = 2368.60 (đồng/m3) - Vốn đầu tư xây dựng tính cho một m3 nước thải V = = 5.63 x 106 (đồng/m3) 4.8.2. Khái toán kinh tế trạm xử lý – Phương án PA2. 4.8.2.1.Giá thành xây lắp + thiết bị trạm xử lý nước thải. Cũng tính toán giống như đối với phương án dây chuyền công nghệ PA1, ta có thể đưa ra bảng khái toán kinh tế cho dây chuyền công nghệ PA2 như sau: Bảng 4.7. Chi phí xây lắp, thiết bị cho dây chuyền công nghệ -PA2 STT Công trình Đơn vị tính Khối lượng Đơn giá Thành tiền Thiết bị Giá thành 103 (đ) 103 (đ) 103 (đ) 103 (đ ) 1 Trạm bơm nước thải m3 913.79 9000 8224122 1644824 9868947 2 Ngăn tiếp nhận m3 12.88 5400 69552 69552 3 Song chắn rác m3 2.39 4320 10311 2062 12373 4 Bể lắng cát ngang m3 32.11 5400 173394 34679 208073 5 Máng đo lưu lượng cái 2.00 8100 16200 3240 19440 6 Bể lắng ly tâm đợt 1 m3 4578.12 6480 29666218 5933244 35599461 7 Bể Aeroten m3 5760.00 5400 31104000 6220800 37324800 8 Bể lắng ly tâm đợt 2 m3 4728.53 6480 30640848 6128170 36769018 9 Máng trộn vách ngăn m3 45.63 5400 246402 246402 10 Bể tiếp xúc ly tâm m3 878.68 6480 5693861 5693861 11 Trạm Clo m3 70.00 4320 302400 60480 362880 12 Trạm bơm bùn m3 150.00 6480 972000 194400 1166400 13 Trạm khí nén m3 70.00 4320 302400 60480 362880 14 Bể nén bùn m3 799.50 6480 5180742 1036148 6216891 15 Sân phơi bùn 100 m2 242.00 37800 9147600 1829520 10977120 16 Sân phơi cát 100 m2 2.42 37800 91476 91476 17 Bể Mê tan m3 5176.09 8100 41926359 8385272 50311631 18 Mương dẫn m3 364.80 3240 1181952 1181952 19 Công trình phụ trợ m3 2000.00 4320 8640000 1728000 10368000 20 Tổng 165365716 31616495 206851157 4.8.2.2. Chi phí quản lý trạm xử lý - Chi phí sử dụng hoá chất. + Lượng Clo cần để khử trùng trong một năm. Ghc = Yngđ x 365 = 84.82 x 365 = 30959 (Kg/m3) + Giá tiền 1 Kg Clo là: 4500 đ/kg + Tổng số tiền chi phí cho hoá chất trong 1 năm là: Khc = 30959 x 65000 = 2012.34 x 106 (đồng/năm) Khc = 2012.34 (triệu đồng/năm) - Chi phí quản lý + lương công nhân + Công nhân vận hành quản lý trạm bơm nước thải: 8 (người) + Công nhân vận hành trạm xử lý: 50 (người) + Lương công nhân: 1.500.000 đ/tháng Þ Tiền lương công nhân: LCN = 58 x 1.5 x 12 = 1044 (triệu đồng/tháng) - Khấu hao + Khấu hao thiết bị lấy bằng 10% giá trị thiết bị. Kkhtb = 10%GTB = 10% x 31616.50 x 106 = 3161.65 (triệu đồng) + Khấu hao công trình lấy bằng 5% giá trị công trình Kkhct = 5% x 165365.72 x 106 = 8268.29 (triệu đồng) + Tổng chi phí khấu hao. KKH = Kkhtb + Kkhct = 3161.65 + 8268.29 = 11429.94 (triệu đồng) - Chi phí sửa chữa Chi phí sửa chữa lấy bằng 5% tổng vốn xây dựng công trình. KSC = 5% GXD = 0.05 x 206851.16 x106 = 10342.56 (triệu đồng) - Chi phí khác: Lấy bằng 3% vốn xây dựng công trình Kkhác = 3% x 206851.16 x 106 = 6205.53 (triệu đồng) - Tổng chi phí quản lý hàng năm Gql = Khc + LCN + KKH + KSC + Kkhác Gql = (2012.34 + 1044 + 11429.94 + 10342.56 +6205.53 ) = 31034.36 (triệu đồng) 4.8.2.3. Các chỉ tiêu kinh tế - Giá thành xử lý 1 m3 nước thải g = = 3007.20 (đồng/m3) - Vốn đầu tư xây dựng tính cho một m3 nước thải V = = 7.32 x 106 (đồng/m3) 4.8.3. So sánh hai phương án Từ kết quả khái toán phần trạm xử lý ở trên ta có bảng tổng hợp sau. Bảng 4.8. Bảng so sánh tính kinh tế hai phương án công trình trạm Phương án GXD Gql g V (triệu đồng) (triệu đồng) (đồng /m3) (triệu đồng/m3) PA1 159209.51 24443.94 2368.60 5.63 PA2 20685.16 31034.36 3007.20 7.32 Như vậy phương án trạm xử lý nước thải PA1 cho hiệu quả kinh tế hơn phương án PA2. Vậy ta có thể chọn phương án trạm xử lý PA1. 4.8.4. Lựa chọn phương án hệ thống thoát nước. 4.8.4.1. Cơ sở: - Phương án lựa chọn phải đảm bảo tính kỹ thuật - Phương án lựa chọn phải đảm bảo tính kinh tế. 4.8.4.2. Kết luận -Phương án mạng lưới thoát nước của thị xã Sầm Sơn là phương án: PA2. -Phương án trạm xử lý nước thải (thiết kế cho trạm xử lý nước thải TXLNT) được chọn là phương án PA1. +Tổng giá thành xây dựng hệ thống thoát nước theo phương án chọn GHT = MXD + GXD = 81689.48 + 159209.51 = 240899 (triệu đồng) +Tổng giá thành vận chuyển + xử lý 1m3 nước thải G = Gvc + g = 831.31 + 2368.60 = 3200.61 (đồng/m3) CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TRẠM BƠM NƯỚC THẢI Để đưa nước thải từ mạng lưới lên trạm xử lý ta dùng trạm bơm nước thải. Việc tính toán trạm bơm nước thải được thực hiện theo chỉ dẫn ở mục 5.3 TCXDVN 51:2006. 5.1. Các số liệu cơ bản để thiết kế trạm bơm Các số liệu để thiết kế trạm bơm được lấy từ bảng tổng hợp lưu lượng nước thải của khu đô thị - Bảng 2.18 (chương II) - = 1762.25 (m3/h) = 6.23 % Qngđ. - = 1178.08 (m3/h) = 4.17 % Qngđ. - = 367,05 (m3/h) = 1.66 % Qngđ. - Cao trình mặt đất nơi đặt trạm bơm : 3.00 m. - Cao trình mực nước ngầm cao nhất: 0.00 m. - Cao trình mực nước ngầm thấp nhất: -3.00 m. - Cao trình đáy cống xả nước tới trạm bơm (tuyến 12 –TB): -2.101 m. - Cao trình mực nước cao nhất trên ngăn tiếp nhận (PA1): 5.21 m. 5.2. Xác định lưu lượng của máy bơm Lưu lượng làm việc của máy bơm và số máy bơm đặt trong trạm được chọn dựa vào chế độ nước chảy đến trạm bơm. Đặc biệt là giờ có lượng nước chảy đến lớn nhất Q và giờ có lưu lượng nước chảy đến nhỏ nhất Q. Nguyên tắc chọn lưu lượng của trạm bơm là QT ≥ Q để đảm bảo an toàn. Song ta không nên chọn lớn hơn nhiều quá vì vậy sẽ không kinh tế. Do khi chọn bơm lớn hơn thì đường kính ống đẩy và khối tích công trình xử lý sẽ lớn hơn. Tuy nhiên cũng không chọn nhỏ hơn Q, vì như vậy sẽ có nguy cơ xảy ra hiện tượng ngập ống dẫn nước đến trạm bơm. Vì các lý do đó ta sẽ chọn QT = Q. Công suất thiết kế trạm bơm bằng : QT = Q = 1762.25 (m3/h) = 489.51 (l/s). Theo bảng 5-2 TCXDVN 51:2006 với trạm bơm chính ta chọn 5 bơm, trong đó: 3 bơm làm việc đồng thời và 1 bơm dự phòng, 1 bơm để trong kho. - Lưu lượng mỗi bơm: Qb = = 185.42 (l/s) Trong đó: n: Số bơm làm việc đồng thời, n = 3. k: Hệ số giảm lưu lượng khi các bơm làm việc đồng thời; Với n = 3 ta có k = 0.88. 5.3. Tính toán dung tích bể thu Lưu lượng nước thải chảy tới trạm bơm luôn dao động ở các giờ trong ngày. Để đảm bảo chế độ làm việc tốt nhất cho trạm bơm cần xác định hợp lý dung tích bể chứa. Dung tích bể thu cần thoả mãn điều kiện: - Wbt < 50% Qhmax , để tránh hiện tượng thối rữa, lắng cặn. - Wbt > Lưu lượng nước do một tổ máy bơm lớn nhất bơm được trong 5 phút (để tránh hiện tượng phải đóng mở bơm nhiều lần). Dung tích bể thu được xác định dựa vào biểu đồ tích luỹ nước giờ, chọn chế độ điều khiển bơm bằng tự động, mỗi giờ bơm được đóng mở 6 lần. Từ đây ta dựng biểu đồ tích luỹ nước thải: Hình 5.1. Xác định dung tích bằng biểu đồ tích luỹ nước giờ 1 - Giờ nước đến lớn nhất: 6.23 %Qngđ 2 - Giờ nước đến bằng 50% : 3.12 %Qngđ 3 - Giờ nước đến ít nhất: 1.66 %Qngđ Qua đồ thị ta thấy: - Khống chế quy mô bằng = 6.23 %Qngđ - Với giờ nước đến bằng 50%×Qhmax =3.12%Qngđ ta cho máy bơm đóng mở 6 lần trong 1 giờ và xác định được Wbc: Wb = 0.260% ×Qngđ = 0.260 %× 28274 = 73.51(m3) Kiểm tra điều kiện làm việc của bể ta có: 50% × = 0.5 × 1762.25 = 881.13 (m3) = 55.63 (m3) Vậy dung tích bể chứa xác định theo biểu đồ trên là hợp lý, ta chọn dung tích bể chứa: Wb = 74 (m3). Chế độ làm việc của bơm tính theo phương pháp này có hạn chế đó là: 3 bơm tại những thời điểm đóng mở đều hoạt động đồng thời. Như thế sẽ không tận dụng được hết công suất và hiệu quả của máy bơm. Vì vậy đối với bơm chìm làm việc theo chế độ tự động hoàn toàn ta nên tính đến chế độ làm việc thực tế của bơm. Tính dung tích bể thu theo chế độ hoạt động của bơm: Trạm bơm có 3 bơm công tác, 1 bơm dự phòng, 1 bơm để trong kho. - Trong giờ thải nước lớn nhất ba bơm làm việc liên tục. - Trong các thời điểm khác lưu lượng nước chảy cho đến khi mực nước yêu cầu đã định trước cho mỗi bơm khi đó chúng sẽ tự động hoạt động. - Các bơm hoạt động tự động đóng mở hoàn toàn phụ thuộc vào mực nước trong ngăn thu nhờ hệ thống phao báo mức. Khi mực nước trong bể đạt mức 0, ứng với chế độ bơm tắt. Khi mực nước trong bể đạt mức 1, bơm 1 bắt đầu hoạt động, ứng với thể tích nước trong ngăn thu là V1, thể tích V1 phải đảm bảo thời gian bơm hoạt động t = >5 phút. Trường hợp lưu lượng nước vào bể thu lớn hơn lưu lượng nước bơm, nước sẽ dâng dần lên. Khi mực nước dâng lên đến mức 2, bơm 2 bắt đầu làm việc. Ứng với thể tích bể V2 đảm bảo cho máy bơm 2 hoạt được 5 phút. = 100.13 (m3) Nếu 2 bơm hoạt động mà lưu lượng nước vào vẫn lớn, mức nước vẫn dâng lên đến mức 3, khi đó bơm 3 sẽ hoạt động. Ứng với thể tích bể V3 đảm bảo cho máy bơm 3 hoạt động được 5 phút. = 146.85 (m3) Khi cả ba bơm cùng hoạt động mà mức nước vẫn dâng lên thì khi đó bơm dự phòng sẽ hoạt động. Vậy theo 2 cách tính toán ta chọn dung tích bể thu là W = 147 (m3) để đảm bảo cho các bơm vận hành tiết kiệm và đạt hiệu quả cao nhất. Trong quá trình vận hành trạm bơm ta phải thay đổi định kỳ vị trí các nút trên bảng điều khiển, hoán vị chức năng công tác và dự phòng, nhằm chia đều số giờ hoạt động cho các bơm đảm bảo các bơm luôn luôn vận hành trơn tru. Ta xây dựng trạm bơm nước thải loại trạm kiểu giếng (sâu hơn 8m), bơm đặt chìm, trục đứng. Gồm hai tầng, tầng trên nổi trên mặt đất là tầng điều khiển có dạng hình chữ nhật, tầng ngầm có dạng tròn. Thi công trạm bằng phương pháp đánh tụt. Chọn chiều sâu mực nước trong bể thu H = 2,5 m. - Diện tích bể thu: Sb = = = 58.8 (m2) - Đường kính bể thu: D = = = 8.65 (m). Chọn D = 9.0 (m) - Đường kính ngoài của bể thu là: D = 9.0 + 0.3 x 2 = 9.60 (m) - Chọn bề dày của tường là 0,3 (m). - Mực nước cao nhất trong ngăn thu lấy bằng mực nước cao nhất trong ống dẫn vào ngăn thu. - Cao độ mặt đất nơi xây dựng trạm bơm: Z1 = 3.00 m. - Cốt đáy cống dẫn nước vào ngăn thu : Z2 = -2.101 m. - Chiều cao mực nước cao nhất trong cống trước song chắn rác là ht = 0.706 m. ( Theo tính toán thuỷ lực phần mạng lưới thoát nước ).Ở đây ta lấy tổn thất cột nước qua song chắn rác là hs = 0.1 ( m ). Do vậy chiều cao mực nước cao nhất sau song chắn rác là h = 0.706 – 0.1 = 0.606 (m) - Cốt đáy ngăn thu Z3= Z2 + h – H = -2.101 + 0.606 – 2.5 = -3.995 m. - Cốt đáy hố thu cặn : Z4 = Z3 - 0,7 = -3.995 – 0.7 = -4.695 m. - Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép dày 30 cm. - Đáy có độ dốc 1% về phía hố thu cặn. - Hố thu cặn có độ sâu 0.7 m. - Mức nước dừng bơm: Zd = Z3= -3.995 m. - Dựa vào các giá trị thể tích V1, V2, V3 ứng với các trường hợp mực nước dâng ta xác định được mực nước khởi động của các bơm như sau: -Mực nước khởi động của bơm 1: Z5 = - 3.045 m; Độ sâu nước h1= 0.95 m -Mực nước khởi động của bơm 2: Z6 = - 2.295 m; Độ sâu nước h2= 1.70 m -Mực nước khởi động của bơm 3: Z7 = - 1.495 m; Độ sâu nước h3= 2.5 m 5.4. Xác định áp lực công tác của máy bơm. - Cột áp toàn phần của máy bơm được tính theo công thức: Htp = Hđh + hh + hđ , m Trong đó: - Hđh: Chiều cao bơm nước địa hình, bằng hiệu cao trình mực nước cao nhất trong ngăn tiếp nhận và mực nước thấp nhất trong ngăn thu. - hh: Tổn thất trên đường ống hút của bơm, do ta đặt bơm chìm nên tổn thất trên đường ống hút không đáng kể, hh = 0. - hđ: Tổn thất áp lực trên đường ống đẩy của bơm. 5.4.1. Xác định Hđh - Cao trình mực nước cao nhất trên trạm xử lý: Z = +5.21 m. - Cao trình mực nước thấp nhất trong ngăn thu lấy bằng cốt đáy ngăn thu: Z3 = -3.995 m. Hđh = 5.21 - (-3.995) = 9.205 (m) 5.4.2. Xác định hđ Dùng 2 ống đẩy bằng thép đưa nước về trạm xử lý với lưu lượng mỗi ống: Qống = = 244.76 (l/s) Theo bảng II - ²Bảng tính toán thuỷ lực – ThS. Nguyễn Thị Hồng – ĐHXD” sau khi nội suy ta có số liệu sau: D = 450 mm ; V = 1.53 m/s; 1000 i = 7.11 Ta có: hđ = hdđ + hcb = i × L + Trong đó: hdđ: Tổn thất dọc đường theo chiều dài hdd = i × l l: Chiều dài ống đẩy l = 380 m hcb: Tổn thất cục bộ : hệ số tổn thất cục bộ, tra theo bảng 5 “ Sổ tay máy bơm – ThS Lê Dung” ta có : - 1van x = 1 - 1côn mở x = 0.25 - 6 cút 900 x = 0.5= 3 - 2 van một chiều x = 2= 4 - 1 tê x = 1 => = 3.81 (m) Do đó ta có: Htp = 9.205 + 0 + 3.81 +0 = 13.01 ( m ) Chọn cột áp của bơm là 13.1 m. 5.5. Chọn máy bơm và thiết kế sơ bộ trạm bơm - Thông số chọn bơm: Qb = 185.5 (l/s) ; Htp = 13.1 (m). - Sử dụng loại bơm chìm của hãng Flyps. - Tra theo phần mềm chọn bơm của hãng Flyps cung cấp ta chọn 3 bơm có mã hiệu NP 3301 LT- DN350/DN300 Bảng 5.1: Các thông số cơ bản của bơm chọn Mã hiệu SX Mã hiệu đường cong Đ.kính BXCT Công suất NPSH Q/H Số cánh Số cực Pha ĐK lắp đặt Vật liệu (mm) (KW) (m) (l/s)/(m) NP 3301 LT 53-624-00-2120 376 45 5.7 186/13.2 2 6 3 PS Gang thép Ta có biểu đồ đường đặc tính của máy bơm NP 3301 LT- DN350/DN300 Hình 5.3. Đường đặc tính của máy bơm NP 3301 LT- DN350 /DN300 Hình 5.4. Sơ đồ cấu tạo của máy bơm NP 3301 LT- DN350/DN300 5.6. Tính toán kỹ thuật trạm bơm chính + Xây dựng đường đặc tính ống: Trường hợp 3 máy bơm giống nhau làm việc song song bơm nước vào hai đường ống. Vẽ đường đặc tính chung của 3 máy bơm giống nhau bằng cách nhân 3 hoành độ của đường đặc tính và giữ nguyên tung độ tương ứng không đổi. Gỉa thiết hai đường ống chung có đường đặc tính và kích thước như nhau, do đó hai đường đặc tính tổn thất trùng nhau. Vẽ đường đặc tính tổn thất chung của hai đường ống bằng cách nhân đôi hoành độ và giữ nguyên tung độ tương ứng không đổi. Từ giao điểm C, có thể biết lưu lượng chung của cả 3 máy bơm, bơm vào hai đường ống . Muốn tìm lưu lượng từng đường ống và từng máy riêng lẻ, ta kẻ đường song song với trục hoành đi qua A gặp đường (3) và (1) ở C’ và C1 dóng xuống trục hoành, ta có: QC’ - lưu lượng chảy qua 1 ống QC1- lưu lượng của 1 máy bơm. QC’ = và QC1 = - Tổn thất áp lực trên đường ống được tính theo công thức: hô = Hđh + S.Q2 - Sức kháng của đường ống: S = = 6.36 × 10-5 - Vẽ đường đặc tính tổn thất chung. Bảng 5.2. Bảng xác định quan hệ Q ~ hô STT Q1ống Q2ống Hđh S S×Q1ống2 hô (l/s) (l/s) (m) (m) (m) (1) (2) (3) (4) (4) (5) (6) 1 0 0 9.205 0.0000636 0 9.205 2 50 100 9.205 0.0000636 0.159 9.364 3 100 200 9.205 0.0000636 0.636 9.841 4 150 300 9.205 0.0000636 1.431 10.636 5 200 400 9.205 0.0000636 2.544 11.749 6 250 500 9.205 0.0000636 3.975 13.18 7 300 600 9.205 0.0000636 5.724 14.929 8 350 700 9.205 0.0000636 7.791 16.996 9 400 800 9.205 0.0000636 10.176 19.381 10 450 900 9.205 0.0000636 12.879 22.084 - Vẽ đường đặc tính chung lưu lượng và cột nước: Q3 bơm ~ H Bảng 5.3. Bảng xác định quan hệ: Q1bơm ~ H ~ Q3bơm STT Q1bơm Q3bơm H STT Q1bơm Q3bơm H (l/s) (l/s) (m) (l/s) (l/s) (m) (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) 1 0 0 19.8 6 250 750 11.4 2 50 150 17.7 7 300 900 9.75 3 100 300 15.9 8 350 1050 8 4 150 450 14.3 9 400 1200 6.2 5 200 600 12.8 10 450 1350 4.3 - Xác định điểm công tác C: Hình 5.5. Biểu đồ xác định điểm làm việc của hệ thống 1- đường đặc tính tổn thất một ống 3- đường đặc tínhQ1 bơm ~ H 2- đường đặc tính tổn thất chung 4- đường đặc tính chung Q3bơm ~ H QC’ = 261.8 (l/s) HC = 13.64 (m) QC1 = 174.5 (l/s) QC = 523.6 (l/s) - Điểm C là điểm công tác của hệ thống - Điểm C1 là điểm làm việc của một máy bơm - Điểm C’ là điểm làm việc của 1 ống đẩy Để bơm làm việc ổn định trong hệ thống, năng lượng do bơm cấp vào phải lớn hơn hoặc bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống: - Năng lượng do bơm cấp vào được biểu thị qua đường đặc tính bơm. - Năng lượng yêu cầu của hệ thống được biểu thị qua đường đặc tính ống. Vậy điểm công tác của bơm là giao điểm của đường đặc tính ống và đường đặc tính bơm . Khi trạm bơm làm việc bình thường thì 3 bơm làm việc song song trên hai đường ống. Ta có điểm làm việc theo biểu đồ đường đặc tính ống là: - Q = 523.6 (l/s) > 489.51 (l/s). - Cột nước H = 13.64 (m) > 13.1(m). Do đó bơm đã chọn đảm bảo yêu cầu lưu lượng và cột áp. Tính toán ống đẩy khi có sự cố: - Khi có sự cố ống đẩy phải đảm bảo việc dẫn nước không dưới 70% lưu lượng tính toán (Trạm bơm có cống xả sự cố). - Lưu lượng cần tải khi có sự cố: Qsc = 70%×Qtr = 0.7 × 489.51 = 342.66 (l/s) Vì vậy để đảm bảo an toàn trên các ống đẩy phải nối với nhau bằng các ống nhánh. Tính toán số ống nhánh: Đặt m = 2: Số ống đẩy. n: Số đoạn chia nhỏ. S: Sức kháng của hệ thống khi làm việc bình thường. SSC: Sức kháng của hệ thống khi có sự cố. S0 : Sức kháng của 1 đoạn ống. Ta có: - Khi không có hư hỏng tổn thất áp lực trên đường ống đẩy là: ,m - Khi hư hỏng một đoạn nào đó thì tổn thất áp lực trên hệ thống là: hSC Để đảm bảo hệ thống làm việc bình thường ta cần có: h = hSC. Hay ta có: Û Þ Þ 3 (ống) Vậy số đoạn ống chia nhỏ là n = 3 ống Þ số đoạn nối chung là 2. Với chiều dài là 380 m cứ cách nhau 126 m ta đặt 1 ống nối chung. Tra bảng thuỷ lực ta có: Khi có sự cố vận tốc trong ống đẩy đường kính D = 450 mm, lưu lượng Qsc = 342.66 (l.s) là: V = 2.15 m/s < 2.5m/s . Þ Vậy đảm bảo yêu cầu bảo vệ đường ống. 5.7. Tính toán các thiết bị trong trạm bơm. 5.7.1. Ống thông hơi Để giảm bớt mùi hôi thối do các chất bẩn trong nước thải bị phân hủy gây ra ta đặt hai ống thông hơi có đường kính D = 200 mm bố trí gần tường, cao hơn mái nhà 1 (m). 5.7.2. Ống thoát nước mưa Để thoát nước mưa trên mái nhà ta đặt hai ống thoát nước có đường kính D = 150 m bố trí ở gần tường. 5.7.3. Ống sục cặn Để sục rửa cặn trong máy bơm, ta bố trí các ống sục cặn có đường kính D = 100 m. 5.7.4. Cống xả sự cố Cống xả sự cố đặt cuối đoạn cống thoát nước chính trước trạm bơm giếng, giếng thăm sát trạm bơm rồi xả ra sông. Đường kính cống xả sự cố được lấy bằng kích thước đoạn cống 12-TB dẫn nước đổ vào ngăn thu trạm bơm chính. D = 900 mm , i = 0,0014. CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 6.1. Bể Biophin cao tải. 6.1.1. Kích thước cơ bản Theo thiết kế sơ bộ (phần tính toán các công trình trong dây chuyền công nghệ xử lý – Chương 5) ta có kích thước của bể Biophin cao tải là: Đường kính của bể: D = 17.5 m. Chiều cao xây dựng bể: HXD = 4.9 m. Số bể Biophin: n = 4 bể. Bể Biophin được làm bằng BTCT, chiều dày của tường là: d = 200 mm. Bể được thi công theo phương pháp đổ bê tông toàn khối. Hệ thống thu nước của bể lọc được làm bằng các tấm BTCT đục lỗ đặt trên một hệ dầm đỡ bằng BTCT. Chiều cao của không gian dưới vật liệu lọc là: 0.6 m. Đáy bể lọc không thấm nước có độ dốc về phía máng tập trung tiêu nước với độ dốc i = 0,02. Kích thước của máng tập trung là: b´h = 250´250 mm. Số máng tập trung là 2 máng. Tấm chắn thuỷ lực được đặt tại vị trí nước ra khỏi bể lọc và mương thu nước bên ngoài bể, sâu dưới mực nước 200 mm. Tác dụng của tấm chắn thuỷ lực là đảm bảo cho không khí cấp vào cho bể lọc đi từ dưới lên trên và tham gia vào quá trình ôxy hoá các chất bẩn của nước thải. Vật liệu lọc là đá dăm. Lớp dưới cùng ở đáy chiều dày 0.2m có cỡ hạt 70-100 mm, phần còn lại có kích thước: 40 – 70 mm. Kiểu bể lọc và loại vật liệu lọc Đường kính qui ước của vật liệu lọc D(mm) Số % theo trọng lượng của vật liệu lọc bị giữ lại trên dàn có đường kính lỗ d (mm) 70 55 40 30 25 20 Bể lọc sinh học cao tải (đá dăm) 40 – 70 0 - 5 40 - 70 95 - 100 - - - Chiều cao kể từ bề mặt vật liệu lọc đến thành bể: hbv = 0,5m để hạn chế ảnh hưởng của gió tới việc phân phối nước trên bề mặt bể, đồng thời để tránh cho nước thải khỏi bị bắn tung toé ra ngoài. Hệ thống phân phối nước vào bể là hệ thống phân phối nước kiểu quay phản lực: 6.1.2 Tính toán hệ thống tưới 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 trong mặt bằng, nước thải thường được phân phối bằng hệ thống tưới phản lực. Nội dung tính toán hệ thống tưới phản lực bao gồm các phần sau đây: - Xác định đường kính hệ thống tưới. - Số lỗ trên các ống phân phối li tâm. - Khoảng cách giữa các lỗ. - Số vòng quay của hệ thống tưới trong vòng 1 phút. - Áp lực cần thiết ở hệ thống tưới. Việc tính toán sau đây dựa trên hướng dẫn ở mục 6.14.18 TCXD51:2006 -Lưu lượng tính toán của 1 bể (1 đơn nguyên) Lưu lượng tính toán của nước thải trên một bể Biôphin cao tải được xác định theo lưu lượng lớn nhất: Trong đó: Qsmax - Lưu lượng giây lớn nhất, Qsmax =0.49 (m3/s). n - Số bể Biôphin, n = 4. qb = = (m3/s) -Đường kính của hệ thống tưới : Dht = D – 2 x 0.2 = 17.5 – 2 x 0.2 = 17.1 (m) Trong đó: D - Đường kính của bể 0.2 - khoảng cách từ đầu ống tưới đến thành bể - Đường kính của ống trung tâm: Dtt = = m - Đường kính ống phân phối trong hệ thống tưới Chọn 4 ống phân phối trong một hệ thống tưới. Đường kính của mỗi ống được tính theo công thức: Công thức xác định: Dpp = = m Trong đó: v – vận tốc nước thải chuyển động đầu ống trung tâm và ống phân phối thường lấy bằng hoặc nhỏ hơn 1 (m/s), ta chọn v = 1 m/s a– là số ống phân phối trong một bể Vậy chọn Dpp = 200 (mm). - Số lỗ trên một ống phân phối li tâm Công thức xác định: m = = = 107 (lỗ ) - Khoảng cách của một lỗ bất kì ( ri ) Khoảng cách hay toạ độ của một lỗ bất kì trên ống phân phối so với trục quay của hệ thống tưới xác định theo công thức sau: Công thức xác định: ri = (mm) Trong đó: i là số thứ tự của lỗ tính từ trục hệ thống tưới Ví dụ như vị trí các lỗ thống kê như bảng dưới đây Bảng xác định vị trí các lỗ so với trục trung tâm Thông số m Dht Số thứ tự lỗ (i) 1 2 ... 107 Đơn vị lỗ mm mm mm ... mm Giá trị 107 17100 826.56 1168.93 ... 8550 - Số vòng quay của hệ thống tưới trong một phút Công thức xác định: N = x q1 (vòng /phút) Trong đó: d1- là đường kính của lỗ trên ống tưới. Lấy d1 = 14 mm q1- là lưu lượng của một ống tưới: q1 = = 30.75 (l/s) Thay số: N = 30.75 = 3.0 (vòng/phút) - Áp lực cần thiết của hệ thống tưới Công thức xác định: h = (mm) Trong đó: K – là mô đun lưu lượng, lấy theo bảng 6.7, giáo trình “ Xử lý nước thải- tác giả Trần Đức Hạ”. Với Dpp = 200mm ta có K = 300 (l/s) Bảng tính áp lực cần thiết của hệ thống tưới Thông số q1 d1 m Dpp Dht K h Đơn vị l/s mm lỗ mm mm l/s mm Giá trị 30.75 14 107 200 17100 300 555.3 Vậy h = 555.3 (mm) = 0.555 (m) > 0.5 (m) Þ thoả mãn áp lực yêu cầu để hệ thống tưới phản lực tự quay được > 0.5 m. (Điều 6.14.8 TCXDVN 51:2006). Các ống phân phối sẽ đặt cao hơn lớp vật liệu lọc là 0.2m Chi tiết kết cấu bể Biophin cao tải được thể hiện trên bản vẽ số 17 6.2. Thiết kế sơ bộ bể lắng ngang đợt 1. -Theo tính toán sơ bộ trong chương 4 ta có bảng tổng hợp số liệu sau n L b a Hbv H Hth H1 H2 H H bể m m m m m m m m m m 6 27 5.50 0.5 0.4 3 0.3 2.5 0.2 6.42 3.70 Trong đó: -L : Chiều dài bể -H : Chiều cao công tác -b : Chiều rộng 1bể, là kích thước cạnh đáy trên hố thu cặn chóp cụt ngược. -a : kích thước cạnh đáy dưới của hố thu cặn chóp cụt ngược -Số bể n= 6 -Dung tích ngăn chứa cặn WC1 = 20.4 0 m3 -Chiều cao xây dựng bể: + Mặt cắt đầu bể : HXD = Hbv + H + Hth + H1 + H2 + Mặt cắt cuối bể : HXD = Hbv + H + Hth -Hth : chiều cao lớp nước trung hoà -H1 : chiều cao hố thu cặn, xác định theo cấu tạo -H2 : khoảng cách từ mép trên hố thu cặn đến lớp nước trung hoà, do độ dốc bể tạo nên. -Cặn được xả ra khỏi bể bằng hình thức dùng bơm với đường kính ống hút bùn cặn d = 200mm - Độ dốc đáy bể về phía hố thu cặn: i = 0.01 -Kích thước máng phân phối nước vào từng bể b = 0.4m; h = 0.98 m -Ở đầu và cuối bể đăt các đập tràn thành mỏng để phân phối và thu nước. -Ở đầu và cuối bể đặt các tấm chắn thuỷ lực, tấm chắn ở đầu cách mép tràn phân phối nước 1,0m, cao hơn mặt nước 0.2m ngập trong nước 1m. Tấm chắn ở cuối bể cao hơn mặt nước 0.2m, ngập sâu 0.3m, cách tấm tràn thu nước ở cuối bể 0.5m. -Máng thu chất nổi đặt ở cuối bể phía trước tấm chắn thuỷ lực, đường kính ống dẫn chất trôi nổi ra khỏi bể D = 200 đường kính ống dẫn chất nổi đến trạm bơm d = 200mm -Bể xây dựng bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ chiều dày thành bể 200mm -Chi tiết bể được thể hiện trên bản vẽ số hiệu (TN/18). -Bể dùng hệ thống cào cặn cơ giới bằng các thanh xích chạy động cơ điện -Thời gian giữa 2 lần xả cặn bằng 1 ngày. KẾT LUẬN Qua thời gian 4 tháng làm đồ án tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo GS.TS Khoa học Trần Hữu Uyển cùng với sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành Đồ án tốt nghiệp của mình với Đề tài tốt nghiệp mang tên: “ Thiết kế hệ thống thoát nước Thị xã Sầm Sơn - tỉnh Thanh Hoá”. Nội dung của đồ án tốt nghiệp này bao gồm: Nghiên cứu điều kiện tự nhiên và hiện trạng hệ thống thoát nước Thị xã Sầm Sơn. Trên cơ sở các tài liệu thu thập được tiến hành vạch ra 2 phương án thoát nước thải sinh hoạt và một phương án thoát nước mưa. Tính toán thiết kế thuỷ lực mạng lưới thoát nước sinh hoạt và thoát nước mưa. Đưa ra các phương án xử lý nước thải và bố trí công trình trong trạm xử lý nước thải. Phương án chọn phù hợp với điều kiện kinh tế xã hội của địa phương và đảm bảo yêu cầu cho phép của luật bảo vệ môi trường. Tính toán thiết các công trình trong trạm xử lý nước thải theo hai phương án PA1, PA2. Khái toán kinh tế hệ thống thoát nước bao gồm phần mạng lưới và trạm xử lý nước thải. Thiết kế sơ bộ trạm bơm chính và thiết kế công trình đơn vị bể Biophin cao tải. Do thời gian làm đồ án và kinh nghiệm của bản thân em còn hạn chế, vì vậy đồ án tốt nghiệp này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo của các thầy cô và những ý kiến đóng góp của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn!. Hà Nội ngày 30-04-2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Trung Hiếu TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình thoát nước tập 1 – PGS.TS. Hoàng Văn Huệ, NXB Khoa học và kỹ thuật 2002 Giáo trình thoát nước tập 2 – PGS.TS Hoàng Văn Huệ - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội – 2002. Giáo trình Mạng lưới thoát nước – PGS.TS Trần Hữu Uyển Giáo trình Xử lý nước thải - Trần Hiếu Nhuệ và Lâm Minh Triết- Đại học xây dựng 1978. Xử lý nước thải sinh hoạt qui mô vừa và nhỏ, PGS.TS Trần Đức Hạ – NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội – 2002. Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai – NXB Xây dựng. Giáo trình Máy bơm và trạm bơm, tập 1,2. Sổ tay máy bơm – Lê Dung, NXB xây dựng Các bảng tính toán thuỷ lực cống và mương thoát nước – GS.TSKH. Trần Hữu Uyển – NXB xây dựng. Các bảng tính toán thuỷ lực – ThS. Nguyễn Thị Hồng, NXB xây dựng Công nghệ vận hành trạm xử lý nước thải đô thị- Hội cấp thoát nước Việt Nam Phần mềm tra cứu máy bơm- hãng Flyps. Tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam - TCXD VN 51: 2006 (Thoát nước - Mạng lưới bên ngoài và công trình tiêu chuẩn thiết kế) Các tài liệu khác.