Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Xuân Bắc, huyện Xuân Lộc tỉnh Đồng Nai có công suất 800 m3/ngày.đêm

cũng như không khí vào trong lớp vật liệu lọc, sàn thu nước có các khe hở. Nước thải được tưới từ trên bờ mặt nhờ hệ thống phân phối vòi phun, khoan lỗ hoặc máng răng cưa. Tuy nhiên bể làm việc hiệu quả khi BOD5 của nước thải £ 200mg/l. Bể thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công suất trên100 m3/ngđ. Đĩa lọc sinh học Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý bám dính. Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,hình tròn đường kính 2 – 4m, dày dưới 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 – 40mm và các khối này được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể nước thải. Đĩa lọc sinh học được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế. Tuy nhiên, người ta sử dụng hệ thống đĩa để cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000 m3/ngày. Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước (Bể Bioten) Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước hoạt động theo nguyên lý lọc dính bám. Công trình này thường được gọi là Bioten có cấu tạo gần giống với bể lọc sinh học và Aerotank. Vật liệu lọc thường được đóng thành khối và ngập trong nước. Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải. Khi nước thải qua lớp vật liệu lọc, BOD bị khử và NH4+ bị chuyển hóa thành NO3- trong lớp màng sinh vật. Nước đi từ dưới lên, chảy vào máng thu và được dẫn ra ngoài. Bể lọc sinh học cao tải Bể lọc sinh học cao tải dùng để xử lý sinh học hiếu khí nước thải với tải trọng thủy lực từ 10 đến 30m3 nước thải/m2 bề mặt bể.ngày. Bể cấu tạo hình tròn trên mặt bằng để đảm bảo cho dàn ống phân phối nước tự quay. Áp lực từ các lỗ phun từ 0,5÷0,7m. Tốc độ quay một vòng từ 8 đến 12 phút. Khoảng cách từ bề mặt lớp vật liệu đến dàn ống là 0,2÷0,3m để lấy không khí và nước phun ra vỡ thành các hạt nhỏ đều trên mặt bể. Bể lọc sinh học cao tải hoạt động có hiệu quả khi BOD của nước thải dưới 300mg/l. Để tăng hiệu quả xử lý nước thải người ta thường tuần hoàn nước sau bể lọc để xử lý lại. Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh vật dính bám tăng lên, tải trọng chất bẩn hữu cơ giảm xuống. Mặt khác khi tuần hoàn lại nước, tải trọng thủy lực tăng lên, đẩy mạnh quá trình tách màng vi sinh vật cũ và hình thành màng mới trên bề mặt vật liệu, làm giảm hiện tương tắc ngẽn trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu, tăng lưu lượng trong hệ thống phân phối, đảm bảo tốc độ quay của dàn ống. Thường xử lý cho các trạm có lưu lượng < 50000 m3/ngđ. Bể Aerotank Hình 2.4 bể arotank Bể Aerotank là một công trình sử dụng phương pháp sinh học hiếu khí để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải đô thị có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ (H2S, các sunfua, nitric) Nước thải sau khi qua bể lắng 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí (Aerotank). Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông căn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dung chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan thành các tế bào mới. Để đảm bảo bùn hoạt tính ở trạng thải lơ lửng và đảm bảo chất lượng oxy dùng trong quá trình sinh hóa các chất hữu cơ thì phải luôn đảm bảo việc cung cấp oxy. Lượng bùn tuần hoàn và không khí cần cung cấp phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ của yêu cầu xử lí nước thải. Tỷ lệ các chất dinh dưỡng: BOD5 : N : P = 100:5:1. Nước thải có pH từ 6,5 – 8,5 trong bể là thích hợp.Thời gian lưu nước trong bể không quá 12h. Quá trình diễn ra như sau: Khuấy trộn đều nước thải với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng. Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn họat tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể. Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt Tuần hoàn lại một lượng bàn cần thiết từ đáy bể lăng đợt 2 vào bể Aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào. Xả bùn dư và xử lý bùn Bể SBR (Aerotank theo mẻ) SBR là một dạng của bể Aerotank, phát triển trên cơ sở xử lí bùn hoạt tính, vận hành theo từng mẻ liên tục và kiểm soát được theo thời gian, là một 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 của bể là 2. Chia làm 5 pha (làm đầy – phản ứng, thổi khí – lắng – rút nước – chờ) và được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng jet hoặc thiết bị khuấy trộn cơ học, chu kì hoạt động của ngăn bể được điều khiển bằng rơ le thời gian, trong bể có bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn. SBR có thể thực hiện các quá trình khử carbon, nitrat hóa, khử nitrat và khử phosphor sinh hóa do có thể điều chỉnh được quá trình hiếu khí, thiếu khí, và kỵ khí trong bể bằng việc cung cấp oxy. Quá trình xử lý này cho hiệu quả xử lý nước thải rất cao. BOD5 của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 20mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 3 – 25 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0.3 – 12 mg/l. Hình 2.5 Bể Sbr. Mương oxy hóa Là dạng cải tiến của Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh, làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính lơ lửng chuyển động tuần hoàn trong mương. Có thể xử lý nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD từ 1000 – 5000 mg/l Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí – bể UASB Nước thải được đưa trực tiếp vào phía dưới đáy bể và được phân phối đồng đều, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học dạng hạt nhỏ (bông bùn) và các chất hữu cơ bị phân hủy. Các bọt khí metan và NH3, H2S nổi lên trên và thu được bằng các chụp thu khí để dẫn ra khỏi bể. Nước thải tiếp đó chuyển đến vùng lắng của bể phân tách 2 pha lỏng rắn. Sau đó ra khỏi bể, bùn hoạt tính thì hoàn lưu lại vùng lớp bông bùn. Sự tạo thành bùn hạt và duy trì được nó rất quan trọng khi vận hành bể UASB. Sử dụng cho những nguồn thải có nồng độ BOD5 >1000mg/l và COD > 2000 mg/l và xử lý cho những nguồn thải có lưu lượng < 50000 m3/ngđ. Ưu điểm: xử lý được các nguồn nước thải có nồng độ ô nhiễm các chất hữu cơ cao Nhược điểm: xử lý không hoàn toàn à Sau bể sinh học ký khí thường phải có bể sinh học hiếu khí au HTXLNT sinh hoạt, tổng P được loại trừ đến 95,11%, nồng độ đầu ra là 0,23 mg/l, đạt yêu cầu của tiêu chuẩn loại C và cả loại A của TCVN 5945:2005 CHƯƠNG III ĐỀ XUẤT CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO KHU DÂN CƯ XUÂN BẮC TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI ĐẦU VÀO Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Xuân Bắc huyện Xuân Lộc tỉnh Đồng Nai Bảng 3.1 Số liệu thành phần tính chất nước thải đầu vào và đầu ra của khu dân cư Xuân Bắc STT CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ cột B QCVN 14:2008/BTNMT 1 ph - 7.2 5-9 2 BOD5 mg/L 350 50 3 Dầu mỡ mg/L 80 20 4 COD Mg/l 495 - 5 Tổng Nitơ mg/L 70 50 6 Tổng Phospho mg/L 35 10 7 SS Mg/l 280 80 8 Tổng Coliform MPN/100ml 3.8x107 5000 TIÊU CHUẨN XẢ THẢI Nước thải tại khu dân cư Xuân Bắc sau khi được xử lý tại hệ thống xử lý nước thải tập trung phải đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B. Nguồn tiếp nhận nước thải sau khi xử lý là hệ thống thoát nước khu vực sông suối xã Xuân Bắc. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ: Phương án 1 Nước thải Đem đi xử lý Bể nén bùn Bùn tuần hoàn hoạt tính Chlorinee Nước tách bùn Dd Polymer Đem đi chôn lấp Nguồn tiếp nhận, QCVN 14:2008/BTNMT, cột B Máy ép bùn Máy thổi khí Máy thổi khí Bùn dư Bể khử trùng Bể lắng II Bể Aerotank Bể Anoxic Bể lắng I Bể điều hòa Song chắn rác Ống dẫn bùn tuần hoàn Ống dẫn bùn Ống dẫn nước Chú thích Hố thu gom Ống dẫn khí, hóa chất Nước tuần hoàn Bùn tươi Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải từ khu dân cư sau khi được xử lý sơ bộ ở bể tự hoại sẽ được thu gom về hệ thống xử lý nước thải tập trung. Một phần các cặn rác thô có kích thước lớn như: bao nylon, vải vụn, cành cây, giấyđược giữ lại song chắn rác để loại bỏ nhằm tránh gây hư hại hoặc tắc nghẽn bơm và các công trình tiếp theo. Rác thu hồi được đem đi xử lý. Nước thải sau khi qua song chắn tiếp tục qua ngăn tiếp nhận trước khi qua bể điều hòa. Tại đây, bể sẽ gắn hệ thống sục khí nhằm giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình thải ra không đều, ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp theo. Sau đó nước thải được bơm đến bể lắng đợt I để lắng tạp chất phân tán nhỏ (chất lơ lửng) dưới dạng cặn lắng xuống đáy bể và theo các chất nổi trên bề mặt : dầu mỡ, bọt Bùn lắng thu được được bơm qua bể nén bùn trước khi đem đi xử lý. Nước thải tiếp tục từ bể lắng 1 được chảy về bể Anoxic. Ở đây, nước thải được hòa trộn với vi sinh vật. Trong điều kiện thiếu khí, vi sinh vật sẽ loại bỏ các hợp chất chứa N và P. Sau đó toàn bộ hỗn hợp nước và bùn hoạt tính được dẫn vào bể Aerotank. Tại đây, quá trình xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính diễn ra nhờ lượng oxy hòa tan trong nước. Các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy và các hợp chất hữu cơ trong nước làm chất dinh dưỡng để duy trì sự sống, phát triển sinh khối và kết thành bông bùn, nhờ đó các chất hữu cơ trong nước thải giảm đáng kể. Aerotank xáo trộn hoàn toàn nhờ thiết bị sục khí. Sau đó, hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải chảy sang bể lắng II. Có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. Bùn lắng một phần được bơm tuần hoàn lại bể Anoxic để ổn định mật độ cao vi khuẩn và tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, phần còn lại sẽ được bơm qua bể nén bùn và tiếp tục xử lý. Nước thải sau khi lắng sẽ tràn qua máng răng cưa vào máng tràn và dẫn qua bể khử trùng để loại bỏ các loại vi sinh vật gây bệnh trong nước thải trước khi thải ra môi trường. Hàm lượng Chlorine cung cấp vào nước thải ổn định qua bơm định lượng hóa chất.. Nước thải sau khi khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B sẽ được thải ra hệ thống thoát nước khu vực. 3.3.2 Phương án 2 Nước thải Máy thổi khí SBR Bể điều hòa Song chắn rác Đem xử lý Hố thu gom Ống dẫn khí, hóa chất Ống dẫn bùn Ống dẫn nước Chú thích Máy ép bùn Nước tách bùn Bùn dư Bể chứa bùn và nén bùn Máy thổi khí Chlorinee Bể khử trùng Dd Polymer Nguồn tiếp nhận, QCVN 14:2008/BTNMT, cột B Đem đi chôn lấp Thuyết minh sơ đồ công nghệ Nước thải từ khu dân cư sau khi được xử lý sơ bộ ở bể tự hoại sẽ được thu gom về hệ thống xử lý nước thải tập trung. Một phần các cặn rác thô có kích thước lớn như: bao nylon, vải vụn, cành cây, giấyđược giữ lại song chắn rác để loại bỏ nhằm tránh gây hư hại hoặc tắc nghẽn bơm và các công trình tiếp theo. Rác thu hồi được đem đi xử lý. Nước thải sau khi qua song chắn tiếp tục qua ngăn tiếp nhận trước khi qua bể điều hòa. Tại đây, bể sẽ gắn hệ thống sục khí nhằm giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình thải ra không đều, ổn định lưu lượng và nồng độ, tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp theo. Nước thải tiếp tục đưa sang bể SBR. SBR là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó diễn ra quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Bùn hoạt tính thực chất là các vi sinh vật vì vậy khi được trộn với nước thải với không khí có Ôxi, chúng sẽ phân hủy các chất hữu cơ tạo thành cặn và sẽ lắng xuống ở tại bể SBR. Nước trong bể SBR được gạn ra khỏi bể bằng thiết bị thu nước bề mặt sau khi ra khỏi bể và cuối cùng trước khi xả ra nguồn tự nhiện nước được cho vào bể khử trùng để khử trùng nước. Sau khi qua bể SBR nước thải được dẫn thẳng tới bể khử trùng mà không cần phải qua bể lắng. Ta khử trùng bằng cách cho tác chất khử trùng Chlorine vào. . Nước thải sau khi khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột B sẽ được thải ra hệ thống thoát nước khu vực. Phần bùn cần xử lý được đưa vào bể chứa và nén bùn. Bùn sinh ra có độ ẩm rất cao. Nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn bằng cách lắng (nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94 – 96%) phục vụ cho việc xử lý bùn ở phía sau. Trong công nghệ này sử dụng phương pháp nén bùn trọng lựcBùn được đưa vào ống phân phối bùn ở trung tâm bể. Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại. Sau khi nén, bùn sẽ được tháo ra ở đáy bể. Phần nước tách bùn được đưa trở lại ngăn tiếp nhận. Bùn từ bể nén bùn được đưa về máy ép. Sau khi ra khỏi máy ép bùn, bùn có dạng bánh và sau đó được đem đi chôn lấp. Nước từ máy ép bùn trở lại hố thu gom để được tái xử lý. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI So sánh 2 phương án đề xuất Bảng 3.2 Bảng so sánh bể Aerotank và bể SBR ĐẶC ĐIỂM Bể Aerotank Bể SBR Ưu điểm Dễ xây dựng và vận hành Bể Aerotank được sử dụng nhiều trong các ngành có hàm lượng chất hữu cơ cao Sử dụng rộng rãi Cấu tạo đơn giản: không cần xây dựng bể lắng II cũng như tuần hoàn bùn hoạt tính nên tốn ít diện tích xây dựng Hiệu suất xử lý cao: có khả năng khử Nitơ, Phospho cũng như hàm lượng chất dinh dưỡng cao. Có khả năng điều khiển tự động hoàn tan, ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Nhược điểm Do phải sử dụng bơm để tuần hoàn ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành tốn nhiều năng lượng. Tốn nhiều diện tích xây dựng Cần cung cấp không khí thường xuyên cho vi sinh vật hoạt động -Công suất xử lý nhỏ do SBR xử lý theo mẻ -Kiểm soát quá trình khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh tế, hiện đại. -Bảo dưỡng các thiết bị khó khăn do SBR sử dụng phương tiện hiện đại. -Cần có trình độ kỹ thuật cao cho công tác quản lý vận hành bể. -Do bùn trong SBR không rút hết nên hệ thống thổi khí có khả năng bị tắc nghẽn. Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn đến bùn bị trôi theo ống đầu ra. -Khi xả tốc độ dòng chảy rất lớn sẽ làm ảnh hưởng đến các hệ thống xử lý phía sau. -Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu như thời gian lưu bùn dài. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nitơ đẩy lên. Hiện tượng này càng nghiêm trọng  vào những ngày nhiệt độ cao. Lựa chọn phương án xử lý Từ bảng phân tích ưu, nhược điểm của 2 phương án thì cả 2 phương án đều là những mô hình hợp lý để xử lý nước thải sinh hoạt. Tuy nhiên, hàm lượng N, P đầu vào của nguồn nước không cao và do quá trình hoạt động của bể SBR phức tạp cần đội ngũ vận hành có trình độ chuyên môn cao, cũng như có nhiều nhược điểm hơn nên em chọn phương án 1 làm cơ sở để thiết kế,tính toán. CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ THEO PHƯƠNG ÁN CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN Lưu lượng : Hệ thống xử lý nước thải hoạt động 24/24, vậy lượng nước thải đổ ra liên tục. Lưu lượng trung bình ngày: Qtbngđ=800(m3/ngàyđêm) Lưu lượng trung bình giờ: Qtbh=Qtbngđ24=80024=33.3(m3/h) Lưu lượng trung bình giây: Qtbs=Qtbh3,6=33,33,6=9.25(l/s) Bảng 4.1 Hệ số không điều hòa chung Hệ số không điều hòa chung K0 Lưu lượng nước thải trung bình qtb (l/s) 5 10 20 50 100 300 500 1000 ³ 5000 K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 (Nguồn: Điều 3.2 – TCXDVN 51:2008) Với lưu lượng 9.25 l/s, ta tính nội suy theo bảng 4.1. Kết quả là: Kmax = 2,1 Kmin = 0.46 Lưu lượng lớn nhất giờ: Qmaxh=Qtbh×Kmax=33.3×2,1=69.93(m3/h)=0,019(m3/s) Lưu lượng nhỏ nhất giờ: Qminh=Qtbh×Kmin=33.3×0,46=15.318(m3/h)=0,0043(m3/s) 4.2.2 Mức Độ Cần Thiết Xử Lý Mức độ cần thiết xử lý hàm lượng SS: SS=SSv-SSrSSv×100=280-100280= 0,64=64(%) Trong đó: SSv – Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu vào (mg/l); SSr – Hàm lượng chất rắn lở lửng trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước (mg/l); Mức độ cần thiết xử lý hàm lượng BOD: BOD=BOD5v-BOD5rBOD5v×100=350-50350=0,85=85 (%) Trong đó: BOD5v – Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào (mg/l); BOD5v – Hàm lượng BOD5 thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước (mg/l); Hiệu suất cần thiết xử lý nước thải Bảng 4.2 Hiệu suất cần thiết xử lý nước thải Công trình BOD SS Tổng Nitơ Song chắn rác Cvào (mg/l) 350 250 70 H (%) 4 4 0 Cra (mg/l) 336 240 70 Bể điều hòa Cvào (mg/l) 336 240 70 H (%) 5 0 0 Cra (mg/l) 319.2 240 70 Bể lắng I Cvào (mg/l) 319.2 240 70 H (%) 25 50 0 Cra (mg/l) 239.4 120 70 Bể Anoxic Cvào (mg/l) 239.4 120 70 H (%) 10 10 75 Cra (mg/l) 215.46 108 17.5 Bể Aerotank Cvào (mg/l) 215.46 108 17.5 H (%) 80 0 25 Cra (mg/l) 43 108 13 Bể lắng II Cvào (mg/l) 43 108 13 H (%) 0 70 0 Cra (mg/l) 43 32.4 13 Khử trùng Cvào (mg/l) 43 32.4 13 H (%) 0 0 0 Cống thoát 43 30,4 13 QCVN 14:2008/BTNMT, cột B 50 100 50 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Bể lắng I (bể lắng đứng) Nhiệm vụ Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải qua bể điều hòa. Ở đây các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy. Hàm lượng chất lơ lửng sau khi qua bể lắng đợt I cần đạt £ 150 mg/l. Tính toán Tính toán kích thước bể Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm tính theo công thức: f=QtbsVtt=0,009250,03=0.31m2 Trong đó: Qtbs – Lưu lượng tính toán trung bình giây, Q = 33.3 m3/h = 0,00925 m3/s; Vtt – Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30 mm/s = 0,03 m/s (Điều 7.60 – TCXDVN 51:1008). Chọn Vtt = 0,03 m/s; Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng tính theo công thức: F=Qtbsv=0,009250,0008=11.5625m2 Trong đó: v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (Điều 6.5.4 - TCXDVN 51:2006 ). Chọn v = 0,8 mm/s = 0,0008 m/s; Số bể lắng không ít hơn 2 và tất cả các bể phải làm việc đồng thời (Điều 7.51 – TCXDVN 51:2008). Chọn 2 bể lắng đứng. Diện tích mỗi bể trong mặt bằng sẽ là: F1=F+f2=11.56+0,312=5.94m2 Trong đó: n – Sổ bể lắng đứng. Đường kính của mỗi bể tính theo công thức: D=4×F1π=4×5.94π=2,75m Chọn đường kính bể D = 2,2m. Đường kính của ống trung tâm: d=4×f1π=4×0.155π=0,44m Trong đó: f1 – Diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể (m2); f1 = f : 2 = 0,31 : 2 = 0,155 m2 Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt=v×t=0,0005×2×3600=3,6m Trong đó: v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s. Chọn v = 0,0005 m/s; t – Thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5h. Chọn t = 2h. Chiều cao tính toán của vùng lắng H = 2,7 – 3,8m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008) Þ thỏa mãn điều kiện. Chiều cao phần nón của bể lắng đứng: hn=h2+h3=D-dn2×tanα=2,8-0,62×tan600=1,9m Trong đó: h2 – Chiều cao lớp nước trung hòa (m); h3 – Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể (m); D – Đường kính của bể lắng, D = 2,8m; dn – Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6m; a - Góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 500 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008), chọn a = 600; Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của vùng lắng và bằng 3,6m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008). Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao phần loe và bằng 1,35 lần đường kính ống trung tâm (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán các công trình thiết kế - Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân). dl=hl=1,35×d=1,35×0,44=0,6m Đường kính tấm chắn dòng lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008) dc=1,3×dl=1,3×0,6=0,78m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008). Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức: L=4×Qtbsvk×π×D+dn=4×0,009250,015×π×2,8+0,6=0,28m Trong đó: vk – Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008, vk £ 20 mm/s). Chọn vk = 15 mm/s = 0,015 m/s; Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng: H=htt+hn+hbv=3,6+1,9+0,3=5,8m Trong đó: htt – Chiều cao tính toán của vùng lắng, htt = 3,6m; hn – Chiều cao phần hình nón, hn = 1,9m; hbv – Chiều cao từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,3m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008); Tính toán máng thu nước Dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể để thu nước: thiết kế máng vòng đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngoài của máng là đường kính trong của bể. Đường kính máng thu nước: Dm=0,8×D=0,8×2,8=2.24m Bề rộng máng thu nước: Bm=D-Dm2=2,8-2.242=0,28m Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2m. Diện tích mặt cắt ngang của máng: Fm=Bm×hm=0,28×0,2=0,044m2 Chiều dài máng thu nước: Lm=π×Dm=π×2.24=7.03m Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng: a=QLm=8007.03=113.7m3m.ngày Đường kính ống thu nước: Dthu=4×Qπ×v=4×0,00925π×0,6=0,14m Trong đó: Q – Lưu lượng trung bình tính theo giây, Q = 0,00925 m3/s; v – Vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9 m/s). Chọn v = 0,6 m/s; Chọn đường kính ống thu nước Dthu = 0,14m. Tính toán máng răng cưa Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu Drc=Dm=2.24m Chiều dài máng răng cưa: Lrc=π×Drc=π×2.24=7.037m Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe. Bề rộng răng cưa: brc = 40mm. Bể rộng khe: bk = 200mm. Khe tạo góc a = 900 Chiều sâu khe = bk/2 = 200/2 = 100mm (Tính toán, thiết kế các công trình xử lý nước thải của Trịnh Xuân Lai). Chiều cao máng thu nước là 200mm, bề dày máng răng cưa là 5mm, máng được bắt dính với thành bể lắng. Tổng số khe: n=10×Lrc=10×7.037=55khe Lưu lượng nước qua 1 khe: qkhe=Qtbngđn=80070=11.4m3khe.ngđ Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn: a=QtbngđLrc=8007.037=113.7 m3m.ngày Ta có: qkhe=8×Cd×2×g×tanθ2×hng5215 Trong đó: Cd – Hệ số chảy tràn, chọn Cd = 0,6; q - Góc răng cưa (q = 900) Chiều sâu ngập nước của khe: hng=qkhe815×Cd×2×g×tanθ225=11.4815×0,6×2×9,81×tan450×3600×2425=0,06m Hiệu quả xử lý cặn lơ lửng và BOD5 sau khi qua bể lắng đứng đợt I còn lại là: SS = 114 mg/l; BOD5 = 164,16 mg/l. Kết quả cho thấy hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng đợt I đến công trình xử lý sinh học tiếp theo = 114 mg/l <150 mg/l. Giá trị này đã thỏa mãn yêu cấu quy định (Theo Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân). Bảng 4.1 Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng I (bể lắng đứng) STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lắng t h 2 2 Số đơn nguyên bể n bể 2 3 Diện tích mỗi bễ F1 m2 5940 4 Chiều cao vùng lắng htt mm 3600 5 Đường kính mỗi bễ D mm 2750 6 Đường kính ống trung tâm d mm 440 7 Chiều cao phần nón hn mm 1900 8 Chiều cao của bể H mm 5800 Bể Anoxic Nhiệm vụ Nước thải từ bể điều hòa và nước tuần hoàn sau bể sinh học hiếu khí Aerotank được bơm qua bể sinh học thiếu khí Anoxic theo hướng từ dưới lên. Bể sinh học này có nhiệm vụ khử Nitrogen. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng do tác động của dòng chảy và dạng dính bám trên vật liệu. Vi sinh thiếu khí phát triển sinh khối trên vật liệu Plastic có bề mặt riêng lớn và ở dạng lơ lửng. Nước thải sau khi qua bể Anoxic sẽ tự chảy sang bể sinh học hiếu khí Aerotank để tiếp tục được xử lý. Tính toán Tính toán kích thước bể Thông số thiết kế thời gian lưu nước t = 1,5– 2h (Metcalf and Eddy, 2003, Wastewater Engineering Treatment and Reuse). Chọn t = 1,5h. Thể tích của bể: W=Qtbh×t=33,3×1,5=49,95m3 Chọn chiều cao làm việc của bể: H = 4.5 m. Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5m. Chiều cao xây dựng của bể: Hxd=H+hbv=4+0,5=5,5m Diện tích mặt bằng bể: A=WH=49,954,5=11,1m2 Chọn chiều dài của bể: L = 5m Chọn chiều rộng của bể: B = 2m Kích thước của bể anoxic: L×B×H=5m×2.5m×5m Thể tích thực tế của bể anoxic: Wt=5×2,5×5=56,25 m3 Nước thải từ bể điều hòa, nước tuần hoàn từ bể sinh học hiếu khí và bùn tuần hoàn từ bể lắng 2 sẽ được phân phối đều trên diện tích đáy bể. Tính toán máy khuấy Chọn năng lượng khuấy: 5 kW/103m3 (3 – 10 kW/103m3) (Nguồn: theo Metcalf & Eddy, 2003, Wastewater Engineering Treatment and Reuse, Chương 9 mục 9.5: Activated Sludge with Fixed Film Packing, 952 trang). Công suất máy khuấy: N=W×5=49,95m3×5kW103m3=0,25KW= 0,335Hp Bảng 4.2 Tóm tắt các thông số thiết kế bể Anoxic STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lưu nước t h 1,5 2 Kích thước của bể Chiều dài L mm 5000 Chiều rộng B mm 2500 Chiều cao hữu ích H mm 4000 Chiều cao xây dựng Hxd mm 4500 3 Thể tích xây dựng của bể Wt m3 49,95 4 Công suất của máy khuấy N KW 0,25 Bể Aerotank Nhiệm vụ Bể xử lý sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính lơ lửng là công trình đơn vị quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống vì phần lớn những chất gây ô nhiễm trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng. Bể sinh học hiếu khí có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất hữu cơ hòa tan có khả năng phân hủy sinh học nhờ quá trình vi sinh vật lơ lửng hiếu khí. Nước thải sau khi qua bể Aerotank, hàm lượng BOD, SS giảm 80 – 90%. Nước thải sau khi oxy hóa các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa Amoni thành Nitrate sẽ được tuần hoàn về bể Anoxic để khử Nitrogen. Tính toán Lượng BOD5 trong nước thải đầu vào = lượng BOD5 đầu ra của bể Anoxic: S0 = 196 mg/l. Hàm lượng SS trong nước thải đầu vào = lượng SS đầu ra của bể Anoxic: SSvào = 100,8 mg/l. Lưu lượng nước thải trung bình trong ngày đêm: Qtb = 800 m3/ngày; Hàm lượng BOD5 trong nước thải dẫn vào bể Aerorank So = 350 mg/l; Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải dẫn vào bể Aerotank C = 280 mg/l; Hàm lượng BOD5 trong nước thải cần đạt sau xử lý chọn S = 30 mg/l; Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải cần đạt sau xử lý chọn Cs = 30 mg/l. Nhiệt độ: t = 250C Cặn hữu cơ: a = 80% Độ tro của cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể lắng II: z = 0,2 trong đó có 80% cặn bay hơi (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào của bể: X0 = 0 mg/l. Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính MLVSS, X = 2500 – 4000 mg/l. Chọn X = 2500 mg/l. Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng II cũng là nồng độ cặn tuần hoàn. XT = 8000 mg/l. Thời gian lưu bùn trung bình: qc = 5 – 15 ngày. Chọn qc = 10 ngày. Hệ số phân hủy nội bào: Kd = 0,02 – 0,1 ngày-1. Chọn Kd = 0,06 ngày-1 Tỉ lệ BOD5 : BOD20 = 0,68 Các thành phần hữu cơ khác như Nitơ, Phospho có tỷ lệ phù hợp để xử lý sinh học (BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1) (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra: Giả sử rằng chất rắn lơ lửng trong nước thải đầu ra là chất rắn sinh học (bùn hoạt tính), trong đó có 80% là chất dễ bay hơi và 60% là chất có thể phân hủy sinh học. Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan trong nước đầu ra + BOD5 của cặn lơ lửng đầu ra. Hàm lượng cặn sinh học có khả năng phân hủy sinh học ở nước thải đầu ra: 60%×30mgl=18mgl 1 mg SS khi bị oxy hóa hoàn toàn tiêu tốn 1,42 mg O2. BOD hoàn toàn của cặn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra: 18mgl×1,42mg O2 tiêu thụmg tế bào bị oxy hóa=25,56mgl BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra: 25,56mgl×0,68=17,38mgl BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra: S=30mgl-17,38=12,62mgl Xác định hiệu quả xử lý: Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: E=S0-SS0=196-12,62196=0,9356=93,56% Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng: E=S0-SraS0=196-30196=0,847=85% Tính toán kích thước bể Aerotank: W=Qtbngđ×θc×Y×S0-SX×1+Kd×θc Trong đó: Qtbngđ – Lưu lượng trung bình ngày, Qtbngđ = 800 m3/ngđ; qc – Thời gian lưu bùn, qc = 5 – 15 ngày. Chọn qc = 10 ngày; Y – Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD5. Chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5; S0 – Lượng BOD5 của nước thải dẫn vào bể Aerotank, S0 = 196 mg/l; S – Lượng BOD5 hòa tan của nước thải đầu ra, S = 12,62 mg/l; X – Nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính MLVSS. Đối với nước thải sinh hoạt có thể lấy X = 2500 mg/l; Kd – Hệ số phân hủy nội bào. Đối với nước thải sinh hoạt, Kd = 0,06 ngày-1; Vậy thể tích bể là: W=800×10×0,6×196 -12.622500×1+0,06×10=220,056m3 Thời gian lưu nước của bể Aerotank: θ=WQ=220,05633,3=6,6h=0,28 ngày Bảng 4.3 Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn Thông số Đơn vị Giá trị Chiều cao hữu ích m 3,0 – 4,6 Chiều cao bảo vệ m 0,3 – 0,6 Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí m 0,45 – 0,75 Tỉ số rộng : sâu (B : H) 1,0:1 – 2,2:1 (Nguồn: Trang 433 – Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng) Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 4m Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5m Vậy chiều cao xây dựng của bể: Hxd=H+hbv=4,5+0,5=5m Chọn tỉ số B : H = 1 : 1, vậy chiều rộng của bể là: B =4,5 m, H = 4,5 m. Chiều dài của bể: L=WB×H=220,0564,5×4,5=10,8 m Vậy kích thước của bể Aerotank: L×B×H=10,8 m×4,5 m×5m Thể tích thực tế của bể Aerotank: Wt=6,9×8×4,5=243m3 Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày Hệ số sản lượng quan sát tính theo công thức sau: Yobs=Y1+Kd×θc=0,61+0,06×10=0,375 Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: PX=Yobs×Qtbngđ×S0-S103=0,375×800×196 -12,62103=55,014 kgngày Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS: PXSS=Px1-z=55,0141-0,2=68,8kgngày Lượng bùn dư thải ra mỗi ngày: Pxả=PXSS-Pra=68,8-24=44,8 kgngày Với Pra=Qtbngđ×SSra×10-3=800×30×10-3=24kgngày Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý: Mdư = 44,8×0,8 = 35,84 kgVSS/ngày Tính toán lưu lượng bùn thải Giả sử bùn dư được xả bỏ (dẫn đến bể phân hủy bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS). Khi đó, lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính toán xuất phát từ công thức: θc=W×XX×Qb+Qra×Xra Trong đó: Qra – Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng đợt II, Qra = Q = 800 m3/ngđ; Qb – Lưu lượng bùn thải (m3/ngđ); Xra – Nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra =30 x 0,8 = 24 mg/l; Vậy lưu lượng bùn thải là: Qb=W×X-Qra×Xra×θcX×θc=220,056×2500-800×24×102500×10=14,3256m3ngđ Tính toán hệ số tuần hoàn bùn Bể lắng Q, X0 Q + Qt, X Qra, Xra Aerotank Qb, Xt Qt, Xt Phương pháp cân bằng vật chất cho bể Aerotank: Q+Qt×X=Q×X0+Qt×Xt Trong đó: Q – Lưu lượng nước thải của bể, Q = 800 m3/ngđ; Qt – Lưu lượng bùn tuần hoàn hoạt tính (m3/ngđ); Xt – Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000 mg/l; X0 – Nồng độ VSS trong nước thài dẫn vào bể Aerotank (mg/l); X – Nồng độ VSS trong bể Aerotank, X = 2500 mg/l; Giá trị X0 thường rất nhỏ so với X và Xt, do đó phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng QX0. Khi đó, phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng: Q+Qt×X=Qt×Xt1 Chia 2 vế phương trình (1) cho Q và đặt tỉ số Qt/Q = a (a được gọi là hệ số tuần hoàn), ta được: X+α×X=α×Xt Hay α=XX-Xt=25002500-8000=0,45 Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn: Qt=Qtbngđ×α=800×0,45=360m3ngđ=15m3h Kiểm tra tải trọng thể tích và tỉ số F/M Tỉ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M được tính theo công thức sau: FM=S0θ×X=1960,2×2500=0,28ngày-1 Tỉ số F/M nằm trong khoảng giới hạn cho phép đối với bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6 ngày-1. Tải trọng thể tích được tính theo công thức sau: LBOD=Qtbngđ×S0W×10-3=800×196220,056×10-3=0,71kgBOD5m3.ngày Tải trọng thể tích LBOD nằm trong giới hạn cho phép, LBOD = 0,7 – 1,9 kgBOD5/m3.ngày (Theo tài liệu thoát nước của PGS.TS Hoàng Văn Huệ). Xác định lượng khí cấp cho bể Aerotank Lượng BOD20 cần xử lý mỗi ngày: G=Qtbngđ×S0-S0,68×10-3=800×196-12,620,68×10-3=215,7kgngày Trong đó: 0,68 – Hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20 , BOD5 = 0,68BOD20; Lượng oxy cần thiết được tính theo công thức: Moxy=G-1,42×PX=215,7-1,42×55,014=137,58kgngày Trong đó: 1,42 – Hệ số chuyển đổi Giả sử rằng không khí chứa 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng của không khí ở 200C là 0,0118 kN/m3 = 1,18 kg/m3. Hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là E = 9%, hệ số an toàn f = 2 để tính công suất thiết kế thực tế của máy thổi khí. Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình: Mkk=MO223,2%×1,18=137,580,232×1,18=502 m3/ngày Lưu lượng khí cần thiết cho máy thổi khí: Qkk=MkkE×f=5020,09×2=11168 m3/ngày=465m3/h=0,13m3/s Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định theo công thức: Hct=hd+hc+hf+H Trong đó: hd – Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m); hc – Tổn thất cục bộ (m); hf – Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). hf £ 0,5m. Chọn hf = 0,5m; Tổng hd + hc £ 0,4m, chọn hd + hc = 0,4m. Vậy áp lực cần thiết là: Hct=0,4+0,5+4=4,9m Áp lực không khí sẽ là: P=10,33+Hct10,33=10,33+4,910,33=1,474atm Công suất máy thổi khí được tính theo công thức: Nkhí=34400×P0,29-1×Qkk102×η=34400×1,4740,29-1×0,13102×0,8=6,5 KW Trong đó: Qkk – Lưu lượng không khí, Qkk = 0,13 m3/s; η – Hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,8; Tính toán thiết bị phân phối khí Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa xốp, đường kính D = 170mm, cường độ thổi khí bằng 200 l/phút = 3,33 l/s. Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều cao hữu ích của bể H = 4m (đặt sát đáy bể). Diện tích bề mặt đĩa: F=π×D24=π×0,1724=0,023m2 Số đĩa phân phối trong bể là: n=Qkk3,33=0,13×1033,33=39 Chọn số đĩa phân phối trong bể là 42 đĩa. Tính toán đường ống phân phối khí Tính đường ống dẫn khí chính Lưu lượng khí trong ống chính: Qkk=468m3/h=0,13m3/s Vận tốc khí đi trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 15 – 20 m/s. Chọn vkhí = 15 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính: Dc=4×Qkkπ×vkhí=4×0,13π×15=0,11m Chọn ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm có D = 110 mm. Kiểm tra lại vận tốc: vkhí=4×Qkkπ×Dc2=4×0,13π×0,1052=13,7 m/s Þ vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s) (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Tính đường ống dẫn khí nhánh Với diện tích dáy bể là 12,6 x 8m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20cm. Chọn số ống nhánh dẫn khí là Nnh = 6. Số lượng đĩa trên 1 nhánh: Nđĩa=406=6,6 Vậy số lượng đĩa trên 1 nhánh là 7 đĩa. Mỗi ống cách nhau 1,6m. Mỗi đĩa cách nhau 0,65m. Trụ đỡ đặt giữa 2 đĩa kế tiếp nhau trên 1 nhánh ống, kích thước trụ đỡ: B x L x H = 0,2m x 0,2m x 0,2m. Lưu lượng khí qua mỗi ống nhánh: qkkn=QkkNnh=0,136=0,02m3/s Chọn vận tốc khí trong ống nhánh là vkhí = 15 m/s Đường kính ống dẫn khí nhánh: Dn=4×qkknπ×vkhí=4×0,02π×15=0,0412m Chọn ống dẫn khí nhánh là ống thép mạ kẽm có D = 42mm. Kiểm tra lại vận tốc: vkhí=4×qkknπ×Dn2=4×0,02π×0,04122=15m/s Þ vkhí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s) (Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai). Tính toán đường ống dẫn nước thải Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 1,5 m/s (v = 1 – 2 m/s) Lưu lượng nước thải: Q=800m3/ngđ=0,00925m3/s Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qt=360m3/ngđ=0,00417m3/s Lưu lượng nước thải ra khỏi bể Aerotank hay vào bể lắng: Qv=Q+Qt=800+360=1160m3/ngđ=48,3m3/h=0,0134m3/s Đường kính ống dẫn nước thải: Dv=4×Qvπ×v=4×0,0134π×1,5=0,1m Chọn ống dẫn nước thải là ống PVC, có D = 100 mm. Tính toán đường ống dẫn bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qt=360m3/ngđ=0,00417m3/s Chọn vận tốc bùn trong ống: v = 0,7 m/s ( v = 0,3 – 0,7 m/s) Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn: Dt=4×Qtπ×v=4×0,00417π×0,7=0,087m Chọn ống dẫn bùn tuần hoàn là ống PVC, có D = 90 mm. Bảng 4.4 Tóm tắt các thông số thiết kế bể Aerotank STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lưu nước q H 6,6 2 Kích thước của bể Chiều dài L mm 10800 Chiều rộng B mm 4500 Chiều cao hữu ích H mm 4500 Chiều cao xây dựng Hxd mm 5000 3 Thể tích xây dựng của bể Wt m3 243 4 Số đĩa phân phối trong bể N đĩa 40 5 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 110 6 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 42 7 Đường kính ống dẫn nước thải Dv mm 100 8 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn Dt mm 90 9 Công suất của máy thổi khí Nkhí KW 6,5 Bể lắng II (bể lắng đứng) Nhiệm vụ Bùn sinh ra từ bể Aerotank và các chất lơ lửng sẽ được lắng ở bể lắng bùn II. Bùn hoạt tính sẽ được tuần hoàn trở lại bể Aerotank. Tính toán Tính toán kích thước bể Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm tính theo công thức: f=QVtt=0,01340,03=0,45m2 Trong đó: Q – Lưu lượng nước vào bể lắng II (m3/s); Q=Qtbs+Qt=800+360=1160m3/ngđ=0,0134m3/s Qt – Lưu lượng bùn tuần hoàn (m3/s); Vtt – Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30 mm/s = 0,03 m/s (Điều 7.60 – TCXDVN 51:1008). Chọn Vtt = 0,03 m/s; Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng tính theo công thức: F=Qv=0,001340,0008=16.75m2 Trong đó: v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (Điều 6.5.4 - TCXDVN 51:2006 ). Chọn v = 0,8 mm/s = 0,0008 m/s; Số bể lắng không ít hơn 2 và tất cả các bể phải làm việc đồng thời (Điều 7.51 – TCXDVN 51:2008). Chọn 2 bể lắng đứng. Diện tích mỗi bể trong mặt bằng sẽ là: F1=F+f2=16.75+0,452=8.6m2 Trong đó: n – Sổ bể lắng đứng. Đường kính của mỗi bể tính theo công thức: D=4×F1π=4×8.6π=3,3m Chọn đường kính bể D = 3,3m. Đường kính của ống trung tâm: d=4×f1π=4×0,225π=0,535m Trong đó: f1 – Diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể (m2); f1 = f : 2 = 0,45 : 2 = 0,225 m2 Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng: htt=v×t=0,0005×2×3600=3,6m Trong đó: v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s. Chọn v = 0,0005 m/s; t – Thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5h. Chọn t = 2h. Chiều cao tính toán của vùng lắng H = 2,7 – 3,8m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008) Þ thỏa mãn điều kiện. Chiều cao phần nón của bể lắng đứng: hn=h2+h3=D-dn2×tanα=3.3-0,62×tan600=2,34m Trong đó: h2 – Chiều cao lớp nước trung hòa (m); h3 – Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể (m); D – Đường kính của bể lắng, D = 3,3m; dn – Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6m; a - Góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 500 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008), chọn a = 600; Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của vùng lắng và bằng 3,6m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008). Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao phần loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán các công trình thiết kế - Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân). dl=hl=1,35×d=1,35×0,535=0,72m Đường kính tấm chắn dòng lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008) dc=1,3×dl=1,3×0,72=0,94m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170 (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008). Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức: L=4×Qvk×π×D+dn=4×0,01340,015×π×3,3+0,6=0,29m Trong đó: vk – Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008, vk £ 20 mm/s). Chọn vk = 15 mm/s = 0,015 m/s; Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng: H=htt+hn+hbv=3,6+2,34+0,3=6.24m Trong đó: htt – Chiều cao tính toán của vùng lắng, htt = 3,6m; hn – Chiều cao phần hình nón, hn = 2,34m; hbv – Chiều cao từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,3m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008); Tính toán máng thu nước Dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể để thu nước: thiết kế máng vòng đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngoài của máng là đường kính trong của bể. Đường kính máng thu nước: Dm=0,8×D=0,8×3,3=2,64m Bề rộng máng thu nước: Bm=D-Dm2=3,3-2,642=0,33m Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2m. Diện tích mặt cắt ngang của máng: Fm=Bm×hm=0,33×0,2=0,066m2 Chiều dài máng thu nước: Lm=π×Dm=π×2,64=8,3m Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng: a=QLm=11608,3=139,76m3m.ngày Đường kính ống thu nước: Dthu=4×Qπ×v=4×0,0134π×0,6=0,169m Trong đó: Q – Lưu lượng nước thải vào bể lắng II, Q = 0,0084 m3/s; v – Vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9 m/s). Chọn v = 0,6 m/s; Chọn đường kính ống thu nước Dthu = 170mm. Tính toán máng răng cưa Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu Drc=Dm=2,64m Chiều dài máng răng cưa: Lrc=π×Drc=π×2,64=8,3m Chọn chiều dài máng răng cưa Lrc = 6,8m. Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe. Bề rộng răng cưa: brc = 40mm. Bể rộng khe: bk = 100mm. Khe tạo góc a = 900 Chiều sâu khe = bk/2 = 100/2 = 50mm (Tính toán, thiết kế các công trình xử lý nước thải của Trịnh Xuân Lai). Chiều cao máng thu nước là 200mm, bề dày máng răng cưa là 5mm, máng được bắt dính với thành bể lắng. Tổng số khe: n=10×Lrc=83khe Lưu lượng nước qua 1 khe: qkhe=Qtbngđn=116083=14m3khe.ngđ Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn: a=QtbngđLrc=11608.3=139.6m3m.ngày Tính toán đường ống dẫn nước thải, đường ống dẫn bùn Tính đường ống dẫn nước thải Đường kính ống dẫn nước thải vào lấy bằng đường kính ống dẫn nước ra từ bể Aerotank Dv = 100mm. Chọn vận tốc nước thải trong ống là v = 1,5 m/s ( v= 1 – 2 m/s) Lưu lượng nước thải: Qtbngđ=1160m3/ngđ=0,0134m3/s Đường kính ống dẫn nước thải ra: Dr=4×Qtbngđπ×v=4×0,0134π×1,5=0,10665m Chọn ống dẫn nước thải ra là ống PVC, có D = 110mm. Tính đường ống dẫn bùn Chọn vận tốc bùn chảy trong ống là v = 0,7 m/s (v = 0,3 – 0,7 m/s) Lưu lượng bùn: Qb=Qt+Qw Trong đó: Qt – Lưu lượng bùn tuần hoàn hoạt tính về bể Aerotank, Qt = 225 m3/ngđ; Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn là 0,8% và khối lượng riêng là 1,008 kg/l. Vậy lưu lượng bùn dư cần xử lý là: Qw=Pxả0,008×1,008=44.80,008×1,008=5556lngđ=5.556m3ngđ Vậy lưu lượng bùn là: Qb=360+5.556=365.556m3ngđ=15.2315m3h=0,00423m3s Đường kính ống dẫn bùn: Db=4×Qbπ×v=4×15.2315π×0,7×3600 =0,088m Chọn ống dẫn bùn là ống PVC, có D = 90mm. Tính toán bơm bùn tuần hoàn Lưu lượng bơm: Qt=360m3/ngđ=15m3/h Cột áp của bơm: H = 10m Công suất của bơm: N=Qt×ρ×g×H1000×η=15×1020×9,81×101000×0,8×3600=0,52KW=0,7Hp Trong đó: η – Hiệu suất chung của bơm, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,8; ρ – Khối lượng riêng của bùn, ρ = 1020 kg/m3; Chọn 01 máy bơm bùn Model CWT65 – 1,5KW/50Hz/3P của hãng Shinmaywa – Nhật Bản. Tính toán bơm bùn dư về bể chứa bùn Lưu lượng bơm: Qb=365.556m3ngđ=15.2315m3h Công suất của bơm: N=Q×ρ×g×H1000×η=15.2315×1020×9,81×101000×0,8×3600=0,53KW=0,7Hp Chọn 01 máy bơm bùn Model CWT65 – 1,5KW/50Hz/3P của hãng Shinmaywa – Nhật Bản. Bảng 4.5 Tóm tắt các thông số thiết kế bể lắng II ( bể lắng đứng) STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian lắng t h 2 2 Số đơn nguyên bể n bể 2 3 Diện tích mỗi bễ F1 m2 8.6 4 Chiều cao vùng lắng htt mm 3600 5 Đường kính mỗi bễ D mm 3300 6 Đường kính ống trung tâm d mm 535 7 Chiều cao phần nón hn mm 2340 8 Chiều cao của bể H mm 6240 9 Đường kính ống dẫn nước thải vào Dv mm 100 10 Đường kính ống dẫn nước thải ra Dr mm 110 11 Đường kính ống dẫn bùn Db mm 90 12 Công suất của bơm tuần hoàn bùn N KW 0,52 13 Công suất bơm bùn dư N KW 0,53 14 Tổng số khe của máng răng cưa n khe 83 Bể tiếp xúc khử trùng Nhiệm vụ Sau các giai đoạn xử lý cơ học, sinh học, song song với việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn quy định thì số lượng vi khuẩn cũng giảm đáng kể đến 90 – 95%. Tuy nhiên, lượng vi khuẩn này vẫn còn cao và theo nguyên tắc bảo vệ nguồn nước là cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải. Bảng 4.6 So sánh hiệu quả khử trùng của các phương pháp Phương pháp Hiệu quả(%) Lọc thô 0 – 5 Lọc tinh 10 – 20 Bể lắng cát 10 – 25 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25 – 75 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40 – 80 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 90 – 95 Bề bùn hoạt tính 90 – 98 Chlorine hóa nước thải sau xử lý 98 – 99 (Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991) Để thực hiện khử trùng nước thải có thể sử dụng các biện pháp như Chlor hóa, ozon hóa, khử trùng bằng tia hồng ngoại UV. Ở đây chỉ đề cập đến phương pháp khử trùng bằng Chlor hóa, vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả chấp nhận được. Bể tiếp xúc được thiết kế với dòng chảy zic zăc qua từng ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa Chlor và nước thải. Tính toán Giả sử hiệu quả khử trùng sau các công trình xử lý trên là 90%. Lượng Coliform còn lại sau quá trình xử lý sinh học (sau bể bùn hoạt tính): N0=1-E100×Nt Trong đó: N0 – Số Coliform còn lại sau bể bùn hoạt tính (N0/100ml); E – Hiệu quả khử trùng của quá trình xử lý sinh học (%); Ni – Số Coliform trong nước thải đầu vào (N0/100ml); Ni = 49x104 MPN/100ml; Vậy lượng Coliform bằng: N0=1-90100×38×106=3800000MPN/100ml Tính lượng Chlorine cần châm vào Theo QCVN 14:2008/BTNMT, cột B thì số vi khuẩn yêu cầu còn lại sau khi qua bể tiếp xúc Nt = 5000 MPN/100ml. Chọn thời gian tiếp xúc t = 30 phút (Điều 7.200 - TCXDVN 51:2008) Liều lượng Chlorine cho vào có thể tính toán theo công thức sau: NtN0=1+0,23×Ct×t-3 Trong đó: Nt – Số vi khuẩn Coliform sau thời gian tiếp xúc t; N0 – Số vi khuẩn Coliform vào bể tiếp xúc Ct – Lượng Chlorine dư yêu cầu (mg/l); t – Thời gian tiếp xúc (phút); Phương trình trên có thể viết lại như sau: Ct×t=10,23×NtN0-13-1=10,23×50003800000-13-1=35,3 Vậy Ct = 1,21 (mg Chlorine/l) Bảng 4.7 Liều lượng Chlorine cho khử trùng Nước thải Liều lượng (mg/l) Nước thải sinh hoạt đã lắng sơ bộ 5 – 10 Nước thải kết tủa bằng hóa chất 3 – 10 Nước thải sau xử lý bể lọc sinh học 3 – 10 Nước thải sau xử lý bùn hoạt tính 2 – 8 Nước thải sau lọc cát 1 – 5 (Nguồn: Trang 471 – Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân). Dựa vào bảng 4.12, do một lượng Chlorine bị mất đi do oxy hóa các chất khử như chất hữu cơ còn lại trong nước thải, vì vậy lượng Chlorine cho vào có thể lấy C = 5 mg/l. Tính toán kích thước bể Thể tích bể tiếp xúc: W=Q×t=33,360×30=16,65m3 Trong đó: Q – Lưu lượng nước thải đưa vào bể tiếp xúc (m3/h); T – Thời gian tiếp xúc, t = 30 phút; Chọn chiều sâu lớp nước trong bể H = 2,5m. Diện tích mặt thoáng của bể tiếp xúc sẽ là: F=WH=16,652,5=6,66 m2 Chiều cao xây dựng của bể: Hxd=H+hbv=2,5+0,5=3m Chọn diện tích mặt thoáng của bể : F = 7 m2. Chọn bể tiếp xúc gồm 2 ngăn, diện tích mỗi ngăn: f=F2=72=3,5 m2 Chọn chiều rộng của bể khử trùng là B = 2 m. Vậy chiều dài của bể là: L=WH×B=16,653×2=2,775m Chọn chiều dài L = 3,0m. Thể tích thực tế của bể tiếp xúc: Wt=L×B×H=3,0×2m×3m=18m3 Tính toán đường ống dẫn nước thải Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống là v = 1,2 m/s. Đường kính ống dẫn nước thải: D=4×Qπ×v=4×800π×1,2×86400=0,1m Chọn ống dẫn nước thải vào và ra của bể khử trùng là ống PVC, có D = 100mm. Tính hóa chất khử trùng Lưu lượng thiết kế : Q = 800 m3/ngđ Lượng Chlorine cho vào, ta tính được là Ct = 1,21 (mg Chlorine/l). Do một lượng Chlorine bị mất đi trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ, cho nên ta chọn liều lượng Chlornie cho vào bể là 5 mg/l. Lượng Chlorine tiêu thụ trong 1 ngày: M=Q×C=800×10-3×5=4kgngày Bảng 4.8 Tóm tắt các thông số thiết kế bể tiếp xúc khử trùng STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Thời gian tiếp xúc t phút 30 2 Kích thước của bể Chiều dài L mm 2775 Chiều rộng B mm 2000 Chiều cao công tác H mm 2500 Chiều cao xây dựng Hxd mm 3000 3 Số ngăn của bể ngăn 2 4 Đường ống dẫn nước thải D mm 100 5 Thể tích xây dựng của bể Wt m3 18 6 Lượng Chlorine tiêu thụ trong 1 ngày M kg/ngày 4 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa, song song với nó là tốc độ đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gâp áp lực ngày càng nặng nề đối với môi trường tài nguyên nước. Theo đánh giá của các cơ quan chuyên môn, tại các thành phố lớn hiện nay nước thải sinh hoạt cũng không được xử lý, độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép, các thông số chất lơ lửng (SS), BOD, COD, Oxy hòa tan (DO) đều vượt từ 5 – 10 lần, thậm chí vượt quá 20 lần tiêu chuẩn cho phép. Đồng Nai với sự phát triển kinh tế và gia tăng về dân số đã hình thành nhanh chóng các khu đô thị, khu dân cư và khu nhà ở phát triển theo cả bề rộng lẫn chiều cao. Chính vì vậy vấn đề đáng quan tâm hiện nay là nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đó được xử lý và giải quyết như thế nào để không gây ô nhiễm cho nguồn nước khi thải ra ngoài môi trường. Do đó, trong đồ án này, việc xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư Xuân Bắc huyện Xuân Lộc tỉnh Đồng Nai đã đáp ứng được yêu cầu về môi trường, đảm bảo yêu cầu xả thải ra môi trường. Hơn nữa, quy trình công nghệ đề xuất thực hiện là quy trình phổ biến, không quá phức tạp về mặt kỹ thuật. Quy trình này hoàn toàn có thể đảm bảo việc xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn yêu cầu, đồng thời còn có khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai. Chính vì vậy việc xây dựng trạm xử lý nước thải cho khu dân cư Xuân Bắc huyện Xuân Lộc tỉnh Đồng Nai nếu có sự cân bằng giữa các yếu tố môi trường, kinh tế, kỹ thuật thì hệ thống rất khả thi và có thể áp dụng vào thực tế. KIẾN NGHỊ Do thời gian thực hiện đồ án có hạn nên các thông số tính toán dựa trên cơ sở tài liệu tham khảo là chính. Nếu có điều kiện cần nghiên cứu các thông số động học, chạy thử mô hình để hiệu quả xử lý tối ưu. Đề nghị khi xây dựng hệ thống thoát nước, ban quản lý cần: Trong quá trình thực hiện cần đầu tư nghiên cứu kỹ hơn các điều kiện sẵn có tại địa bàn để có thể đưa ra hướng giải quyết tối ưu. Trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải, cần theo dõi chất lượng nước đầu ra thường xuyên. Trong quá trình hoạt động phải có biện pháp khắc phục thấp nhất các sự cố để tăng hiệu quả cho hệ thống. Tăng cường diện tích cây xanh cho khuôn viên trạm xử lý nước thải. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình, NXB ĐHQG, 2006 [2] Trịnh Xuân Lai, Tính toán – thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng, 2011 [3] Trần Đức Hạ, Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006 [4] TCVN 7957-2008 Thoát nước – Mạng lưới và công trình bên ngoài – Tiêu chuẩn thiết kế [5] QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt [6] Lê Hoàng Nghiêm xử lý nước thải [7] TCXDVN 51-2008 - Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế