Luận văn Thiết kế công nghệ nhà máy xử lý nước thải thành phố Quy Nhơn

hí nên cũng hạn chế được các công trình thiết bị nén cấp khí, và được lợi về diện tích mặt bằng xây dựng công trình. Do vậy, ta lựa chọn công nghệ bể lọc sinh cao tải để xử lý nước thải thành phố Quy Nhơn. Nồng độ chất bẩn trong nước thải và yêu cầu xử lý được xác định theo bảng như sau: Các chất ô nhiễm Giá trị (mg/l) Yêu cầu xử lý theo cột B QCVN 14 - 2008 pH 6,9 – 7,3 5 – 9 Chất lơ lửng (SS) 450 100 COD 335 BOD5 (20°C) 216 50 Nitơ amon (N-NH4) 32 10 Phốtpho (PO43-) 1,7.103/160 = 11 10 Chất hoạt động bề mặt 2,5.103/160 = 15,6 10 Coliform MPN/100ml 2,3.105 5000 Bảng 19. Nồng độ chất bẩn trong nước thải Máy lọc rác tinh Song chắn rác Máy thổi khí Ngăn tiếp nhận Bể lắng cát Bể điều hòa Nước thải Bể lọc sinh học cao tải Bể lắng thứ cấp Bể khử trùng C.Polyme Bùn thải Bể nén bùn Máy ép bùn Bể lắng sơ cấp Nguồn tiếp nhận (QC 14 – 2008) Bùn lắng Hình 12. Sơ đồ công nghệ nhà máy xử lý nước thải. Chương 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY XỬ LÝ NƯỚC THẢI THÀNH PHỐ QUY NHƠN 3.1. Xác định các thông số tính toán thiết kế : Lựa chọn thủy vực để xả nước sau xử lý của nhà máy xử lý nước thải là Hồ Phú Hòa, Do vậy, nhà máy được đặt nằm gần Hồ Phú Hòa và sẽ tiếp nhận xử lý nước thải sinh hoạt của các hộ gia đình và nước thải sản xuất của những cơ sở công nghiệp xả nước vào thủy vực này. Nội dung xác định các thông số tính toán cho trạm xử lý nước thải gồm : Lưu lượng tính toán : Nồng độ chất bẩn tính toán : Mức độ cần thiết xử lý nước thải : Lưu lượng nước thải sinh hoạt : Dựa vào dân số dự kiến đến năm 2020 của 8 phường dân cư tại thành phố Quy Nhơn (bao gồm Bùi Thị Xuân, Nguyễn Văn Cừ, Ghềnh Ráng, Ngô Mây, Quang Trung, Trần Quang Diệu, Nhơn Bình, Nhơn Phú) xả nước thải vào hệ thống cống dẫn về hồ Phú Hòa là 152.792 người và tiêu chuẩn thải nước định hướng đến năm 2020 là 160l/ng.ngày, 0,8 là hệ số các hộ gia đình sẽ đấu nối vào hệ thống thoát nước của thành phố, ta có thể tính toán được lưu lượng nước thải trung bình: Qtb = 0.8152.792160 10-3 = 19557,5 ≈ 19600 (m3/ngày) Lưu lượng trung bình giờ : Qtb.h = 816,67 (m3/h) Lưu lượng trung bình giây : Qtb.s = 226,85 (l/s) Lưu lượng lớn nhất ngày đêm : Qmax.ngđ = 33614,24 (m3/ngày) Lưu lượng giờ lớn nhất : Qmax.h = Qtb.h K = 816,67 1,3= 1061,67 (m3/h) Trong đó : K - Hệ số không điều hòa. Lưu lượng giờ nhỏ nhất : Qmin.h = Qtb.h0,7 = 816,670,7 = 571,67 (m3/h) Lưu lượng nước thải công nghiệp : Nhà máy xử lý nước thải xả nước vào lưu vực hồ Phú Hòa do vậy có thể thu gom nước thải công nghiệp của các khu trung tâm công nghiệp trong khu vực bao gồm khu trung tâm công nghiệp Phường Quang Trung (lưu lượng 1260 m3/ngàyđêm) và các cơ sở công nghiệp phân tán (260 m3/ngàyđêm xả nước thải vào hệ thống thoát nước chung). Nước thải công nghiệp sau khi xử lý cục bộ đạt loại C theo TCVN được dẫn đến trạm xử lý tập trung có hệ số không điều hòa ngày đêm K = 1 với tổng lưu lượng nước thải cong nghiệp là : Qcn = 1520( m3/ngàyđêm) = 63,3 (m3/h) Lưu lượng tổng cộng của nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp : Qtc = Qsh + Qcn = 19600 + 1520 = 21120 ≈ 21200 (m3/ngàyđêm) Lưu lượng giờ lớn nhất : Qmax.h = 1061,67 + 63,3 = 1125 (m3/h) Lưu lượng giờ nhỏ nhất : Qmin.h = 571,67 + 63,3 = 635 (m3/h) Lưu lượng nước thải vào mùa mưa : Qmưa = =1766,7 (m3/h) = 0,49 (m3/s) Với hệ số pha loãng k = 2. 3.2. Tính toán ngăn tiếp nhận:[3] Theo kinh nghiệm của một số nước, dựa vào các kết quả thực nghiệm có cơ sở khoa học và kinh nghiệm vận hành ở các trạm xử lý, có thể lựa chọn kích thước ngăn tiếp nhận phụ thuộc vào lưu lượng Q của trạm xử lý theo Bảng 20 Bảng 20. Kích thước của ngăn tiếp nhận nước thải L.lượng Q (m3/h) Đ.kính ống 1 ống 2 ống A B H H1 h h1 b 100-200 250 150 1500 1000 1300 1000 400 400 250 250 300 200 1500 1000 1300 1000 400 500 354 400-650 400 250 1500 1000 1300 1000 400 650 500 1000-1400 600 300 2000 2300 2000 1600 750 750 600 1600-2000 700 400 2000 2300 2000 1600 750 900 800 2300-2800 800 500 2400 2300 2000 1600 750 900 800 3000-3600 900 600 2800 2500 2000 1600 750 900 800 3800-4200 1000 800 3000 2500 2300 1800 800 1000 900 Hình 13. Sơ đồ cấu tạo của ngăn tiếp nhận Dựa vào lưu lượng tính toán đã được xác định Qmax.h = 1125 m3/h và các số liệu lưu lượng, chọn 2 ngăn tiếp nhận với các thông số mỗi ngăn như sau : Đường kính ống dẫn nước thải đến mỗi ngăn tiếp nhận : 2 ống với đường kính mỗi ống d : 300 mm Chiều rộng A : 2000 mm Chiều dài B : 2300 mm Chiều cao H : 2000 mm Độ đầy của nước trong ngăn tiếp nhận H1 : 1600 mm Chiều cao từ đáy ngăn tiếp nhận đến đáy mương dẫn h : 750 mm Chiều cao mực nước thải trong mương dẫn h1 : 750 mm Bề rộng của mương dẫn b : 600 mm Bán kính thủy lực của mương dẫn hình chữ nhật có chiều rộng b, độ đầy h : == = = 0,2143 (m) Trong đó : ω là diện tích mặt cắt ướt, m² χ là chu vi ướt, m R là bán kính thủy lực, m Vận tốc dòng chảy trong mương dẫn : vmin = = 0,4 (m/s) vmax = =0,7 (m/s) Để tính toán thuỷ lực ta sử dụng các công thức sau. Và lưu lượng được tính là lưu lượng nước thải lớn nhất vào mùa mưa Q = 0,49 (m3/s) Q = ω.v v = C. (Chezy) C = (Manning) Trong đó : Q – lưu lượng tính toán (m3/s) v - vận tốc trung bình (m/s) C - Hệ số Chezy, (m0,5/s) i - Độ dốc thuỷ lực, R - Bán kính thuỷ lực (m); ω – Tiết diện ướt mương dẫn = 0,60,75 = 0,45 (m2 ); n – Hệ số nhám Manning. Với cống bê tông cốt thép n = 0,013; được chọn theo bảng 3.7 [9] Kết quả tính toán thủy lực mương dẫn : Thông số (đơn vị) Giá trị Bề rộng B (mm) 600 Chiều cao xây dựng H (mm) 1000 Chiều cao mực nước trong mương 750 Độ đầy tối đa 0,8 Độ dốc 0,002 Vận tốc dòng chảy cao nhất (m/s) 1,23 Bảng 21. Kết quả tính toán thủy lực mương dẫn 3.3. Tính toán song chắn rác :[3,4] Song chắn rác xây dựng nhằm mục đích loại bỏ các chất thải lớn, tránh tắc ngẽn bơm, đường ống, kênh dẫn để đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc cho cả hệ thống. Với Qtb= 21200m3/ngày đêm, kệ số không điều hòa : Kmax = 1,3 Kmin = 0.7 Hình 14. Sơ đồ lắp đặt song chắn rác trong mương dẫn. Chọn khoảng cách giữa các thanh b = 16 mm. Bề dày và bề dài thanh chắn : 8*50mm. - Góc nghiêng α của song chắn so với hướng dòng chảy : 600. - Vận tốc nước chảy qua song chắn rác : v = 0,7m/s để không bị lắng cặn trong mương dẫn - Độ sâu ứng với lưu lượng lớn nhất Qmax : h1 = 0,75m - Số khe hở giữa các song chắn : kz : hệ số tính đến sự mức độ cản trở dòng chảy : 1.05 Qmax : Lưu lượng nước thải lớn nhất (m3/s) : =0,49m3/s = 61 khe => có 60 song chắn được chia thành 2 song chắn rác cùng làm việc đồng thời. Và có 1 song chắn rác dự phòng. Bề rộng song chắn rác được tính : Bs = s(n-1)+(1+n)=0,008(61-1)+(1+61) = 1,46 (m) Tổn thất áp lực qua song chắn rác : hs===0.05 (m) Trong đó : : Hệ số tổn thất cục bộ được xác định theo công thức ==0,629 β : Hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của song chắn và chọn theo bảng β=1,83 Hình 15. Hình dạng tiết diện ngang của song chắn và hệ số phụ thuộc Chọn loại song chắn có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc ở phía sau và cạnh tròn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy. k : Hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do mắc rác ở song chắn : k = 3 g : Gia tốc trọng trường : 9,81 m/s2 Chiều dài phẩn mở rộng trước song chắn rác L1 : ==0,64 (m) Trong đó : Bs : Chiều rộng mương đặt song chắn rác : 1,46 m Bm: Chiều rộng mương đặt song chắn rác : 1 m φ : Góc mở rộng trước song chắn rác, lấy φ = 20º Chiều dài phần mở rộng sau sòn chắn rác L2 = 0,5*L1=0,5*0,64 = 0,32 (m) Chiều dài xây dựng của phần mương đặt song chắn rác : L = L1+L2+Ls = 0,64+0,32+1,5 = 2,46 m. Chọn L = 2,5 (m). Chiều sâu xây dựng mương: H = h1+hs+0,5=0,75+0,05+0,5 = 1,3 (m) Trong đó : h1 : Độ sâu mực nước ứng với chế độ Qmax , h1=0,75 m hs : Tổn thất áp lực ở song chắn rác, hs=0,05m 0,5: Khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất. Thông số Ký hiệu Giá trị Chiều dài mương(m) L 2,5 Chiều rộng mương(m) Bs 1,5 Chiều sâu mương(m) H 1,3 Số song chắn 60 Bề rộng*chiều dài song(mm) s*l 8*50 Số khe n 61 Kích thước khe (mm) b 16 Lượng rác giữ lại trên thiết bị chắn rác được xác định theo TCXDVN 7957-2008 và tính toán theo công thức : W = 0,5 (m3/ngày) Trong đó : a - lượng rác tính theo đầu người trong năm = 6/5 l/người/năm N - số dân cư mà hệ thống phục vụ. Độ ẩm của rác khoảng 80% và tỷ trọng của nó là 750 kg/m3. Hình 16. Song chắn rác với bộ phận vớt rác cơ khí 3.4. Tính toán thiết kế bể lắng cát ngang :[4,9] Bể lắng cát ngang được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hòa tan như : cát, sỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng (hay trọng lượng riêng) lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân hủy trong nước thải. Ngoài ra bể lắng cát còn cho phép giữ lại các vật liệu hữu cơ có kích thước lớn như : vỏ trứng, dăm bào, vỏ hạt và rác thực phẩm nghiền. Việc tách loại khỏi nước thải các tạp chất này là cần thiết để tránh ảnh hưởng xấu đến hiệu suất làm việc của các công trình phía sau. Thành phần của vật liệu lắng trong bể lắng cát rất thay đổi, độ ẩm từ 13 – 65%, hàm lượng các chất dể bay hơi từ 1 – 56%. Trọng lượng riêng của các hạt vô cơ sạch (không lẫn nhiều hạt hữu cơ) đạt đến 2,7 nhưng đôi khi cũng khá thấp chỉ bằng 1,3 khi các vật liệu hữu cơ bị lắng lẫn với các hạt cát, sỏi. Vai trò của bể lắng cát bao gồm : Bảo vệ các thiết bị máy móc khỏi bị mài mòn Giảm sự lắng đọng các vật liệu nặng trong ống dẫn, kênh mương dẫn Giảm số làn nạo vét các bể phân hủy cặn do tích tụ quá nhiều cát. Bể lắng cát được thiết kế để duy trì vận tốc chuyển động ngang của dòng chảy không quá 0,3 m/s (0,15 ≤ v ≤ 0,3) và cũng đủ thời gian lưu nước để các hạt cát có kích thước d > 0,2 mm (có khi d > 0,15 mm) lắng đến đáy bể và được giữ lại. Chiều dài bể lắng cát ngang được tính theo công thức : 16,1 (m) Trong đó: vmax - Vận tốc nước thải trong bể lắng cát ứng với Q max = 0,3 m/s H - Chiều cao công tác của bể lắng cát (0,25 – 1 m) = 1 m. U0 - Kích thước thủy lực của hạt cát.U0 = 24,2 mm/s K - Hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng của hạt cát Quan hệ U0 với d.kính hạt cát d mm 0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.5 U0 5.12 7.37 11.5 18.7 24.2 28.3 34.5 40.7 51.6 K - 1.7 1.3 Diện tích mặt thoáng F của nước thải trong bể lắng ngang được tính theo công thức : 29,64 (m2) Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát : 1,84 (m) Bể lắng cát ngang gồm 2 đơn nguyên. chiều ngang mỗi đơn nguyên là : B = B0/n = 1,84/2 = 0,92 (m) Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang được tính theo công thức : 6,1 (m3) Trong đó : N - số dân tính toán = 152792 người p - Lượng cát giữ lại tính cho 1 người trong 1 ngày đêm theo TCXDVN 7957-2008 ứng với hệ thống thoát nước chung = 0,04 l/ng/day t - chu kỳ xả cát, không được quá 2 ngày để tránh sự phân hủy. Chọn t =1 ngày Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong 1 ngày đêm : 0,2 (m) Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang : HXD = H + hc + 0,4 = 1 + 0,2 + 0,4 = 1,6 m Trong đó : h2 = 0,4 – khoảng cách từ mực nước đến thành bể, m Hình 17. Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát ngang Để ổn định tốc độ dòng chảy trong bể lắng cát mặc dù lưu lượng qua bể thay đổi từ Qmax xuống Qmin , ở cuối bể thường xây dựng cửa tràn kiểu máng đo lưu lượng theo tỷ lệ với độ ngập nước H trong bể lắng cát. Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b. Đáy cửa tràn có độ chênh với đáy bể lắng cát ΔP để tạo độ chênh áp đủ đưa nước ra khỏi bể lắng cát với vận tốc không đổi. Trong đó : Qmax, Qmin - lưu lượng tối đa và tối thiểu đi qua bể lắng cát, khi đó tốc độ nước chảy qua bể là v không đổi, m3/s 0,81 m - hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới chọn m = 0,352 [7]. Ta chọn góc tới θ = 45°; cotgθ = 1; b/B = 0,2. Kích thước máng tràn được xác định : b=0,063 (m) Độ chênh đáy : ΔP1,17 (m) Cát lắng trong bể lắng cát được gom về hố tập trung ở đầu bể bằng thiết bị cào cát cơ giới, từ đó thiết bị nâng cát thủy lực sẽ đưa hỗn hợp cát – nước đến sân phơi cát. Để dẫn cát đến sân phơi cát bằng thiết bị nâng thủy lực, cần pha loãng cát với nước thải sau xử lý với tỉ lệ 1:20 theo trọng lượng cát. Nước công tác do máy bơm với áp lực 2-3 at Thời gian mỗi lần xả cát dài 30 phút Độ ẩm của cát 60% Trọng lượng thể tích của cát 1,5 T/m3 Lượng nước công tác cần cho thiết bị nâng thủy lực được tính Qct = Wc1,520 = 6,11,520 = 183 m3/ngày Cát lấy ra khỏi bể lắng cát có kèm một lượng nước đáng kể, do đó cần tách loại nước ra khỏi cát để dể dàng vận chuyển. Quá trình làm ráo cát được thực hiện tại sân phơi cát. Cát khô được vận chuyển đi nơi khác, nước tách ra được đưa trở lại đầu trạm xử lý nước thải. Hiện tại diện tích đất mặt bằng dành cho xây dựng công trình đang ngày càng khan hiếm và đắt đỏ. Do vậy với lượng cát 6,1 m3/ngày, biện pháp sử dụng sân phơi cát cho nhà máy được đánh giá là không phù hợp. Thay vào đó lượng cát trên sẽ được tập trung vào e\xe thùng chứa và được vận chuyển đi hằng ngày. Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau khi qua bể lắng cát giảm 5%: SS = (1-0.05)450 = 427,5 (mg/l) 3.5. Tính toán thiết kế chắn rác tinh : Sau khi qua bể lắng cát, nước thải được dẫn qua máy lọc rác tinh kiểu tang trống nhằm tách các chất lơ lửng có kích thước nhỏ, trống quay có kích thước khe lọc từ 0,25 – 1,5 mm. Khi tang trống quay, nước thải được lọc qua bề mặt tang trống. Máy được đặt bên trên bể điều hòa. Thông số Lưới cố định Lưới quay Hiệu quả khử cặn,% 5 - 25 5 - 25 Tải trọng, l/m2.phút 400 - 1200 600 - 4600 Kích thước mắt lưới, mm 0,20 – 1,20 0,25 - 1,50 Tổn thất áp lực, m 1,2 - 2,1 0,8 - 1,4 Công suất moto, HP 0,5 - 3 Chiều dài trống quay, m 1,2 - 3,7 Đường kính trống, m 0,9 - 1,5 Bảng 22. Thông số thiết kế sử dụng cho máy lọc rác tinh Chọn loại lưới quay có kích thước mắt lưới d = 1,25 mm; tải trọng 1200 l/m2.phút và hiệu quả xử lý SS là 25%. SS còn lại = (1 – 0,25).427,5 = 320,6 (mg/l) Diện tích bề mặt lưới lọc : = 12,27 m2. Hình 18. Máy lọc rác tinh kiểu trống quay 3.6. Tính toán thiết kế bể điều hòa có sục khí : Việc xây dựng bể điều hòa có tác dụng điều tiết và ổn định lưu lượng và nồng độ các thành phần khác, đảm bảo tính ổn định cho các thiết bị phía sau. Ta có lưu lượng trung bình 21200 m3/ngày. Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4h. Vậy thể tích thực tế bể điều hòa : Vđh=3533,33 (m3). Bể điều hòa có tiết diện hình chữ nhật, chiều cao mực nước lớn nhất trong bể hmax = 4m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m. Vậy chiều cao xây dựng tổng cộng Hxd = 4,5m. Diện tích đáy bể : F = = 883,33(m2). Chọn kích thước bể Dài = 36,5 m ; Rộng = 24,2 m. Bể điều hòa được xáo trộn bằng hệ thống thổi khí để cân bằng nồng độ các chất bẩn, tránh lắng cặn và ngăn chặn mùi hôi trong bể điều hòa.Sử dụng khí nén với tốc độ cấp khí 0,01m3/m3.phút (0,01 – 0,015) cho lưu lượng nước thải thấp nhất [8]. Vậy lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn : Qkk= qkkV = 0,016354 = 25,4 (m3/phút) =1524 (m3/h) =423 (l/s). Thiết bị sục khí là các ống phân phối khí chuyên dụng bằng nhựa PP cung cấp trên thị trường . Ống đặt theo phương ngang, dọc theo chiều dài bể trên các giá đỡ để ở độ cao 20 cm so với đáy bể. Hình 191.Ống PP 2.Màng khí 3.Khoang đặc 4.Phân phối khí 5.Bulong khóa chốt 6.Ống dẫn khí chính . Cấu tạo ống phân phối khí A 1000mm 1500mm 2000mm B 1200mm 1700mm 2200mm C Ø67mm Ø67mm Ø67mm D1 80mm 100mm 120mm D2 88,9mm 114,3mm 139,7mm Chọn loại ống nhánh chính có tiết diện tròn D2= 100mm, chiều dài tổng cộng của một nhánh ống B = 1700mm. Ống phân phối khí có kích thước Φ 671500mm có lưu lượng khí vào khoảng 4 – 4,15l/s. Với bể rộng 24,2m; dài 36,5m ta bố trí n = 3 dãy ống dọc theo chiều rộng bể. Mép dàn ống phân phối khí cách thành bể 0,8m. 24,2 m; Dàn ống cách nhau a = 8,8m. Mỗi dãy gồm m0,067 + (m – 1)1,0 + 20,7 = 36,5 m. Vậy m = 34 ống phân phối. Mỗi ống phân phối cách nhau 1,0m. Bể điều hòa được cấp khí bởi 2 máy thổi khí. Công suất của mỗi máy được tính toán ở phần sau. 3.7. Tính toán thiết kế bể lắng sơ cấp (bể lắng ly tâm): [4,9] Nhiệm vụ của bể lắng sơ cấp là loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó và chuẩn bị vào công trình xử lý sinh học. Ở đây, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhẹ sẽ nổi lên mặt nước và được thiết bị gạt cặn tập trung vào máng thu chất nổi. Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng sơ cấp cần đạt ≤ 150 mg/l. Vậy hiệu suất khử cặn cần đạt được của bể : 53 % Lựa chọn sử dụng 2 bể lắng ly tâm, lưu lượng nước thải tính cho mỗi bể lắng Q = 441,67 (m3/h). Đường kính bể lắng ly tâm được tính theo công thức : , m Trong đó : Q - lưu lượng tính toán của nước thải tính cho một bể lắng, m3/h K - hệ số sử dụng thể tích bể lắng phụ thuộc vào hệ thống phân phối; với bể lắng ly tâm K = 0,45 [9] U0 - Độ lớn thủy lực của phần tử giữ lại trong bể, xác đinh theo công thức Trong đó : α - hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt động lực của nước thải Chọn α = 1 ứng với nhiệt độ 20°C [9] ω - vận tốc thành phần theo phương thẳng đứng, mm/s - phụ thuộc vào vận tốc công tác theo phương ngang v. Đối với bể lắng ly tâm v = 5 – 10 (mm/s) Chọn ω = 0,05 mm/s ứng với v = 10 mm/s [9] t - thời gian lắng (s) của nước thải trong bình thí nghiệm hình trụ với chiều sâu lớp nước h = 500mm, đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán; (đối với một số loại hạt nhất định). Chọn t = 620 ứng với nhiệt độ lắng 20°C, n = 0,25, C0 = 320,6 mg/l. n - hệ số kết tụ, phụ thuộc vào tính chất lơ lửng của các loại hạt chủ yếu, xác định bằng thực nghiệm phụ thuộc vào tính chất của cặn trong nước thải. n lấy 0,25 đối với hạt lơ lửng có khả năng kết tụ trong nước thải sinh hoạt. Trị số khi tính toán các bể lắng sơ cấp đối với nước thải sinh hoạt có thể lấy theo bảng. Chiều cao công tác bể lắng H Trị số cho bể lắng các kiểu Bể lắng đứng Bể lắng ly tâm 1,5 - 1,08 2,0 1,11 1,16 3,0 1,21 1,29 4,0 1,29 1,35 5,0 - 1,46 Chọn chiều cao công tác của bể lắng H = 1,5 m ứng với trị số = 1,08. Độ lớn thủy lực : = 0,96378 (mm/s) Đường kính của mỗi bể lắng : 18,97 m Chọn D = 19 m. Đường kinh ống trung tâm : DTT = 25%D = 4,75 (m) Chiều cao ống trung tâm : h = 60%HL = 0,91,5 = 0,9 (m) Chiều cao chóp cụt chứa cặn : Hc = 25%HL = 0,375 (m) Góc nghiêng đáy bể lắng φ ≈ 1,15° (i = 0,02) để bùn cặn được gạt xuống ngăn thu cặn bằng hệ thống thanh gạt bùn. Cặn sau quá trình xử lý sơ cấp có độ ẩm sau 2giờ lắng là 97,5%. Tính trung bình thể tích cặn lắng này là 0,6 – 0,8 l/người.ngày. Trong cặn này có tới 65 – 70% là thành phần hữu cơ, tỷ trọng khoảng 1,4 kg/l, cặn sơ cấp chứa nhiều vi sinh vật, đặc biệt là có vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán. Lượng cặn lắng trong bể sau 2 ngày lắng : Qb1 = 0,8Nt = 0,8152952 = 244,3 (m3) Hình 20. Cấu tạo bể lắng ly tâm. 3.8. Tính toán thiết kế bể lọc sinh học cao tải :[3,4,8,9] Theo TCXDVN 7957-2008 thiết kế bể lọc sinh học cao tải được tính toán như sau : BOD5 tính toán của nước thải đầu vào là 216 mg/l nên hệ số hoạt động k của bể được tính toán được xác định theo công thức : 7,2 Trong đó : La, Lt – hàm lượng BOD5 của nước thải trước và sau khi xử lý, mg/l Tra giá trị k theo bảng 44 [9] để xác định các thông số của bể lọc sinh học cao tải như chiều cao lớp vật liệu lọc H, tải trọng thủy lực q và lượng khí cấp cho bể B, tương ứng với nhiệt độ trung bình của nước thải vào mùa đông t = 20°C. Ta có các kết quả như sau : Lưu lượng cấp khí B = 10 m3/m3 nước thải Chiều cao công tác của bể H = 3 m Tải trọng thủy lực q = 30 m3/m2.ngày Diện tích bề mặt của bể lọc sinh học là : 706,67 (m2) Trong đó : Qtb.day – lưu lượng trung bình của nước thải, m3/ngày Bể lọc sinh học cao tải có dạng tròn trên mặt bằng. Chọn 3 bể. Diện tích mặt bằng của mỗi bể. 235,6 (m2) Đường kính của mỗi bể lọc sinh học : 17,3 (m) Tổng thể tích vật liệu lọc của bể : 706,673 ≈ 1414 (m3) Chọn phương pháp thông gió nhân tạo phục vụ cho quá trình oxy hóa sinh hóa ở bể lọc sinh học cao tải. Thành bể lọc phải kín, nhẵn. Dùng quạt thông gió dẫn không khí vào khoảng không gian giữa sàn lọc và sàn bể với áp lực 100 mm nước. Lượng không khí cần thiết cung cấp cho bể lọc sinh học cao tải được tính theo công thức :[8] 18171,43 (m3/h) Với K1 là hệ số dự trữ, K1 = 2 – 3, lấy K1 = 2. Tính toán hệ thống tưới phản lực : Để bể lọc sinh học làm việc đạt hiệu quả tốt thì điều quan trọng là phải phân phối đều nước thải trên bề mặt vật liệu lọc. Sử dụng hệ thống phân phối nước bằng hệ thống tưới phản lực. Đường kính của hệ thống tưới lấy bằng : Dt = D – 200 = 17300 – 200 = 17100 (mm) Chọn 4 ống phân phối trong hệ thống tưới thủy lực, đường kính của mỗi ống được tính theo công thức : 0,159 m ≈ 160 mm Trong đó : Qb - lưu lượng nước thải vào mỗi bể lọc sinh học, m3/s nn - số ống phân phối nhánh trong bể v - Tốc độ nước chảy ở đầu ống., v = 1,0 m/s Số lỗ trên mỗi nhánh ống phân phối được tính theo công thức : 108 (lỗ) Vị trí các lỗ trên ½ nhánh ống phân phân phối nước được tính toán theo công thức : , i = 1 – 108 Kết quả tính toán theo bảng ở phụ lục. Số vòng quay của hệ thống tưới trong mỗi phút được xác định theo công thức thực nghiệm : ==3,7 (vòng/phút) Trong đó : Qp - lưu lượng bình quân cho 1 nhánh ống tưới. Có tất cả 4 nhánh ống Qp = 80/4 = 20 (l/s) dt - đường kính lỗ ống tưới, lấy từ 10 – 15 mm. Chọn dt = 10 mm. Áp lực cần thiết đối với ống tưới là (mm): h == 949,7 mm = 0,95 m. Như vậy h > 0,5 m đạt yêu cầu để hệ thống tưới tự quay được. Trong đó : Qp - lưu lượng nước thải cho 1 nhánh ống tưới, l/s dt - đường kính lỗ ống tưới, mm d - đường kính ống tưới. d = 160 mm K - Môđun lưu lượng, l/s xác định ứng với d = 200 mm, K = 300 l/s [4] Hình 21. Cấu tạo bể lọc sinh học Bố trí vật liệu lọc trong bể lọc sinh học : Hình 22. Cách bố trí các lớp vật liệu lọc trong bể lọc sinh học Vật liệu lọc trong bể lọc sinh học được lựa chọn sử dụng loại vật liệu plastic PVC được cung cấp trên thị trường. Cấu trúc nguyên liệu lọc được chia thành 2 lớp. Lớp trên cùng là loại vật liệu lọc dòng chảy chéo với nhiệm vụ phân phối đều nước thải ra khắp toàn bộ bể lọc. Bên dưới lớp này là lớp vật liệu lọc loại dòng chảy thẳng đứng có khả năng chống lại sự tác nghẽn do lớp màng vi sinh vật bong tróc. 3.9. Tính toán thiết kế bể lắng ly tâm thứ cấp :[3,4,8] Màng vi sinh vật được tạo nên ở bể lọc sinh học cao tải cùng với nước thải chảy vào bể lắng ly tâm thứ cấp. Nhiệm vụ của bể lắng thứ cấp là giữ các màng vi sinh vật lại bể dưới dạng cặn lắng. Sau bể lọc sinh học, thời gian lắng tại bể lắng ly tâm thứ cấp t =1,5h và vận tốc chuyển động đi lên của dòng chảy 5 mm/s [9]. Thể tích bể lắng ly tâm thứ cấp được tính : W = Qht = 21200/241,5 = 1325 (m3) Chọn 2 bể lắng làm việc đồng thời; chọn chiều cao vùng lắng H = 1,5 m [9]. Diện tích bề mặt của mỗi bể lắng : = = 442 (m2) Khi đó đường kính của bể lắng thứ cấp : = = 23,7 (m) ≈ 24 (m) Diện tích mặt cắt ướt của ống phân phối trung tâm = = 6 (m2) Đường kính buồng phân phối trung tâm : = = 2,76 (m) Diện tích vùng lắng : S1’ = F – f = 442 – 6 = 436 (m2) Tính toán máng thu nước : Chọn máng thu nước đặt bên trong thành bể, cách thành bể một khoảng 1m, khi đó đường kính máng thu nước : dmang = 2(D/2 – 1) = 2(12 – 1) = 22 (m) Chiều dài máng thu nước : L = πdmang = π22 = 69,1 (m) Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng tràn. aL = = = = 153,4 (m3/m.ngày) Giá trị này nằm trong khoảng cho phép của bể lắng li tâm, 125 < a < 500 m3/m.ngày [3] Chọn máng thu nước răng cưa làm bằng thép không rỉ dày 3mm, cao 250mm. Chi tiết máng thu nước răng cưa xem trong các bảng vẽ. Kiểm tra các chỉ tiêu thiết kế : Tải trọng bề mặt : = = = 24,3 (m3/m2.ngày) Đối với bể lắng bậc 2, tải trọng bề mặt từ 16,4 – 32,8 m3/m2.ngày [7]. Vậy giá trị tính toán a = 24,3 m3/m2.ngày nằm trong giới hạn cho phép. Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể lắng : = = 1,01 (m/h) = 0,28 (mm/s) Chiều cao xây dựng bể : Hxd = H + Htb + Hb + Hc+ Hbv = 1,5 + 0,3 + 0,5 + 0,24 + 0,3 = 2,84 (m) ≈ 3(m) Trong đó : [9] Htb – Chiều cao lớp trung hòa, Htb = 0,3 m Hb – Chiều cao lớp bùn trong bể lắng, Hb = 0,5 m Hc – Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc i = 0,02 về tâm (bể lắng li tâm có thiết bị gạt bùn). Hc = 0,02 = 0,02 = 0,24 (m) Hbv – Chiều cao bảo vệ, Hbv = 0,3 m Đường kính ổng trung tâm : DTT = 25%D = 4,75 (m) Chiều cao ống trung tâm ; h = 60% HL = 0.61.5 = 0,9 (m) Bùn cặn được hình thành sau quá trình xử lý sinh học (bùn màng sinh vật sau bể lọc sinh học) có độ ẩm của bùn là 96% , thể tích bùn có thể đạt tới 2,5l/người.ngày. Bùn thứ cấp có kích thước tương đối đồng nhất, các hạt có đường kính dưới 1mm chiếm tới 98%,bùn có tỷ trọng 1,08 – 1,25 kg/l. Thành phần hữu cơ của bùn chiếm tới 70 – 75%. Lượng cặn lắng tích lũy trong bể lắng thứ cấp trong 2 ngày : Qb2 = 2,5Nt = 2,51526922 = 763,5 (m3) Độ dốc đáy bể i = 0,02 và bể có thiết bị cào bùn.Việc xả bùn cặn ra khỏi bể lắng được thực hiện bằng áp lực thủy tĩnh 0,9 – 1,2 m và đường kính ống dẫn bùn Φ = 200 mm và bùn được tập trung tại bể gom bùn. Từ đây, bùn được bơm lên bể nén bùn để xử lý. 3.10. Tính toán thiết kế bể nén bùn ly tâm : Bể nén bùn giúp làm giảm thể tích của hỗn hợp bùn cặn bằng cách gạn một phần lượng nước có trong hỗn hợp để giảm kích thước thiết bị xử lí phía sau và giảm khối lượng phải vận chuyển. Bùn cặn trong bể nén bùn có nguồn gốc từ: Lượng bùn lắng từ bể lắng sơ cấp. Lượng bùn lắng từ bể lắng thứ cấp. Làm giảm độ ẩm của hỗn hợp bùn cặn từ 99% xuống 97%. Lượng hỗn hợp bùn cặn từ bể lắng sơ cấp và bể lắng thứ cấp : Wb = qb1 + qb2 = 244,3 + 763,5 = 1008 (m3) Trong đó : qb1 - lượng bùn cặn từ bể lắng sơ cấp. qb2 - lượng bùn cặn từ bể lắng thứ cấp. Lượng bùn này rút ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh và được tập trung tạo hố gom bùn, sau đó được máy bơm bùn đưa vào bể nén bùn với lưu lượng 1008 m3/ngày. Diện tích bể nén bùn được tính theo công thức : = = 154 (m2) Trong đó : q0 : tải trọng tính toán lên diện tích mặt thoáng của bể nén bùn, m3/m2.h và được lựa chọn phù hợp vào nồng độ bùn hoạt tính dẫn vào bể nén bùn. Chọn q0 = 0,3 m3/m2.h [4]. Đường kính của bể nén bùn ly tâm :=9,44 ≈ 9,5 (m) n : Số bể nén bùn được xây dựng (không nhỏ hơn 2), n = 2. Chiều cao công tác của vùng nén bùn : 3,6 (m) Trong đó : t = 12 – là thời gian nén bùn [4] Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn ly tâm : Ht = H + h1 + h2 + h3 = 3,6 + 0,4 + 0,3 + 1= 5,3 (m) Trong đó : h1 : khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h1 = 0,4 (m) h2 : chiều cao lớp bùn và lắp đặt thiết bị gạt bùn ở đáy. Sử dụng hệ thống thanh gạt bùn, h2 = 0,3 (m). h3 : chiều cao tính từ đáy bể đến mức bùn, h3 = 1,0 (m). Tốc độ quay của hệ thống thanh gạt chọn là : 0,75 h-1 Độ nghiêng ở đáy bể nén bùn tính từ thành bể đến hố thu bùn khi dùng hệ thống thanh gạt i = 0,05. Bùn đã nén được xả định kỳ dưới áp suất thủy tĩnh từ 0,5 – 1m. Bể nén bùn được đặt tương đối cao để nước sau khi tách ra khỏi bùn có thể tự chảy trở về hố gom hoặc bể điều hòa để tiếp tục xử lý. Hình 23. Cấu tạo bể nén bùn ly tâm. Tính toán máy ép bùn băng tải : Sau khi được tách nước đến 97% tại bể nén bùn, bùn cạn lắng được chuyển sang giai đoạn làm khô đến độ ẩm thấp hơn. Với trạm xử lý nước thải thành phố có công suất lớn như trên việc đảm bảo có đủ diện tích đất xây dựng sân phơi bùn là rất khó khăn, đồng thời với đặc điểm khí hậu mưa nhiều như nước ta, việc làm khô bùn bằng thiết bị cơ khí là một lựa chọn thích hợp. Tuy nhiên để đề phòng xự cố do trục trặc máy móc thiết bị có thể cần xây dự phòng sân phơi bùn với công suất bằng 25% công suất trạm làm khô bùn cơ học. Hệ thống lọc ép cặn trên băng tải bao gồm : máy bơm bùn từ bể nén bùn đến thùng hòa trộn hóa chất keo tụ ( C-polime) và thùng định lượng, thùng này đặt trên đầu vào của băng tải. Hệ thống băng tải và trục ép, thùng đựng cặn khô và xe vận chuyển cặn khô, bơm nước sạch để rửa băng tải, rãnh thu nước lọc ép vào hệ thống thoát nước bẩn của trạm. Đầu tiên cặn từ thùng định lượng và phân phối đi vào đoạn đầu của băng tải, ở đoạn này nước được lọc qua băng tải theo nguyên tắc lọc trọng lực, đi qua cần gạt để sang đều cặn trên toàn bộ băng tải rồi đi qua các trục ép có lực ép tăng dần. Độ ẩm của cặn sau khi làm khô trên máy ép lọc băng tải đạt từ 70 – 75%. Máy ép bùn hoạt động 8 giờ trong một ngày và 7 ngày trong tuần. Thể tích và khối lượng bùn cặn cần xử lý trong 1 tuần làm việc : Qs = 10087= 7056 (m3/tuần) Ta có tỷ trọng của cặn khô từ bể lắng sơ cấp và bể thứ cấp là 1,4 – 1,45 [7] Do đó khối lượng bùn cặn khô : Gs = 0,0370561,45 = 307 (tấn/tuần) Khối lượng cặn đưa vào máy trong 1 giờ : G = == 5,5 (tấn/h) Chọn 4 máy nén bùn có bề rộng băng tải 2000mm với công suất mỗi máy 1500 kg bùn khô/giờ. Đặc tính của thiết bị (thiết bị bao gồm: máy chính, bảng điều khiển, băng tải) Nguồn điện : 3 pha - 380V - 50Hz. Cấu trúc của máy được làm bằng nguyên liệu thép không rỉ SUS304, được phủ bằng sơn chống rỉ. Tấm băng tải được làm bằng P.E.S (sợi Polyme) có khả năng chịu đựng được với acid/kiềm. Bể chứa bùn được làm bằng thép không rỉ SUS304. Có hệ thống ly tâm tách nước sơ bộ để làm tăng nồng độ bùn trước khi ép. Tốc độ băng tải có thể điều chỉnh nhanh hay chậm tùy ý khách hàng nhờ đồng cơ có gắn hệ thống điều khiển tốc độ công suất. Có tủ điều khiển và báo tín hiệu hoạt động của máy nằm ở bên ngoài máy. Động cơ loại băng tải được ứng suất theo yêu cầu. Hình 24. Cấu tạo máy ép bùn băng tải Để năng cao hiệu quả quá trình làm khô bùn cặn, một biện pháp công nghệ áp dụng cho nhà máy xử lý nước thải là sử dụng polime kết tách (flocculant). Tính hiệu quả của chúng thể hiện ở điểm chỉ cần bổ sung một lượng rất nhỏ polime được pha với nồng độ 0,1 – 0,3% (10 – 30 mg/l) nước đục đã trở nên trong và để làm khô 1tấn bùn chỉ cần một vài trăm gam polime. Trong quá trình xử lý bùn thải, làm khô bùn cặn chúng ta sử dụng loại Cationic – polime (C.Polime C-325), chúng tan trong nước tạo các phần tử polime tích điện dương và dễ dàng kết tách với bùn cặn vi sinh vật vốn có bản chất tích điện âm. Khác với phèn nhôm sunfat và poli nhóm clorua (PAC) do không có sự thủy phân tạo ra axit nên polime không làm thay đổi pH của nước. Một lợi thế nữa là các loại polime này không có tính độc hại cho sức khỏa và môi trường. Lượng polime (0,2%) đưa vào để làm khô bùn trong 1 giờ làm viêc của máy nén bùn xử lý 138,45 m3 bùn cặn. Cứ 1 m3 bùn cặn chưa nén ép ta sử dụng 1 lit dung dịch C.polime. Sử dụng bơm định lượng để bơm dung dịch C.polime với lưu lượng 138,45 l/h ≈ 138 l/h. Với nồng độ 0,2% khối lượng C.-325 sử dụng trong 1 h là 2,769 kg. Lượng C-325 sử dụng trong 1 tuần : 2,76978 = 155 (kg) 3.11. Tính toán lượng hóa chất sử dụng để khử trùng nước thải :[4,8] Sử dụng hóa chất khử trùng là nước javen - Natri hipoclorit NaHClO: Hypoclirit natri được gọi với tên thông thường là nước javen, ở dạng chất lỏng màu lục nhạt và được thương mại hóa dưới dạng dung dịch đẳng phân tử của hypoclorit natri và clorua natri, nước javen có nồng độ clo hoạt tính 6 – 8 g/l hoặc khoảng 150 g Clo tự do trong 1lit. Việc dùng nước javen đơn giản hơn nhiều so với dùng clo phân tử nhờ sử dụng bơm định lượng. Khi đưa Clo vào nước, Clo sẽ bị thủy phân theo phản ứng: Cl2 + H2O ↔ HCl + HOCl Axit Hypocloric HOCl rất yếu và không bền bị phân hủy ngay thành : HOCl ↔ HCl + O HOCl ↔ H+ + OCl- Tất cả các chất HOCl, OCl-, O đều là những chất oxy hóa mạnh. Chúng oxy hóa nguyên sinh chất và khử hoạt tính của enzim, làm tế bào bị tiêu diệt. Tổng lượng Cl2 và OCl- trong nước được gọi là lượng clo hoạt tính. Hiệu quả khử trùng của Clo phụ thuộc vào liều lượng clo hoạt tính, pH nước thải, thời gian tiếp xúc, hàm lượng và đặc tính chất bẩn hữu cơ... Khi: - pH = 6 thì HOCl chiếm 99,5% còn OCl- chiếm 0.5% - pH = 7 thì HOCl chiếm 79% còn OCl- chiếm 21% - pH = 8 thì HOCl chiếm 25% còn OCl- chiếm 75% Khi pH càng cao thì hàm lượng HOCl trong nước giảm, tác dụng khử trùng của HOCl cao hơn nhiều OCl- nên hiệu quả khử trùng càng giảm. Sau khi qua hệ thống xử lý thì lượng Clo dư cần đảm bảo khoảng : 0,3 – 0,5 mg/l. Theo TCXDVN 7957 – 2008 lưu lượng clo hoạt tính để khử trùng có thể được chọn sơ bộ như sau : Nước thải sau xử lý bể lọc sinh học cao tải là 5 mg/l. Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng ứng với từng lưu lượng nước thải và được tính theo công thức sau : ytb = == 4,4 (kg/h) Trong đó : ytb - lượng clo cần thiết, kg/h Qh.tb - lưu lượng nước thải trung bình giờ, m3/h a - liều lượng clo hoạt tính, g/m3 Lưu lượng nước javen sử dụng là 0,55 – 0,73 m3/h tùy thuộc vào nồng độ clo hoạt tính (6 – 8 g/l). Nước javen được định lượng bằng bơm định lượng và được dẫn châm vào ống dẫn nước thải sang bể tiếp xúc clo. Sử dụng khí Ozon : Từ trước đến nay, trong công nghệ khử trùng nước, người ta thường hay dùng clo và các hợp chất của clo vì khả năng oxy hóa mạnh và được các ngành công nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả khử trùng cao. Nhưng những năm gần đây, các nhà khoa học đưa ra khuyến cáo hạn chế dùng clo để khử trùng nước thải vì : Dư lượng clo 0,5 mg/l trong nước thải để bảo đảm sự an toàn và ổn định của quá trình khử trùng sẽ gây hại đến cá và các thủy sinh có ích khác trong nước nguồn thủy vực. Clo kết hợp với hydrocacbon tạo thành các hợp chất gây hại cho môi trường sống. Do đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu đang được thực hiện nhằm tìm kiếm các công nghệ xử lý nước có hiệu quả, giá thành hạ, đáp ứng được các tiêu chuẩn hiện tại đối với nước uống và nước công nghiệp. Công nghệ xử lý nước sử dụng ozon thay thế cho clo đã có khả năng làm giảm chi phí duy trì hoạt động của các hệ thống xử lý nước. Đây là những ưu điểm của ozon so với khử trùng bằng clo. Ở các nước tiên tiến đang thay thế dần clo bằng ozon làm chất khử trùng nước thải, và đang nghiên cứu áp dụng khử trùng bằng thiết bị phát tia cực tím. Ưu và khuyết điểm của phương pháp khử trùng dùng ozon : Ưu điểm : Làm giảm nhu cầu oxy của nước, giảm nồng độ các chất hữu cơ, giảm nồng độ các chất hoạt tính Khử được màu, phenol, xianua Không gây mùi Tăng nồng độ oxy hòa tan Không có sản phẩm phụ gây độc hại Tăng vận tốc lắng của cặn lơ lửng Không cần khâu kiểm soát dư lượng như khi dùng clo Ảnh hưởng của nhiệt độ và pH ít hơn khi dùng clo Khuyết điểm : Vốn đầu tư ban đầu cao do cần thiết bị sản xuất khí ozon tại chỗ Tiêu tốn năng lượng điện để sản xuất khí ozon Khí ozon có khả năng oxy hóa mạnh. Trong nước ozon bị phân ly theo các phản ứng sau : O3 + H2O → HO3+ + OH- HO3+ + OH- → 2HO2 O3 + HO2 → HO + 2O2 HO + HO2 → H2O + O2 Như vậy trong quá trình này các gốc tự do như HO2 và HO được hình thành, chúng có khả năng oxy hóa mạnh và tham gia tích cực vào quá trình khử trùng. Ngoài ra, ozon còn có khả năng tham gia phản ứng với các chất ô nhiễm khác trong nước thải nên góp phần tăng hiệu quả quá trình xử lý nước. Để sử dụng ozon, người ta cấn sản xuất nó ngay tại nơi sử dụng bằng máy tạo khí ozon công nghiệp chuyên dùng và được hòa trộn trực tiếp vào nước thải trong bể tiếp xúc qua thiết bị khuếch tán khí. Độ hòa tan của ozon trong nước cao gấp 13 lần so với oxy (độ hòa tan của ozon trong nước là 0,105g/100ml (0°C)). Khi mới vào nước, ozon chưa tác dụng ngay nhưng khi lượng ozon đủ để oxy hóa các chất hữu cơ và khử trùng vi khuẩn trong nước thì các phản ứng của ozon diễn ra rất nhanh. Lúc đó tác dụng khử trùng của ozon mạnh và nhanh gấp 3100 lần so với clo. Do đó thời gian khử trùng diễn ra rất nhanh, chỉ khoảng 3 -8 giây. Như vậy bể tiếp xúc trong trường hợp sử dụng ozon để khử trùng không cần lớn như đối với sử dụng clo. Thời gian này chỉ cần 15 phút. Ngoài ra, việc xử lý bằng clo sẽ tạo nên các sản phẩm phụ độc hại, hơn nữa rất khó và rất tốn kém để loại bỏ những sản phẩm phụ này. Thêm vào đó, các quy định về hàm lượng clo trong nước uống hiện nay càng làm cho công nghệ xử lý bằng clo trở lên đắt hơn. Liều lượng ozon cần thiết để khử trùng ứng với thời gian tiếp xúc với nước thải 15 phút [4]. Với nước thải sau lọc sinh học, tổng số coliform dòng vào 105 – 106 MPN/100ml, tổng số coliform dòng ra 1000MPN/100ml thì nồng độ ozon khoảng 4 – 10 mg/l. Liều lượng ozon thực tế để khử trùng nước thải được xác định theo biểu thức : = 6,25 (mg/l) Trong đó : D - liều lượng ozon thực tế để khử trùng nước thải, mg/l U - liều lượng ozon cần thiết để khử trùng. Chọn U = 5mg/l. ET - hệ số khuếch tán ozon vào nước, thường từ 80 – 90%. Chọn ET = 85%. Vậy lượng ozon cần sản xuất trong 1 ngày để khử trùng cho lượng nước được xử lý theo cong suất thiết kế 21200m3/ngày của nhà máy : GO3 = 6,252120010-3 = 132,5 (kg/ngày) Để sản xuất 1kg O3 từ không khí yêu cầu lượng điện từ 14 – 20kW.h. Năng lượng điện sử dụng để sản xuất lượng ozon khử trùng nước thải trong 1 ngày 1855 – 2650 kWh/ngày. 3.12. Tính toán thiết kế bể trộn phản ứng kiểu vách ngăn khử trùng nước thải: [3,5] Hóa chất khử trùng nước thải và nước thải được đưa vào bể trộn phản ứng có vách ngăn khoan lỗ để trộn đều cùng với nhau, bể cũng là nơi tiếp xúc để thực hiện các quá trình và các phản ứng oxy hóa khử trùng vi khuẩn trong nước thải. Quá trình hòa trộn nước thải với hóa chất diễn ra do sự thay đổi hướng và vận tốc dòng chảy trong máng trộn. Thời gian lưu trong bể trộn phản ứng khử trùng là 15 phút. Hình 25. Cấu tạo bể tiếp xúc Clo Dung tích bể trộn phản ứng : == 220,5 (m3) Với Qs - lưu lượng nước thải vào bể (m3/s) Chọn chiều cao mực nước trong máng trộn h = 1,0 m chiều cao bảo vệ 0,2 m. Tổng chiều cao xây dựng là 1,2 m. Chọn bể có 15 ngăn, như vậy thời gian lưu nước ở mỗi ngăn là 1 phút. Kích thước của mỗi ngăn : v - vận tốc nước chảy trong hành lang. Chọn v = 0,7 m/s. Tiết diện ướt của mỗi ngăn : F = hl = ==0,35 (m2) vc - vận tốc nước chảy qua cửa thu hẹp. Chọn v = 1 m/s Do đó tiết diện ướt của cửa thu hẹp bằng 0,7 tiết diện hàng lang Bề rộng của cửa thu hẹp : b = 0,70,35 = 0,245 (m) = 245 (mm) => bề rộng của mỗi ngăn l = 0,35 (m). Bể có 14 vách ngăn, mỗi vách ngăn có bề dày 20 cm. Tổng chiều rộng của bể phản ứng L = 150,35 + 140,2 = 8,05 (m) Bề dài của bể phản ứng B ===42 (m) Bể được thiết kế với độ dốc đáy 0,02 – 0,03 để xả cặn. 3.13. Tính toán các thiết bị phụ trong hệ thống :[10] Tính bơm nước thải tại bể điều hòa: Xác định đường kính ống dẫn nước thải (đường kính ống đẩy của bơm nước thải đặt tại bể điều hòa). Lựa chọn tốc độ trung bình của nước thải chuyển động trong ống dẫn ω = 2,0 (m/s) [10]. = = 0,39 (m) ≈ 400 (mm) Với Q - lưu lượng thể tích, m3/s ω - vận tốc lưu thể trong ống dẫn, m/s Ta lựa chọn sử dụng 4 bơm ly tâm để bơm nước thải từ bể điều hòa sang bể lắng sơ cấp. Mỗi bể lắng được cấp nước bởi 2 máy bơm đặt chìm nối song song. Như vậy công suất trên trục bơm được xác định theo công thức : , kW Trong đó : Q - lưu lượng bơm, Q = = 0,06125 (m3/s) ρ - khối lượng riêng chất lỏng, ρ20º = 998,2 (kg/m3) g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2) H - áp suất toàn phần của bơm, (m cột nước) η - Hiệu suất chung của bơm. H – Áp suất toàn phần do bơm tạo ra được xác định theo công thức : H = Với : ph và pd - áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, N/m2 H0 - chiều cao nâng chất lỏng, m - áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy), m Áp suất ΔP gồm các thành phần : + : áp suất động học để tạo tốc độ dòng chảy ra khỏi ống (N/m2) ΔPd = = 1996,4 (N/m2) + : áp suất để thắng trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng (N/m2) L - Chiều dài toàn bộ ống dẫn, theo bố trí mặt bằng L ≈ 24,5 (m) λ : hệ số ma sát dọc theo chiều dài ống, phụ thuộc vào chuẩn số Re và độ nhám thành ống. Ixaep đã dựa trên nhiều thực nghiệm với ống có đường kính khác nhau đã đưa ra công thức tổng quát để tính λ cho các khu vực : với độ nhớt của nước ở 20 °C µ20º = 110-3 (N.s/m2) Re = = 798560 > 4000. Chất lỏng chảy trong ống ở chế độ chảy xoáy. : độ nhám tương đối. 0,37510-3 (m) Với ống tráng kẽm mới, bình thường chọn ξ = 0,1510-3 (m) λ = 0,01636 ΔPm = = 2000,5 (N/m2) + : áp suất để thắng trở lực cục bộ (N/m2). Với ξ là tổng các hệ số trở lực của toàn đường ống. + Ống hút : Thiết bị Số lượng ξ đơn trị ξ Van tiêu chuẩn 1 5,5 5,5 Ống cong 90° 1 1,13 1,13 Σξ 6,63 + Ống đẩy : Thiết bị Số lượng ξ đơn trị ξ Van 1 chiều 1 5 5 Van tiêu chuẩn 1 5,5 5,5 Đột ngột mở 1 0,16 0,16 Ống cong 90° 2 1,13 2,26 Σξ 12,92 Σξ = Σξh + Σξd = 19,55 Vậy 39029,62 (N/m2) + : áp suất để thắng áp suất thủy tĩnh : 88132 (N/m2) Với H là chiều cao nâng chất lỏng, Theo bố trí thủy lực H = 9 (m). + : áp suất để khắc phục trở lực trong =0 + : áp suất bổ sung cuối ống dẫn =0 Vậy =1996,4 + 2000,5 + 39029,62 + 88132 = 131158,52 (N/m2) hm = 13,39 (m). Vậy H = 13,4 (m) Hiệu suất của bơm ly tâm : = [10] Trong đó : - hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm η0 = 0.90 - hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo thành dòng xoáy trong bơm. Chọn = 0,85. : Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ lót trục,ổ bi. Chọn =0,95. Vậy = 0,850,850,95 = 0,73. Hiệu suất bơm η = 0,73 Công suất yêu cầu trên trục bơm : N = = 11(kW) Chọn hệ số dự trữ công suất cho động cơ k = 1,1 Vậy công suất cần có của động cơ bơm N = 12,1 (kW). Tính máy thổi khí cấp khí cho bể điều hòa : Công suất lý thuyết của máy nén khí tính theo quá trình nén đa biến: , kW [11] Trong đó: NLT = Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW G = Trọng lượng của dòng khí, kg/s R = Hằng số khí, đối với không khí thì R = 8,314 kJ/kmol.oK T1 = Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T1 = 273 + 25=298 oK p1 = Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, p1 = 1 atm p2 = Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = P1 + DP, atm DP = Áp suất toàn phần để khắc phục các cản trở thuỷ lực của hệ thống ống dẫn khí (kể cả ống dẫn và thiết bị). ; m là hệ số của quá trình nén đa biến. e = Hiệu suất của máy, e = 0,7 ¸ 0,8. Chọn e = 0,75 Trọng lượng riêng của dòng khí: G = Qkk , kg/s Trong đó: Qkk - Lưu lượng không khí cần thiết, Qkk = 0,423 (m3/s) - Khối lượng riêng của không khí ở 250C, = 1,2 kg/m3 [10] Suy ra: G = = 0,25 (kg/s) Sử dụng n = 2 máy thổi khí cấp khí cho 10 dàn ống phân phối khí của bể điều hòa. Sử dụng ống thép tráng kẽm D = 120mm để dẫn khí với vận tốc chuyển động của dòng khí trong ống là 15 (m/s). Vận tốc khí trong ống nhánh chính D = 100mm là 7,64 m/s. + Tổn thất áp lực trên chiều dài ống dẫn khí nén được xác định theo công thức : , m cột nước [4] Trong đó : l - chiều dài ống dẫn, m v - vận tốc dòng khí, m/s ρk và ρn - khối lượng riêng của không khí và nước, kg/m3 λ - hệ số tổn thất, λ = 0,3146Re-0,25 ( đối với không khí trong điều kiện chuẩn và mặt trong ống nhẵn lấy λ = 0,02) Với ống D = 120mm. ΔH = 0,02=0,04 (m cột nước) Với ống D = 100mm. ΔH = 0,02= 0,025 (m cột nước) ΣΔHi = 0,065 (m cột nước). + Tổn thất cục bộ tại van khóa co khuỷu được xác định : , m Với ξ - hệ số tổn thất áp lực cục bộ (đối với van khóa thường lấy bằng 0,1) vc - vận tốc dòng khí qua phụ kiện, (m/s) Có 4 khuỷu 90° với ξ = 1,13 [11], đột ngột co ξ = 0,15 [11] =3,64 (m cột nước) + Tổn thất áp lực qua thiết bị phân tán khí ΔHa , thông thường với hệ thống phân tán khí ống bọc màng cao su tổng hợp đại lượng ΔHa không vượt quá 0,2 m. Chọn ΔHa = 0,2 m. Áp lực cần thiết của hệ thống khí nén H là : H = ΣΔHi + ΣΔHc + ΣΔHa + Hs , m Với Hs - độ ngập của thiết bị phân tán khí trong nước Hs = 4 m H = 0,065 + 3,64 + 0,2 +4 = 7,9 m Áp lực của máy thổi khí : P = 102 + H = 100 + 7,9 = 107,9 (KPa) Công suất của 1 máy thổi khí cho hệ thống sục khí bể điều hòa :[4] N = , kW Trong đó : Qk - Tổng lưu lượng khí nén, m3/h ; Qk = 761,5 (m3/h) η - hệ số sử dụng hữu ích của máy thổi khí. Chọn η = 0,75 N = =9,3 (kW) Tính máy bơm bùn từ hố gom bùn lên bể nén bùn : Lưu lượng hỗn hợp bùn cặn của bể lắng sơ cấp và bể lắng thứ cấp cần bơm đến bể nén bùn trong 1 ngày đêm: Wb = 1008 (m3). Lượng bùn này được 2 máy bơm bùn ly tâm bơm lên 4 bể nén bùn trong 4 giờ với lưu lượng bơm của mỗi máy bơm là 126 m3/h. Chọn đường ống dẫn bùn là ống nhựa và dòng bùn chảy trong ống với vận tốc 1,5 m/s. Đường kính ống dẫn bùn : D = = 0,17 (m) ≈ 200 (mm) Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : , kW Trong đó: Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 126 (m3/h) = 0,035 (m3/s) : Khối lượng riêng của bùn. Chọn tỷ trọng trung bình của hỗn hợp bùn cặn sơ cấp và thứ cấp= = 1,29 (kg/l) = 1290 (kg/m3) g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 H: Áp lực toàn phần do bơm tạo ra, m. : Hiệu suất chung của bơm. Chọn = 0,81. + Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [11] Trong đó: p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, p1=p2 H0: chiều cao nâng bùn, Theo bản vẽ trắc dọc theo bùn H0 = 6 (m) hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m. hm= Với = pd + pm +pc Trong đó: pd: áp suất động lực học ,tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. pd = , N/m2 [11] pm: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng. pm = l . [11] pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ pc = [11] Suy ra hm= Trong đó: : khối lượng riêng của bùn, = 1290 (kg/m3) g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 w: tốc độ trung bình của bùn đi trong ống, m/s. Chọn w = 1,5 m/s l :hệ số ma sát dọc đường. L : chiều dài ống dẫn (m) . L= 15m d : đường kính ống dẫn, m. d= 0,2m Sz : hệ số trở lực cục bộ. Sz =z1 + z2 + z3 z1 : trở lực cục bộ tại ống đẩy của bơm vào bể (đột mở).z1 = 1 z2 : trở lực tại khuỷu cua nối bằng ren 900, z2 = 1,13. Có 1 cua nối. z3 : trở lực van, chọn van tiêu chuẩn với z3 = 4,7. Có 1 van Sz =z1 + z2 + z3 = 1 + 1,13 + 4,7 = 6,83 Tính l dựa dựa vào chuẩn số Renold như sau : Re = [11] . Với là độ nhớt của bùn. Coi nồng độ pha rắn (bùn) là 40% lớn hơn 10% thể tích nên: , Ns/m2 [11] Trong đó: : độ nhớt của nước ở 300C, = 0,8007.10-3 (N.s/m2) [10] : nồng độ pha rắn trong huyền phù. (N.s/m2) Do đó Re == 172767 > 4000 nên dòng chảy trong ống là chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [10] == 0,077 hm===1,56 Vậy 0 + 6 + 1,56 = 7,65 m Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : == 4,2 (kw) Công suất của động cơ điện: = = 5,2 (kW) [10] Chọn hệ số dự trữ công suất cho động cơ điện k = 1,1: = 1,1 x 5,2 = 5,72 (kW) Chọn 2 bơm bùn có công suất 5,72 kW để bơm bùn từ hố gom bùn lên 4 bể nén bùn. KẾT LUẬN Cùng với sự phát triển kinh tế và đô thị hóa thì vấn đề ô nhiễm môi trường mà nhất là ô nhiễm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất không qua xử lý đang là vấn đề bức xúc ở các đô thị hiện nay. Trước các yêu cầu về phát triển kinh tế- xã hội, thu hút đầu tư, phát triển du lịch, trước yêu cầu chính đáng của người dân Thành phố về một môi trường sống trong sạch và an toàn, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải của thành phố là một yêu cầu hết sức cần thiết và cấp bách. Do vậy, việc thiết kế và xây dựng nhà máy xử lý nước thải Quy Nhơn không chỉ giải quyết được vấn đề ô nhiễm nước thải sinh hoạt mà còn góp phần lớn vào việc tạo dựng một thành phố thân thiện, an toàn, xanh, sạch đẹp, tạo tiền đề cho việc phát triển kinh tế bền vững, thu hút đầu tư nước ngoài và phát triển ngành du lịch sinh thái tương xứng với tiềm năng vốn có của thành phố biển Quy Nhơn. Với ý tưởng đó, việc thực hiện đề tài thiết kế công nghệ cho nhà máy xử lý nước thải thành phố Quy Nhơn là rất có tính thực tế và thiết thực. Đồ án đã thực hiện được: Phân tích các đặc điểm tự nhiên – kinh tế - xã hội của thành phố Quy Nhơn Đặc điểm của hệ thống cấp thoát nước, các lưu vực thoát nước Đặc tính, thành phần của nước thải sinh hoạt Tổng quan một số công nghệ chủ yếu để xử lý nước thải đô thị. Từ đó đi đến việc lựa chọn khu vực xử lý là khu dân cư và sản xuất phía Nam và phía Tây thành phố, lưu vực thoát nước về phía hồ Phú Hòa, lựa chọn công nghệ xử lý cho nhà máy xử lý nước thải phù hợp với điều kiện của thành phố Quy Nhơn gồm : Ngăn tiếp nhận – Song chắn rác thô – Bể lắng cát – Lọc rác tinh – Điều hòa có sục khí – Lắng sơ cấp – Lọc sinh học – Lắng thứ cấp – Khử trùng. Đối với bùn thải được nén tại bể nén bùn – máy ép bùn băng tải sử dụng C-polime trợ hết tách. Các thông số thiết kế ban đầu : pH 6,9 – 7,3 Chất lơ lửng (SS) 450 COD 335 BOD5 (20°C) 216 Nitơ amon (N-NH4) 32 Phốtpho (PO43-) 1,7.103/160 = 11 Chất hoạt động bề mặt 2,5.103/160 = 15,6 Coliform MPN/100ml 2,3.105 Do bản thân còn nhiều hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thực tế, đồ án chắc chắn khó tránh khỏi thiếu xót, rất mong nhận được góp ý của quý thầy cô giáo phản biện và hội đồng bảo vệ. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ban quản lý dự án VSMT TP Quy Nhơn (2009), Dự án vệ sinh môi trường thành phố Quy Nhơn, Quy Nhơn. Cục thống kê Bình Định (2008), Niên giám thống kê thành phố Quy Nhơn, Bình Định. Lâm Minh Triết. Nguyễn Thanh Hùng. Nguyễn Phước Dân (2004), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp Tính toán thiết kế công trình, NXB ĐHQG TPHCM. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. Trần Văn Nhân. Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. Công ty công nghệ môi trường Thăng Long (2008), Thuyết minh kỹ thuật Trạm xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Tạo. Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây Dựng. Hoàng Văn Huệ. Trần Đức Hạ (2002), Xử lý nước thải, Thoát nước Tập II, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. Bộ Xây Dựng (2008), TCXDVN 7957-2008, Thoát nước – Mạng lưới và các công trình bên ngoài. Tiêu chuẩn thiết kế. Nguyễn Bin, Trần Xoa, Nguyễn Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay quá trình và thiết bị hóa chất Tập 1, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. Nguyễn Bin, Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 1, Các quá trình thủy lực, bơm, quạt, máy nén , NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội