Luận văn Thiết kế hệ thống xử lý nước thải đô thị - Khu bắc trung tâm thành phố Quy Nhơn

ông tan như cát, sỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác có kích thước từ 0,2 đến 2 mm ra khỏi nước thải để tránh những ảnh hưởng xấu đến hiệu suất làm việc của các công trình tiếp theo. Vì công suất của trạm xử lý lớn nên ta sử dụng bể lắng cát ngang. Vì cặn từ bể lắng đợt một sẽ được xử lý ở bể mêtan bằng quá trình sinh học kỵ khí, do đó nhiệm vụ của bể lắng cát là phải loại bỏ được cát có cỡ hạt d = 0,25 mm để tránh ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học kỵ khí. Khi đó Uo = 24,2 mm/s [3]. 1 2 3 1 2 4 1- mương dẫn nước vào 2- mương dẫn nước ra 3- hố thu cặn 4- máng phân phối nước 5- mương thu nước 5 Hình 4.2. Sơ đồ bể lắng cát ngang hình chữ nhật - Bể lắng cát bao gồm phần công tác và phần cặn lắng. Chiều dài phần công tác của bể lắng cát ngang xác định theo công thức [1]: ,m Trong đó: Uo - độ lớn thủy lực của các hạt cát. Đối với hạt cát có kích thước 0,2 mm thì Uo = 24,2 mm/s [3]; K - hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng của hạt cát trong bể lắng cát. Với Uo = 24,2 thì K = 1,3 [8]; v - vận tốc dòng chảy trong bể khi lưu lượng nước thải lớn nhất, v = 0,2 m/s [10]; h - chiều sâu công tác của bể lắng cát, h = 0,251,0 m. Chọn h = 1,0 m. m. - Chiều rộng bể lắng cát [1]: ,m Trong đó: q - lưu lượng nước thải, m3/s; m. - Diện tích mặt thoáng của nước thải trong bể lắng cát ngang: F = B x L = 1,7 x 10,7 = 18,2 m2 - Thể tích của bể lắng cát: V = F x H = 18,2 x 1,0 = 18,2 m3 - Thời gian lưu nước trong bể lắng cát ứng với Qmax phải lớn hơn 30 giây và có thể đến 90 giây [10]. giây (thỏa mãn yêu cầu). Chọn bể lắng cát gồm 2 đơn nguyên. Kích thước của mỗi đơn nguyên là L = 10,7 m; B = 1,7/2 = 0,9 m. - Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang [3]: ,m3 Trong đó: Ntt - dân số tính toán sử dụng hệ thống, người; P - lượng cát bị giữ lại trong bể lắng cát cho một người trong ngày đêm. Đối với nước thải đô thị, lượng cát là a = 0,02 l/người/ngày [9]; t - chu kỳ xả cát; t 2 ngày đêm (để tránh sự phân hủy cặn cát). Chọn t = 1/2 ngày đêm. m3. - Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong một ngày đêm [3]: m - Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang : Hxd = h + hc + hbv = 1,0 + 0,2 + 0,4 = 1,6 m. Trong đó : hbv – chiều cao bảo vệ , lấy hbv = 0,4 Muốn cặn hữu cơ không lắng trong bể lắng cát thì phải giữ tốc độ dòng chảy trong bể lắng cát ổn định. Để thực hiện điều này, cuối bể lắng cát xây dựng cửa tràn kiểu máng đo theo tỷ lệ với độ ngập nước H trong bể lắng cát. - Chênh lệch độ cao giữa đáy bể máng tràn và đáy bể lắng cát [10]: , m Trong đó: Với: 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; m - Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b [10]: Với: m – hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới . Chọn = 45o và giả thiết b/B = 0,2, ta có m = 0,352. m Bảng 4.2. Kết quả tính toán của bể lắng cát ngang Thông số L B H Hxd hc b Wc Đơn vị m m3 Kích thước 10,7 1,7 1,0 1,6 0,2 0,2 0,6 1,7 4.6. Máng đo lưu lượng Để các công trình xử lý nước thải làm việc bình thường và cung cấp số liệu lập hồ sơ thủy lực cho lưu lượng nước thải đầu vào chính xác đo được, phải biết lưu lượng nước thải tổng cộng chảy vào trạm và lượng nước chảy vào từng công trình. Ngoài ra còn phải biết sự dao động lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày. Vì vậy, cần sử dụng máng đo lưu lượng. Phần lớn các công trình trong trạm xử lý nước thải hoạt động theo chế độ tự chảy nên ta phải dùng máng đo lưu lượng, thường dùng loại máng Parsan. Máng làm việc theo nguyên lý co hẹp dòng chảy, kích thước của máng phụ thuộc vào lưu lượng nước thải qua máng. B b B1 l3 l2 l1 Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo của máng Parsan Với Q = 27500 m3/ngày = 318,3 l/s. Dựa vào bảng P3.8 [1] ta xác định được các thông số của máng như sau: Chiều rộng của mương dẫn nước trước khi vào máng B = 0.83 m; Chiều dài phần thu hẹp của máng l1 = 1,35 m; Chiều rộng của họng máng b = 0,3 m; Chiều dài của họng máng l3 = 0,6 m; Chiều dài phần mở rộng của máng l2 = 0,9 m; Chiều cao của mực nước sau họng máng hh = 0,22 m; Chiều rộng của mương dẫn sau máng B1 = 0,6 m. Chiều sâu lớp nước trong túi đo [1] Trong đó: Q - lưu lượng nước thải, m3/s; b - chiều rộng họng máng đo, m; - hệ số phụ thuộc vào kích thước của họng máng b, = 1,522. 4.7. Bể điều hòa Bể điều hòa đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng đợt I. Mục đích của bể điều hòa là điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn bằng khí nén để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích và không cho cặn lắng trong bể. - Thể tích bể điều hòa: Vdh = Q x t, m3 Trong đó: Q - lưu lượng nước thải đưa vào xử lý; t - thời gian lưu nước trong bể điều hòa. Chọn t = 2 h. Vdh = 1145,8 x 2 = 2291,6 m3 - Chọn chiều cao công tác của bể điều hòa là H = 4 m. - Kích thước của bể điều hòa: Fdh = 572,9 m2  => Chiều rộng bể điều hòa: B = 22 m Chiều dài bể điều hòa: L = 26 m. - Chiều cao xây dựng của bể : Hxd = H + Hbv = 4 + 0,4 = 4,4 m. 4.8. Bể lắng đợt một Bể lắng đợt một được sử dụng với mục đích loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó. Các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhẹ hơn sẽ nổi lên mặt nước và được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở ngoài bể. Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng đợt I cần đạt 150 mg/l. Nước thải sau khi qua bể điều hòa được dẫn trực tiếp vào bể lắng đợt I. - Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng [9]: , mm/s Trong đó : k - hệ số sử dụng thể tích, lấy theo loại bể lắng và cấu tạo của thiết bị phân phối và thu nước. Đối với bể lắng ngang, k = 0,5; H - chiều cao công tác của bể lắng, m. Chọn H = 3 m [8]; W - tốc độ rối thành phần đứng. Với v = 5 mm/s thì W = 0 [8]; - hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của nước thải. Khi nhiệt độ trung bình của nước thải là 25oC thì = 0,90 [8]; t - thời gian lưu nước trong ống nghiệm với lớp nước h và hiệu suất lắng cho trước, xác định bằng thực nghiệm. Do không có điều kiện xác định bằng thực nghiệm nên ta xác định một cách tương đối bằng phép nội suy gần đúng theo bảng 7 – 12 [8]. Với nước thải có hàm lượng SS = 245 mg/l, chiều cao lớp nước h = 500 mm và hiệu suất lắng bằng 50% thì t = 754 s; Trị số (kH/h)n khi tính toán các bể lắng đợt I đối với nước thải sinh hoạt có thể lấy theo bảng 7 – 13 [8]. Với H = 3 m thì (kH/h)n = 1,32. mm/s. - Chiều dài bể lắng được xác định theo công thức [9]: , m Trong đó : v - tốc độ chuyển động của nước thải ở bể lắng, mm/s; Đối với bể lắng ngang, v = 5 – 7 mm/s [ 8]. Chọn v = 5 mm/s; Uo - tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng, mm/s. m - Thời gian lưu nước trong bể: s = 1 giờ. Thời gian lưu không đảm bảo thời gian lắng trong bể lắng đợt I. Theo bảng 4 – 3 [10], thời gian lưu nước ở bể lắng sơ cấp khoảng t = 1,5 – 2,5 m. Để đảm bảo thời gian lắng, chọn t = 1,5 h. Khi đó, cần tăng chiều dài bể lắng. L = v x t = 5 x 10-3 x 1,5 x 3600 = 27 m. - Diện tích ướt của bể lắng ngang: m3 - Chiều rộng của bể: m - Theo TCXDVN 51 – 2008, số bể lắng đợt I không ít hơn 2 bể. Nên ta chọn số đơn nguyên của bể lắng là n = 3. Khi đó, chiều rộng mỗi đơn nguyên là: m. - Kiểm tra kết quả, ta thấy: (nằm trong khoảng 8 – 12, phù hợp với TCXDVN 51 –2008). (nằm trong khoảng 2 – 5, phù hợp với TCXDVN 51 – 2008). Vận tốc thực tế trong phần lắng: ,004 mm/s. Lấy tròn vth = 5mm/s. Thời gian lắng thực tế: giờ. (phù hợp với giả thiết đã chọn). - Vận tốc dòng chảy giới hạn vùng lắng [10]: Trong đó: k - hằng số phụ thuộc tính chất cặn. Ở bể lắng đợt I, xử lý nước thải sinh hoạt có thể lấy k = 0,05; - tỷ trọng của hạt, thường = 1,2 – 1,6. Chọn = 1,4; g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; d - đường kính tương đương của hạt, m. Thường chọn d = 10-4 m; f - hệ số ma sát, phụ thuộc đặc tính bề mặt của hạt và chuẩn số Reynol của hạt khi lắng, f = 0,02 – 0,03; có thể lấy f = 0,025. m/s Vận tốc thực tế của dòng chảy trong vùng lắng vth = 0,005 m/s < vH nên dòng nước không cuốn theo cặn lắng trong bể. - Tải trọng bề mặt [10]: m3/m2.ngày - Hiệu quả khử BOD5 của bể lắng đợt I [10]: ,% Trong đó: - hiệu quả khử BOD5 biểu thị bằng %; t - thời gian lưu nước trong bể, h; a,b - hằng số thực nghiệm; Theo bảng 4 – 5 thì a = 0,018 h, b = 0,02 h [10] % - Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau bể lắng đợt I: mg/l. - Hiệu quả khử SS của bể lắng đợt I [10]: , % Trong đó: YSS - hiệu quả khử SS biểu thị bằng %; t - thời gian lưu nước trong bể, h; a,b - hằng số thực nghiệm; Theo bảng 4 – 5 thì a = 0,0075 h; b = 0,014. % - Hàm lượng SS trong nước thải sau bể lắng đợt I: SS = SSo x(1 –YSS) = 245 x (1 – 52,63%) =116,06 mg/l. - Lượng bùn khô thu được tại bể lắng đợt I: Wb = Q x SSo x YSS , kg/ngày Trong đó: Q - lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày; SSo - hàm lượng SS trong nước thải vào bể lắng đợt I, mg/l; YSS - hiệu quả khử SS của bể lắng đợt I, %. Wb = 27500 x 245 x 10-3 x 52,63% = 3545,95 kg/ngày. - Độ ẩm trung bình của cặn lắng ở bể lắng đợt I khoảng 94 % [9], tỷ trọng cặn lắng ướt t/m3 [9]. Từ đó, ta xác định được thể tích cặn lắng ướt thu được từ bể lắng đợt I [9]. m3/ngày. - Chiều cao lớp cặn [1]: m. - Chiều cao xây dựng bể [1]: Hxd = H + hb + hth + hbv Trong đó: H - chiều cao công tác bể lắng, H = 3 m; hb - chiều cao lớp cặn; hbv - chiều cao bảo vệ, lấy hbv = 0,4 m; hth - chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,5 m. Hxd = 3 + 0,5 + 0,5 + 0,4 = 4,4 m Vậy bể lắng đợt I được xây dựng gồm 3 đơn nguyên với kích thước mỗi đơn nguyên như sau: B x L x H = 7 m x 27 m x 4,4 m. - Độ dốc hố thu cặn lấy bằng 50o. - Bùn cặn trượt về hố thu ở đầu bể theo độ dốc của đáy là i = 0,02. Bảng 4.3. Kết quả tính toán bể lắng đợt I Thống số L B Hxd hb Đơn vị m Kích thước 27 7 4,4 0,5 4.9. Hệ thống AAO 4.9.1. Bể xử lý sinh học yếm khí - Dung tích làm việc của bể: , m3/ngày. Trong đó: Q - lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày; t - thời gian lưu của nước thải trong bể, t = 15 h m3 - Xây dựng 2 bể, mỗi bể có dung tích là 8593,8 m3 - Tổng chiều cao xây dựng của bể: H = H1 + H2 + H3 Trong đó: H1 - chiều cao phần xử lý, chọn H1 = 5 m; H2 - chiều cao vùng lắng, H2 1, chọn H2 = 1,5 m; H3 - chiều cao dự trữ, H3 = 0,3 – 0,5 m. Chọn H3 = 0,5 m. H = 5 + 1,5 + 0,5 = 7 m - Chiều dài bể L = 42 m. - Chiều rộng bể B = 29 m. 4.9.2. Bể xử lý sinh học thiếu khí - Lượng nitơ cần khử trong một ngày: G = Q x Nr x R x 10-3 Trong đó: Nr - hàm lượng nitơ của dòng ra, mg/l; R - hệ số tuần hoàn; Với: Nv - tổng nitơ dòng vào bể, Nv = 50 x 90% = 45 mg/l; Nr - tổng nitơ ở bể lắng thứ cấp, Nr = 8 mg/l. - tỷ lệ nitrat hóa, = 0,5 G = 27500 x 8 x 3,5 x 10-3 = 770 kg/ngày - Tỷ lệ tuần hoàn của dòng lỏng được nitrat hóa RN R = RN + Rr Trong đó: Rr - tỷ lệ bùn tuần hoàn, Rr = 0,5. RN = R – Rr = 3,5 – 0,5 = 3,0 - Dung tích bể thiếu khí: Trong đó: a - hằng số tốc độ khử nitơ, a = 2gN/kgMLSS.giờ, với nồng độ MLSS = 2500 mg/l (X = 1500 – 3000 mg/l) [10]. m3 - Thời gian lưu nước thải trong bể giờ - Tổng chiều cao xây dựng bể H = H1 + H2 Trong đó: H1 - chiều cao phần thể tích xử lý, H1 = 5 m; H2 - chiều cao dự trữ, H2 = 0,3 – 0,5 m. Chọn H2 = 0,5 m. H = 5 + 0,5 = 5,5 m Xây dựng 2 bể xử lý sinh học thiếu khí, thể tích mỗi bể là V = 2062 m3. - Diện tích cần thiết của mỗi bể m2 Vậy thông số thiết kế mỗi bể là: Chiều cao xây dựng H = 5,5 m Chiều dài của bể: L = 29 m; Chiều rộng của bể: B = 22 m. 4.9.3. Bể xử lý sinh học hiếu khí 1. Thể tích làm việc của bể hiếu khí [10] Trong đó: Q - lưu lượng nước cần xử lý, m3/ngày; So - hàm lượng BOD5 trong nước thải vào bể, mg/l; S - hàm lượng BOD5 trong nước thải sau xử lý, mg/l; X - nồng độ bùn hoạt tính (cặn hữu cơ bay hơi), mg/l. X = 1500 – 3000 mg/l. Chọn X = 2500 mg/l; Y - hệ sô sinh trưởng cực đại, mg bùn hoạt tính/mg BOD5 tiêu thụ. Theo bảng 5 – 1 [10] thì Y = 0,8; Kd - hệ số phân hủy nội bào, ngày-1. Có thể lấy Kd theo giá trị điển hình trong quá trình xử lý nước thải đô thị, bỏ qua ảnh hưởng của các chất đặc biệt, Kd = 0,04 ngày-1; - tuổi của bùn, ngày. = 12 ngày. m3. - Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể aeroten: - Thời gian lưu nước trong bể ngày = 8 giờ. Thời gian lưu nước phù hợp với giá trị điển hình t = 6 – 15 h [2]. Như vậy tuổi của bùn đã chọn là phù hợp. - Chiều sâu công tác của bể thường lấy từ 3 – 6 m [8], chọn H = 5 m. - Diện tích làm thoáng cần thiết của bể m. Tỷ số giữa chiều rộng và chiều sâu làm việc của bể B : H = 1 : 2 [8]. Khi đó chiều rộng của mỗi hành lang B = 10 m. - Tổng chiều dài (gồm các hành lang) của bể m. Xây dựng 2 bể hiếu khí, mỗi bể bố trí 4 hành lang. Chiều dài mỗi hành lang Trong đó: N - số bể hiếu khí; n - số hành lang trong một bể. m. - Chiều cao xây dựng bể Hxd = H + Hbv Trong đó: H - chiều cao công tác của bể, m; Hbv - chiều cao bảo vệ của thành bể trên mặt nước, m; Hbv = 0,5 m. [10] Hxd = 5 + 0,5 = 5,5 m. - Hệ số chuyển hóa cơ chất [10] - Theo tiêu chuẩn thiết kế của Nga và tiêu chuẩn ngành của Việt Nam, tổng lượng bùn khô sinh ra hàng ngày [10]. Gbùn = 0,8 x (SS) + 0,3 x (BOD5) Trong đó: SS - lượng cặn lơ lửng trong nước thải vào bể, kg/ngày; BOD5 - hàm lượng BOD5 trong nước thải vào bể, kg/ngày. Gbùn = 0,8 x 27500 x 116,06 x 10-3 + 0,3 x 27500 x 151,25 x 10-3 = 3504 kg/ngày. - Nồng độ bùn trong dòng nước từ bể hiếu khí sang bể lắng đợt II mg/l. 2. Lượng bùn khô phải xả ra hàng ngày vào công trình xử lý bùn tính theo cân bằng vật chất Gxả = Gbùn – Q x SSra Trong đó: SSra - hàm lượng SS trong nước thải sau bể lắng đợt II, kg/m3. Theo cột A QCVN 14 : 2008/BTNMT, SSra = 50 mg/l; Gxả = 3504 – 27500 x 50 x 10-3 = 2129 kg/ngày. - Thể tích cặn ướt thu được từ bể lắng đợt II với độ ẩm 99 % [9] m3/ngày. 3. Tính lượng oxy cần thiết cấp cho bể Tính lượng oxy cần thiết theo lý thuyết trong điều kiện tiêu chuẩn Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD, oxy hóa amoni NH+4 thành NO3-, khử NO-3 [10]. Trong đó: OCo - lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20oC; Q - lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày; So - nồng độ BOD5 đầu vào, g/m3; S - nồng độ BOD5 đầu ra, g/m3; f - hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20; . Thường f = 0,45 – 0,68, chọn f = 0,68; Px - phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư, kg/ngày; Px = Yb x Q x (So – S) x 10-3 Px = 0,32 x 27500 x (151,25 – 30) x 10-3 = 750,2 kg/ngày. 1,42 - hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD; No - tổng hàm lượng nitơ đầu vào, g/m3; N - tổng hàm lượng nitơ đầu ra, g/m3; 4,57 - hệ số sử dụng oxy hóa khi oxy hóa NH+4 thành NO-3. kg O2/ngày Tính lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế ở 25oC [10] Trong đó: - hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải thường lấy = 1; Csh - nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ứng với nhiệt độ (ToC) và độ cao so với mặt biển tại nhà máy xử lý, mg/l. Ở 25oC, Csh = 8,1785 mg/l; Cs20 - nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20oC, mg/l, Cs20 = 9,08; Cd - nồng độ oxy cần duy trì trong công trình, mg/l; Cd = 1,5 – 2 mg/l. Chọn Cd = 2 mg/l. - hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng, kích thước bể, = 0,6 – 0,94. Chọn thiết bị phân phối bọt khí kích thước trung bình, = 0,8 [10]. kg/ngày. Lượng không khí cần thiết [10] , m3/ngày Trong đó: OCt - lượng oxy cần thiết ở điều kiện xử lý, kg/ngày; f - hệ số an toàn, thường f = 1,5 – 2. Chọn f = 1,5; OU = Ou x h - công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1 m3 không khí; Ou - công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối khí tính theo gam oxy cho 1 m3 không khí, ở độ sâu ngập nước h = 1 m có thể chọn theo bảng 7 – 2 [10], ở điều kiện trung bình, Ou = 4,5 gO2/m3.m; h - độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí. Thiết bị phân phối khí đặt cách đáy 0,5 m; bể sâu 5 m, do đó h = 4,5 m. OU = 4,5 x 4,5 = 20,25 g O2/m3. m3/ngày. Bảng 4.4. Kết quả tính toán hệ thống AAO Thông số L (m) B (m) Hxd (m) (h) Số đơn nguyên Bể yếm khí 42 29 7 15 2 Bể thiếu khí 29 22 5,5 5,6 2 Bể hiếu khí 22 10 5,5 8 2 (8 hành lang) 4.10. Bể lắng đợt II Nước thải sau bể xử lý sinh học được đưa sang bể lắng đợt II. Bể lắng đợt II có nhiệm vụ lắng trong phần nước ở trên để xả ra nguồn tiếp nhận và cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể. Một phần bùn hoạt tính được tuần hoàn trở lại bể yếm khí để duy trì nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải. Phần dư còn lại gọi là bùn dư và được đưa đến bộ phận xử lý bùn. - Diện tích mặt bằng của bể lắng [10] , m2 Trong đó: Q - lưu lượng nước thải đưa vào xử lý, m3/h; - hệ số tuần hoàn; chọn = 0,5 Co - nồng độ bùn hoạt tính trong bể hiếu khí, g/m3; Ct - nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, g/m3; mg/l vL - vận tốc lắng của mặt phân chia (m/h) phụ thuộc vào nồng độ cặn CL và tính chất của cặn, thường phải tiến hành thí nghiệm để xác định. Do không có điều kiện thí nghiệm nên có thể tính vL theo công thức thực nghiệm của Lee – 1982 và Wilson – 1996. , m/h Với: vmax = 7 m/h; K = 600 đối với cặn có chỉ số thể tích 50 < SVI < 150 là cặn thường gặp trong xử lý nước thải sinh hoạt [10]. g/m3. m/h m2 - Buồng phân phối có đường kính từ 0,25 – 0,3 đường kính bể [10]. Chọn buồng phân phối có đường kính bằng 0,25 đường kính bể. Diện tích thực của bể (bao gồm cả diện tích buồng phân phối trung tâm) Sbể = 1,1 x S = 1,1 x 1548 = 1702,8 m2 - Ta xây dựng 4 bể lắng tròn radian. Diện tích mỗi bể S = 425,7 m2. - Đường kính bể lắng đợt II m - Đường kính buồng phân phối trung tâm [10] d = 0,25 x D = 0,25 x 23,3 = 5,8 m. - Diện tích buồng phân phối trung tâm m2 - Diện tích vùng lắng của một bể SL = 425,7 – 38,5 = 387,2 m2 - Tải trọng thủy lực [10] m3/m2.ngày Tải trọng thủy lực của bể lắng đợt II sau bể hiếu khí theo tiêu chuẩn thiết kế là 16,4 – 32,8 m3/m2.ngày [10]. Do đó, giá trị a nằm trong khoảng cho phép. - Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể m/h - Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính 0,8 đường kính bể [10] Dmáng = 0,8 x D = 0,8 x 23,3 = 18,64 m. - Chiều dài máng thu nước m. - Tải trọn bùn kg/m2.h - Chiều cao xây dựng bể lắng Hxd = H + hth + hb + hbv Trong đó: H - chiều cao công tác của bể (chiều sâu vùng lắng), m; H = 1,5 – 5 m. Chọn H = 5m [8] hth - chiều cao lớp nước trung hòa giữa vùng lắng và vùng chứa cặn, m; hth = 0,3 m [8] hb - chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0,5 m hbv - chiều cao dự trữ của bể lắng phía trên mặt nước, lấy hbv = 0,5 m. Hxd = 5+ 0,3 + 0,5 + 0,5 = 6,3 m - Thể tích làm việc của mỗi bể lắng V = 425,7 x 5 = 2128,5 m3 Như vậy, ta sẽ xây dựng 4 bể lắng radian với kích thước của mỗi bể là: Hxd x D = 6,3m x 23,3m. - Đáy bể có dạng hình chóp nón để bùn dễ dàng trượt xuống đáy, độ nghiêng thành bên của đáy không nhỏ hơn 45o – 50o [9]. Độ dốc đáy bể là 0,01 (sử dụng thiết bị cào bùn) [8]. Bảng 4.5. Kết quả tính toán bể lắng đợt II Thông số D Dmáng Hxd hb Đơn vị M Kích thước 23,3 18,64 6,3 0,5 4.11. Trạm khử trùng nước thải Để đảm bảo điều kiện vệ sinh, nước thải sau khi xử lý sinh học cần phải khử trùng tiếp tục. Khử trùng nước thải nhằm mục đích loại bỏ các loại vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm như E.coli, coliform... mà chưa hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý sinh học. Thực tế, clo lỏng hoặc các hợp chất của clo thường được dùng để khử trùng nước thải. Vì clo là hóa chất được các ngành công nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thị trường, có giá thành thấp, hiệu quả khử trùng cao. Ngoài ra, việc tiếp xúc với clo đóng góp vào việc khử mùi của nước thải, vì clo oxy hóa amoniac và các hợp chất sunfua, những thành phần gây mùi cho nước thải. Tuy nhiên, khi sử dụng clo để khử trùng cần chú ý đến lượng clo dư trong nước để không gây hại đến cá và các sinh vật nước có ích, đảm bảo an toàn cho môi trường sống. Tác dụng giữa clo hơi và nước thải là phản ứng thuận nghịch Kết quả của phản ứng cho ta axit chohydric (HCl) và axit hypochorơ (HOCl). Axit hypoclorơ từng phần được ion hóa. Quá trình ion hóa xảy ra mạnh mẽ khi độ pH của môi trường tăng, khi đó hàm lượng HOCl giảm do bị phân hủy. Sự có mặt của ion hypoclorơ và đặc biệt là ion OCl- tạo ra môi trường axit tiêu diệt vi khuẩn. Mặt khác axit hypoclorơ rất yếu nên dễ phân hủy thành axit chohydric và oxy nguyên tử tự do. HOCl HCl + O Oxy nguyên tử này sẽ oxy hóa các vi khuẩn. Ngoài ra trong quá trình clo hóa nước thải, bản chất clo trực tiếp tác động lên tế bào vi sinh và biến đổi liên kết với các chất thuộc thành phần nguyên sinh tế bào để tiêu diệt vi khuẩn. Tổng lượng Cl2 và OCl- trong nước được gọi là clo hoạt tính. 1. Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải Vmax = a x Qmax x 10-3, kg/h Trong đó: Qmax - lưu lượng của nước thải, m3/h; a - liều lượng clo hoạt tính, g/m3; a = 3 g/m3 [9] Vmax = 3 x 1145,8 x 10-3 = 3,43 kg/h. - Để định lượng clo, xáo trộn clo hơi với nước công tác, điều chế clo nước và vận chuyển đến nơi sử dụng, ta dùng clorator chân không (Loni – 100). - Chọn 2 clorator (1 chiếc làm việc, 1 chiếc dự phòng) với đặc tính như sau: Công suất theo clo hơi: 12,8 8,10 kg/h; Áp lực nước trước ejector: 3 3,5 kg/h; Độ dâng sau ejector: 5 m cột nước; Lưu lượng nước: 7,2 m3/h; Trọng lượng clorator: 37,5 kg. - Để phục vụ cho 2 clorator, chọn 3 banlon chứa clo bằng thép. Số banlon cần thiết cho trạm: Trong đó: S - lượng clo lấy ra từ một banlon trong điều kiện bình thường. Chọn S = 0,5 kg/h. chiếc Trong trạm khử trùng ta dùng các banlon có dung tích 312 lít, chứa 500 kg clo, chiều dài thùng L = 1,8 m, đường kính thùng D = 640 mm, chiều dày thùng chứa mm [3]. - Lượng clo lấy ra mỗi giờ tử 1 m2 diện tích mặt bên của thùng chứa: 3 kg/h [3] - Diện tích mặt bên của thùng chứa theo kích thước đã chọn [3] m2 Như vậy, lượng clo có thể lấy ra mỗi giờ ở thùng chứa đã chọn sẽ là: q = 2,893 x 3 = 8,679 kg/h - Số lượng thùng chứa clo cần thiết dự trữ cho nhu cầu của trạm xử lý trong một tháng [1] Trong đó: V - lượng clo hoạt tính cần thiết trong một tháng, kg/tháng; q - trọng lượng clo trong thùng chứa, kg. thùng/tháng. Số thùng chứa clo này được cất giữ trong kho. Kho được bố trí trong cùng trạm clorator có tường ngăn độc lập và đảm bảo an toàn. Để vận chuyển các thùng chứa clo từ vị trí này đến vị trí kia thường dùng các loại xe chuyên dùng. - Lưu lượng nước tổng cộng cần cho nhu cầu của trạm clorator [3] , m3/h Trong đó: q - lưu lượng nước cần thiết để làm bốc hơi clo. Khi tính toán sơ bộ lấy bằng 300 – 400 l/kg. Chọn q = 350 l/kg; p - lượng nước cần thiết để hòa tan 1 g clo, p phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải. Với nhiệt độ 25oC, p = 1,0 l/g. m3/h = 1,29 l/s. Bảng 4.6. Các thông số vận hành của trạm khử trùng nước thải Thông số Vmax q n Qn Đơn vị Kg/h Kg/h Thùng/tháng m3/h 3,43 8,68 5 4,63 2. Tính bể tiếp xúc Thời gian lưu nước trong bể t = 30 phút = 0,5 h. Dung tích làm việc của bể m3 Chiều cao của bể tiếp xúc H = Hlv + Hbv = 4 + 0,3 = 4,3 m. Trong đó: Hlv - chiều cao làm việc của bể, Hlv = 3 m; Hbv - chiều cao bảo bệ, Hbv = 0,4 m. Diện tích bể tiếp xúc m2 Vậy kích thước bể tiếp xúc là L x B x H = 20 x 10 x 3,4 m. 4.12. Bể nén bùn Bùn sau bể lắng đợt II thường có độ ẩm cao ( 99 % – 99,2 %) [9], nếu đưa về bể metan thì độ ẩm lớn, dung tích bể tăng, ảnh hưởng đến hiệu quả lên men cũng như không kinh tế. Mục đích nén bùn cặn là làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư bằng cách lắng (nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94% - 96%), tạo điều kiện cho các quá trình xử lý bùn cặn tiếp theo diễn ra ổn định, thể tích công trình giảm. Ta chọn phương pháp nén bùn bằng trọng lực. Nén bùn bằng phương pháp trọng lực thường được thực hiện trong các bể nén bùn có dạng gần giống bể lắng đứng hoặc bể lắng ly tâm. Bể nén bùn được lựa chọn là bể nén bùn đứng. Bể nén bùn đứng làm việc như bể lắng đứng bình thường. Dung dịch cặn đi vào buồng phân phối đặt ở tâm bể, cặn lắng xuống và được lấy ra khỏi đáy bể, nước thu bằng máng vòng quanh chu vi bể được đưa trở lại các công trình xử lý nước thải. Trong bể đặt máy gạt cặn để gom cặn ở đáy về hố thu trung tâm. Để tạo ra các khe hở cho nước chuyển động lên bề mặt, trên tay đòn của máy gạt cặn gắn các thanh dọc bằng thép, khi máy gạt chuyển động quanh trục, hệ thanh dọc này khuấy nhẹ khối cặn, nước trào lên trên làm đặc cặn lại. - Lượng bùn khô thu được từ bể lắng đợt II: Gxả = 2129 kg/ngày; - Lưu lượng thể tích bùn từ bể lắng đợt II: Vb = 208,7 m3/ngày. - Thể tích bể nén bùn , m3 Trong đó: t - thời gian nén bùn, t = 12 h [6]. m3 - Chiều cao phần lắng của bể nén bùn đứng [9] Trong đó: v - tốc độ của nước bùn trong vùng lắng, v = 0,1 mm/s. m - Diện tích mặt thoáng của bể nén bùn m2 - Diện tích tiết diện ống trung tâm [6] , m2 Trong đó: vtb - tốc độ của dòng chảy nước bùn ở trong ống trung tâm, vtb = 30 mm/s [8]. m2 - Tổng diện tích bể nén bùn F = Fb + f = 24 + 0,08 = 24,08 m2 Xây dựng 2 bể nén bùn, diện tích mỗi bể sẽ là : m2 - Đường kính bể nén bùn [9] , m m. - Đường kính ống trung tâm m. - Đường kính phần loe của ống trung tâm [3] d1 = 1,35 x Do = 1,35 x 0,3 = 0,41 m - Đường kính tấm chắn dch = 1,3 x d1 = 1,3 x 0,41 = 0,53 m - Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 45o, đường kính bể 4,5 m, đường kính đáy bể 0,5 m m - Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén [3] hb = h1 - ho - hth Trong đó: ho - khoảng cách từ đáy ống loe đến tấm chắn, ho = 0,25 m; hth - chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 m. hb = 1,75 – 0,25 – 0,3 = 1,2 m. - Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn H = h + h1 + h2 Trong đó: h2 - khoảng cách từ mực nước trong bể nén bùn đến thành bể, h2 = 0,4 m; H = 4,32 + 1,75 + 0,4 = 6,47 m 4.13. Bể mêtan Bể mêtan là công trình được xây dựng để lên men (ổn định yếm khí) các loại bùn cặn trong nước thải. Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép, có dạng hình tròn trên mặt bằng. 1. Xác định lượng cặn dẫn đến bể mêtan - Lượng bùn khô từ bể lắng đợt I: Wb = 3545,95 kg/ngày; - Lưu lượng thể tích nước bùn từ bể lắng đợt I: Vb = 57,94 m3/ngày; - Lượng bùn khô thu được từ bể lắng đợt II: Gxả = 2129 kg/ngày; - Lưu lượng thể tích nước bùn từ bể lắng đợt II: Vb = 208,7 m3/ngày. - Lượng rác ở song chắn rác: Rác được giữ lại ở song chắn rác được nghiền nhỏ qua máy nghiền rác với độ ẩm ban đầu của rác P1 = 80% đến độ ẩm sau khi nghiền P2 = 94 – 95%. Lượng rác sau khi nghiền nhỏ được xác định theo công thức [3] , m3/ngày.đêm Trong đó: W1 - lượng rác trong ngày, W1 = 2827,5 kg/ngđ; P1 - độ ẩm ban đầu của rác, P1 = 80%; P2 - độ ẩm của rác sau khi nghiền nhỏ, P2 = 94 – 95%. T/ngđ 9,425 m3/ngđ Ò Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể mêtan W = 3545,95 x 10-3 + 57,94 + 2129 x 10-3 + 208,7 + 9,425 = 281,7 m3/ngđ. - Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn , % [3] Trong đó: Ck - lượng chất khô trong cặn tươi với độ ẩm P = 94%; m3/ngđ Bk - lượng chất khô trong bùn từ bể lắng đợt II với độ ẩm 98% m3/ngđ Rk - lượng chất khô trong rác sau khi đã nghiền với độ ẩm 94% m3/ngđ 96,5 % 2. Tính toán bể mêtan Vì Phh > 94% nên ta chọn chế độ lên men ấm với t = 30 – 35oC. Chọn t = 33oC và d = 10%. - Dung tích bể mêtan [1] , m3 Trong đó: W - lượng bùn cặn tổng cộng đưa về bể mêtan trong một ngày, m3/ngđ; d - liều lượng bùn cặn đưa về bể mêtan hàng ngày, d = 10% [8]. m3 Chọn 2 bể mêtan công tác với dung tích mỗi bể V1 = 1408,5 m3. - Kích thước mỗi bể mêtan [3]: Đường kính D = 15 m ; Chiều cao thiết kế h1 = 2,35 m ; H = 7,50 m; h2 = 2,60 m. 3. Tính toán lượng khí đốt Trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí ở bể mêtan có sản sinh một lượng khí đốt chủ yếu là khí CH4 và một ít CO2. - Khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong hỗn hợ cặn dẫn vào bể mêtan Trong đó: - giá trị thực nghiệm a ứng với cặn tươi và rác nghiền; 44 - giá trị thực nghiệm a ứng với bùn hoạt tính; Co - lượng chất không tro của cặn tươi [1]; Với: Ck - lượng chất khô trong cặn tươi, Ck = 3,48 m3/ngđ; Ac - độ ẩm háo nước của cặn tươi, Ac = 5 %; Tc - tỷ lệ độ tro trong cặn tươi, Tc = 25 %; T/ngđ Ro - lượng chất không trong rác đã nghiền [1] Với: Rk - lượng chất khô trong rác đã nghiền; Ar - độ ẩm háo nước của rác nghiền, Ar = 4%; Tr - tỷ lệ độ tro trong rác nghiền, Tr = 24%. T/ngđ Bo - lượng chất không tro trong bùn hoạt tính [1] Với: Ab - độ ẩm háo nước của bùn hoạt tính, Ab = 6%; Tb - tỷ lệ độ tro trong bùn hoạt tính, Tb = 27%. T/ngđ % - Lượng khí đốt thu được từ bể mêtan [4] , m3/kg chất không tro Trong đó: a - khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong hỗn hợp cặn dẫn vào bể mêtan, %; n - hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của cặn và chế độ len men, n = 0,56 [8]; d - liều lượng cặn đưa vào bể mêtan hàng ngày. m3/kg chất không tro. - Lượng khí đốt tổng cộng thu được Wk = y x (Co + Ro + Bo) x 100 = 0,43 x (2,48 + 0,41 + 2,86) x 100 Wk = 247,25 m3/ngđ. 4.14. Tính toán các thiết bị phụ 4.14.1. Máy thổi khí 4.14.1.1. Máy thổi khí cho bể điều hòa - Lượng không khí cần cấp cho bể điều hòa: Trong đó: R - nhu cầu sử dụng không khí cho bể điều hòa, R = 0,01 – 0,015 m3/1 m3 dung tích bể trong 1 phút [9]. Chọn R = 0,015 m3/m3.phút; Vdh - thể tích bể điều hòa, Vdh = 2291,6 m3. m3/phút = 2062,44 m3/h. - Hệ thống cấp khí cho bể điều hòa bao gồm máy thổi khí, hệ thống ống dẫn khí và thiết bị phân phối khí. - Bố trí hệ thống cấp khí có bọt khí kích thước lớn. Dàn ống gồm 1 ống chính và các ống nhánh phân phối khí đặt vuông góc với ống chính. - Khoảng cách giữa các ống phân phối khí là 0,3 – 1 m [4]. Chọn khoảng cách giữa các ống phân phối là l = 1 m. Khoảng cách giữa các ống phân phối đến thành bể b = 1 m. Số ống phân phối khí trên một dàn ống là: ống Với: L - chiều dài bể điều hòa. - Chọn đĩa phân phối khí là AFC75 với lưu lượng thiết kế là 7 – 10 m3/h. Số lỗ là 10 lỗ x 5 mm. Chọn lưu lượng thiết kế là qd = 10 m3/h. Số đĩa khuếch tán trên mỗi ống phân phối khí đĩa Tổng số đĩa cần thiết N = 25 x 9 = 225 đĩa - Lưu lượng không khí cần cấp Qkk = 10 x 225 = 2250 m3/h = 0,625 m3/s - Chiều dài mỗi ống cấp khí lk = 18 m. Khoảng cách giữa các đĩa trên mỗi ống phân phối khí m - Khoảng cách giữa 2 đĩa ngoài cùng với thành bể m - Tốc độ chuyển động của dòng khí trong ống dẫn và qua hệ thống phân phối là 10 – 15 m/s. Chọn vận tốc khí trong ống dẫn khí chính là v = 10 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính: m = 280 mm. Kiểm tra vận tốc dòng khí trong ống chính: m/s (phù hợp với giả thiết) Chọn vận tốc khí trong mỗi ống nhánh là 12 m/s. Đường kính ống nhánh: ( 2 ống nhánh) m = 180 mm Kiểm tra vận tốc dòng khí trong ống nhánh: (phù hợp với giả thiết) Chọn vận tốc khí trong mỗi ống phân phối khí là 15 m/s. Đường kính ống phân phối khí m = 30 mm Kiểm tra vận tốc dòng khí trong ống phân phối khí m/s - Tính máy thổi khí Năng lượng cần thiết của máy thổi khí (KW) Trong đó: m - chỉ số đa biến, m = 1,2 – 1,62. Chọn m = 1,5; R - hệ số khí, R = 8,314/29 KJ/kg.K; T1 - nhiệt độ ban đầu cảu dòng khí, T1 = 25 + 273 = 298oK; P1 - áp suất ban đầu của dòng khí, P1 = 1 atm; P2 - áp suất tuyệt đối của dòng khí ra; P2 = P1 + H + Hbv + hd + hc + hf Với: H - độ sâu ngập nước của hệ thống phân phối khí, H = 3,5 m; hbv - chiều sâu bảo vệ của bể, hbv = 0,4 m; hf - tổn thất qua thiết bị phân phối, chọn hf = 0,6 m; hd - tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn; hc - tổn thất cục bộ; Tổng hd + hc thường không vượt quá 0,4 m. Vậy: P2 = 1 + (3,5+0,4+0,4+0,6)/10,33 = 1,47 atm. F - lưu lượng khối lượng của dòng khí Với: - khối lượng riêng của không khí ở 25oC, =1,177 kg/m3 F = 1,177 x 0,625 = 0,74 kg/s E - hiệu suất của máy. Chọn E = 0,8. kW Công suất máy thổi khí Pc = k x Pm Trong đó: k - hệ số dự trữ, chọn k = 1,2; Pm - năng lượng cần thiết của máy thổi khí; Pc = 1,2 x 32,5 = 39 KW Chọn máy thổi khí có công suất 40 KW. 4.14.1.2. Máy thổi khí cho bể hiếu khí Chọn thiết bị cấp khí cho bể hiếu khí là máy thổi khí. Hệ thống cấp khí cho bể hiếu khí bao gồm máy thổi khí, hệ thống ống dẫn khí và thiết bị phân phối khí, trên ống cấp khí có gắn các đĩa phân phối khí (là các đĩa xốp rỗng làm bằng sành, bọt nhựa, cao su xốp...). Tính toán hệ thống phân phối khí (tính cho 1 máy thổi khí) - Bố trí hệ thống cấp khí tạo bọt khí có kích thước mịn gồm 4 máy thổi khí, mỗi máy cấp cho 2 hành lang. - Dàn ống của mỗi máy cấp khí gồm 1 ống chính và 2 ống nhánh dẫn khí đến 2 hành lang. Các ống phân phối khí đặt cách đáy bể 0,5 m. - Khoảng cách giữa các ống phân phối khí là 0,3 – 1 m [1]. Chọn khoảng cách giữa các ống phân phối là l = 0,8 m. Khoảng cách giữa các ống phân phối đến thành bể là 0,7 m. Số ống phân phối khí trên một dàn ống dẫn khí: ống Tổng số ống phân phối khí trong bể: No = 27 x 2 = 54 ống - Chọn đĩa phân phối khí là AFD350 với lưu lượng thiết kế từ 4,2 – 8,3 m3/h. Số lỗ 10155 lỗ x 2mm. Chọn lưu lượng thiết kế là qd = 8 m3/h. Số lượng đĩa khuếch tán khí trên 1 ống phân phối đĩa - Khoảng cách giữa 2 đĩa trên cùng một ống phân phối khí: m = 200 mm. Với: lo - chiều dài ống phân phối khí, lo = 9,4 m - Khoảng cách giữa 2 đĩa ngoài cùng với thành bể: m = 300 mm - Lưu lượng khí cần cấp vào bể = 22 x 54 x 8 = 9152 m3/h = 2,5 m3/s. - Tốc độ của dòng khí trong ống dẫn và qua hệ thống phân phối khí là v = 10 – 15 m/s. - Chọn vận tốc khí trong ống dẫn khí chính là 10 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính: m = 520 mm. - Chọn vận tốc khí trong ống nhánh là 12 m/s Đường kính ống nhánh: m = 30 mm. - Chọn vận tốc khí qua mỗi ống phân phối khí là 15 m/s. Đường kính ống phân phối khí: m = 60 mm. - Kiểm tra lại vận tốc m/s m/s m/s Vậy vận tốc khí nằm trong khoảng cho phép (10 – 15 m/s). Vì vậy các thông số đã chọn và tính ở trên là hợp lý. Tính máy thổi khí (tính cho 1 máy thôi khí) - Năng lượng cần thiết của máy thổi khí Trong đó: m - chỉ số đa biến, m = 1,2 – 1,62. Chọn m = 1,5; R - hằng số khí, R = 8,314/29, KJ/Kg.oK; T1 - nhiệt độ ban đầu của dòng khí, T1 = 25 + 273 = 298oK; P1 - áp suất ban đầu của dòng khí, P1 = 1 atm; P2 - áp suất tuyệt đối của dòng khí ra; P2 = P1 + H + Hbv + hd + hc + hf Với: H - độ sâu ngập nước của hệ thống phân phối khí, H =4,5 m; Hbv - chiều cao bảo vệ của bể, Hbv = 0,5 m; hf - tổn thất qua thiết bị phân phối, chọn hf = 0,6 m; hd - tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài đường ống dẫn; hc - tổn thất cục bộ; hd + hc thường không vượt quá 0,4 m. Vậy P2 = 1 + [(4,5 + 0,5 + 0,4 + 0,6)/10,33 = 1,6 atm; F - lưu lượng khối lượng của dòng khí kg/s Với: - khối lượng riêng của không khí ở 25oC, kg/m3 E - hiệu suất của máy thổi khí. Chọn E = 0,8. KW - Công suất máy thổi khí [13] Pc = k x Pm Trong đó: k - hệ số dự trữ, chọn k = 1,2 Pm - năng lượng cần thiết của máy thổi khí Pc = 1,2 x 163 = 195,6 KW. 4.14.2. Bơm nước thải và bơm bùn Các loại bơm có thể sử dụng trong công trình như: bơm thể tích, bơm pittong, bơm ly tâm,… Trong đó, bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi hơn cả vì chúng có những ưu điểm như sau: Cung cấp đều. Quay nhanh. Thiết bị đơn giản. Bơm được chất lỏng không sạch. Ít bị tắc và hư hỏng. Vì vậy, ta chọn bơm ly tâm trong hệ thống xử lý này. - Công suất yêu cầu của trục bơm [13] , KW Trong đó: Q - năng suất của bơm, m3/s; - khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3; g - gia tốc trọng trường, m/s2; H - áp suất toàn phần của bơm, m; - hiệu suất chung của bơm, = 0,72 – 0,93; Với: - hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt của chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm. Chọn = 0,9; - hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm. Chọn = 0,85; - hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ trục lót. Chọn = 0,92; - Công suất động cơ điện [13] , KW Trong đó: - hiệu suất truyền động; = 0,97; - hiệu suất động cơ điện, = 0,95; N - công suất trên trục của bơm. - Công suất tính toán của bơm [13] 4.14.2.1. Bơm nước thải từ ngăn tiếp nhận lên bể lắng cát - Đường kính ống dẫn [13] Trong đó: V - lưu lượng thể tích, V = Q = 0,318 m3/s; - tốc độ trung bình, m/s. Vì bơm được đặt chìm trong ngăn tiếp nhận nên không có đường ống hút mà chỉ có đường ống đẩy, tốc độ chất lỏng trong đường ống đẩy = 1,5 – 2,5 m/s. Chọn = 2,0 ms/. m = 450 mm - Tính [13]: Trong đó: § - áp suất cần thiết để tạo ra tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn; , N/m2 Với: - khối lượng riêng của nước thải, ở 25oC = 997,08 kg/m3; - tốc độ lưu thể, m/s. N/m2 § - áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng; , N/m2 Với: - hệ số ma sát; L - chiều dài ống dẫn L = 5 m; dtd - đường kính tương đương của ống; dtd = 0,45 m. Ta có: Với: - độ nhớt động học của nước ở 25oC, N.s/m2; > 4000 Vậy chất lỏng chảy trong ống dẫn ở chế độ chảy xoáy. Do đó: Với: - độ nhám tương đối; - độ nhám tuyệt đối, đối với ống nhựa = 0,007 mm Suy ra: N/m2 § - áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao; , N/m2 Với: H - chiều cao nâng chất lỏng, H = 1,1 m. N/m2 § - áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ; , N/m2 Với: - hệ số trở lực cục bộ; Tại góc 90o ta dùng khuỷu 90o do 3 khuỷu 30o tạo thành. Vì Re = 1004 x 103 > 2 x 105 nên = 2 x 0,58 = 1,16. Dùng 1 van điều chỉnh lưu lượng (van tấm quay) có và dùng loại ống tròn nên = 1,54. Suy ra: N/m2 § - áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, = 0 N/m2; § - áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, = 0 N/m2. Như vậy, tổn thất áp suất toàn phần N/m2 - Công suất yêu cầu của trục bơm KW - Công suất động cơ điện KW - Công suất động cơ điện có tính đến hệ số dự trữ Vì 5 < Ndc < 50 nên Ta chọn động cơ có công suất 11 KW. Chọn 2 bơm công suất 11 KW để bơm nước thải từ ngăn tiếp nhận sang bể lắng cát ( 1 bơm làm việc, 1 bơm dự phòng). 4.14.2.2. Bơm nước thải từ lắng đợt I sang bể kỵ khí - Đường kính ống dẫn [13] Trong đó: V - lưu lượng thể tích, V = Q = 0,16 m3/s; - tốc độ trung bình, m/s. Chọn = 2,0 ms/. m = 320 mm - Tính [13] Trong đó: § - áp suất cần thiết để tạo ra tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn; , N/m2 Với: - khối lượng riêng của nước thải, ở 25oC = 997,08 kg/m3; - tốc độ lưu thể, m/s. N/m2 § - áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng; , N/m2 Với: - hệ số ma sát; L - chiều dài ống dẫn, L = 7 m; dtd - đường kính tương đương của ống; dtd = 0,45 m. Ta có: Với: - độ nhớt động học của nước ở 25oC, N.s/m2; > 4000 Vậy chất lỏng chảy trong ống dẫn ở chế độ chảy xoáy. Do đó: Với: - độ nhám tương đối; - độ nhám tuyệt đối, đối với ống nhựa = 0,007 mm Suy ra: N/m2 § - áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao; , N/m2 Với: H - chiều cao nâng chất lỏng, H = 4 m. N/m2 § - áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ; , N/m2 Với: - hệ số trở lực cục bộ; Tại góc 90o ta dùng khuỷu 90o do 3 khuỷu 30o tạo thành. Vì Re = 1004 x 103 > 2 x 105 nên = 2 x 0,58 = 1,16. Dùng 1 van điều chỉnh lưu lượng (van tấm quay) có và dùng loại ống tròn nên = 1,54. Suy ra: N/m2 § - áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, = 0 N/m2; § - áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, = 0 N/m2. Như vậy, tổn thất áp suất toàn phần N/m2 - Công suất yêu cầu của trục bơm KW - Công suất động cơ điện KW - Công suất động cơ điện có tính đến hệ số dự trữ Vì 5 < Ndc < 50 nên KW Ta chọn động cơ có công suất 15 KW Chọn 3 bơm có công suất 15 KW để bơm nước thải từ bể trung gian sang bể kỵ khí (2 bơm làm việc, 1 bơm dự phòng). 4.14.2.3. Bơm bùn Bơm bùn từ bể lắng đợt I sang bể mêtan - Lưu lượng bùn thải: Qb = 58 m3/ngày. - Bùn được bơm 1 lần/ngày, mỗi lần bơm 4 giờ. Do đó, lưu lượng bùn cần bơm là 14,5 m3/h. - Chọn ống bùn là ống nhựa, tốc độ bùn chảy trong ống là 1,5 m/s. - Đường kính ống dẫn bùn = 60 mm. Với lưu lượng bùn cần bơm như trên, ta chọn loại bơm phù hợp. Bơm bùn từ bể nén bùn sang bể mêtan - Lưu lượng bùn cần bơm là Qb = 208,7 m3/ngày. - Bùn được bơm 1 lần/ngày, mỗi lần bơm 8 giờ. Do đó, lưu lượng bùn cần bơm là 26 m3/h. - Chọn ống bùn là ống nhựa, tốc độ bùn chảy trong ống là 1,5 m/s. - Đường kính ống dẫn bùn = 80 mm Với lưu lượng bùn cần bơm như trên, ta chọn loại bơm phù hợp. CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN KINH PHÍ 5.1. Tính toán kinh phí xây dựng công trình Căn cứ vào giá cả vật liệu trên thị trường, tham khảo đon giá tổng hợp một số công trình tương tự, sơ bộ tính giá thành xây dựng công trình như sau: 5.1.1. Chi phí xây dựng (các bể, mặt bằng, nhà): * Bảng khối lượng: STT Nội dung công việc Đất đào (m3) Đất đắp (m3) Bê tông lót M100 (m3) Bê tông cốt thép M200 (m3) Diện tích XD (m2) I CÁC BỂ 48.811,0 14.680,0 986,0 11.996,0 1 Mương nhận nước 6,8 3,9 0,2 2,0 2 Ngăn tiếp nhận 41,6 26,7 0,6 6,2 3 Mương dẫn nước 0,3 0,0 0,3 1,9 4 Bể lắng cát ngang 19,7 3,1 2,8 21,9 5 Máng đo lưu lượng 0,0 0,0 0,2 1,3 6 Bể điều hòa 3.162,0 678,0 62,1 532,7 7 Bể lắng đợt I 3.535,5 751,2 63,3 696,6 8 Bể yếm khí 11.323,8 2.035,8 258,0 3.623,8 9 Bể thiếu khí 3.242,4 344,4 154,4 1.187,8 10 Bể hiếu khí 5.016,5 575,0 193,1 1.865,7 11 Bể tiếp xúc 0,0 0,0 22,5 157,6 12 Bể lắng đợt II 8.493,5 968,4 185,4 3.040,9 13 Bể nén bùn 1.064,7 871,7 3,2 56,1 14 Bể mê tan 12.903,7 8.422,3 40,2 801,3 II MẶT BẰNG, NHÀ 17 Nhà điều hành 100 18 Nhà đặt hóa chất 50 19 Nhà đặt máy nén 50 20 Nhà bảo vệ 25 21 Sân bê tông M200 dày 0,2m 2.596 22 Tường rào 1.200 23 Cổng ngõ 28 24 San mặt bằng trồng cây xanh 3.734 * Bảng tính giá trị xây lắp: TT Nội dung công việc Đơn vị Khối lượng Đơn giá tổng hợp (đồng) Thành tiền (đồng) I CÁC BỂ 35.930.990.000 1 Đất đào m3 48.811 90.000 4.392.990.000 2 Đất đắp m3 14.680 120.000 1.761.600.000 3 Bê tông lót M100 m3 986 1.000.000 986.000.000 4 Bê tông CT M200 m3 11.996 2.400.000 28.790.400.000 II MẶT BẰNG, NHÀ 5.180.848.000 1 Nhà điều hành m2 100 2.200.000 220.000.000 2 Nhà đặt hóa chất m2 50 2.200.000 110.000.000 3 Nhà đặt máy nén m2 50 2.200.000 110.000.000 4 Nhà bảo vệ m2 25 2.200.000 55.000.000 5 Sân bê tông dày 0,2m m2 2.596 350.000 908.600.000 6 Tường rào m2 1.200 600.000 720.000.000 7 Cổng ngõ m2 28 2.500.000 70.000.000 8 San mặt bằng trồng cây xanh m2 3.734 800.000 2.987.248.000 TỔNG CỘNG ( a ) 41.111.838.000 5.1.2. Chi phí máy móc, thiết bị điện và nước, hệ thống an toàn: STT Hang mục Tên thiết bị Đơn vị Số lượng Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) 1 Ngăn tiếp nhận Bơm nước thải Công suất: 11 KW bộ 2 26.110.000 52.220.000 2 Song chắn rác Song chắn rác bộ 2 2.000.000 4.000.000 3 Bể điều hòa Máy thổi khí Công suất: 40 KW bộ 2 95.000.000 190.000.000 4 Bể lắng đợt I Bơm bùn Q = 14,5 m3/h bộ 2 17.000.000 34.000.000 Bơm nước thải Công suất: 15 KW bộ 3 30.000.000 90.000.000 5 Bể hiếu khí Máy thổi khí Công suất: 196 KW bộ 5 135.000.000 675.000.000 6 Bể thiếu khí Cánh khuấy bộ 4 200.000.000 800.000.000 7 Bể lắng đợt II Bơm bùn Q = 572 m3/h bộ 4 45.000.000 180.000.000 Thanh gạt bùn, thanh đỡ. bộ 4 30.000.000 120.000.000 Máng răng cưa thu nước bộ 4 5.000.000 20.000.000 Mô tơ giàn quay bộ 4 5.000.000 20.000.000 8 Bể tiếp xúc Bơm định lượng hóa chất bộ 1 3.000.000 3.000.000 9 Bể nén bùn Bơm bùn Q = 26 m3/h bộ 2 30.000.000 60.000.000 10 Hệ thống đường ống Ống, van, cút, khuỷu 1 50.000.000 50.000.000 11 Hệ thống điện điều khiển và chiếu sáng Tủ điều khiển tự động. Hệ thống điện, thắp sáng bộ 1 50.000.000 50.000.000 12 Hệ thống an toàn Cầu thang, lan can, sàn công tác bộ 1 50.000.000 50.000.000 TỔNG CỘNG (b) 2.398.220.000 5.1.3. Chi phí khác: Bao gồm chi phí lập dự án, khảo sát, thiết kế, thẩm định; chi phí bảo hiểm xây dựng công trình; chi phí đền bù giải phóng mặt bằng; chi phí quản lý dự án khi thi công; chi phí giám sát thi công; chi phí đào tạo cán bộ quản lý vận hành v.v... Tạm tính 10% giá trị xây dựng: (a+b) x 10% = 4.351.005.800 đ (c) 5.1.4. Tổng giá thành xây dựng công trình: TT KHOẢN MỤC Diễn toán GIÁ TRỊ (đồng) Ký hiệu 1 Chi phí phần xây dựng 22.367.556.000 A 2 Chi phí phần cơ khí, thiết bị, điện nước 2.398.220.000 B 3 Chi khác (a+b) x 10% 4.351.005.800 C 4 Dự phòng chi 10% (a+b+c) x 10% 4.786.106.380 D TỔNG GIÁ THÀNH XD A+b+c+d 52.647.170.180 Lấy tròn 52.647.000.000 5.2. Chi phí quản lý vận hành 5.2.1. Chi phí điện năng Bộ phận công trình Tên thiết bị Công suất tiêu thụ (kW/h) Số giờ vận hành trong 1 ngày Điện năng tiêu thụ (kW) Ngăn tiếp nhận Bơm nước thải 11 KW 24 264 Bể điều hòa Máy thổi khí 40 KW 24 960 Bể lắng đợt I Bơm bùn 14,5 KW 4 58 Bơm nước thải 30 KW 24 720 Bể thiếu khí Cánh khuấy 35 KW 24 840 Bể hiếu khí Máy thổi khí 784 24 18.816 Bể lắng đợt II Bơm bùn 50kW 24 1200 Bể nén bùn Bơm bùn 8kW 8 64 Điện năng sinh hoạt, chiếu sáng 40 KW 10 400 Cộng 23.322 kW Điện năng sử dụng trong 1 ngày: 23.322 kW /ngày Giá điện sản xuất: 1.200 đồng/kW Tổng chi phí điện năng trong 1 năm: 365x23.322x1200 = 10.215.036.000 đồng 5.2.2. Chi phí hóa chất Chi phí cho lượng clo cần khử trùng trong 1 năm Eclo = Vclo x 24 x 365 x 4500 Với: Vclo - lượng clo hoạt tính tiêu thụ trong một giờ, Vclo = 3,43 kg/h Eclo = 3,43 x 24 x 365 x 4500 = 135.210.600 đồng 5.2.3. Chi phí Ban quản lý vận hành: Số lượng nhân viên: 7 người Mức lương tháng trung bình cho 1 người là 3 triệu đồng Chi lương cho cán bộ công nhân quản lý vận hành: 7 x 3.000.000 x 12 tháng = 252.000.000 đ Chi khác (như văn phòng phẩm, công tác phí, điện thoại...): 10 triệu đồng/tháng x 12 = 120.000.000 đồng Chi phí Ban quản lý hàng năm là: 372.000.000 đồng 5.2.4. Chi phí khấu hao Chi phí khấu hao lấy bằng 10% giá thành xây dựng công trình. Vậy Z x 10% = 52.647.000.000 x 10 % = 5.264.700.000 đồng (4) Tổng chi phí quản lý vận hành công trình hàng năm là: (1) + (2) + (3) + (4) = 15.987.000.000 đồng Giá thành xử lý 1 m3 nước thải là : 15987.000.000 / (365 x 27500) = 2000 đồng/m3 Với chi phí tính toán như trên thì hệ thống xử lý này về mặt kinh tế có thể chấp nhận được. KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống xử lý nước thải đô thị - Khu vực Bắc trung tâm thành phố Quy Nhơn” được hoàn thành dựa trên kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Ngọc Lân. Nội dung đồ án được thể hiện qua 5 chương và 5 bản vẽ. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột A), cho phép thải vào các nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt. Sau đây là bảng tổng kết các phần đã tính toán: Các công trình Các thông số tính toán Song chắn thô Số thanh chắn:13; L = 2,2 m Song chắn tinh Số thanh chắn: 36; L = 2,6 m Ngăn tiếp nhận B = 2 m; L = 2,3 m; H = 2 m Bể lắng cát L = 10,7 m; B = 1,7 m; H = 1,6 m; hc = 0,2 m Máng đo lưu lượng Ha = 0,6 m; l1 = 1,35 m; l2 = 0,9 m; l3 = 0,6 m; b = 0,3 m; B1 = 0,6 m; B = 0,83 m Bể điều hòa L = 26 m; B = 22 m; H = 4,4, m Bể lắng đợt I (3 bể) L = 27 m; B = 21 m; b = 7 m; H = 4,4 m; hb = 0,5 m Bể yếm khí ( 2 bể) L = 42 m; B = 29 m; H = 7 m Bể thiếu khí ( 2 bể) L = 29 m; B = 22 m; H = 5,5 m Bể hiếu khí ( 8 hành lang) L = 22,2 m; B = 10 m; H = 5,5 m Bể lắng đợt II ( 4 bể) D = 23,3 m; H = 6,3 m Bể tiếp xúc L = 20 m; B = 10 m; H = 3,4 m Bể nén bùn D = 4 m; Do = 0,3 m; H = 5,5 m Bể mêtan D = 15 m; h1 = 2,35 m; h2 = 2,6 m; H = 7,5 m Ước tính chi phí xử lý 1 m3 nước thải là 2000 đồng với niên hạn sử dụng là 10 năm. Diện tích xây dựng khoảng 3 ha. Do thời gian và kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu xót, cần khắc phục. Rất mong nhận được sự góp ý tận tình của quý thầy cô giáo và các bạn để đồ án hoàn thiện hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 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 Đại học Quốc gia TP.HCM, Thành phố Hồ Chí Minh. Dự án vệ sinh môi trường các TP Duyên Hải – tiểu dự án thành phố Quy Nhơn-gia đoạn 1 (2006), Báo cáo đánh giá tác động môi trường, Quy Nhơn. Sở tài nguyên môi trường tỉnh Bình Định, Kết quả quan trắc chất lượng môi trường định kỳ của thành phố Quy Nhơn. Dự án vệ sinh môi trường các thành phố Duyên Hải – tiể dự án thành phố Quy Nhơn – giai đoạn 2 (2010), Báo cáo nghiên cứu khả thi, Quy Nhơn. Bộ xây dựng (2008), Thoát nước – mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN 51:2008, NXB Xây dựng, Hà Nội. Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ (2002), Thoát nước – Tập 2 “Xử lý nước thải”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội. Tài liệu dự án thoát nước để cải tạo môi trường thành phố Hà Nội – Giai đoạn 1(2003), Liên danh EBARA-VINACONEX. Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên (2006), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Trần Thị Thu Hằng (2006), Nghiên cứu lựa chọn và tính toán thiết kế công nghệ hệ thống xử lý nước thải đô thị phù hợp điều kiện Việt Nam, Luận văn thạc sĩ khoa học công nghệ môi trường, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. Hoàng Huệ (2005), Xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội. Niên giám thống kê (2008), tỉnh Bình Định. ./.