Xử lý nước thải sinh hoạt đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 14:2008/BTNMT

Chương 1 Giới thiệu chung 1.1 Nhiệm vụ đồ án môn học Nước thải sinh hoạt là nước sau khi được dùng cho các nhu cầu sống và sinh hoạt của con người thải ra như: nước từ các nhà bếp, nhà ăn, phòng vệ sinh, nước tắm rửa và giặt giũ, nước cọ rửa nhà cửa và các đồ dùng sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt có thể đã qua các bể tự hoại của từng nhà hoặc không, chảy vào hệ thống cống dẫn của đô thị, tập trung về các trạm xử lý. Nước thải sinh hoạt là một tổ hợp hệ thống phức tạp các thành phần vật chất, trong đó chất ô nhiễm bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ và vô cơ thường tồn tại dưới dạng không hòa tan, dạng keo và dạng hòa tan. Do tính chất hoạt động của đô thị mà chất nhiễm bẩn có trong nước thải thay đổi theo thời gian.Vì vậy nếu như nồng độ chất hữu cơ có trong nước thải đưa vào nguồn quá nhiều thì quá trình ôxy hóa diễn ra nhanh, nguồn oxy trong nước nguồn nhanh chống bị cạn kiệt và quá trình oxy hóa bị ngừng lại dẫn đến quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra làm ô nhiễm nguồn nước. Do đó nhiệm vụ của đồ án môn học là xử lý nước thải sinh hoạt đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo QCVN 14:2008/BTNMT. 1.2 Nội dung thực hiện _ Giới thiệu lưu vực thiết kế _ Lựa chọn công nghệ xử lý _ Tính toán thiết kế _ Tính toán kinh tế _ Hoàn thành bản vẽ, gồm các bản vẽ: 1 bản vẽ mặt bằng 1 bản vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ 10 bản vẽ chi tiết công trình tự chọn. Giới thiệu sơ lược khu vực thiết kế:
1.2.1 Về địa lý Thành phố ABC có hình dạng như một cù lao tam giác với tổng diện tích 4,181km2. Các hướng giáp với các quận của Tp.HCM. Tổng số dân khoảng 109.000 người, mật độ dân số là 48.791 người/km2. Phía Đông Bắc giáp Quận 2; Phía Tây Bắc giáp Quận 1; Phía Nam giáp Quận 7. 1.2.2 Khí hậu Thành phố ABC nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, một năm có hai mùa mưa – khô rõ rệt. Mùa mưa được bắt đầu từ tháng 5 tới tháng 11, còn mùa khô từ tháng 12 tới tháng 4 năm sau. Nhiệt đó trung bình 27 °C, cao nhất lên tới 40 °C, thấp nhất xuống 13,8 °C. Lượng mưa trung bình của thành phố đạt 1.949 mm/năm, trung bình, độ ẩm không khí đạt bình quân/năm 79,5%. Thành phố ABC chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây – Tây Nam và Bắc – Ðông Bắc. Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương, tốc độ trung bình 3,6 m/s, vào mùa mưa. Gió Gió Bắc – Ðông Bắc từ biển Đông, tốc độ trung bình 2,4 m/s, vào mùa khô. Ngoài ra còn có gió tín phong theo hướng Nam – Đông Nam vào khoảng tháng 3 tới tháng 5, trung bình 3,7 m/s. 1.2.3 Thủy văn Thành phố ABC có 3 mặt đều là thủy đạo: Phía Đông Bắc là sông Sài Gòn dài 2.300m, bờ bên kia là Quận 2; Phía Tây Bắc là kênh Bến Nghé dài 2.300m, bờ bên kia là Quận 1; Phía Nam là kênh Tẻ dài 4.400m, bờ bên kia là Quận 7. 1.2.4 Tính chất nguồn nước thải STT  Thông số  Đơn vị  Giá trị   1  pH  -  6   2  Alk  -  600   3  SS  mg/l  300   4  VSS  mg/l  210   5  Ca2+  mg/l  200   6  CODtc  mg/l  2500   7  sCOD  mg/l  2200   8  SO42-  mg/l  9   9  Coliform  MPN/100 ml  2 x 105   Chương 2 Tính toán lưu lượng thiết kế mạng lưới thoát nước 2.1 Tính toán lưu lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư
= 25705,8 (m3/ngđ) (
=
= 297,5 (l/s) ( Kc = 1,35 (
(l/s) Bảng 2.1 Hệ số không điều hòa chung của nước thải sinh hoạt. QTB (l/s)  5  15  30  50  100  200  300  500  800  1250 và lớn hơn   Kc  3,1  2,2  1,8  1,7  1,6  1,4  1,35  1,25  1,2  1,15   2.2 Tính toán lưu lượng công cộng 2.2.1 Bệnh viện Có 1 bệnh viện với 100 giường bệnh, tiêu chuẩn xả thải: 490 - 908 l/ngđ/giường ( chọn tiêu chuẩn 450 l/ngđ/giường.
= 45 (m3/ngđ) Bệnh viện có 30 nhân viên phục vụ, tiêu chuẩn xả thải : 19 – 56 l/người/ngày ( chọn tiêu chuẩn 38 l/người/ngày.
= 1,14 (m3/ngđ) (
45 + 1,14 = 46,14 (m3/ngđ) 2.2.2 Trường học Thành phố ABC có 5 trường học với số lượng học sinh là 20394. Tiêu chuẩn xả thải: 20 l/người.ngđ
= 407,88 (m3/ngđ) 2.2.3 Khách sạn Giả sử có 2 khách sạn. Tiêu chuẩn xả thải dành cho khách: 180 l/người.ngày Tiêu chuẩn xả thải dành cho nhân viên: 38 l/người.ngày Khách sạn 1: có 20 nhân viên và 50 phòng ứng với 50 người khách.
= 9 (m3/ngđ)
=0,76 (m3/ngđ) Khách sạn 2: có 25 nhân viên và 70 phòng ứng với 70 người khách.
= 12,6 (m3/ngđ)
= 0,95 (m3/ngđ) (
= 9 + 0,76 + 12,6 + 0,95 = 15,21 (m3/ngđ) ( Qcc = Qbv+ QTH + Qks = 46,14 + 407,88 + 15,21 = 469,23 (m3/ngđ) 2.3 Tính toán lưu lượng cho nhà máy sản xuất gang Giả sử thành phố có 1 nhà máy với 5000 công nhân chia làm 3 ca. Số công nhân trong mỗi ca. Ca 1: 5.000 x 50% = 2500 (công nhân) Ca 2: 5.000 x 30% = 1500 (công nhân) Ca 3: 5.000 x 20% = 1000 (công nhân) Nhà máy có 20% công nhân (1000 CN) ở phân xưởng nguội và 80% công nhân (4000 CN) ở phân xưởng nóng. Tiêu chuẩn nước thải ở phân xưởng nóng: q1 = 45 l/ca/người Tiêu chuẩn nước thải ở phân xưởng nguội: q2 = 25 l/ca/người. Tiêu chuẩn nước tắm cho phân xưởn nóng: q3 = 60 l/ng/lần Tiêu chuẩn nước tắm cho phân xưởn nguội: q4 = 40 l/ng/lần 2.3.1 Lưu lượng nước thải sản xuất. Nhà máy có công suất 500 tấn/ngày, tiêu chuẩn xả thải 25 – 50 m3/ tấn sp ( chọn m = 25 m3/tấn sp.
=12500 ( m3/ngày) Lưu lượng nước thải trong từng ca: Ca 1: 12500 x 50% = 6250 ( m3/ngày) Ca 2: 12500 x 30% = 3750 ( m3/ngày) Ca 3: 12500 x 20% = 2500 ( m3/ngày) 2.3.2 Lưu lượng nước thải sinh hoạt: Ca 1: có 2500 CN trong đó 80% (2000 CN) ở phân xưởng nóng và 20% (500 CN) ở phân xưởng nguội
= 90 m3/ca
= 12,5 m3/ca Ca 2: có 1500 CN trong đó 80% (1200 CN) ở phân xưởng nóng và 20% (300 CN) ở phân xưởng nguội
m3/ca
7,5 m3/ca Ca 3: có 1000 CN trong đó 80% (800 CN) ở phân xưởng nóng và 20% (200 CN) ở phân xưởng nguội
m3/ca
m3/ca =>
= 90 + 12,5 + 54 + 7,5 + 36 + 5 = 205 m3/ngày. 2.3.3 Lưu lượng nước tắm của công nhân Trong mỗi ca số công nhân được tắm ở phân xưởng nóng là 80% và ở phân xưởng nguội là 20 %. Ca1:
m3/ngđ
(m3/ngđ) Ca2:
(m3/ngđ)
(m3/ngđ) Ca3:
(m3/ngđ)
(m3/ngđ) =>
= 96 + 4 + 57,6 + 2,4 + 38,4 + 1,6 = 200 (m3/ngđ) 2.3.4 Tổng lưu lượng của nhà máy
= 205 + 12.500 + 200 = 12.905 (m3/ngđ) 2.4 Tổng lưu lượng nước thải của thành phố
= 25.705,8 + 469,23 + 12.905 = 39.080 (m3/ngđ) Chương 3 Lựa chọn dây chuyền công nghệ 3.1 Thành phần nước thải Nước thải sinh hoạt của khu vực có đặc tính được thể hiện ở bảng sau Bảng 3.1 Kết quả phân tích mẫu nước thải sinh hoạt của khu vực STT  Thông số  Đơn vị  Giá trị  QCVN - 14/2008 C  Giá trị K  Giá trị Cmax   1  pH  -  6  5 - 9  -  5 - 9   2  Alk  -  600  -  1  -   3  SS  mg/l  300  50  1  50   4  VSS  mg/l  210  35  1  35   5  Ca2+  mg/l  200   1    6  CODtc  mg/l  2500  50  1  50   7  sCOD  mg/l  2200  50  1  50   8  SO42-  mg/l  9  0,2  1  0,2   9  Coliform  MPN/100 ml  2 x 105  3000  -  3000   Giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi thải ra nguồn nước tiếp nhận nước thải không vượt quá giá trị Cmax được tính toán như sau: Cmax = C x K Trong đó: Cmax là nồng độ tối đa cho phép của thông số ô nhiễm trong n ước thải sinh hoạt khi thải ra nguồn nước tiếp nhận, tính bằng miligam trên lít nước thải (mg/l); C là giá trị nồng độ của thông số ô nhiễm quy định. K là hệ số tính tới quy mô, loại h.nh cơ sở dịch vụ, cơ sở công cộng và chung cư Không áp dụng công thức tính nồng độ tối đa cho phép trong n ước thải cho thông số pH và tổng coliforms. Theo bảng 3.1 thì thành phần nước thải cần xử lý là: chất rắn lơ lửng (SS) có nồng độ cao, các chất trong nước đa phần là chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, Cloliform. Do đó công trình xử lý chủ đạo là các công trình xử lý sinh học. Ngoài ra, còn có các thành phần khác cẩn xử lý như các loại chất rắn có kích cỡ khác nhau như bao bì chất dẻo, gỗ, giấy, gạch, sỏi, cát…. Hàm lượng SS = 300 mg/l > 150 mg/l phải đi qua các công trình xử lý sinh học. Trước khi đi qua công trình xử lý sinh học cần đi qua bể lắng đợt 1 để đảm bảo SS không được lớn hơn 150 mg/l vì sẽ làm ảnh hưởng hiệu quả của quá trình xử lý sinh học. Qua bể lắng đợt 1 lượng SS được xử lý với hiệu quả xử lý là 53%. Công trình xử lý sinh học với yêu cầu xử lý với hiệu quả từ 80% - 98%. E = (300 – 30)/300
100% = 90%. Các công trình xử lý sinh học có hiệu quả xử lý đạt yêu cầu là: bể lọc nhỏ giọt (65% - 90%), UASB (85% - 95%, Diệu, 2008), hồ hiếu khí (60% - 80%, Diệu, 2008), bể thổi khí (80% - 98%, Lai, 2000). SO4 2- được xử lý ở các công trình xử lý sinh học. Vi sinh vật gây bệnh được xử lý ở bể khử trùng. 3.2 Các phương án lựa chọn công nghệ Với những đặc tính nước thải như hàm lượng SS cao (SS = 300 mg/l), hàm lượng BOD, Sunfat (SO
) không đạt tiêu chuẩn xả thải, để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận nên cần xử lý qua một số qua một số quá trình như cơ học, hóa học, sinh học. Xử lý cơ học : nhằm tách các chất lơ lửng, chất rắn dễ lắng ra khỏi nước thải. Rác, cặn có kích thước lớn được loại bỏ bằng song chắn rác. Cặn vô cơ (cát, sạn, mảnh kim loại…) được tách ra khi qua bể lắng cát. Trong giai đoạn xử lý này thường có các thiết bị sau: song chắn rác, bể điều hòa, bể lắng đợt 1. Ngoài ra, việc xử lý cơ học này cũng nhằm bảo vệ máy bơm và loại bỏ các cặn lớn, nặng tránh làm cản trở cho các công trình xử lý tiếp theo. Xử lý sinh học: là giai đoạn xử lý sinh học các chất hữu cơ, chuyển chất hữu cơ có khả năng phân hủy thành chất vô cơ và chất hữu cơ. Các công trình và thiết bị dùng trong công đoạn xử lý sinh học: bể lọc sinh học, bể sục khí bùn hoạt tính lơ lửng (bể thổi khí) và bể lắng đợt 2, hồ hiếu khí và hồ lắng, bể UASB. Khử trùng: là công đoạn tiếp sau xử lý tiếp theo sau khi xử lý sinh học. Các phương pháp khử trùng thường dùng: Clo, Ozon, tia cực tím. Mục đích của quá trình nhằm đảm bảo nước trước khi xả ra nguồn tiếp nhận không còn vi trùng, virut gây bệnh, khử màu, khử mùi và giảm nhu cầu oxy hóa của nguồn tiếp nhận. 3.2.1 Phương án 1 NT: nước thải Hình 3.1 Dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt theo phương án 1. Nước thải qua song chắn rác để loại chất thải có kích thước lớn, tránh tắc nghẽn bơm, đường ống, kênh dẫn và đảm bảo an toàn cho toàn hệ thống. Đặt song chắn rác làm sạch bằng cơ giới nhằm tự động hóa dây chuyền. Trong dây chuyền công nghệ không sử dụng máy nghiền rác, để không gia tăng hàm lượng SS trong nước thải, để tránh nâng cao công suất các trạm xử lý, và có thể gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí của bể điều hòa. Lượng cát sau khi qua bể lắng sẽ được phơi ở sân phơi cát cho đến khi khô ráo và được sử dụng lại cho mục đích xây dựng. Tại bể điều hòa dòng nước thải được ổn định lưu lượng và nồng độ các chất bẩn, để dễ dàng cho các quá trình xử lý sau. Trong bể điều hòa có tiến hành sục khí để tránh các quá trình sa lắng và phân hủy kỵ khí chất hữu cơ. Bể lắng đợt 1 dùng để tách các cặn lơ lửng sẵn có trong nước thải. Do đó trong công trình này với công suất Q = 39080 m3/ngđ nên thiết kế xây dựng bể lắng ngang vì hiệu quả xử lý cao và vận hành đơn giản. Hàm lượng SS = 300 mg/l nên ta cho qua bể lắng đợt 1 để đảm bảo SS không lắng trong công trình xử lý sinh học làm ảnh hưởng đến quá trình xử lý. Yêu cầu ở bể lắng đợt 1 là phải xử lý được hơn 50% lượng SS đầu vào, để hàm lượng SS đi vào các công trình xử lý sinh học không lớn hơn 150 mg/l (triết, 2008) Nước thải sau khi qua bể lắng đợt 1 sẽ qua bể UASB để xử lý các chất hữu cơ có trong nước thải với hiệu quả xử lý E = 90%. Sau khi qua bể UASB thì hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải đầu ra là: 10% x 2200 = 220 mgCOD/l, nên ta sẽ cho qua bể Aeroten để xử lý tiếp. Với hiệu quả xử lý của bể Aeroten đạt 90% thì lượng COD còn lại trong nước thải đầu ra là: 10% x 220 mg/l = 22 mg/l < 30 mg/l, đạt yêu cầu. Bể lắng đợt 2 dùng tách các cặn từ quá trình xử lý sinh học. Một phần bùn trong bể lắng đợt 2 được tuần hoàn lại bể thổi khí bởi vì bùn này vi sinh vật đã thích nghi được với chất hữu cơ và môi trường sống nên tiết kiệm được chi phí mua bùn mới và 1 phần chi phí xử lý bùn. Nước thải sau khi qua bể lắng đợt 2 cần xử lý VSV để đạt chỉ tiêu xả thải ra môi trường, giai đoạn này được thực hiện ở bể khử trùng. Các phương pháp khử trùng thường dùng Clo, Ozon, tia cực tím. Trong phương án xử lý này không dùng ozon, tia cực tím để khử trùng do chi phí cao, do đó lựa chọn Clo để khử trùng vừa tiết kiệm được chi phí vừa đảm bảo được tiêu chuẩn xả thải. Ngoài ra, còn có các công trình phụ trợ khác như bể nén bùn, sân phơi cát và các thiết bị đi kèm để xử lý phần chất thải còn lại của hệ thống xử lý. Ưu điểm: Hiệu quả xử lý nước thải cao. Ít tiêu tốn năng lượng trong vận hành. Ít bùn dư, nên giảm được chi phí xử lý bùn. Bùn sinh ra dễ tách nước. Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng. Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí metan. Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động sau một thời gian ngưng không nạp liệu. Nhược điểm: Chi phí cao cho việc thổi khí liên tục duy trì điều kiện hiếu khí. Thời gian cho việc vận hành bể UASB ban đầu khó khăn. Khó tạo bùn hạt tốt. 3.2.2 Phương án 2 NT : nước thải Hình 3.2 Dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt theo phương án 2. Đối với xử lý cơ học ta vẫn chọn các công trình đơn vị như phương án 1. Trong phương án 2 ta chọn bể RBC để thay thế cho bể thổi khí. Nước thải sau khi qua bể SCR, bể lắng cát, qua bể điều hòa, qua bể lắng đợt 1 và được đưa vào bể UASB để xử lý chất hữu cơ có trong nước thải sau đó nước thải sẽ được dẫn vào bể RBC để tiếp tục xử lý để đạt tiêu chuẩn xả thải ra nguồn tiếp nhận, nước thải sau khi ra khỏi bể RBC sẽ được được dẫn tới bể lắng đợt 2 để tách cặn, sau đó sẽ được dẫn tới bể khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Ưu điểm: Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng. Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí metan. Nhược điểm: Tốn năng lượng cho việc vận hành các máy quay đĩa sinh học. Đảm bảo việc phân phối đều nước trong bể chứa đĩa sinh học để đạt được hiệu quả xử lý cao. Chi phí đầu tư ban đầu cũng như vận hành cao cho việc xử lý bùn. Chương 4 Tính toán thiết kế các công trình đơn vị theo phương án 1 4.1 Tính toán ngăn tiếp nhận nước thải Lựa chọn kích thước ngăn tiếp nhận dựa vào lưu lượng tính toán của trạm xử lý. Tra bảng 3 – 4 (Triết, 2006) ta được các thông số thiết kế ngăn tiếp nhận như sau: Đường kính ống áp lực từ trạm bơm đến ngăn tiếp nhận là 500 mm. Bảng 4.1 Các thông số thiết kế của ngăn tiếp nhận Thông số  Kích thước   Thể tích 1 ngăn  11,04 m3   Rộng
dài  2300mm
2400mm   Chiều cao lớp nước  1600 mm   Chiều cao xây dựng  2000 mm   4.2 Tính toán thiết kế song chắn rác 4.2.1 Tính toán mương dẫn nước thải đến Song chắn rác Nước thải được dẫn từ ngăn tiếp nhận đến SCR qua mương dẫn hình chữ nhật. Tiết diện ướt của ngăn tiếp nhận:
(m2) Trong đó: Q: lưu lượng trung bình tính toán (m3/s) v: vận tốc nước chảy qua SCR, v = 0,8 m/s (0,6 m/s < v < 1 m/s) Thiết kế mương dẫn với chiều rộng mương là B = 1 m. Chiều sâu mực nước trong mương dẫn:
(m) Chu vi ướt: P = (B + h)
2 = (1 + 0,79)
2 = 3,58 (m) Bán kính thủy lực:
(m) Hệ số Sezi:
Trong đó: n: hệ số độ nhám = 0,012 – 0,015 phụ thuộc vào vật liệu làm ống và kênh y: chỉ số mũ, phụ thuộc vào độ nhám, hình dáng và kích thước của ống Chọn n = 0,0138 (bê tông)
y =
= 0,158
Độ dốc thủy lực:
; chọn i = 1 Với lưu lượng là 635 l/s, độ dốc thủy lực i = 1. Tra bảng 35 (Uyển, 2003) và bằng cách nội suy ta tính được v = 1,2 m/s, độ đầy h/H = 0,74 m. Bảng 4.2 Kết quả tính toán thủy lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhận Các thông số tính toán  Kí hiệu  Giá trị  Đơn vị   Lưu lượng tính toán  Qmax  0,635  m3/s   Độ dốc thủy lực  1000i  1    Chiều rộng  B  1  m   Chiều sâu  h  0,79  m   Vận tốc  um  1,02  m/s   Độ đầy  h/H  0,74  m   4.2.2 Tính toán thiết kế Song chắn rác Song chắn rác (SCR) đặt trước trạm bơm trên đường tập trung nước thải chảy vào bơm, nhiệm vụ giữ lại các tạp chất có kích thước lớn. Song chắn rác gồm các thanh kim loại (thép không rỉ), dễ dàng trượt lên xuống dọc theo 2 khe hở của thành mương dẫn, vận tốc nước qua song vmax ≤ 1 m/s (ứng với Qmax). (Lai, 2000) Bảng 4.3 Các thông số ban đầu phục vụ tính toán thiết kế (Triết, 2006). Thông số thủy lực  Lưu lượng tính toán    Qmin = 0,219 m3/s  Qtb = 0,452 m3/s  Qmax = 0,635 m3/s   Chiều ngang B (m)  1  1  1   Độ dốc thủy lực i  1  1  1   Vận tốc  0,79  0,96  1,02   Độ đầy h/D (m)  0,38  0,58  0,74   Chọn SCR lấy rác bằng cơ giới, góc nghiêng đặt SCR là 800. Số lượng khe hở qua SCR:
(khe) Với: v: vận tốc nước chảy qua SCR, chọn v = 0,8 m/s (0,6 m/s
v
1 m/s) (Diệu, 2008) h: độ sâu nước ở chân SCR,
m. b: khe hở giữa các thanh chắn, chọn b = 0,02 m (SCRmịn = 10 – 25 mm) (Diệu, 2008) k: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K = 1,05. Tổng chiều rộng khe: Bk = 67
0,02 = 1,34 (m) Chiều rộng buồng đặt SCR: Bs = S
(n – 1) + Bk = 0,008
(67 – 1) + 1,34 = 1,868 (m) S là bề dày của thanh song chắn thường lấy 0,008. Góc mở rộng của buồng đặt SCR lấy bằng 200 (Huệ, 2004) thì chiều dài đoạn mở rộng trước SCR được tính là:
(m) Chiều dài đoạn thu hẹp sau SCR: L2 = ½ L1 = 0,6 (m) Tổng chiều dài xây dựng: L = L1 + L2 + Lo = 1,2+ 0,6 + 1,5 = 3,3 (m) Lo: Chiều dài đoạn mương đặt SCR, chọn Lo = 1,5 m (Lo không nhỏ hơn 1 m, Huệ, 2004) Tổn thất áp lực qua SCR:
(m) Trong đó: hL: tổn thất áp lực (m) W = 0,01: chiều rộng lớn nhất của thanh chắn (m) b = 0,02: khe hở nhỏ nhất giữa các thanh chắn (m) u: vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (m/s)
(m/s)
= 800: góc nghiêng của thanh chắn so với phương ngang (lấy rác bằng cơ khí, Diệu, 2008) g: gia tốc trọng trường (m/s2)
= 2,42: hệ số phụ thuộc vào hình dạng của thanh chắn (thanh chắn hình chữ nhật, Diệu, 2008) Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy qua SCR sạch ứng với lưu lượng min:
(m) ; (thỏa vì 0,4 m/s < vmin < 1 m/s) Trong đó:
(m) Chiều cao lớp nước hữu dụng min:
(m)
= 800: góc nghiêng của thanh chắn so với phương ngang (lấy rác bằng cơ khí, Diệu, 2008) Kiểm tra lại vận tốc của dòng chảy qua SCR sạch ứng với lưu lượng max:
(m) (thỏa vì 0,4 m/s < vmin < 1 m/s) Trong đó:
(m) Chiều cao lớp nước hữu dụng max:
(m) Chiều cao của mương:
(m) Chiều cao thực của SCR:
(m) Tổng chiều cao xây dựng của mương đặt SCR: Hxd = H + hL + Ho = 0,84 + 0,015 + 0,5 = 1,355
1,4(m) Ho: chiều cao an toàn của mương, chọn Ho = 0,5 m. Ta chọn chiều cao xây dựng là 1,4 m. Chiều rộng SCR = chiều rộng mương + 2 x chiều rộng khe = 1,4 + (2 x 0,2) = 1,8 (m) Lượng rác lấy ra từ SCR:
(m3/ngđ) Trong đó: m: lượng rác giữ lại theo tiêu chuẩn trên đầu người, m = 8 l/người.năm (Triết, 2008) N: Số dân cư sử dụng hệ thống, người. Trọng lượng rác ngày đêm tính theo công thức P = Wt + G = 4,69 x 750 = 3517,5 (kg/ngđ) = 3,5175 (tấn/ngđ) G: khối lượng riêng của rác, G = 750 (kg/m3) - TCXD 51-2008. Trọng lượng rác trong từng giờ trong ngày đêm:
(tấn/giờ) Kh: hệ số không điều hòa của rác, lấy =2 - TCXD 51-2008. Các thông số thiết kế và xây dựng SCR được tóm tắt trong bảng 4.4. Bảng 4.4 Các thông số thiết kế song chắn rác STT  Thông số  Đơn vị  Giá trị   1  Lưu lượng thiết kế  m3/s  0,635   2  Độ dốc thủy lực  -  1   3  Chiều rộng mương dẫn  m  1   4  Độ đầy h/H  m  0,74   5  Vận tốc um  m/s  1,02   6  Góc nghiêng đặt SCR  -  80o   7  Số lượng khe  khe  67   8  Số lượng thanh đan  thanh  66   9  Chiều rộng mỗi khe  m  0,02   10  Chiều rộng mỗi thanh đan  m  0,01   11  Chiều rộng buồng đặt SCR  m  1,868   12  Góc mở rộng của buồng đặt SCR   20o   13  Chiều dài đoạn mở rộng trước SCR  m  1,2   14  Chiều dài đoạn thu hẹp sau SCR  m  0,6   15  Chiều dài buồng đặt SCR  m  1,5   16  Chiều dài xây dựng  m  3,3   17  Tổn thất áp lực qua SCR  m  0,015   18  Vận tốc dòng nước trước SCR  m/s  0,55   19  Vận tốc kiểm tra dòng chảy qua SCR sạch ứng với Qmin  m/s  0,58   20  Vận tốc kiểm tra dòng chảy qua SCR sạch ứng với Qmax  m/s  0,75   21  Chiều cao bảo vệ  m  0,5   22  Chiều cao thực SCR  m  0,85   23  Chiều cao xây dựng  m  1,4   24  Chiều cao lớp nước cực đại  m  0,63   25  Chiều cao lớp nước cực tiểu  m  0,277   26  Lượng rác lấy ra từ SCR  m3/ngđ  4,69   4.3 Tính toán thiết kế bể lắng cát Bể lắng cát đặt sau song chắn rác, đặt trước bể điều hòa lưu lượng và chất lượng, đặt trước bể lắng đợt 1. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước SCR, tuy nhiên việc đặt sau SCR có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ, lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng. Chúng ta phải tính toán làm thế nào cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi. Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, giảm. Có nhiều loại bể lắng cát phụ thuộc vào đặt tính dòng chảy: bể lắng cát có dòng chảy ngang trong mương tiết diện hình chữ nhật, bể lắng cát có dòng chảy dọc theo máng tiết diện hình chữ nhật đặt theo chu vi của bể tròn, bể lắng cát sục khí, bể lắng cát có dòng chảy xoáy, bể lắng cát ly tâm. Ở đây ta chọn bể lắng cát thổi khí để tính toán thiết kế. Bể lắng cát thổi khí có dạng hình chữ nhật, có hệ thống sục khí bằng ống nhựa khoan lỗ, lấy cát ra khỏi bể bằng bơm phun tia để dồn cát về mương thu cát. Tính toán kích thước bể lắng cát ngang Lưu lượng nước thải qua bể lắng cát: Qtb = 0,452 (m3/s), Qmax = 0,635 (m3/s)/ Chọn đường kính hạt d = 0,2 mm → u0 = 17,8 (mm/s) = 0,0178 (m/s) (Diệu, 2008) Diện tích bể lắng ngang:
(m2) Trong đó: hạt d
0,2 mm K = 1,3 d > 0,2 mm K = 1,1 d > 0,25 mm K = 1 Chiều dài bể lắng cát: L = 18hmax (hmax = 0,25 – 1 m, Triết - 2008) Chọn hmax = 1 (m) → L = 18 (m) Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát:
(m) Chia làm 3 ngăn → chiều rộng mỗi ngăn B’ = 0,87 (m) Vận tốc dòng nước trong bể lắng:
m/s Kiểm tra lại vận tốc tính toán với điều kiện vmin ≥ 0,15 (m/s)
(m/s) > 0,15 (m/s) Thời gian lưu nước của bể:

75 (s) thỏa điều kiện HRT 60 – 120 s Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b.
(m) Trong đó:
Chọn góc tới
= 450 => cotg
=1 => m = 0,356 (tra bảng 2.2 , Diệu, 2008) Đáy bể tràn chênh với đáy bể lắng cát
:
(m) Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát:
= 4,28 (m3) Ntt: Dân số tính toán. Ntt = 214215 người P: Lượng cát giữa lại trong bể cho một người trong ngày đêm. P = 0,02 l/ng.ngđ (TCXD 51 – 2008) t: Chu kỳ xả cát. t = 1 ngày đêm (Quy phạm t < 2 ngày đêm) Chiều cao lớp cát trong bể trong 1 ngày đêm:
(m) Chiều cao xây dựng bể: Hxd = Hmax + hc + hbv = 1 + 0,092 + 0,4 = 1,492 m ≈ 1,5 (m) Hbv: chiều cao bảo vệ bể Mương thu cát Dưới hệ thống thổi khí là mương thu cát. Góc nghiêng thành bên là 60o (Quy phạm
60o). Lưu lượng cát a = 0,02 l/ng.ngđ = 0,48.10-3 m3/người.h (Triết, 2008) Số dân cư tính toán là Ntt = 214215 người Thu cát liên tục sau 3 phút = 0,05 giờ Thể tích mương chứa cát:
(m3) Diện tích hình thang mương thu cát:
(m2) Chiều dài L = 18 m Chiều cao hm = 1 m Đáy bé: 0,2 m Đáy lớn: 0,38 m Sân phơi cát Chiều cao bờ chắn H = 1 m (Quy phạm 1 – 2 m) Dân số tính toán Ntt = 214215 người Lượng cát tính theo đầu người a = 0,02 l/người.ngđ Chiều cao lớp cát 4 m/năm (Quy phạm 4 – 5 m/năm; Triết, 2006) Diện tích hữu ích sân phơi:
(m2) Chiều dài = 22 m Chiều rộng = 18 m Chiều cao = 1 m Chia thành 4 ngăn, mỗi ngăn dài 11 m, rộng 9 m. Bố trí 4 đường ống thu nước rỉ từ cát có đường kính d1 = 100 mm dọc theo chiều dài sân phơi cát, độ dốc đường ống i = 0,003. Các đường ống cách thành chắn 3 m (mỗi ngăn lắp 2 ống). Trên ống có đục lỗ, đường kính lỗ d2 = 5 mm và phủ một lớp đá mỏng. Tường thành chắn dày 500 mm. Ống dẫn cát từ bể lắng cát sang sân phơi cát có đường kính d3 = 200 mm. Máng phân phối cát kích thước 200 mm
200 mm có độ dốc i = 0,01 . Đáy của các ngăn có độ dốc i = 0,01 dốc về phía ống thu nước rỉ của cát. Bảng 4.5 Các thông số thiết kế Bể lắng cát STT  Thông số thiết kế  Đơn vị  Giá trị   1  Lưu lượng  m3/s  0,635   2  Thời gian lưu nước  s  75   3  Thể tích 1 ngăn  m3  15,66   4  Chiều cao lớp nước  m  1   5  Chiều rộng của 1 ngăn  m  0,87   6  Chiều dài của 1 ngăn  m  18   7  Độ dốc i  -  0,2   8  Chiều cao xây dựng bể  m  1,5   9  Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát  m3  4,28   10  Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát  m  2,6   11  Diện tích bể lắng ngang:  m2  46,4   Bảng 4.6 Các thông số thiết kế Sân phơi cát Cơ sở tính toán  Thông số thiết kế    Kích thước sân phơi  Kích thước 1 ngăn  Ống thu nước rỉ từ rác   Ntt = 214215 người  Chiều cao H = 1 m  Chiều cao 1 m  Có 4 đường ống   a = 0,02 l/người.ngđ  Chiều dài 22 m  Chiều dài 11 m  d1 = 100 mm   F = 391 m2  Chiều rộng 18 m  Chiều rộng 9 m  Cách thành chắn 3 m    Chia thành 4 ngăn  Độ dốc i = 0,01  Độ dốc i = 0,003   Chiều cao lớp cát là 4m/năm  Tường thành chắn dày 500 mm  Bố trí 2 đường ống thu nước rĩ từ cát  Khoan lỗ có đường kính lỗ là d2 = 5 mm   4.4 Bể điều hòa Giờ  Q mạng luới  % Q  qbơm  % Qbơm  qvào  qra  qtích lũy   0 – 1  586.2  1.5  1629.636  4.17%   -1043.44  7855.08   1 – 2  586.2  1.5  1629.636  4.17%   -1043.44  -1043.44   2 – 3  586.2  1.5  1629.636  4.17%   -1043.44  -1043.44   3 – 4  586.2  1.5  1629.636  4.17%   -1043.44  -1043.44   4 – 5  977  2.5  1629.636  4.17%   -652.636  -652.636   5 – 6  1367.8  3.5  1629.636  4.17%   -261.836  0   6 – 7  1758.6  4.5  1629.636  4.17%  128.964   128.964   7 – 8  2149.4  5.5  1629.636  4.17%  519.764   648.728   8 – 9  2442.5  6.25  1629.636  4.17%  812.864   1461.592   9 – 10  2442.5  6.25  1629.636  4.17%  812.864   2274.456   10 – 11  2129.86  5.45  1629.636  4.17%  500.224   3087.32   11 – 12  2442.5  6.25  1629.636  4.17%  812.864   3900.184   12 - 13  1954  5  1629.636  4.17%  324.364   4713.048   13 - 14  1954  5  1629.636  4.17%  324.364   5525.912   14 - 15  2149.4  5.5  1629.636  4.17%  519.764   6338.776   15 - 16  2344.8  6  1629.636  4.17%  715.164   7151.64   16 - 17  2344.8  6  1629.636  4.17%  715.164   7964.504   17 - 18  2149.4  5.5  1629.636  4.17%  519.764   8777.368   18 - 19  1954  5  1629.636  4.17%  324.364   9590.232   19 - 20  1758.6  4.5  1629.636  4.17%  128.964   10403.1   20 - 21  1875.84  4.8  1629.636  4.17%  246.204   11215.96   21 - 22  1172.4  3  1629.636  4.17%   -457.236  10758.72   22 - 23  781.6  2  1629.636  4.17%   -848.036  9910.688   23 - 24  586.2  1.5  1598.372  4.09%   -1012.17  8898.516   TC   100        Thể tích bể biều hòa: VĐH = 11215,96 + | -1043,44 | = 12259,4 (m3) Lớp nước đệm trong bể điều hòa: Vđ = 10%VĐH = 10% 12259,4= 1225,94 (m3) Thể tích bể điều hòa: V = VĐH + Vđ = 12259,4+1225,94 = 13485,34 (m3) Thiết kế 2 bể điều hòa: V1b =
= 6742,67 m3 = 6743 (m3) Diện tích bề mặt mỗi bể:
(m2) Ta thiết kế bể điều hòa hình chữ nhật, chiều rộng dài và cao mỗi bể là: Chọn chiều cao bể là 6 m Chiều cao xây dựng Hxd = H + 0,5 = 6,5 (m) Chiều dài bể là 38 m Chiều rộng bể là 30 m Thời gian lưu nước trong bể điều hòa :
= 5,9 (giờ) Bể điều hòa, sử dụng máy khuấy để xáo trộn nước thải, tránh hiện tượng lắng cặn, phân hủy kị khí, sinh mùi. Bể lắp đặt 2 máy khuấy. Công suất máy khuấy :
(kW)
: năng lượng khuấy trộn cần thiết.
= 0,008 kW/m3. (Quy phạm 0,004 – 0,008) Nước từ bể điều hòa, cho tự chảy sang bể lắng đợt 1, sử dụng van điều chỉnh lưu lượng để đảm bảo, khi mực nước trong bê điều hòa thay đổi thì lượng nước đi vào bể lắng 1 vẫn giữ nguyên, không dao động Bảng 4.8 Các thông số thiết kế bể điều hòa STT  Thông số  Đơn vị  Giá trị   1  Lưu lượng thiết kế  m3/ngđ  39080   2  Thể tích mỗi bể điều hòa  m3  6743   3  Diện tích bề mặt mỗi bể  m2  1124   4  Chiều cao lớp nước đệm  m  1   5  Chiều cao thiết kế  m  6,5   6  Chiều rộng bể  m  30   7  Chiều dài bể  m  38   8  Thời gian lưu nước của bể  h  5,9   9  Công suất cánh khuấy  kW  26,972   4.5 Tính toán thiết kế bể lắng đợt 1 (bể lắng ngang) Vùng lắng Q = 0,635 m3/s , hiệu quả lắng R = 53%. U0 = 0,55 mm/s (Quy phạm từ 0,83 – 2,5 m/h hay 0,22 – 0,7 mm/s ,Lai 2004). Hàm lượng cặn lơ lửng SS = 300 mg/l Diện tích vùng lắng :
(m2) Chọn: Chiều rộng của bể: B = 9 (m) Chiều cao vùng lắng : H = 3 (m) (H = 1,5 – 5 m, TCXD 51-2008) Chiều dài của bể :
(m)
> 15 ( Lai, 2004) Bán kính thủy lực :
(m) Vận tốc nước chảy trong bể:
(m/s) = 11,7 (mm/s) < 16,3 (mm/s) Kiểm tra hệ số Re, Fr:
> 20000
Để giảm trị số của chuẩn số Re và tăng giá trị của Fr, ta giữ nguyên chiều rộng bể B = 9 m nhưng đặt thêm 1 vách chịu lực, chia bể ra thành 2 ngăn, mỗi ngăn có có chiều rộng B’ = 4,5 m, với vận tốc dòng chảy không đổi
= 11,7 mm/s Bán kính thủy lực :
(m) Kiểm tra hệ số Re, Fr:
< 20000
Độ dốc đáy bể 0,01 (Quy phạm 0,01 – 0,02) dốc về phía mương xả cặn. Chiều cao xây dựng: Hxd = H + h1 + h2 +0,5 = 3 + 0,4 + 0,4 + 0,5 = 4,3 (m) h1: chiều cao lớp trung hòa, h1= 0,4 m (Triết, 2008) h2: chiều cao phần chứ cặn, h2=0,4 m (Triết, 2008) 0,5 : chiều cao phần bảo vệ. Với E = 53% thì hàm lượng chất lắng lo lửng trôi theo nước thải ra khỏi bể lắng đợt 1:
(mg/l) Độ dốc của đáy bể i=0,01 (độ dốc của đáy bể không nhỏ hơn 0,005, TCXD 51-2008) Thời gian lưu nước trong bể lắng:
(giờ) Vùng phân phối nước vào Đặt tấm phân phối cách cửa đưa nước vào là l = 1,5 m (Quy phạm từ 1,5 ÷ 2,5 m). Hàng lỗ cuối cùng của vách phân phối cao hơn mức cặn 0,3 m. Diện tích công tác vách phân phối:
( m2) Lưu lượng qua 1 ngăn:
(m3/s) Tổng diện tích lỗ ở vách ngăn phân phối nước:
(m2)
= 0,3 m/s (quy phạm 0,2-0,3 m/s, Dung 2005) Đường kính của 1 lỗ:
(quy phạm
= 0,05 – 0,15 m, Dung 2005)
(m2) Số lỗ trên vách ngăn phân phối nước:
( lỗ ) Ở vách ngăn phân phối bố trí thành 15 hàng dọc và 18 hàng ngang. Khoảng cách giữa trục lỗ theo hàng dọc là (3 – 0,3) : 15 = 0,18 m Khoảng cách giữa các trục lỗ theo hàng ngang là 4,5: 18 = 0,25m Phù hợp với quy phạm khoảng cách giữa tâm các lỗ là từ 0,25 ÷ 0,45 m ( Diệu, 2008 ) Máng thu nước Chọn tải trọng máng thu a = 3 (l/s.m) = 3.10-3 (m3/s.m) (Quy phạm 2 – 3 l/s.m) Tổng chiều dài mép máng thu trong 1 bể ngăn: L =
=
(m) L = 53 m >
=
= 19,27 (m) → thỏa Mỗi bể đặt 6 máng thu nước, chiều dài 1 máng: L = 17,67 (m). Thiết kế máng có chiều rộng b = 0,5 m Khoảng cách giữa các tâm máng: 1,5 m Khoảng cách giữa tâm máng với tường: 0,75 m Sử dụng máng tràn hình chữ V, góc đáy 90o, chiều cao hình chữ V là 6 cm, đáy chữ V là 12 cm, khoảng cách giữa các đỉnh lá 20cm, cứ mỗi mét chiều dài có 5 khe chữ V. Lưu lượng qua khe chữ V: qo =
= 0,6.10-3 (m3/s) qo = 1,4

h = 0,045 m = 4,5 cm < 5 cm đạt yêu cầu Vận tốc giới hạn trong vùng lắng:
= 0,062 (m/s) Trong đó k = 0,05 đối với nước thải sinh hoạt g: gia tốc trọng trường = 9,8 m/s2 d: đường kính tương đương của hạt cặn (m), d = 10-4 (m) f: hệ số ma sát phục thuộc vào đặc tính bề mặt hạt và Re, f = 0,02 (f = 0,02 – 0,03, Diệu 2008) Vận tốc nước chảy trong vùng lắng với Qmax:
(m/s) < VH Chọn tốc độ trong máng thu vm = 0,6 m/s (quy phạm vm = 0,6 – 0,8 m/s, Dung, 2005) Lưu lượng nước vào một máng:
(m3/s) Tiết diện của 1 máng thu:
(m2) Chiều sâu của máng:
(m) Vận tốc nước chảy vào máng:
(m/s) < VH Kiểm tra tải trọng máng tràn:
(l/s.m) = 2,9 (m3/s.m) ; (thỏa điều kiện 1 – 3 m3/s.m) Vùng xả cặn Lượng cặn được giữ lại trong bể lắng: M = mv – mr = 300 – 141 = 159 (mg/l) Thể tích vùng chứa cặn: W =
=
= 27,26 (m3) T: thời gian thu cặn giữa 2 lần xả. T = 3 giờ Q: lưu lượng nước vào. Q = 1143 m3/h mv: Lượng cặn đi vào bể lắng. mv = 300 mg/l mr: Lượng cặn ra khỏi bể lắng. mr = 141 mg/l
: nồng độ cặn đã nén sau 3 giờ.
= 20.000 mg/l Thiết kế vùng chứa cặn có chiều cao h = 1m, chiều rộng b = 9 m, chiều dài l = 3 m Bảng 4.9 Các thông số thiết kế bể lắng đợt 1  Thông số thiết kế  Đơn vị  Giá trị   Kích thước bể lắng  Lưu lượng nước thải  m3/s  0,635    Vận tốc lắng của hạt  mm/s  0,55    Diện tích vùng lắng   m2  577,3    Chiều rộng của bể  m  9    Chiều cao vùng lắng  m  3    Chiều dài của bể   m  64,14    Vận tốc nước chảy trong bể  mm/s  11,7    Chiều cao xây dựng  m  4,3    Thời gian lưu nước trong bể lắng  h  1,51   Vách phân phối  Diện tích công tác vách phân phối:  m2  24,3    Lưu lượng qua 1 ngăn  m3/s  0,159    Tổng diện tích lỗ ở vách ngăn phân phối nước  m2  0,53    Đường kính của 1 lỗ  m  0,05    Số lỗ trên vách ngăn phân phối nước  lỗ  270   Mương thu nước  Tải trọng thu nước  l/s.m  3    Chiều dài 1 máng thu  m  17,67    Lưu lượng qua khe chữ V  m3/s  0,6.10-3    Lưu lượng nước vào một máng  m3/s  0,053    Tiết diện của máng thu  m2  0,088    Chiều sâu của máng:  m  0,176   Vùng chứa cặn  Lượng cặn được giữ lại trong bể lắng  mg/l  159    Thể tích vùng chứa cặn  m3  27,26    Chiều cao vùng chứa cặn  m  1    Chiều rộng  m  9    Chiều dài  m  3    Tthời gian thu cặn giữa 2 lần xả  h  3   4.6 Tính toán thiết kế bể UASB Q = 39080 m3/ngđ S0 = 2200mg/l = 2,2 kg/m3 4.6.1 Tính thể tích và kích thước bể UASB


Vn =

Chọn Lorg = 7 kgsCOD/m3.ngđ Vn =
Lượng COD cần khử mỗi ngày: 39080
(kgCOD/ngđ) Thể tích tổng cộng phần chứa nước của bể: VL=
Diện tích bề mặt bể UASB: A =
( chọn v=1.5m/h) A =

Trong trường hợp Q tăng đột ngột và gấp 1,5 lần so với Q đã cho V=
≈ (2,25m/h) vẫn thỏa mãn khoảng vận tốc thích hợp với bể UASB Chiều cao của lớp nước trong thiết bị được tính theo công thức sau: HL=
Chọn bể hình tròn:

D=38m Ta thấy kích thước bể quá lớn nên ta chia ra làm 8 bể,mỗi bể có D=4,75m ≈ 4,8m Diện tích 1 bể =18m2 Chiều cao bể: HT = HL + H
Theo tiêu chuẩn chụp thu khí từ 2,5
(m): HT = 13,3 + 2,5 = 15,8 (m) 4.6.2 Xác định thời gian lưu nước, chiều cao phần chứa nước của bể UASB Ở Việt Nam t0
260C thì thời gian lưu nước là 6
8h với UASB HRT =
Ở Việt Nam nhiệt độ >260C thì thời gian lưu nước là 6
8h là phù hợp yêu cầu đề ra. Nhưng ở dây thời gian lưu nước là 8,9h là bảo đảm tính an toàn cho hệ thống. 4.6.3 Xác định thời gian lưu bùn Q
Xe = Px.vss Q = 39080 m3/ngđ ; Xe = 210g/m3 Do SS = 300
VSS = 0,7
= 210g/m3 S0 : tổng lượng CODin có khả năng phân hủy sinh học. Giả sử rằng 50% pCOD và VSS bị phân hủy, 90% SO4
trong nước thải bị phân hủy sinh học và nồng độ VSS trong nước thải xử lý đạt 210g/m3 S0 = sCOD + 50% pCOD = sCOD + 50% (COD – sCOD) = 2200 + 50% (2500 – 2200) = 2350g/m3 S là COD hòa tan trong dòng ra: S = (1 – 0,9)
Tính nbVSS = 0,5
Y = 0,1 gVSS/gCOD Kđ = 0,03 ngđ
Fd = 0,15ngđ
nguồn metcalf and eddy 2003

Ks = 360


Vậy thời gian lưu bùn của bể là 28 ngày đêm. Kiểm tra lại các giá trị SRT:
Do ở nhiệt độ t0 = 300C thì KS= 360mg/l Ta có :


→ S = 90 mg/l Tỉ lệ sCOD còn lại sau xử lý:
10% Chấp nhận giá trị SRT=50ngày 4.6.4 Xác định VSS SRT=
Qw : lưu lượng xả bùn Xr : VSS trong đường xả bùn Vì bùn xả theo nước sau xử lý

SRT =

4.6.5 Tốc độ sinh khí CH4 CH4 + 2 O2
CO2 + 2H2O 1mol 2×32gO2 Ở đktc (00C,1atm):
Ở đktc (30oC,1atm):

Lượng COD bị phân hủy: COD = bCOD - CODe = 2350 – 220 = 2130 (g/m3) Lượng COD bị tiêu thụ trong quá trình khử SO42- Nếu sử dụng CH3OH như chất cho electron: 119 SO42- +167CH3OH +10CO2 + 3NH4+ +3HCO3- 178H+ =3C5H7O2N +60HS- + 331H2 Nếu là chất hữu cơ trong nước thải: 0,67 (gCOD/gSO
) (số thực nghiệm) → CODsulfate removal =0,9×9mg/l ×0,67=5,43g/m3 Lượng COD được chuyển hóa thành CH4: CODCH4 =(2130-5,43) (g/m3) × 39.080 (m3/ngđ) = 83.028.195,6 (g/ngđ) Tốc độ phát sinh khí CH4:
4.6.6 Năng lượng thu được từ CH4 Khối lượng riêng của CH4 ở 35oc = 0,6346 (g/l) Khối lượng riêng của CH4 ở 30oc là : 0,6364 (g/l) x
Năng lượng sinh ra từ CH4: 2200 × 0,647 × 50,1 (kj/g) = 71.312,34 4.6.7 Nhu cầu độ kiềm CH4 chiếm 70% tổng lượng khí sinh ra,vậy CO2 chiếm 30% tổng lượng khí sinh ra.độ kiềm cần thiết là 1600mg/l(tra bảng) Độ kiềm cần bổ sung: 1600 – 600=1000mg CaCO3/l 4.6.8 Thiết kế bể UASB Tính máng thu nước Máng thu nước được đặt dọc theo thành bể.chọn chiều rộng máng bm=0,2m Tốc độ trong máng: vm=0,8 m/s (quy phạm 0,6-0,8m/s) Tiết diện của máng thu: fm=
Chiều sâu của máng: hm=
Máng thu răng cưa có dạng hình chữ V, tạo thành 1 góc 900. Chiều cao hình chữ V là 5cm, đáy hình chữ V là 10cm. Chu vi của máng: 2
R=2
(2,2)=13,8 (m) Số khe trên máng:
(khe) Lưu lượng qua 1 khe chữ V là:
(m3/s) mà
h= 0,038 (m)=3,8cm < 5cm đạt yêu cầu Lượng khí sinh ra và ống thu khí trong 1 bể Lượng khí sinh ra: 0,4 (m3/kgCOD) (metcajf &eddy) Qkhí = 0,4 × 7737,84 (kgCOD/ngđ) = 3095,13 (m3/ngđ) = 35,82 (l/s) Theo metcajf &eddy,lượng khí metan chiếm 60-70%.chọn 70% Lượng khí metan: 3095,13×70%=2166,58 m3/ngd Tính ống thu khí Chọn vận tốc khí trong ống vkhí=10m/s Đường kính ống dẫn khí:
=Fống=
Dống=
=0,068m = 68 mm Tính lượng bùn sinh ra và ống xả bùn của 1 bể Lượng bùn sinh ra trong bể: 0,05-0,1Gvss/gCOD (metcajf &eddy) Chọn 0,08 (gSS/gCOD) × 7737,84 (kgCOD/ngđ) = 619,02 (kgVSS/ngđ) Ta có 1m3 bùn tương đương 260 kgVSS (lâm minh triết) Vậy thể tích bùn sinh ra trong 1 ngày của bể: Vbùn=
=2,38(m3/ngđ) Lượng bùn sinh ra trong 1 tháng: 30×2,38=71,42 m3/tháng Chiều cao lớp bùn trong 1 tháng: hbùn=
=0,65m Thể tích bùn sinh ra trong 3 tháng: Vbùn=71,42×3=214,2(m3) Chọn thời gian xả bùn là 3h Lưu lượng bùn xả là :
=71,4(m3/ngd) Với lưu lượng 714 (m3/ngđ) = 19,8(l/s) Ta tra bảng thủy lực cống và mương,tìm được đường kính ống xả là 300mm,độ dốc 0,04%,vận tốc trong ống 0,2m/s. Hệ thống phân phối nước trong bể Với dạng bùn hạt có tải trọng 7kgCOD/m3 thì diện tích cần thiết để lắp đường ống phân phối nước thải vào bể UASB >2m2 (metcajf &eddy) Số đầu phân phối vào là 4:
Vận tốc trong ống vào bể (1,5-2,5m/s) Chọn Vchính=2m/s Đường kính ống: D=
= 0,19m Sử dụng ống có đường kính ngoài là 190mm Vận tốc trong ống nhánh (1 – 3m/s) ; Chọn v = 2m/s Lưu lượng vào mỗi ống nhánh: Qnhánh=
3/ngđ) Đường kính ống nhánh: Dnhánh=
=0,09m Tính toán chụp thu khí Với

Chọn diện tích bề mặt phần khe hở là 10% diện tích bể. Vậy diện tích phần chụp thu khí bằng 90% diện tích bể:
Đường kính chụp:
→ Dchụp = 4,5m Vậy chiều rộng của khe hở:
Ta đặt tấm chắn khí nghiêng 1 góc 450 Chiều dài tấm chụp :
Chiều cao của vách hướng hình côn 0,25m Chọn góc nghiêng của côn 600
Chiều cao chụp thu khí:

Thông số thiết kế bể UASB Stt  Thông số  Đơn vị  Giá trị   1  Lưu lượng  m3/ngđ  39080   2  Diện tích bề mặt bể UASB  m2  1086   3  Chiều cao lớp nước (HL)  m  13,3   4  Chiều cao bể (HT)  m  15,8   5  Đường kính bể  m  38   6  Đường kính 1 bể nhỏ (8 bể nhỏ)  m  4,8   7  Thời gian lưu nước  Giờ  8,9   8  Thời gian lưu bùn  ngày  50   9  Tiết diện máng thu  m2  0,07   10  Chiều sâu máng thu  m  0,35   11  Chiều cao hình chữ V  cm  5   12  Khoảng cách 2 đầu chữ V  cm  10   13  Chu vi máng  m  13,8   14  Lưu lượng qua 1 khe  m3/s  0,0004   15  Số khe trên máng  -  138   16  Chiều cao lớp nước trong khe  m  3,8   17  Lượng khí sinh ra  l/s  35,82   18  Lượng bùn sinh ra 1 ngày  m3/ngd  2,38   19  Đường kính ống dẫn khí  mm  68   20  Đường kính ống phân phối nước  mm  190   21  Đường kính ống nhánh(4)  mm  90   22  Đường kính chụp thu khí  m  4,5   23  Chiều rộng khe hở giữa côn và chụp  m  0,15   24  Chiều dài chụp thu khí  m  3,2   25  Chiều cao vách hướng hình côn  m  0,25   26  Chiều cao giữa đầu côn và tấm chắn khí của chụp  m  0,09   27  Chiều cao chụp thu khí  m  2,3   4.7 Tính toán thiết kế bể thổi khí 4.7.1 Điều kiện thiết kế và giả thiết 1. Sử dụng hệ thống khuếch tán khí có hiệu quả truyền oxy trong nước sạch bằng 35%. 2. Độ sâu của lớp nước trong bể thổi khí là 4 m. 3. Khí được giải phóng ra ở vị trí cách đáy bể 0,5 m. 4. Nồng độ DO trong bể thổi khí là 2 g/m3. 5. Cao độ của vị trí xây dựng hệ thống là 500 m. 6. Hệ số α trong bể thổi khí là 0,5 đối với trường họp chỉ khử BOD, hệ số β = 0,95 cho cả hai điều kiện và hệ số làm tắt hệ thống khuếch tán khí là 0,9. 7. Sử dụng các thông số động học trong các bảng 5 – 4, 5 – 5 (Diệu, 2008) µmn = 0,75 g VSS/g VSS.ngđ; kdn = 0,08 g VSS/g VSS.ngđ; kd = 0,12 g VSS/g VSS.ngđ; µm = 6 g VSS/g VSS.ngđ; Ko = 0,5 g/m3. 8. Thiết kế MLSS = 2000 g/m3, có thể chọn giá trị trong khoảng 2000 g/m3 – 3000 g/m3. 9. Thời gian lưu bùn trong trường họp chỉ khử BOD là 5 ngày. 4.7.2 Các thông số sử dụng trong thiết kế Thiết kế 4 bể thổi khí Q1b = 0,159 (m3/s) = 572,4 (m3/h) SSv = 141(mg/l) CODv = 220 (mg/l) Nồng độ bùn duy trì trong bể X = 2000 mg/l (Quy phạm 1000 – 3000 mg/l) Thời gian lưu bùn:
= 10 ngày. (Quy phạm 5 – 15 ngày) Tỉ số F/M: 0,2 – 0,6 (kg/kg.ngày) Tải trọng: 0,32 – 0,64 (kgBOD5/m3.ngày) Tỷ lệ tuần hoàn nước: 0,25 – 1 Tỷ số BOD5 /BODht (COD) = 0,68 (BOD5 /BODht (COD) = 0,45 – 0,68, Lai, 2009) Hàm lượng chất rắn lơ lưởng sau xử lý: không vượt quá 22 mg/l (Triết, 2008) BOD hoàn toàn sau xử lý: không vượt quá 15 – 20 mg/l (Triết, 2008) Xác định nồng độ BOD5 của nước thải đầu vào và đầu ra của bể thổi khí: BOD5 vào = 0,68
CODvào = 0,68
220 = 149,6 (mg/l) Giả sử hệ thống bể thổi khí xử lý hiệu quả đạt 90%: BOD5 ra = 0,1
149,6 = 14,96 (mg/l) Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong trong nước ở đầu ra BOD5 ra = BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra + BOD5 của chất lơ lửng trong đầu ra BOD5 của chất lơ lửng trong nước thải đầu ra tính như sau: Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: (Giả sử hàm lượng cặn lơ lưởng sau xử lý là 20 mg/l trong đó 60% hàm lượng cặn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học) 0,60
20 = 12 (mg/l) BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: 0,60
20
1,42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa = 17,04 mg/l BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra là: 0,68
17,04 = 11,59 (mg/l) BOD5 hòa tan trong nước ở đầu ra xác định như sau: BOD5 ra = 14,96 – 11,59 = 3,37 (mg/l) Bảng 4.10 Các thông số đặc tính nước thải STT  Thông số  Đơn vị  Giá trị   1  pH  -  6   2  Alk  -  600   3  SS  mg/l  300   4  VSS  mg/l  210   5  Ca2+  mg/l  200   6  CODtc  mg/l  2500   7  sCOD  mg/l  2200   8  SO42-  mg/l  9   9  Coliform  MPN/100 ml  2 x 105   Thể tích bể thổi khí:
= 7792,7(m3)
: Thời gian lưu bùn.
= 10 ngày Q: Lưu lượng trung bình ngày. Q = 39080 m3/ngđ Y: Hệ số sản sinh bùn. Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5. (quy phạm 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD5) La: BOD5 của nước thải đầu vào. La = 149,6 mg/l Lt: BOD5 hòa tan của nước thải sau khi ra khỏi bể thổi khí. Lt = 3,37 mg/l X: nồng độ vi sinh vật duy trì trong bể. X = 2000 mg/l Kd: Hệ số phân hủy nội bào. Kd = 0,12. Chọn xây dựng 4 bể với thể tích mỗi bể là 1340 m3. Diện tích mỗi bể:
(m2) Chọn H = 4 m, chiều cao xây dựng là 4,5 m, trong đó chiều cao an toàn là 0,5 m. Chiều rộng của mỗi bể: B = 20 m; chiều dài mỗi bể: L = 24,5 m. Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày:
= 0,273 (mgVSS/mg BOD5) Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS:
= 1560,1 kg/ngày Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS:
= 1950,125 kg/ngày Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày = Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLVSS – Hàm lượng chất lơ lửng còn lại trong dòng ra = 1950,125 – ( 39080 x 20 x 10-3) = 1168,525 kg/ngày Xác định lượng bùn thải Giả sử bùn dư được xả bỏ từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn. Qra = Q và hàm lượng VSS trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng SS. Lượng bùn dư thải bỏ:
= 505,71 m3/ngđ V: Thể tích bể. V = 5357,5 m3 X: Nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính. X = 2000 mg/l Xra: Nồng độ VSS ra trong hỗn hợp bùn hoạt tính. Xra = 0,7
20 = 14 mg/l Q: Lưu lượng trung bình ngày (m3/ngđ) Qra: Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng. Qra = Q
: Thời gian lưu bùn.
= 10 ngày Xác định tỷ số tuần hoàn Cân bằng vật chất trong bể thổi khí: QXo + QthXth = (Q + Qth)X Q: Lưu lượng nước thải.Q = 39080 m3/ngđ Qth: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn Xo: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể thổi khí. Xo
0 mg/l X: Nồng độ VSS duy trì trong bể thổi khí, X = 2000 mg/l Xth : Nồng độ VSS có trong bùn tuần hoàn, Xth = 8000 mg/l (Xth trong khoảng 4000 – 12.000 mg/l) QthXth = (Q + Qth)X

= 0,33 = 33 % → thỏa (Quy phạm 0,25 – 1, Lai , 2009) Thời gian lưu nước trong bể:
= 0,19 ngày = 4,79 (giờ) Lượng oxy cần cung cấp cho bể Khối lượng BOD hoàn toàn cần xử lý mỗi ngày:
= 8403,92 (kg/ngày) Q: Lưu lượng. Q = 39080 m3/ngđ So: BOD đưa vào bể thổi khí. So = 149,6 mg/l S: BOD ra khỏi bể thổi khí. S = 3,37 mg/l f: tỷ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD. f = 0,68. Lượng oxy yêu cầu:
= 8403,92 – ( 1,42
2143) = 5360,86 (kg/ngày) Px: Bùn dư sinh ra hằng ngày. Px = 2143 kg/ngày 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD Giả sử hiệu quả vận chuyển của thiết bị thổi khí: 8%, hệ số an toàn: 2 (giả sử không khí cấp chứa 23,2 % O2 theo trọng lượng). Khối lượng riêng của không khí ở 250C: 1,18 kg/m3. Lượng không khí yêu cầu:
= 19582,33 (m3/ngđ) Lượng không khí yêu cầu với hiệu quả 8%:
= 244779,1 (m3/ngày) = 170 (m3/phút) Lượng không khí thiết kế cho máy nén khí: