Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải cho thành phố Quy Nhơn và thiết kế kỹ một công trình của trạm

m vụ thiết kế: Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải cho thành phố và thiết kế kỹ một công trình của trạm. II. các tài liệu thiết kế: Bản đồ địa hình khu vực trạm xử lý. Điều kiện khí hậu của Thành phố. Hướng gió chủ đạo: Nhiệt độ trung bình năm của Thành phố: độ Số liệu về nước thải của Thành phố: Nước thải sinh hoạt: Dân số Thành phố: người. Tiêu chuẩn thải nước trung bình: l/ng.ngđ. Nước thải sản xuất: Số liệu về nước thải Tên nhà máy I II III Lưu lượng, m3/ngđ 4500 2500 950 Hàm lượng chất lơ lửng, mg/l 195 185 205 BOD5, mg/l 175 200 210 COD, mg/l pH 6,8 7,1 6,8 Nhiệt độ, 0C 22 24 21 Các tài liệu khác như trong nhiệm vụ đã cho trong tờ nhiệm vụ thiết kế. Xác định các thông số tính toán cơ bản 1. Lưu lượng nước tính toán 1.1. Lưu lượng nước thải sinh hoạt QSH = = = 31500 (m3/ng.đ) Trong đó: N : Số dân thành phố qo : Tiêu chuẩn thải nước thành phố (l/ng.ngđ) Lưu lượng trung bình giây: QSHtb = = 364,58 (l/s) Theo bảng hệ số không điều hoà phụ thuộc lưu lượng nước thải ta có hệ số không điều hòa :  Kch = 1,35 1.2. Lưu lượng nước thải sản xuất Nhà máy thứ nhất : - Lưu lượng Q1sx = 4500 (m3/ng.đ) Nhà máy thứ hai : -Lưu lượng Q2sx = 2500 (m3/ng.đ) Nhà máy thứ ba : -Lưu lượng Q2sx = 950 (m3/ng.đ) 1.3. Lưu lượng tính toán nước thải thành phố Do không biết rõ số liệu về nguồn thải nước thải công nghiệp địa phương nên ta coi lưu lượng nước thải sản xuất là phân phối đều theo các giờ trong ngày. Lưu lượng tính toán ngày đêm: Qtt = 31500 + 4500 + 2500 + 950 = 39450 (m3/ng.đ) Lưu lượng tính toán giờ max: Qhmax = 2111 (m3/ngđ) qsmax = 586,4 (l/s) Lưu lượng tính toán giờ min Qhmin = = 914 (m3/h) qsmin = 253,89 (l/s) Lưu lượng tính toán trung bình: Qhtb = 456,6 (l/s) Dưới đây là Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố ứng với hệ số không điều hoà K=1,35 Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố Thời gian (ngày) Nước thải sinh hoạt Nước thải CN Lưu lượng tổng cộng %Qngđ m3 m3 m3 %Qngđ 0-1 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 1-2 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 2-3 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 3-4 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 4-5 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 5-6 4.8 1512.00 331.25 1843.25 4.67 6-7 5.0 1575.00 331.25 1906.25 4.83 7-8 5.0 1575.00 331.25 1906.25 4.83 8-9 5.65 1779.75 331.25 2111.00 5.35 9-10 5.65 1779.75 331.25 2111.00 5.35 10-11 5.65 1779.75 331.25 2111.00 5.35 11-12 5.25 1653.75 331.25 1985.00 5.03 12-13 5.0 1575.00 331.25 1906.25 4.83 13-14 5.25 1653.75 331.25 1985.00 5.03 14-15 5.65 1779.75 331.25 2111.00 5.35 15-16 5.65 1779.75 331.25 2111.00 5.35 16-17 5.65 1779.75 331.25 2111.00 5.35 17-18 4.85 1527.75 331.25 1859.00 4.71 18-19 4.85 1527.75 331.25 1859.00 4.71 19-20 4.85 1527.75 331.25 1859.00 4.71 20-21 4.85 1527.75 331.25 1859.00 4.71 21-22 3.45 1086.75 331.25 1418.00 3.59 22-23 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 23-24 1.85 582.75 331.25 914.00 2.32 Tổng 100 31500 7950 39450 100 [[2. Xác định nồng độ chất bẩn 2.1. Nước thải sinh hoạt Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải sinh hoạt Csh = = = 366,67 (mg/l) trong đó : ashc : Tiêu chuẩn thải cặn, đối với nước thải sinh hoạt ashc = 50 55 (g/ng.ngđ) Hàm lượng BOD có trong nước thải sinh hoạt : Lsh == = 233,33 (mg/l) 2.2. Nước thải sản xuất Nhà máy thứ nhất: CxsI = 195 (mg/l) LsxI = 175 (mg/l) Nhà máy thứ hai : CsxII = 185 (mg/l) LsxII = 200 (mg/l) Nhà máy thứ ba : CsxIII = 205 (mg/l) LsxIII = 210 (mg/l) 2.3. Tổng hợp số liệu Hàm lượng cặn lơ lửng có trong hỗn hợp nước thải Chh = = = 331,7 (mg/l) Hàm lượng BOD có trong hỗn hợp nước thải Lhh = = = 224 (mg/l) 3. Xác định dân số tính toán Dân số tính toán : Ntt = Nthực + Ntđ trong đó : Nthực : Dân số thực của thành phố = 210000 (người) Ntđ : Dân số tương đương, là dân số được quy đổi của thành phố Quy đổi theo hàm lượng cặn lơ lửng: Nctđ = = = 27905 (người) ị Ntt = 210000 + 27905 = 237905 (người) Quy đổi theo hàm lượng BOD: NBODtđ = = = 42486 (người) ị Ntt = 210000 + 42486 = 252486 (người) Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ 1. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết 1.1. Xác định hệ số pha loãng nước nguồn với nước thải (nguồn pha loãng là nước sông) Theo Frolop - Rodginler ta có n= trong đó: QS : Lưu lượng nước sông, Qs = 25 (m3/s) q : Lưu lượng nước thải lớn nhất, q = 0,5864 (m3/s) a : Hệ số pha loãng được xác định theo công thức: a = trong đó: x : Khoảng cách từ điểm xả đến điểm tính toán theo lạch sông : Hệ số thưc nghiệm , = với là hệ số khúc khuỷu của sông g = hệ số phụ thuộc vào vị trí xả nước thải, =1 (thiết kế họng xả nước thải gần bờ) E là hệ số khuếch tán rối E = = 0,0042 Vậy ta có : a = = 0,222 a = = 0,255 Số lần pha loãng : n = = = 12 (lần) 1.2. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết Theo hàm lượng cặn lơ lửng có : Cn.thải = trong đó: Cnthai : Hàm lượng cặn lơ lửng sau khi xử lí Cnguồn : Hàm lượng cặn của nước nguồn trước khi xả nước thải, Cnguồn = 8 (mg/l) b : Độ tăng hàm lượng cặn cho phép, với nguồn lọai A chọn b = 0,25 ( mg/l) Cn.thải = (mg/l) Mức độ cần thiết làm sạch theo hàm lượng chất lơ lửng : D = = = 95,48 % Theo hàm lượng BOD Theo tiêu chuẩn 188-1996 quy định nồng độ giới hạn cho phép của BOD5 khi xả nước thải vào nguồn loại A là 20 (mg/l) nên lấy lượng BOD cần xử lý = 20 (mg/l) do đó hiệu quả xử lí cần thiết theo BOD: EBOD = ´ 100% = 91,07 % Theo Oxy hoà tan Không kể đến khuếch tán Oxy bề mặt Lnth = Lnth = 22,6 (mg/l) Mức độ cần thiết phải xử lí DÔxy = Theo hàm lượng chất lơ lửng là 95,48% Theo BOD thì mức độ xử lí là 91,07% Theo hàm lượng OXY hoà tan không kể đến sự khuếch tán OXY bề mặt là 89,91% 2. Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ Dựa theo các kết quả đã tính toán ở trên ta chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ như các phương án được trình bầy sau đây. Ä Phương án I Nước thải, Q = 32300 (m3/ngđ) NGĂN TIÊP NHậN Máy nghiền rác SONG CHắN RáC Rác nghiền Sân phơi cát Bể LắNG cát NGANG Cát Bể MÊ TAN Bể LắNG li tâm ĐợT I Trạm khí nén Bể AEROTEN Bể lắng li tâm đợt II Bể NéN BùN KHử TRùNG Máng trộn SÂN PHƠI BùN Bể tiếp xúc li tâm Phục vụ nông nghiệp ?Thuyết minh phương án I ở phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố được máy bơm ở trạm bơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp đến ngăn tiếp nhận. Qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến bể Mêtan để lên men còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát. ở đây ta thiết kế bể lắng cát ngang đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn. Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưa đến sân phơi cát và phục vụ xây dựng. Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng đứng đợt I, tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ,.. được giữ lại. Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể Aeroten. Tại bể Aeroten, các vi sinh vật được tạo điều kiện thuận lợi để phân hủy chất hữu cơ làm giảm nồng độ BOD. Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lí, tuần hoàn lại một phần bùn hoạt tính về trước bể, lượng bùn hoạt tính dư được đưa qua bể nén bùn giảm dung tích, sau đó được đưa đến bể mêtan. Nước thải sau đó được đưa đến bể lắng li tâm đợt II. Sau bể Aeroten và bể lắng II, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn, … gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn. Toàn bộ hệ thống thực hiện nhiệm vụ này gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc. Sau các công đoạn đó nước thải được xả ra nguồn tiếp nhận. Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mêtan đưa ra sân phơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định. Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nông nghiệp. Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý. Ä Phương án II Nước thải, Q = 32300 (m3/ngđ) NGĂN TIếP NHậN Máy nghiền rác SONG CHắN RáC Sân Phơi cát Bể TIếP XúC li tâm MáNG TRộN Bể lắng ngang đợT II Bể biophin Bể LắNG ngang đợt I Bể LắNG CáT có thổi khí KHử TRùNG Thổi khí Bể Mê tan SÂN PHƠI BùN Phục vụ nông nghiệp ?Thuyết minh phương án II ở phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố được máy bơm ở trạm bơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp đến ngăn tiếp nhận. Qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát. ở đây ta thiết kế bể lắng cát có thổi khí để giảm khối tích xây dựng công trình mà vẫn đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn. Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưa đến sân phơi cát. Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng đứng đợt I, tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ,.. được giữ lại. Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể Biophin rồi đưa tới bể lắng ngang đợt II. Sau bể Biophin và bể lắng ngang đợt II, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn,… gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn. Toàn bộ hệ thống thực hiện nhiệm vụ này gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc. Sau các công đoạn đó nước thải được xả ra nguồn tiếp nhận. Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý (sau máy nghiền rác, bể lắng ngang đợt I và II) sau khi lên mem ở bể mêtan được đưa ra sân phơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định. Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nông nghiệp. Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý. Tính toán các công trình xử lí nước thải phương án I 1. Ngăn tiếp nhận Nước thải của Thành phố được dẫn đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp. Để thu nước trong trường hợp này người ta phải xây dựng những ngăn tiếp nhận có nắp đậy dược đặt trước trạm xử lý. Ngăn tiếp nhận đặt ở vị trí cao để nước thải có thể tự chảy qua các công trình của trạm xử lý. mặt cắt ii - ii mặt cắt i - i ii mặt bằng i i ii Kích thước ngăn tiếp nhận được chọn căn cứ vào lưu lượng nước thải max giây của Thành phố, theo tính toán ở trên ta có QhMAX(TP) = 2111 (m3/h). Vì vậy chọn ngăn tiếp nhận có kích thước cơ bản như sau: / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/ Bảng2 : Kích thước ngăn tiếp nhận nước thải Lưu lượng nước thải (m3/h) kích thước cơ bản Đường kính ống dẫn A B H H1 h h1 b l l1 2 ống 2111 2400 2200 2000 1600 750 900 800 1000 1200 500 2. mương dẫn nước thải Nước thải được dẫn từ ngăn tiếp nhận được dẫn đến song chắn rác theo mương tiết diện hình chữ nhật. Mương dẫn có chiều ngang b = 800 (mm) = 0,8 m. Để đảm bảo điều kiện của song chắn rác đặt sau mương, chọn mương sao cho vận tốc nước chảy trong mương v = 0,4 1 m/s Bảng 3: Mương dẫn nước thải Các thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb = 456,6 qmax= 586,4 qmin = 253,89 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008 Chiều ngang B (mm) 800 800 800 Độ đầy 0,871 1,068 0.55 Vận tốc J (m/s) 0,821 0,86 0.72 Chiều cao mức nước 0,7 0,85 0,44 Chiều cao xây dựng mương : H = hmax + hbv Trong đó: hmax : chiều cao mức nước lớn nhất, hmax = 0,85 m hbv : chiều cao bảo vệ mương, lấy hbv = 0,3 m ố H = 0,85 + 0,3 = 1,15 m 2. Song chắn rác Nước thải theo mương cháy đến song chắn rác. Nỗi song chăn rác được chọn sẽ có một mương dẫn riêng và lưu lượng tính toán sẽ chia đều cho số mương tương ứng. Dựa vào kết quả tính toán, chọn 2 song chắn rác công tác ở hai mương dẫn riêng biệt, như vậy cần tính toán thủy lực cho hai mương dẫn tương ứng với lưu lượng bằng 1/2 lưu lượng tính toán. Kết quả tính toán thủy lực được ghi trong bảng sau: Các thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb = 228,3 qmax= 293,2 qmin = 126,95 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008 Chiều ngang B (mm) 600 600 600 Độ đầy (m) 0,556 0.681 0,349 Vận tốc (m/s) 0,685 0,72 0,604 Sơ đồ bố trí song chắn rác như ở hình sau. Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán ở mương dẫn ứng với lưu lượng lớn nhất : h = hmax = 0,681 (m) Tính toán song chắn rác Số khe hở của song chắn rác : n = trong đó: q : Lưu lượng tối đa của nước thải, q = 0,5864 (m3/s) v : Vận tốc nước chảy qua các khe hở của song chắn rác, lấy v = 0,9 (m/s) b : Khoảng cách giữa các khe hở, b = 16 (mm) h : Độ sâu của nước ở chân song chắn rác, h = hmax = 0,681 (m) k = 1,05 tính đến sự thu hẹp dòng chảy n = = 64 (khe hở) Chọn hai song chắn rác công tác với số khe hở ở mỗi song: n1 = 32 2.1. Chiều ngang của song chắn rác bs= d.(n1-1) + b. n1 trong đó : d : Đường kính song chắn, chọn song hình chữ nhật lên chọn d = 8 (mm) = 0,0008 (m) Ta có bs = 0,008( 32 - 1 ) + 0,016 ´ 32 = 0,76 (m) Kiểm tra vận tốc dòng chảy qua song chắn rác với lưu lượng nhỏ nhất Vmin === 0,47(m/s) (thỏa mãn Vmin ≥ 0.4 m/s) 2.2. Chiều dài máng đặt song chắn rác Chiều dài máng : L = l1 + l2 + Ls trong đó: l1 : Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác l2 : Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác Ls: Chiều dài máng dẫn nước qua song chắn rác l1 = , Với l1 = 0,22 (m) l2 = 0,5 ´l1 = 0,22 ´ 0,5 = 0,11 (m) Chiều dài buồng đặt song Ls lấy không nhỏ hơn 1(m) do đó ta chọn ls = 1,5 (m) Tổng cộng chiều dài máng là : L = 1,5 + 0,22 +0,11 =1,83 (m) 2.3. Tính tổn thất áp lực qua song chắn rác hs = Trong đó: vmax : Vận tốc nước chảy trong mương trước song chắn, ứng với lưu lượng lớn nhất, 0,72 (m/s) k = 1,05 x : Hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh đan Với + = 600 ; = 2,42 hs = (m) 2.4. Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác H = h + hs + 0,5 =0,681 + 0,023 + 0,5 =1,2 (m) 2.5. Lượng rác giữ lại sau song chắn rác WR = = = 5,21 (m3/ngày) a: lượng rác tính cho đầu người trong năm, với chiều rộng khe song chắn rác là 16 mm, chọn vớt rác cơ giới nên ta có a = 8 (l/ng.năm) Khối lượng riêng của rác trung bình 750 kg/m3 ố Trọng lượng rác là: P = 750´5,21 = 3907,5 (kg/ngđ) 3,9 (T/ngđ) Lượng rác trong từng giờ của ngày đêm : P1 = = = 0,325 (T/h) Kh : hệ số không điều hòa giờ, lấy Kh = 2 (theo 20TCN 51-84) Chọn 2 máy nghiền rác loại công suất 0,35 T/h trong đó một máy sử dụng còn một máy dự phòng. Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác là 10 m3/1T rác, nghĩa là trong 1 ngày đêm, lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác là: Q = 10.P = 10.3,9 = 39 (m3 nước/ngđ) 3. Bể lắng cát ngang a) Mương dẫn nước thải vào bể lắng cát: Dựa vào bảng tính toán thủy lực, xác định kích thước mương dẫn như sau: Bảng 4: mương dẫn nước thải vào bể lắng cát Các thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb = 456,6 qmax= 586,4 qmin = 253,89 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008 Chiều ngang B (mm) 800 800 800 Độ đầy 0,871 1,068 0.55 Vận tốc J (m/s) 0,821 0,86 0.72 Chiều cao mức nước 0,7 0,85 0,44 Khi xét đến khả năng làm việc tăng cường của trạm xử lý trong tương lai, việc tính toán thủy lực của mương dẫn được tính ứng với lưu lượng lớn nhất nhân với hệ số 1,3. Vậy với q = 586,4.1,3 = 762,32 (l/s), tra bảng với mương chữ nhật chiều rộng 0,8m, độ dốc i = 0.0008 ta có các thông số: vận tốc v= 0,893 (m/s), độ đầy 1,329 ; chiều cao mức nước 1,06 m. b)Tính toán bể lắng cát ngang: Bể lắng cát ngang được xây dụng để tách các hợp phần không tan vô cơ chủ yếu là cát ra khỏi nước. ở đáy bể có máng lõm để đặt hệ thống tiêu nước d100, phía trên đổ một lớp sỏi đá dày 2030 cm. Bể lắng cát ngang phải đảm bảo vận tốc chuyển động của nước là 0,15 v 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể là 30s t 60s * Chiều dài bể lắng cát: L = K. ( m ) Trong đó: H: chiều sâu tính toán của bể lắng cát lấy bằng độ đầy trong mương dẫn ứng với lưu lượng lớn nhất, H = 0,85(m) Uo : Tốc độ lắng trung bình của hạt cát ở trạng thái tĩnh, (mm/s) Cặn từ bể lắng đợt 1 sẽ được lên men ở bể mêtan, do đó nhiệm vụ của bể lắng cát là phải giữ lại các loại cặn có đường kính d =0,20,25 (mm) để tránh ảnh hưởng của quá trình lên men đó. Vậy bể lắng cát cần giữ lại các hạt cát có đường kính dmin=0,25 mm, tra bảng ta có Uo = 24,2 mm/s Vmax : tốc độ chuyển động của nước thải ứng với lưu lượng lớn nhất, vmax = 0,3 m/s K = Uo/U với U là tốc độ lắng trung bình của hạt cát ở trạng thái động. Gọi W là tốc độ thành phần chảy rối theo phương thẳng đứng: W = 0,05.vmax = 0,05.0,3 = 0,015 (m/s) = 15 (mm/s) Thì khi tính tới ảnh hưởng của dòng chảy rối, U có thể xác định theo công thức: U = = 19 (mm/s) ố L = == 13,42 (m) * Diện tích mặt thoáng của nước thải trong bể lắng cát được tính theo công thức: F = ( m2 ) * Chiều ngang của bể lắng cát là: B = (m) Xây bể lắng cát gồm n = 2 ngăn công tác và 1 ngăn dự phòng, kích thước mỗi ngăn lấy là L = 13,42 m và b = 1,15 m * Thể tích phần lắng cặn của bể: Wc = = 9,516 ( m3 ) Trong đó: N: dân số tính toán theo chất lơ lửng, N = 237905 (người) P: lượng cát thải tính theo tiêu chuẩn đầu người trong một ngày đêm. Đối với hệ thống thoát nước riêng, p = 0,02 l/ng.ngđ T: thời gian giữa hai lần xả cặn để tránh sự thối rữa, T 2 ngày. Lấy T = 2 ngày * Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát: hc = = 0,31 ( m ) * Để đưa cát ra khỏi bể, dùng thiết bị cào cát cơ giới gạt cát về hố tập trung ở đầu bể và dùng thiết bị nâng thủy lực để dẫn hỗn hợp cát nước đến sân phơi cát 2 ngày 1 lần. * Chiều cao xây dựng bể lắng cát ngang: HXD = H + hc + hbv ( m ) Trong đó: H : chiều cao lớp nước của bể lắng cát, H = 0,85 ( m ) hbv : chiều cao bảo vệ, lấy hbv = 0,4 ( m ) hc : chiều cao lớp cát trong bể, hc = 0,31 ( m ) Vậy HXD = 0,85 + 0,31 + 0,4 = 1,56 ( m ) * Kiểm tra nước trong bể tương ứng với lưu lượng nhỏ nhất q= 253,89 (l/s) = 0,25389 (m3/s) Vận tốc nước trong bể: Vmin = (m/s) Với Hmin là chiều sâu lớp nước trong bể ứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất (lấy bằng chiều sâu lớp nước nhỏ nhất trong mương dẫn), Hmin = 0,44 m Vmin = 0,25 (m/s) > 0,15 (m/s) à Đảm bảo yêu cầu về vận tốc tránh lắng cặn * Kiểm tra thời gian nước lưu lại trong bể: t = (s) > 30 (s) à Đảm bảo yêu cầu về thời gian lưu nước trong bể 1 – Mương dẫn nước vào 4 – Mương phân phối 2 – Mương dẫn nước ra 5 – Mương thu nước 3 – Hố thu cặn 4. Tính toán sân phơi cát Cát lấy ra khỏi bể lắng cát còn chứa nhiều nước nên cần phơi khô. Cát đã phơi khô thường xuyên được chở đi phục vụ cho xây dựng. Sân phơi cát có nhiệm vụ làm ráo nước trong hỗn hợp cát. Thường sân phơi cát được xây dựng gần bể lắng cát, chung quanh được đắp đất cao. Nước thu từ sân phơi cát được dẫn trở về trước bể lắng cát. Sơ đồ sân phơi cát được thể hiện như hình vẽ. I I 1 2 3 4 Mặt cắt A-A Ra sân phơi cát. 1. ống dẫn cát từ bể lắng 2. Mườg phân phối 3. ống dẫn D200 để tiêu nước 4. Hai lớp nhựa lót sân Mặt bằng sân phơi cát Ra sân phơi cát * Diện tích sân phơi cát được tính theo công thức: F= trong đó: P : Lượng cát tính theo đầu người trong một ngày đêm, P = 0,02 (l/ng - ngđ) h : Chiều cao lớp cát trong một năm, h = 5 (m/năm) NTT : Dân số tính toán theo chất lơ lửng, Ntt = 237905 (người) Do đó: F= = 347,34 (m2) Thiết kế sân phơi cát gồm hai ô với kích thước mỗi ô là 9,5m ´ 19 m, sơ đồ như hình trên. 5. Tính toán bể lắng li tâm đợt I Để loại bỏ các tạp chất thô, trong thực tế người ta thường dùng phương pháp lắng. ở mỗi bể lắng, các chất chìm sẽ lắng xuống đáy bể, còn các tạp chất nổi sẽ tập trung lại bằng thiết bị gạt cặn và được dẫn đến các giếng tập trung đặt bên ngoài bể Bán kính bể lắng li tâm được tính theo công thức: R = Trong đó: n: số bể lắng li tâm công tác. Sơ bộ chọn n = 3 bể Q: lưu lượng tính toán nước thải (lưu lượng giờ lớn nhất), Q = 2111 (m3/h) K: Hệ số lấy theo kiểu bể lắng và cấu tạo của thiết bị phân phối và thu nước. Với bể lắng li tâm K = 0,4 uo : độ thô thủy lực của hạt cặn (mm/s) uo = Với : H : chiều sâu tính toán của vùng lắng. H =1,55 m. lấy H = 2,5 m n : hệ số phụ thuộc tính chất của chất lơ lửng, với nước thải sinh hoạt ta lấy n = 0,25 : hệ số tính đến sự ảnh hưởng nhiệt độ của nước thải, với t = 24oC ta có = 0,92 (Theo bảng 25-20TCN 51-84) t: thời gian lắng (s) của nước thải trong bình trụ với chiều sâu lớp nước h đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán và được lấy theo bảng 27 quy phạm 20TCN 51-84 Với CHH = 331,7 mg/l, n = 0,25 ta có t = 610 s, hiệu quả lắng E = 50%. Hệ số tra theo bảng 28-20TCN 51-84, với H = 2,5 m ta có = 1,225 : vận tốc cản của dòng chảy theo thành phần đứng. Lấy v = 7 mm/s, theo bảng 26-20TCN 51-84 ta có = 0,02 mm/s àUo = 1,435 (mm/s) Bán kính của bể lắng li tâm: R = 10,5 (m) * Kiểm tra tốc độ thực tế trong phần lắng v = 7,11 (mm/s) à vthựctế sai khác không nhiều so với vgiảthiết Đường kính của một bể lắng li tâm: D = 2R =2x10,5 = 21 (m) à D > 18m. Kiểm tra D/H = 21/2,5 = 8,4 612, đều nằm trong giới hạn cho phép. Vậy chọn 4 bể lắng li tâm trong đó có 3 bể công tác và 1 bể dự phòng Kích thước mỗi bể: D = 21 m ; Hb = 2,5 m Diện tích của một bể lắng li tâm: F = (m2) Thể tích ngăn công tác của bể: Wb = FxH = 346,185 x 2,5 = 865,5 (m3) Giả sử không có công trình làm thoáng sơ bộ, hiệu suất của bể lắng li tâm là 50%. à Lượng cặn trôi ra theo nước sau bể lắng đợt 1 : C1 = (mg/l) >150 (mg/l) à Chưa đạt yêu cầu khi đưa nước thải vào bể lọc sinh học hoặc aeroten xử lý sinh học hoàn toàn, cần có biện pháp tăng cường hiệu suất của bể lắng 1. Chọn dùng bể làm thoáng sơ bộ * Thiết kế bể làm thoáng sơ bộ Thể tích bể làm thoáng sơ bộ được tính theo công thức W = Q.t (m3) Với: Q: Lưu lượng nước thải trong giờ thải nước lớn nhất, Q = 2111 (m3/h) T: thời gian làm thoáng, t = 10’20’. Lấy t = 15’ = 0,25 h à W = 2111.0,25 = 527,75 (m3) Lượng không khí cần cấp cho bể làm thoáng : V = D.Q = 0,5.2111 = 1055,5 (m3/h) Với : D : Lưu lượng riêng của không khí trên 1m3 nước thải, D = 0,5m3/ m3 nước thải Diện tích bể làm thoáng sơ bộ trên mặt bằng : F = = = 175,92 (m2) Với : I : cường độ thổi khí trên 1 m2 mặt nước trong 1 h, I = 6 m3/m2.h Chọn bể làm thoáng sơ bộ gồm 2 ngăn, kích thước mỗi ngăn trên mặt bằng : BxL = 6x14,7 (m) Chiều cao công tác của bể làm thoáng sơ bộ là : H = == 3 (m) Bể làm thoáng sơ bộ làm hiệu suất của bể lắng li tâm tăng lên, đạt 65% Do có làm thoáng sơ bộ, BOD20 của nước thải sau làm thoáng sơ bộ giảm 15% à La = 344,62.(100-15)% = 292,92 (mg/l) Dung tích hố thu cặn được tính: Wc = Trong đó: CHH: Nồng độ cặn lơ lửng ban đầu của nước thải, CHH = 331,7 (mg/l) n: số bể lắng công tác E: Hiệu suất lắng của bể lắng li tâm đợt 1, E = 65% P: Độ ẩm của cặn lắng p = 95% : Trọng lượng thể tích của cặn, = 1T/m3 = 106 (g/m3) T: Chu kỳ xả cặn, T = 8h Q : Lưu lượng nước thải trung bình trong 8h liên tiếp lớn nhất, theo bảng tổng hợp lưu lượng ta lấy từ 8h đến 16h, Q = 16431,25/8 = 2053,9 (m3/h) Vậy Wc = = 23,6 (m3) Chiều cao vùng chứa nén cặn : hc = = 0,879 (m) Trong đó : D : đường kính bể lắng li tâm, D = 21 m 0,9 : đường kính đáy bể  : góc tạo độ dốc, = 5o hay i = 0,087 Chiều cao của bể lắng li tâm : HTC = H + hbv + hc + hth = 2,5 + 0,4 + 0,879 +0,3 = 4,079 (m) Trong đó : hbv : Khoảng cách từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,4 m hth : chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 m Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng: C = (mg/l) < 150 (mg/l) à Thỏa mãn điều kiện yêu cầu 6. bể aeroten: Tính toán bể Aeroten dựa theo mục 6-15 và phụ lục VII (20TCN 51-84) Nồng độ BOD20 của nước thải đưa vào aeroten: L20 = 292,92 (mg/l) > 150 (mg/l) àThiết kế aeroten có khôi phục bùn hoạt tính Dùng bể Aeroten kết hợp với ngăn khôi phục bùn để xử lí nước thải Thời gian nạp khí của hỗn hợp nước thải và bùn tuần hoàn ở nhiệt độ nước thải 24oC là: ta = (giờ) Trong đó: aa: nồng độ bùn duy trì trong Aeroten, aa = 1,5 (g/l) La: NOSht của nước thải trước khi vào Aeroten, La = 292,92 (mg/l) Lt:NOSht của nước thải sau khi ra khỏi Aeroten, Lt = 20 (mg/l) à ta = 1,49 (giờ) Theo quy phạm thời gian nạp khí của hỗn hợp nước thải luôn luôn trong mọi trường hợp đều phải không nhỏ hơn 2h. Thời gian nạp khí của hỗn hợp nước thải ở 24oC là không đảm bảo được tiêu chuẩn quy phạm nên ta chọn thời gian nạp khí ta = 2 giờ Tỷ lệ bùn hoạt tính tuần hoàn so với lưu lượng tính toán của nước thải là : Trong đó: at: Nồng độ bùn trong ngăn khôi phục, at = 4 (g/l) Thời gian cần thiết để oxy hóa chất bẩn là : to = = 3,94 (giờ) Trong đó: zb: độ tro của bùn trong bể Aeroten, zb= 0,3 : tốc độ oxy hóa chất bẩn tính bằng mg BOD20 trên 1 g chất không tro trong 1 giờ. Theo bảng 38 – 20TCN 51-84: Với La = 292,92 (mg/l) ; Lt = 20 (mg/l) ta có = 25,79 Thời gian làm thoáng trong ngăn khôi phục bùn là : Tk = to – ta = 3,94 – 2 = 1,94 (giờ) Thể tích riêng phần bể Aeroten được tính: Wa = ta(1 + ).Qh = 2.(1 + 0,6). 2053,9 = 6572,48 (m3) Qh : lưu lượng trung bình của 8h liên tục nước thải lớn nhất từ 8h đến 16h, theo bảng tổng hợp lưu lượng nước thải ta co Qh = 2053,9 (m3/h) Thể tích ngăn khôi phục bùn là Wk = tk..Qh = 1,94.0,6. 2053,9 = 2390,73 (m3) Thể tích chung của bể aeroten là W = Wa + Wk = 6572,48 + 2390,73 = 9963,21 (m3) Thời gian xử lí nước thải tính toán là : t = ta.(1+) + tk. = 2.(1+0,6) + 1,94.0,6 = 4,364 (giờ) *Kiểm tra lại kết quả tính toán theo công thức 27 trang 94 quy phạm 20TCN51-84 với a = atb. Ta có: t = Với atb: Liều lượng bùn trung bình của hệ thống atb = à t = (giờ) >3,94 (giờ) Vậy lấy thời gian tính toán để làm sạch nước thải là t = 4,84 giờ * Xác định kích thước bể Aeroten: Chọn bể Aeroten với số hành lang trong một đơn nguyên là 4 hành lang: 3 hành lang làm nhiệm vụ oxy hóa các chất bẩn còn 1 hành lang làm nhiệm vụ tái sinh bùn Kích thước bể Aeroten như sau: Chiều rộng hành lang: b = 5m Số đơn nguyên là N = 3 Chiều sâu công tác: H = 4 m Diện tích mặt bằng bể là: F = W/H = 9963,21 /4 = 2490,8 (m2) Chiều dài tổng cộng của các hành lang là: L = F/b = 2490,8 /5 = 498,16 (m) Chiều dài xây dựng của một hành lang là: l = n: Số hành lang trong mỗi đơn nguyên, n = 4 N: Số đơn nguyên, N = 3 Kích thước bể Aeroten là: BxLxH = 20x41,5x4 (m) Độ tăng sinh khối của bùn : Pr = 0,8C1 + 0,3La Trong đó: C1: Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải vào bể C1 = 116,1(mg/l) La = 292,92 (mg/l) Pr = 0,8.116,1 + 0,3. 292,92 = 180,76 (mg/l) * Tính toán hệ thống cấp khí cho Aeroten Để cấp khí cho bể sử dụng hệ thống bơm không khí Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1m3 nước thải : D = (m3/m3 kk) Trong đó : Z : Lượng oxy đơn vị tính bằng mg để giảm 1 mg NOSht , z = 1,1 (với bể Aeroten làm sạch hoàn toàn) k1 : Hệ số kể đến thiết bị nạp khí, lấy theo bảng 39-20TCN51-84. Với thiết bị nạp khí tạo bọt khí cỡ nhỏ lấy theo tỷ số giữa vùng nạp khí và diện tích Aeroten, k1 = 1,47 ( với f/F = 0,1 và Imax = 10 m3/m2.h) k2 : Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị, k2 = 2,52 (với h = 4 m và 3,5m3/m2.h) n1 : Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải n1 = 1 + 0,02(ttb – 20) = 1 + 0,02(24 - 20) = 1,08 với ttb = 24oc là nhiệt độ trung bình trong tháng về mùa hè n2 : Hệ số kể đến sự thay đổi tốc độ hòa tan oxy trong nước thải so với trong nước sạch. Đối với nước thải sinh hoạt n2 = 0,85 Cp : Độ hòa tan oxy của không khí vào trong nước tùy thuộc vào chiều sâu lớp nước trong bể. Được xác định theo công thức : Cp = Với CT : Độ hòa tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Với T = 24oC à CT = 8,33 (mg/l) h : chiều sâu ngập thiết bị làm thoáng, h = 3,5 m à Cp = = 9,74 (mg/l) C : nồng độ trung bình của oxy trong aeroten (mg/l), C = 2 mg/l Vậy ta có : D = = 11,06 (m3/m2kk) Cường độ nạp khí yêu cầu : I = (m3/m2h) Ta có : Imin = 3,5 m3/m2h < I = 8 m3/m2h < Imax = 10 m3/m2h Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Lưu lượng không khí cần thổi vào Aeroten trong một đơn vị thời gian là : V = D.Qh = 11,06. 2053,9 = 22716,13 (m3/h) Để phân phối không khí trong Aeroten ta dùng các tấm xốp có kích thước 300x300x40 mm = 0,3x0x3x0,04 m Số lượng tấm xốp với kích thước 0,3x0,3x0,04 m là : N1 = (tấm) Trong đó: D’: Lưu lượng riêng của không khí đối với tấm xốp, D’ = 100 (l/phút) Số lượng tấm xốp trong 1 hành lang là : n1 = (tấm) Bố trí hai hàng tấm xốp trong mỗi hành lang Lượng bùn hoạt tính tuần hoàn có thể lấy bằng (3070)% lưu lượng trung bình của nước thải hoặc tính theo công thức : P = 47,1 (%) KHH :Nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp nước-bùn chảy từ Aeroten tới bể lắng II KHH = 20003000 (mg/l) KT : Nồng độ chất lơ lửng trong nước thải chảy từ bể lắng đợt I tới bể Aeroten KT = C1 = 116,1 (mg/l) KB : Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, KB = 50006000 (mg/l) 7. bể lắng li tâm đợt II : Đối với bể lắng đợt II ta tính toán kích thước bể theo phương pháp tải trọng thủy lực bề mặt Tải trọng thủy lực bề mặt được tính theo công thức : q = Trong đó : K : Hệ số sử dụng dung tích bể, K = 0,4 đối với bể li tâm aa: Nồng độ bùn trong bể Aeroten, aa = 1,5 (g/l) Ja: chỉ số bùn Mohlman, Ja = 80 cm3/g H: chiều cao lớp nước trong bể lắng, H = 2,5 m q = = 1,738 (m3/m2.h) Chọn 3 bể công tác, 1 bể dự phòng Q = (m3/h) Diện tích mặt thoáng của bể lắng: F = Đường kính của một bể lắng li tâm: D = = = 22,5 (m) Thể tích bùn của một bể lắng: Wb = (m3) Trong đó: B: Lượng bùn hoạt tính dư (g/m3) lấy phụ thuộc vào BODht của nước thải đã làm sạch. Với BODht = 20 mg/l, B = 200 g/m3 b: Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng II Theo bảng 30-20TCN51-84, lấy thời gian lắng 2h, ta có b = 16 (mg/l) Q: lưu lượng nước thải trong 1 giờ, Q = 2111 m3/h t: thời gian giữa hai lần xả cặn, t = 2 giờ p: độ ẩm của cặn, p = 99% Wb = = 25,9 (m3) Thời gian lắng của bể li tâm đợt II: t = = 1,41 (giờ) Chiều cao vùng chứa nén cặn: hc = (D- 0,9)tg/2 = (22,5-0,9).tg5o/2 = 0,94 Chiều cao của bể (lấy hbv = 0,4m , hth = 0,3m): HTC = H + hbv + hth + hc = 2,5 + 0,4 + 0,3 + 0,94 = 4,14 (m) 8. bể nén bùn li tâm: Bùn hoạt tính dư với độ ẩm p = 99% từ bể lắng đợt II dẫn v._.