Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải cho thành phố Thanh Hoá & thiết kế kỹ 1 công trình của trạm

ạm xử lý. Điều kiện khí hậu của Thành phố. Hướng gió chủ đạo: Tây Nhiệt độ trung bình năm của Thành phố: Số liệu về nước thải của Thành phố: Nước thải sinh hoạt: Dân số Thành phố: 90.000 người. Tiêu chuẩn thải nước trung bình: 180 l/ng.ngđ. Nước thải sản xuất: Số liệu về nước thải Tên nhà máy A B Lưu lượng, m3/ngđ 1250 1800 Hàm lượng chất lơ lửng, mg/l 280 170 BOD5, mg/l 210 50 COD, mg/l pH Nhiệt độ, 0C 270 24,50 Các tài liệu khác như trong nhiệm vụ đã cho trong tờ nhiệm vụ thiết kế. Phần I : Xác định các thông số tính toán I. Lưu lượng nước tính toán : 1. Lưu lượng nước thải sinh hoạt : QSH = = = 16200 (m3/ng.đ) Trong đó: N =900.00 người : Số dân thành phố qo = 180 l/ng-ngđ : Tiêu chuẩn thải nước thành phố (l/ng.ngđ) Lưu lượng trung bình giây: QSHtb = = 187,5 (l/s) Theo bảng hệ số không điều hoà phụ thuộc lưu lượng nước thải ta có hệ số không điều hòa :  Kch = 1,4 2. Lưu lượng nước thải sản xuất Nhà máy thứ nhất : - Lưu lượng QAsx= 1250 (m3/ng.đ) Nhà máy thứ hai : -Lưu lượng QBsx =1800 (m3/ng.đ) 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 = 16200 +1250+ 1800 = 19250 (m3/ng.đ) qtt ==0,222 (l/s) Lưu lượng tính toán giờ max: Qhmax = = 1074,8(m3/h) qsmax =298,5(l/s) Lưu lượng tính toán giờ min Qhmin = = 394,38 (m3/h) qsmin = 109,55(l/s) Lưu lượng tính toán trung bình: Qhtb = 802,1 (m3/h) Dưới đây là Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố ứng với hệ số không điều hoà K=1,4 Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố [ II. Xác định nồng độ chất bẩn : 1. Nước thải sinh hoạt : Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải sinh hoạt Csh = = = 361,11 (mg/l) trong đó : ashc : Tiêu chuẩn thải cặn, đối với nước thải sinh hoạt ashc = 65 (g/ng.ngđ) Hàm lượng BOD có trong nước thải sinh hoạt : Lsh == = 194,44(mg/l) 2. Nước thải sản xuất : Nhà máy thứ nhất: CxsI = 280 (mg/l) LsxI = 210 (mg/l) Nhà máy thứ hai : CsxII =170 (mg/l) LsxII =50 (mg/l) 3. Tổng hợp số liệu : Hàm lượng cặn lơ lửng có trong hỗn hợp nước thải Chh = = =338 (mg/l) Hàm lượng BOD có trong hỗn hợp nước thải Lhh = = = 182 (mg/l) 4. Xác định dân số tính toán Dân số tính toán : Ntt = Nthực + Ntđ trong đó : Nthực : Dân số thực của thành phố =90.000 (người) Ntđ : Dân số tương đương, là dân số được quy đổi của thành phố Quy đổi theo hàm lượng cặn lơ lửng: Nctđ = = = 10.092 (người) Ntt = 90.000 + 100.092 = 10.092 (người) Quy đổi theo hàm lượng BOD: NBODtđ = = = 10.071 (người) Ntt = 90.000+ 10.071 =10.071 (người) phần II : Xác định mức độ cần thiết xử lý nước thải Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ I. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết : 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 = 41,2 (m3/s) q : Lưu lượng trung bình của nước thải, q = 0,222(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 = 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 = = 0,0033 V : vận tốc trung bình của dòng chảy trên đoạn tính toán H : độ sâu trung bình của dòng chảy ttrên đoạn tính toán Vậy ta có : a = = 0,368 a = = 0,263 Số lần pha loãng : n = = = 49,8 (lần) 2. Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết : a) 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 = 26 (mg/l) b : Độ tăng hàm lượng cặn cho phép, b = 0,75 (mg/l); chọn b =0,75 ( mg/l) Cn.thải = (mg/l) Mức độ cần thiết làm sạch theo hàm lượng chất lơ lửng : D = .100% = = 81,25% b) Theo hàm lượng BOD : LT = trong đó: t = = 0,079 (ngày) (thời gian dòng chảy từ vị trí xả đến điểm tính toán) K : Hằng số tốc độ Ôxy hoá, K(25,2) = k1(200 )´1,047 T-20 =0,1´1,0475,2 =0,127 Lcf : Hàm lượng BOD cho phép, Lcf = 2 (mg/l) vì nguồn loại A Lng : Hàm lượng BOD có trong nước nguồn, Lng = 2 (mg/l) Ta có: LT = LT = 4,32 (mg/l) Như vậy mức độ cần thiết làm sạch theo BOD là : DBOD = ´ 100% = 97,62% c) Theo Oxy hoà tan trong nước nguồn : Với đièu kiện nguồn loại I : lượng ôxy hoà tan không nhỏ hơn 4 mg/l trong 2-3 ngày đầu thì lượng ôxy đó sẽ không giảm nữa trong những ngày tiếp theo : Không kể đến khuếch tán Oxy bề mặt : Với điều kiện trên hàm lượng cho phép của nước thải theo nos20 là : Lnth = Lnth = 197,44 (mg/l) Trong đó : Q : lưu lượng nước sông (m3/s) q : lưu lượng nước thải (m3/s) Ong :Hàm lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn , Ong=6,5 0,4 : hệ số biến đổi nos20 thành nos2 4: lượng ôxy hoà tan nhỏ nhất cần phải đạt được trong nước nguồn Mức độ cần thiết phải xử lí : Tuy vậy, 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 vẫn phải lấy lượng BOD cần xử lý =20 (mg/l) do đó hiệu quả xử lí cần thiết theo ôxy hoà tan: DÔxy = =89% Trường hợp kể đến có khuếch tán ôxy bề mặt : Khi có khuếch tán ôxy bề mặt thì yêu cầu mức độ xử lý nước thải theo ôxy hoà tan sẽ giảm vì vậy ta chỉ cần tính cho trường hợp bất lợi hơn là đủ Å Theo hàm lượng chất lơ lửng là 81,25% Å Theo BOD thì mức độ xử lí là 97,62% Å Theo hàm lượng OXY hoà tan không kể đến sự khuếch tán OXY bề mặt là 89% II. 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. ôPhương án I : Nước thải, Q = 19250 (m3/ngđ) NGĂN TIÊP NHậN Máy nghiền rác SONG CHắN RáC Rác Rác nghiền Sân phơi cát Bể LắNG cát Cát Sân phơi bùn Bể mê tan Bể LắNG ngang ĐợT I Cặn tươi Phục vụ nông nghiệp Trạm khí nén Bể AEROTEN Bùn hoạt tính dư Bể nén bùn Bể lắng ngang đợt II Khử trùng trùng Bể TIếP XúC ?Thuyết minh phương án I ( CHọn phương pháp xử lý sinh học hoàn toàn dùng aeroten ) 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 có nhiều ngăn để đảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn do công xuất trạm 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 Aeroten. Do lưu lượng trạm xử lý thuộc loại vừa, ta thiết kế bể Aeroten kết hợp lắng đứng đợt II để tiết kiệm khối tích công trình. Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lý, 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. Sau bể Aeroten, 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. ô Phương án II Nước thải, Q = 19250 (m3/ngđ) NGĂN TIếP NHậN Máy nghiền rác SONG CHắN RáC Sân Phơi cát Bể TIếP XúC MáNG TRộN Bể lắng ngang đợT II Bể biophin cao tải Bể LắNG ngang đợt I Bể LắNG CáT Ngang 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 đếín 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 ngang nước chuyển động vòng 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 cao tải. Sau bể Biophin cao tải, 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 lắng hai vỏ 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. 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) = 547,5 (m3/s). 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/ 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 400 - 650 1500 1000 1300 1000 400 650 500 600 800 250 Chọn mương dẫn nước thải đến ngăn tiếp nhận là mương hình chữ nhật. Chọn đường kính ống dẫn b = 400 (mm), tính toán thủy lực ta có bảng số liệu như sau: Các thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb = 222,8 qmax= 298,5 qmin = 109,55 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008 Chiều ngang B (mm) 600 600 600 Độ đầy 0,57 0,71 0,34 Vận tốc (m/s) 0,67 0,70 0,59 Dựa vào kết quả tính toán ta chọn 1 song chắn rác. 2. Song chắn rác Do lưu lượng nước thải không lớn, thiết kế 2 song chắn rác ở hai mương dẫn riêng biệt song một mương hoạt động và một mương dự phòng. 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 = 0,71 (m) Tính toán song chắn rác Số khe hở của song chắn rác : n = trong đó: qmax : Lưu lượng tối đa của nước thải, qmax = 0,2985(m3/s) v :Vận tốc nước chảy qua các khe hở của song chắn rác, lấy v = 0,71 (m/s) h : Độ sâu của nước ở chân song chắn rác, h = hmax = 0,71 (m) k = 1,05 tính đến sự thu hẹp dòng chảy b = 0, 016m khoảng giữa các khe hở của song chắn rác n = = 39 (khe hở) 2.1. Chiều ngang của song chắn rác bs= d.(n+1) + b. n trong đó : d : Đường kính song chắn, chọn song hình chữ nhật nên chọn d = 0,01 (m) Ta có bs = 0,01( 39 + 1 ) + 0,016´39 = 0,79 (m) Kiểm tra vận tốc dòng chảy qua song chắn rác với lưu lượng nhỏ nhất Vmin == 0,51(m/s) thỏa mãn 2.2. Chiều dài máng đặt song chắn rác Chiều dài máng : L = l1 +l + l2 trong đó: l1 : Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác l2 : Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác l: Chiều dài máng dẫn nước qua song chắn rác - l1 = 1,37(bs-bm) , l1 = 1,37(0,79-0,6) = 0,26 với bm là chiều rộng mương dẫn bm= 0,6 l2 = 0,5 ´l1 = 0,02 ´ 0,26 = 0,13 (m) l chiều dài đoạn mương mở rộng chọn theo cấu tạo l = 2m. Vậy chiều dài máng là: L=l1+l+l2 = 0,26+2+0,13=2,39 (m) 2.3. Tính tổn thất áp lực qua song chắn rác hs = Trong đó: v: Vận tốc nước chảy trong mương trước song chắn k = 1,05 x : Hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh đan Với + = 600 ; = 1,79 hs =0,83 (m) 2.4. Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác H = h + hs + 0,5 =0,71 + 0,022 + 0,5 =1,232 (m) 2.5. Lượng rác giữ lại sau song chắn rác WR = = = 2,194 (m3/ngày) với a là lượng riác tính theo đầu người = 8 (l/ng.năm).(Tra bảng tuỳ thuộc khe hở song chắn) NTT: Dân số tính toán tương đương theo chất lơ lửng. NTT=100.092 Với dung trọng rác là 750kg/m3 thì trọng lượng rác trong ngày đêm sẽ là: P = 7502,194 =1645,5(kg/ng.đ) = 1,64 (tấn/ng.đ) Lượng rác trong một giờ trong một ngày P1 ===0,094 (T/h) Với - K=1,4 -hệ số không điều hoà giờ - Rác được vớt lên theo phương pháp cơ giới rồi được nghiền nhỏ trước khi đổ trước song chắn rác - Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác là 10m3/1T rác Q = 101,64 = 16,4 (m3/ngđ) Tính toán bể lắng cát Bể lắng cát được xây dựng để tách các hợp phần không tan vô cơ chủ yếu là cát ra khỏi bể nước thải. Bẻ lắng cát ngang phải đảm bảo vận tốc chuyển động của nước là 0,15m/s v 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể lắng là 30” t 60” (điều 6.3 20TCN 51-84). Việc tính toán bể lắng cát ngang khi được thực hiện theo chỉ dẫn ở mục 6.3-20TCN51-84. -chiều dài bể lắng cát: L= (m). Trong đó -HH : chiều sâu tính toán của bể lắng cát HH = 0,6 (m) -U0 : Độ thô thuỷ lực của hạt cát (mm/s) Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt có đường kính lớn hơn 0,25 mm. Theo bảng 24 –20TCN51-84, ta có U0 = 24,2 (mm/s) Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,25 mm Theo bảng 24- 20TCN51-84, với bể lắng cát ngang K=1,3 V : Vận tốc dòng chảy trong bể lấy: V= 0,3 L==9,6 (m) Diện tích tiết diện ướt của bể, (m2) được tính: = qsmax - lưu lượng tính toán lớn nhất của nước thải qsmax =298,5 (l/s) =0,2985(m3/s) V – Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất : V=0,3 (m/s) n - số đơn nguyên công tác, n=2 = = 0,4975 + Diện tích mặt thoáng của bể F= (m2) Trong đó : - U : tốc độ lắng trung bình của hạt cát và được thực hiện theo công thức: U= Với - W: là thành phần vận tóc chảy rối theo phương thẳng đứng. W=0,05.Vmax = 0,05.0,3 = 0,015 (m/s) - U0 : Vận tốc lắng tĩnh, U0 = 24,2 (mm/s) U= = 0,0189 (m/s) Vậy Ft = = 15,8 (m2) Chiều ngang của bể lắng cát là: B= = 0,82 (m) Xây dựng bể lắng cát gồm 2 ngăn công tác và một ngăn dự phòng, thước mỗi ngăn là: L=9,5 (m) , B=8,5 (m) Đảm bảo yêu cầu về vận tốc tránh lắng cặn. Thời gian nước lưu lại trong bể: T = =32(s) 30(s) Đảm bảo yêu cầu về thời gian lưu nước trong bể. Thể tích phần lắng cặn của bể: Wc = 2 (m3). Trong đó: Ntt =100.092 (người) là dân số tính toán theo chất lơ lửng. p= 0,02 l/ng.ngđ : lượng cát thải tính theo tiêu chuẩn đầu người trong một ngày đêm. t =1 ngày: thời gian giữa hai lần xả cặn. - Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát: hc = =0,124 (m) Cát được dẫn ra khỏi bể bằng thiết bị nâng thuỷ lực một lần một ngày và được dẫn đến sân phơi cát. Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = Htt+hc+hbv Trong đó: Htt : Chiều cao tính toán của bể lắng cát. Htt= 0,8 hbv: Chiều cao bảo vệ hbv = 0,4(m). hc : Chiều cao lớp căn trong bể hc =0,124m Vậy HXD = 0,8+0,4+0,12 = 1,324 (m) Lấy HXD =1,35 (m). 4. Tính toán sân phơi cát Sân phơi cát có nhiệm vụ làm ráo nước trong hỗn hợp nước 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 = 4 (m/năm) NTT : Dân số tính toán theo chất lơ lửng, Ntt = 100.092 (người) Do đó: F= = 182,7(m2) Thiết kế sân phơi cát gồm ba ô với kích thước mỗi ô là 8m ´ 8m, sơ đồ như hình trên. Tính toán Bể làm thoáng sơ bộ Với hàm lượng cặn lơ lửng là 338 mg/l cần làm thoáng sơ bộ trước khi vào bể lắng nhằm giảm lượng cặn lơ lửng xuống Dung tích bể làm thoáng sơ bộ W=Qt Trong đó : Q : lưu lượng nước thải trong giờ thải nước lớn nhất Q=1074,8 m3/h T: thời gian nước lưu lại trong bể, lấy t=20”=0,33giờ W = 1074,80,33 = 354,684 (m3) Xác định lượng không khí cần thiết Chọn cường độ thổi khí I=6m3/m2.h. Lưu lượng khí đơn vị D=0,8 m3kk/m2.h Lưu lượng không khí cần thiết V=QD = 1074,80,8=859,84 m3/h Diện tích mặt thoáng cần thiết F= V/I = 859,84/6 =143,3 Chiều cao bể = 354,684/143,3=2,5 tính toán bể lắng ngang đợt một Bể lắng ngang đựơc dùng để giữ lại các tạp chất thô không tan trong nước thải. Việc tính toán bể lắng ngang đợt 1 được tiến hành theo chỉ dẫn điều 6.5-20TCN51-84. Chiều dài bể lắng ngang được tính L= Trong đó : V=6m/s – tốc độ dòng chảy, lấy theo quy phạm H = 2m – chiều cao công tác của bể lắng. K – hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng, đối với bể lắng ngang lấy K=0,5 U0 – độ thô thuỷ lực của hạt cặn, được xác định theo công thức: U0 = Trong đó: n – hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng, đối với nước thải sinh hoạt, n=0,25. - hệ số tính đến ảnh hưởng nhiệt độ, với nhiệt độ của nước thải là t =25,2 ta có =0,904 (dựa vào bảng 25- 20TCN51-84) t – thời gian lắng của nước thải trong bình hình trụ với chiều sâu lớp nước h đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán và được lấy theo băng 27-TCN51-84. Với CHH = 338 (mg/l) ta có, với t=1200(s) hiệu suất lắng sẽ là E=62% Trị số tra theo bảng 28-20TCN51-84. Với H=2m ta có = 1,19 = 0,01 (mm/s) – vận tốc cản của dòng chảy theo thành phần thẳng đứng tra theo bảng 26-20TCN51-84. U0 = =0,76 (mm/s) Chiều dài bể là: L= Thời gian lưu lại nước trong bể: T= ==2,62 (giờ) Diện tích tiết diện ướt của bể lắng ngang: = = 60 (m2) Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang: B==30 Trong đó H= 2m chiều cao công tác của bể lắng. Chon số đơn nguyên của bể lắng n=3. khi đó chiều rộng mỗi đơn nguyên : b = Tốc độ lắng của hạt cát: U==3,6(mm/s) Hàm lượng chất lơ lững theo nước trôi ra khỏi bể lắng đợt I là: C1 = = 128,44 (mg/l) C=128,44 (mg/l) đạt yêu cầu khi dưa vào bể lọc sinh học hoặc bể AEROTEN xử lý sinh học hoàn toàn, hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải nhỏ hơn 150mg/l. Dung tích hố thu cặn được tính theo công thức: W= (m3/ngđ) Trong đó: CHH – Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải ban đầu CHH = 338 (mg/l) E – Hiệu suất lắng của bể lắng ngang đợt I, E=62% p - độ ẩm của cặn lắng, p=95% Q – Lưu lượng nước thải ngày đêm , Q=19250 (m3) Pc – trọng lượng thể tích cặn, pc = 1 (T/m3) = 106(g/m3). Wc==84,58 (m3/ngđ) Chiều cao vùng nén cặn: H0 = ==0,06 Chiều cao xây dựng bể: HXD = hbv+H+hth+hc Trong đó : hbv – Chiều cao bẩo vệ hbv = 0,4(m) H – Chiều cao công tác cuủa bể H = 2(m) Hth – Chiều cao lớp nước trung hoà của bể hth = 0,5 (m) Hc – Chiều cao lớp cặn lắng hc = 0,06 Vậy chiều cao xây dựng bể: HXD = 0,4+2+0,5+0,06 =2,96 (m) Lấy HXD =3 (m) 6. Tính bể Aeroten trộn Aeroten trộn là công trình xử lý hiếu khí nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tại mọi thời điểm và vị trí, nước thải được hoà trộn đề với bùn. Lưu lượng nước tính toán: Do hệ số không điều hoà Kch =1,8 >1,25 nên ta lấy lưu lượng nước thải trung bình trong 8 giờ lớn nhất để tính toán, đó là vào các giờ 8 đến 16 giờ, Qtt = 478,5 (m3/h). Việc tính toán bể Aeroten dựa theo mục 6-15 và phụ lục VII-20 TCN.51-84. Trước khi vào bể Aeroten, hàm lượng cặn lơ lửng và hàm lượng BOD như sau: C = 123 (mg/l); La = 176,4 (mg/l) Nước thải được phân phối theo chiều dài bể nên tốc độ ôxy hoá sinh hoá diễn ra một cách điều hoà. Thời gian làm thoáng nước thải được tính theo công thức: tAe = trong đó: La: Hàm lượng BOD của nước thải trước khi vào bể aeroten, La = 176,4 (mg/l) Lt : Hàm lượng BOD của nước thải sau khi ra khỏi aeroten, Lt = 20 (mg/l) a : Liều lượng bùn hoạt hoá chất khô, a = 1,8 (g/l) ( theo bảng 37 20TCN-51 - 84 ) tr : Độ tro của bùn hoạt tính, lấy tr = 0,3 r : Tốc độ oxy hoá mgBOD/g chất không tro, r = 24 (g/l) ( r phụ thuộc vào hàm lượng BOD của nước thải trước và sau khi làm sạch, theo bẳng 38 20TCN51 - 84 ) Do đó: tAe = 5,17 (giờ) Thể tích bể lắng được tính theo công thức: W = Q ´ tAe trong đó: Q : lưu lượng nước thải tính toán, theo lý luận ở trên có Q = 478,5 (m3/h) Do đó: W = 478,5 ´ 5,17 = 2474 (m3) Chọn chiều cao lớp nước trong bể aeroten trộn Hln = 4 (m). Diện tích của bể aeroten là: FAe= ằ 600 (m2) Xây dựng 3 bể aeroten, hình chữ nhật, diện tích mỗi bể là: F1bể = = 200 (m2) Chọn kích thước của bể aeroten trộn B ´ L = 10 ´ 20 Chiều cao của bể H = Hln + hbv trong đó: Hln : Chiều cao lớp nước trong bể, Hln = 4 (m) hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv= 0,5 (m) ị H = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Kích thước của 1 bể B ´ L ´ H = 10 ´ 20 ´ 4,5. Tính toán hệ thống phân phối nước vào bể Aeroten Nước từ kênh dẫn tới ngăn phân phối nước của aeroten. Diện tích ngăn phân phối được tính theo công thức: Q = v ´ B ´ H (1) trong đó: Q : Lưu lượng nước thải, Q = 478,5 (m3/h) = 0,13 (m3/s) v : Vận tốc nước chảy vào ngăn phân phối, v = 0,1 (m) B, H : Chiều rộng và chiều sâu của ngăn phân phối Từ (1) ta có: B ´ H = = 1,3 (m2) Chọn B = 1,3 (m) ị H = 1 (m) Độ tăng sinh khối của bùn Pr = 0,8´C + 0,3´La trong đó: C : Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải trước khi vào bể aeroten C = 123 (mg/l) La : Hàm lượng BOD trước khi vào bể aeroten La = 176,4 (mg/l) Pr = 0,8 ´123 + 0,3 ´176,4 = 151,32 (mg/l) Tính toán cấp khí cho Aeroten trộn Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1m3 nước thải được xác định theo công thức: (m3/m3) trong đó: z : Lượng ôxy đơn vị tính bằng mg để giảm 1mg BOD, z = 1,1 (với bể Aerôten làm sạch hoàn toàn) k1: Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí, lấy theo bảng 39-20TCN51-84, với thiết bị nạp khí tạo bọt cỡ nhỏ lấy theo tỷ số giữa vùng nạp khí và diện tích Aerten, k1 = 1,47 (với f/F = 0,1 và Imax = 10 m3/m2.h) / theo điều 6.15.9 quy phạm 20TCN 51- 84/ k2: Hệ số kể đến chiều sâu đặt thiết bị, với Hln = 4 (m) và 3,5 (m3/m2-h), K2 = 2,52 n1: Hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ nước thải n1 = 1 + 0,02´ (ttb - 20) = 1 + 0,02´ (26 - 20) = 1,12 Với ttb = 260C là nhiệt độ trung bình trong tháng về mùa hè n2: Hệ số kể đến sự thay đổi tốc độ hoà tan ôxy trong nước thải so với trong nước sạch, lấy sơ bộ n2 = 0,8 Cp: Độ hoà tan ôxy của không khí vào trong nước tuỳ thuộc vào chiều sâu lớp nước trong bể. Được xác định theo công thức: Cp = CT: Độ hoà tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Theo bảng 2-1: Xử lý nước thải -1978, với T = 270C ị CT = 8,07 (mg/l) = 9,64 (mg/l) C : Nồng độ trung bình của oxy trong Aeroten (mg/l) C = 2 (mg/l) Do đó: = 6,784 (m3K/m3nước thải) Cường độ nạp khí yêu cầu = = 5,25 (m3/m2) Ta có : Imin = 3,5 (m3/m2-h) < I = 5,25 (m3/m2-h)< Imax = 10 (m3/m2-h) đảm bảo yêu cầu thiết kế. Lưu lượng không khí cần thổi vào Aerôten trong một đơn vị thời gian là: V = D´Qh = 6,784 ´ 478,5 = 3246,144 (m3/h) Lưu lượng không khí cần cấp trong ngày là: 24 ´ 3246,144 = 77907 (m3/ngđ). nhiệt độ trung bình năm của không khí là 270C, khối lượng riêng của không khí ở nhiệt dộ này là 1,18 (kg/m3) nên lượng Ôxy cần cấp trong ngày là Qkhí = 1,18´ 77907 = 91930 (kg). Lượng ôxy cần cung cấp trong 1 giờ là OCt = = 3830,42 kgO2/h Dùng thiết bị cấp khí cho bể Aeroten là ống phân phối trên đó có gắn các đĩa xốp. Dùng đĩa xốp có đường kính 0,6 (m), diện tiích bề mặt f = 0,07 (m2), cường độ khí từ 0,7 đến 1,4 l/s.đĩa /Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai - NXBXD 2000/ nên lấy cường độ khí là 1 (l/s). Vậy số đĩa cần thiết là: Nđ = = 900 (đĩa) Các đĩa được gắn lên trên các ống dẫn khí đặt ngang dưới đáy bể. 7. Tính toán bể lắng đứng đợt II Tính toán bể lắng đứng đợt II tương tự như tính toán bể lắng đứng đợt I. Diện tích ống trung tâm được xác định theo lưu lượng giây tối đa bao gồm cả nước thải và bùn tuần hoàn. Lượng nước đi vào bể lắng QLII = (1+a)´ Q = 1,5´ 476,5 = 714,75 (m3/h) = 0,198 (m3/s) f = Trong đó: QLII : Lưu lượng nước thải tính toán, QLII = 0,198 (m3/s) V1 : Tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy V1 = 30 (mm/s) Do đó: f = = 6,6 (m2) Dung tích của bể được xác định theo công thức: W = QLII ´ t Trong đó: QLII : Lưu lượng nước thải tính toán, QLII = 0,198 (m3/s) t : Thời gian lưu nước trong bể, t = 1,5 (giìơ) Do đó: W = 0,198´ 1,5´ 3600 = 1070 (m3) Chiều cao công tác của bể hLII = V ´ t Trong đó: V : Vận tốc nước dâng trong bể lắng, lấy V = 0,7 (mm/s) t : Thời gian lưu nước, t = 1,5 (giờ) Do đó: hLII = 0,0007´ 1,5´ 3600 = 3,8 (m) Diện tích hữu ích bể lắng đợt II: FLII == = 282 (m2) Vậy tổng diện tích bể là F = 282 + 6,6 = 288,6 (m2) lấy tròn 300 (m2) Thiết kế 3 bể lắng hình vuông để dễ hợp khối với bể Aeroten, kích thước mỗi bể là: F1bể = = 100 (m2) Kích thước bể là: a ´ a = 10 ´ 10 (m2) 8. Tính toán bể nén bùn đứng Theo quy phạm ít nhất phải có hai bể nén bùn làm việc đồng thời, căn cứ vào lưu lượng nước thải, ta đi tính toán thiết kế bể nén bùn đứng. 1 2 4 3 hbv 1 - ống trung tâm h1 2 - ống xả cặn 3 - Miệng loe 4 - Sàn công tác h2 Nồng độ bùn hoạt tính dư được xác định theo công thức của Karpinski A.A như sau: Xt = a ´ (SS)1 - Nra trong đó: Xt : Nồng độ bùn hoạt tính dư, (mg/l) a : Hệ số, lấy bằng 1,3 (SS)1 : Hàm lượng các chất lơ lửng của nước thải sau lắng đợt I và đông tụ sinh học = 123 (mg/l) Nra : Hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước thải ra khỏi bể lắng đợt II, lấy =16 (mg/l) Do đó: Xt = 1,3´ 123 - 16 = 144 (mg/l) Lượng tăng bùn hoạt tính lớn nhất: Xmax = k ´ Xt = 1,2´ 144 = 173 (mg/l) trong đó: k : Hệ số không điều hoà tháng của sự tăng bùn hoạt tính, k=1,15á1,2. Có 50% lượng bùn hoạt tính dư được đưa vào bể đông tụ sinh học và 50% lượng bùn còn lại được đưa vào bể nén bùn. Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất dẫn vào bể nén bùn được tính theo công thức sau: qmax = trong đó: Q : lưu lượng nước thải = 9300 (m3/ngđ) C : Nồng độ bùn hoạt tính dư, với độ ẩm 99,4% thì C = 6000 (g/m3) Do đó: qmax = = 5,6 (m3/h) Diện tích bể nén bùn được tính theo công thức: F1 = trong đó: qmax : Lưu lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất, qmax = 5,6 (m3/h) = 1,56 (l/s) V1 : Tốc độ chuyển động của bùn từ dưới lên trên, V1 = 0,1 (mm/s) Do đó: F1 = = 15,6 (m2) Diện tích ống trung tâm: F2 = trong đó: V2 : Vận tốc chuyển động của bùn trong ống trung tâm, V2 = 28 (mm/s) Do đó: F2 = = 0,056 (m2) Diện tích tổng cộng của bể nén bùn đứng: F = F1 + F2 = 15,6 + 0,056 = 15,66 (m2) Có hai bể nén bùn đứng, diện tích mỗi bể là: f = ==7,83 (m2) Đường kính bể nén bùn đứng: D == =3,16 (m) Đường kính ống trung tâm: d == =0,27 (m) Đường kính phần loe của ống trung tâm: dloe = 1,35´d = 1,35´ 0,27 = 0,38 (m) ằ 0,4 (m) Đường kính tấm chắn (xem hình vẽ): dc = 1,3´ dloe = 1,3´ 0,4 = 0,52 (m) Chiều cao phần lắng của bể nén bùn: h1 = V1 ´ t ´ 3600 trong đó: t : Thời gian nén bùn, lấy t = 12 (h) Do đó: h1 = 0,0001 ´ 12´ 3600 = 4,3 (m) Chiều cao hình nón với góc nghiêng 450, đường kính bể 3,22 (m) và đường kính đáy bể 0,2 (m) là: h2 = - x = 1,4 (m) Chiều cao bùn hoạt tính đã nén được tính theo công thức: hb = h2 - h3 - hth x trong đó: h3 : Khoảng cách từ đáy ống loe đến tâm chắn, lấy h3 = 0,3 (m) hth : Chiều cao lớp trung hoà, hth = 0,3 (m) Do đó: hb = 1,4- 0,3 - 0,3 = 0,8 (m) Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn: H = h1 + h2 + hbv = 4,3 + 1,4 + 0,3 = 6 (m) 9. Bể Mêtan Các loại cặn dẫn đến bể mêtan bao gồm : Cặn từ bể lắng đợt I Rác đã nghiền từ song chắn rác Bùn hoạt tính dư sau khi nén 9.1 Cặn tươi từ bể lắng đợt I Cặn tươi từ bể lắng đợt I với độ ẩm p = 95% được tính theo công thức: WC = trong đó: Q : Lưu lượng nước tính toán ngày đêm, Q = 9300 (m3/ng.đ) Chh : Hàm lượng cặn lơ lửng trong hỗn hợp nước thải, Chh = 327,96 (mg/l) E : Hiệu suất từ bể lắng đợt I có kể đến đông tụ sinh học, E = 62,5% K : Hệ số tính đến sự tăng lượng cặn do cỡ hạt lơ lửng lớn, K = 1,1 P : Độ ẩm của cặn P = 95% gc : Dung trọng của cặn lắng, lấygc =1 Do đó: WC = ị WC = 42 (m3/ngđ) 9.2 Lượng bùn hoạt tính dư sau khi nén ở bể nén bùn Lượng bùn này được tính theo công thức: Wb = trong đó: a: Hệ số tính sự tăng không điều hoà của bùn hoạt tính trong quá trình làm sạch,a =1,2 b : Hàm lượng bùn trôi ra khỏi bể lắng đợt II, b = 16 (mg/ l) P : Độ ẩm của bùn hoạt tính P =97% Q : Lưu lượng nước thải dẫn đến bể nén bùn, Q= 9300 (m3/ngđ) Các thông số khác đã xét ở trên Do đó: Wb = ị Wb = 20 (m3/ngđ) 9.3 Lượng rác đã nghiền Lượng rác đã được nghiền nhỏ từ độ ẩm P1 = 80% đến độ ẩm P2 = 95% được tính theo công thức: WR = W1 ´ W1 : Lượng rác lấy khỏi máy nghiền với độ ẩm ban đầu P = 80% đã tính toán ở phần trước, W1 = 0,91 (m3/ngđ) Do đó: WR = 0,91´ = 3,64 (m3/ngđ) Thể tích tổng hợp của hỗn hợp cặn: W = Wc + Wb +WR=42 + 20 + 3,64 = 65,64 (m3) Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn được tính theo công thức: Phh =100´ trong đó: Ck : Lượng chất khô trong cặn tươi: Ck= == 2,94 (tấn/ngđ) Bk : Lượng chất khô trong bùn hoạt tính: Bk= == 0,4 (tấn/ngđ) Rk : Lượng chất khô trong rác nghiền: Rk= == 0,246 (tấn/ngđ) Do đó: Phh =100´ = 94,6 % Vì độ ẩm của hỗn hợp lớn hơn 94% lên ta chọn chế độ lên men ấm, t = 33 á 350C. Dung tích bể Mêtan được tính theo công thức: WM = trong đó: d : Liều lượng cặn tải ngày đêm, tra bảng lấy d = 10% Do đó: WM = ằ 660 (m3) Chọn 2 bể Mêtan, thể tích một bể là: 10 11 ống dẫn cặn tươi và bùn hoạt tính ống xả cặn lên men D250 ống tháo cạn bể ống dẫn hơi nóng._.