Đồ án xử lý nước thải sinh hoạt

Song song với môn học Xử lý nước thải, sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật môi trường phải làm đồ án môn học. Mục đích đồ án là tập cho sinh viên làm quen với việc tổ chức xử lý và thiết kế công trình xử lý nước thải cho Thành phố, công việc này cũng là một phần công việc tương đối lớn khi làm Đồ án tốt nghiệp.

THÀNH VIÊN NHÓM: MSSV

2 NGUYỄN THỊ DIỄM 53130234

3 NGUYỄN DUY ĐỨC 53130055

5 PHẠM THỊ HƯƠNG 53130369

9 PHẠM THỊ THƯƠNG 53131510

10 CAO THỊ NGUYÊN VI 53132010

Mục lục

M c l cụ ụ 2

Ch ng 2: Xác nh m c x lý n c th i c n thi t – L a ch n s dây chuy n công ươ đị ứ độ ử ướ ả ầ ế ự ọ ơ đồ ề nghệ 8

1 Xác nh m c x lý n c th i c n thi tđị ứ độ ử ướ ả ầ ế 8

Ch ng 3: Tính toán các công trình x lý n c th i – ph ng án Iươ ử ướ ả ươ 14

1 Ng n ti p nh nă ế ậ 14

2 Song ch n rácắ 16

2.1 Chi u r ng bu ng t song ch n rác:ề ộ ồ đặ ắ 16

2.2 Chi u d i máng t song ch n rácề à đặ ắ 17

2.3 Chi u d i bu ng t songề à ồ đặ 17

2.4 Tính t n th t áp l c qua song ch n rácổ ấ ự ắ 17

2.5 Chi u sâu xây d ng m ng t song ch n rácề ự ươ đặ ắ 17

2.6 L ng rác gi l i sau song ch n rácượ ữ ạ ắ 18

3 B l ng cát ngang chuy n ng vòngể ắ ể độ 18

5 Tính toán b l ng trong k t h p lên menể ắ ế ợ 21

6.Tính b biophin cao t iể ả 23

7 Tính toán b l ng ng t IIể ắ đứ đợ 26

8 Tính toán b nén bùn ngể đứ 28

9 B Mêtanể 30

10 Sân ph i bùnơ 33

11 Tr m kh trùngạ ử 35

12 Tính toán máng tr nộ 37

13 Tính toán b ti p xúcể ế 38

14 Thi t b o l u l ngế ị đ ư ượ 40

Song song với môn học "Xử lý nước thải", sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật môitrường phải làm đồ án môn học Mục đích đồ án là tập cho sinh viên làm quen với việc tổchức xử lý và thiết kế công trình xử lý nước thải cho Thành phố, công việc này cũng là mộtphần công việc tương đối lớn khi làm Đồ án tốt nghiệp.

Xuất phát từ mục đích đó, đồ án môn học "xử lý nước thải" của em được thầy hướngdẫn giao cho các số liệu và nhiệm vụ bao gồm:

2 Điều kiện khí hậu của Thành phố

 Hướng gió chủ đạo: Đông Bắc

 Nhiệt độ trung bình năm của Thành phố: 27 độ

3 Số liệu về nước thải của Thành phố:

a) Nước thải sinh hoạt:

 Dân số Thành phố: 12.000 người

 Tiêu chuẩn thải nước trung bình: 180 l/ng.ngđ

b) Nước thải sản xuất:

Số liệu về nước thải Tên nhà máy

c) Nhiệt độ trung bình của hỗn hợp nước thải SH và SX về mùa đông : 18.5 độ

4 Tài liệu về địa chất công trình, địa chất thủy văn và sử dụng đất đai xung quanh khuvực trạm xử lý :

a) Địa chất công trình :

Các lớp đất Chiều dày

Đất trồng trọt 0m đến 0.5m

Sét lẫn sỏi sạn kết 4.5m đến 8.5mb) Mực nước ngầm :

c) Đặc điểm nguồn nước :

Lưu lượng nhỏ nhất tại điểm tính toán (m3/s) 12

Chiều sâu trung bình của nước trong nguồn (m) 1.5

Khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán :

17001300Nhiệt độ trung bình của nước về mùa hè (oC) 24

Hàm lượng chất lơ lửng về mùa hè (mg/l) 9.0

d) Sử dụng đất đai xung quanh khu vực xây dựng trạm xử lý : trồng hoa màu, trồnghoa màu,trồng rau xanh…

1 Lưu lượng nước tính toán

1.1 Lưu lượng nước thải sinh hoạt

N : Số dân thành phố

qo : Tiêu chuẩn thải nước thành phố (l/ng.ngđ)

1.2 Lưu lượng nước thải sản xuất

Nhà máy thứ nhất : - Lưu lượng Q1

sx = 450 (m3/ng.đ)Nhà máy thứ hai : -Lưu lượng Q2

sx =320 (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 lưulượng nước thải sản xuất là phân phối đều theo các giờ trong ngày

Lưu lượng tính toán ngày đêm:

Qtt = 2160 + 450 + 320 = 2930 (m 3 /ng.đ)

Lưu lượng tính toán giờ max:

Qh max =

24

32045033.224

24

320450100

55.1

N× o 0000 180 1000 ×

Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố

2.1 Nước thải sinh hoạt

Hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước thải sinh hoạt

1000

35×

= 194.44 (mg/l)

×

SX i SH

SX i

XS i sh

sh

QQ

QCQ

C

=

2930

320250450240216055

=289.42 (mg/l) Hàm lượng BOD có trong hỗn hợp nước thải

×

SX i SH

SX i

SX i sh

sh

QQ

QLQ

Dân số tính toán : Ntt = Nthực + Ntđ trong đó :

Nthực : Dân số thực của thành phố = 12000 (người)

Ntđ : Dân số tương đương, là dân số được quy đổi của thành phố

• Quy đổi theo hàm lượng cặn lơ lửng:

Nc

c

SX i

SX ia

QC

=

55

320450450

SX ia

QL

=

35

320450

165× +190×

= 3859 (người)

⇒ Ntt = 12000 + 3859 = 15859 (người)

Chương 2: 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= a×QqS +q

trong đó:

QS : Lưu lượng nước sông, Qs = 12 (m3/s)

q : Lưu lượng nước thải lớn nhất, q = 0,067 (m3/s)

a : Hệ số pha loãng được xác định theo công thức:

a 3

1

31

x e q Q

x e

×

×ζγ

với γ là hệ số khúc khuỷu của sông

γ = x x 16001700 1,0625th¼ng

=

=

ζ hệ số phụ thuộc vào vị trí xả nước thải, ζ =1 (thiết kế họng xả nước thải gần bờ)

E là hệ số khuếch tán rối E =

200

1.50.29200

31700339

.0

−+

0.238× +

= 43.5 (lần)

1.2 Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết

Theo hàm lượng cặn lơ lửng có :

Cn.thải = a×qQS +1×b+Cnguån

 Cnguồn : Hàm lượng cặn của nước nguồn trước khi xả nước thải, Cnguồn = 9 (mg/l)

 b : Độ tăng hàm lượng cặn cho phép, b = 0,75 ÷ 1 (mg/l); chọn b =0,75 ( mg/l)

hhC

cf K.t

ng cf K.t -

-S

10

L10

LL10q

Qa

Lcf : Hàm lượng BOD cho phép, Lcf = 4 (mg/l) vì nguồn loại I

Lng : Hàm lượng BOD có trong nước nguồn, Lng = 2.6 (mg/l)

Ta có:

0,0678 0.138 - 0,0678

0,138

30 10

2.6 4 10

0.067

12 0.238

Tuy vậy, theo tiêu chuẩn 188-1996 quy định nồng độ giới hạn cho phép của BOD5 khi xả

nước thải vào nguồn loại I 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 BOD:

• Không kể đến khuếch tán Oxy bề mặt

0.4x0.067

0.23810

40,4LO

q0,4

Qa

−

•Theo hàm lượng chất lơ lửng là 85.6%

•Theo BOD thì mức độ xử lí là 89.44%

•Theo hàm lượng OXY hoà tan không kể đến sự khuếch tán OXY bề mặt là 40.02%

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 cácphương án được trình bầy sau đây

Rác nghiền Cát

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 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

Song Chắn rác

Bể Lắng cát chuyển động vòng

Bể lắng trong kết hợp lên men

Bể lắng đứng đợt II

Máng trôÂn

Bể MÊ TAN

Bể tiếp xúc

Phục vụ nông nghiệp

SÂN PHƠI BùN

Khử trùng

Máy nghiền rác

Sân phơi cát

Bể biophin cao tải

Bể nén bùn

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến “Bể lắng trong kết hợp ngăn lên men”, tạiđây các chất không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ, được giữ lại và lên men Cặnlắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể lọc sinh học Aeroten tạiđây những chất hữu cơ hoà tan dưới tác dụng của bùn hoạt tính được phân huỷ.

Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lý, tuần hoànlại một phần bùn hoạt tính về trước bể, lượng bùn hoạt tính dư được đưa qua bể nén bùngiảm dung tích, sau đó được đưa đến bể Mêtan

Sau bể Aeroten,một phần hàm lượng cặn không lắng hết trong bể do vậy nước sau bểAEROTEN được chuyển sang bể lắng đứng để lọc Mặc dù hàm lượng cặn và BOD trongnước 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 vụnày gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc Sau các công đoạn đó nước thải được xả ranguồn tiếp nhận

Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mêtan đưa ra sânphơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nôngnghiệp

Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý

tính dư

Thuyết minh phương án II

ở phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố được máy bơm ở trạmbơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp đến ngăn tiếp nhận Qua song chắnrác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến bể Mêtan để lên men còn nước thải đã

Song Chắn rác

Bể Lắng cát ngang

Bể lắng trong kết hợp lên men

Bể lắng đứng

Máng trôÂn

Bể MÊ TAN

Bể NéN BùN

Bể tiếp xúc Phục vụ nông

Bể aeroten trộn

được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ở đây ta thiết kế bể lắng cátngang 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 trong kết hợp ngăn lên men”, tạiđây các chất không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ, được giữ lại và lên men Cặnlắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể lọc sinh học Aeroten tạiđây những chất hữu cơ hoà tan dưới tác dụng của bùn hoạt tính được phân huỷ

Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lý, tuần hoànlại một phần bùn hoạt tính về trước bể, lượng bùn hoạt tính dư được đưa qua bể nén bùngiảm dung tích, sau đó được đưa đến bể Mêtan

Sau bể Aeroten,một phần hàm lượng cặn không lắng hết trong bể do vậy nước sau bểAEROTEN được chuyển sang bể lắng đứng để lọc Mặc dù hàm lượng cặn và BOD trongnước 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 vụnày gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc Sau các công đoạn đó nước thải được xả ranguồn tiếp nhận

Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mêtan đưa ra sânphơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nôngnghiệp

Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý

Chương 3: Tính toán các công trình xử lý 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 trongtrường hợp này người ta phải xây dựng những ngăn tiếp nhận có nắp đậy

Kích thước ngăn tiếp nhận được chọn căn cứ vào lưu lượng nước thải max giờ của Thànhphố, theo tính toán ở trên ta có QhMAX(TP) = 241.78 (m 3 /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/

Chọn mương dẫn nước thải đến ngăn tiếp nhận là mương hình chữ nhật

Chọn tiết diện có b = 800 (mm), tính toán thủy lực ta có bảng số liệu như sau:

60 0 h

l2

I I

MÆt c¾t I -I

MÆt b»ng 1

 q : Lưu lượng tối đa của nước thải, q = 0,067(m 3 /s)

 v : Vận tốc nước chảy qua các khe hở của song chắn rác, lấy v=0.7m/s

 h : Độ sâu của nước ở chân song chắn rác, h = hmax = 0,50 (m)

Số thanh của một thiết bị chắn rác là: 12+1=13 (thanh)

2.1 Chiều rộng buồng đặt song chắn rác:

Bs= d.(n+1) + b n

trong đó :

k v h b

×

×

Kiểm tra vận tốc dòng chảy qua song chắn rác với lưu lượng nhỏ nhất

Vmin =

min s

minhB

q

× = 0.296 0.2

01821.0

× =0,308(m/s) thỏa mãn

2.2 Chiều dài máng đặt song chắn rác

Chiều dài máng : L = l1 +Lp + l2

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 β =200 ⇒ l1 = 0

202

25.0296.0

2.3 Chiều dài buồng đặt song

Chiều dài buồng đặt song ls lấy không nhỏ hơn 1(m) do đó ta chọn ls = 1,5 (m)

0,0082,42

+ α = 600 ; β = 2,42

⇒ hs = 1,05 0,022

9,812

0,70,8322 2

2.6 Lượng rác giữ lại sau song chắn rác

Lượng rác giữ lại trên thiết bị chắn rác có khe hở 0.016 m là 8 l/người.năm Nừu tiêu chuẩnthoát nước là q0=150 l/người.ngày ,thì số dân dùng để tính toán thiết bị chắn rác là:

150

10002930

Sơ đồ cấu tạo của bể được mô tả ở hình vẽ sau:

Sơ đồ bể lắng cát ngang nước chuyển động vòng

Theo bảng 4.1 / Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Lâm Minh Triết, 1973/" ta

có các kích thước cơ bản của bể ứng với lưu lượng mỗi bể:

2

qmax

= 2

2 Chiều cao hình chữ nhật h1 = 500

3 Chiều cao hình tam giác h2 = 250

Số liệu tính toán Lưu lượng tính toán, (l/s)

×

=

2

0,250,4×

ω

= 0,0620,4 = 0,155 (m)

Diện tích ướt của máng vòng ứng với lưu lượng nhỏ nhất là:

ωmin = ω1 + B × [h1− (Hmax - Hmin)]

trong đó:

 Hmax : Độ đầy trong mương dẫn nước vào bể ứng với lưu lượng max, Hmax = 0,65 (m)

 Hmin : Độ đầy trong mương dẫn nước vào bể ứng với lưu lượng min, Hmin = 0,30 (m)

 Các số liệu khác đã có ở trên

l(s)

trong đó:

 l : Chiều dài phần lắng, do nước chuyển động vòng nên l được tính theo công thức:

l= π× Dtb = 3,14× 3,1 = 9,734 (m)

I I

123

4

Mặt bằng sân phơi cát

Ra sân phơi cát

 Vmax : Tốc độ chuyển động của nước ứng với lưu lượng max, Vmax = 0,3 (m/s)

Do đó: t = 9,7340,3 = 32,5 (s) > 30 (s) nên thoả mãn

Cát được lấy khỏi bể lắng cát bằng thiết bị nâng thuỷ lực một lần trong một ngày đêm vàđược dẫn đến sân phơi cát

Lượng cát được tính theo công thức:

Wc=

1000

tNP

TT×

×

trong đó:

 P : Tiêu chuẩn thải cát, P = 0,02 (l/ng.ngđ)

 t ; Chu kỳ thải cát, xét lượng cặn tích luỹ trong ngày đêm nên lấy t = 1 (ngày)

 NTT : Dân số tính toán theo chất lơ lửng

Do đó: Wc =

1000

10,02×19534×

= 0,39 (m 3 ) là lượng cặn tích luỹ trong một ngày.

Để vận chuyển thuỷ lực 1 (m 3 ) cặn cát ra khỏi bể lắng cát cần tiêu thụ 0,5 (m 3 ) nước Như

vậy lượng nước và cát tích luỹ trong một ngày là:

W = Wc× (1+0,5) = 0,39× 1,5 = 0,59 (m 3 )

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 dẫntrở về trước bể lắng cát Sơ đồ sân phơi cát được thể hiện như hình vẽ

Ra sân phơi cát

Diện tích sân phơi cát được tính theo công thức:

F=

h1000

365N

 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 = 76667(người)

41000

36519534

Thiết kế sân phơi cát gồm một ô với kích thước mỗi ô là 3m × 12m, sơ đồ như hình trên

5 Tính toán bể lắng trong kết hợp lên men

Nước thải sau khi qua bể lắng cát ngang chuyển động vòng được dẫn đến bể lắng trong kếthợp lên men , bố trí 4 bể lắng trong kết hợp lên men trên mặt bằng

Sơ đồ bể lắng được minh hoạ như hình vẽ như sau

a)Phần lắng trong

Thể tích buồng tụ phần lắng trong được xác định theo công thức:

10004

602016,671000

Trong đó

qmax: lưu lượng nước thảI max,l/s

tdt : thời gian nước lưu lại trong buồng đông tụ,tdt thường chọn là 20 phút

Thể tích ngăn lắng của bể lắng trong được xác định theo công thức:

10004

607516,671000

1007.01042,2892930)

100(

QxCxEx

(T/ng.đ)Trong đó : E_ hiệu suất lắng;

n_ số ngăn lắng;

C_ hàm lượng chất lơ lửng trong nước thảI ,mg/l;

Q_ lưu lượng nước thảI,m3/ngày;

m d

Thể tích tổng cộng của bể lắng trong kết hợp lên men là:

W = W1 + W2 =95.71+ 60 =155.71 (m3)

Biết được thể tích bể ta có thể xác định được kích thước bể theo bảng sau

Đường kính D,m Chiều cao phần hình trụ h,m Thể tích công tác W,m3

6.Tính bể biophin cao tải

Nước thải sau khi đã lắng cặn ở bể lọc trong kết hợp lên men được dẫn đến biophin cao tảI(trong trường hợp đang xét cần bố trí trạm bơm để đưa nước thảI đến bể biophin cao tải).Quá trình xử lý sinh học hoàn toàn được thực hiện ở công trình này

Chiều cao công tác của biophin cao tảI được chọn phụ thuộc vào mức độ cần thiết làm sạchnước thải

Chiều cao công tác của bể phụ thuộc vào BOD20 của nước thảI sau khi xử lý,với yêu cầu xử

lý sinh học hoàn toàn:LT=15 mg/l,chọn chiều cao công tác của biophin cao tảI H=4 m

LHH=K x LT = 12 x 15 =180 mg/l

Trong đó K- hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình về mùa đông của nước thảI

Vì BODcủa nước thảI dẫn vào biophin cao tải: La=189,43 mg/l lớn hơn LHH=180 mg/l do đócần dẫn nước tuần hoàn đến biophin cao tải

Hệ số tuần hoànđược tính theo công thức:

15180

18043.189

HH a

L L

1(

=

×+

m2

Trong đó: Q_ lưu lượng trung bình ngày đêm ,m3/ng.đ

N_tải trọng cho phép tính bằng gBOD20 trên 1 m2 diên tích trong ngày đêm.Thể tích tổng cộng của lớp vật liệu lọc:

W= H x F = 4 x 123.9 = 495.6(m3)

Lớp vật liệu lọc :đá dăm ,cuội sỏi và keramzit

TảI trọng thuỷ lực trên bề mặt biophin được tính theo công thức :