đề xuất phương án và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải

trình bày đề xuất phương án và tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Trang 1

Chương 4 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHO TÒA NHÀ SAIGON-CASTLE

Trang 2

4.1 CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ CÁC YÊU CẦU XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Bất cứ một loại nước thải nào khi lựa chọn các phương pháp xử lý cần quan tâm:

• Tính chất của loại nước thải cần xử lý

Mỗi loại nước thải có tính chất hoá lý, sinh học khác nhau, các thông số ô nhiễm khác nhau Tính chất của nước thải phụ thuộc vào từng loại hình sản xuất riêng biệt, từng loại sản phẩm khác nhau Ngay cả những nhà máy có cùng loại sản phẩm thì tính chất của những nhà máy đó cũng không hẳn giống nhau do có sự khác nhau về công nghệ sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm đầu vào… Có thể nói rằng tính chất của nước thải quyết định lớn nhất đến khả năng xử lý và phương pháp xử lý

• Điều kiện tự nhiên, đặc điểm khí hậu của khu vực.

Việc xây dựng các công trình xử lý nước thải cần lưu tâm nhiều đến điều kiện tự nhiên như khí hậu, địa hình, điều kiện thuỷ văn, diện tích mặt bằng… Có thể công nghệ xử lý là phù hợp và đạt kết quả tốt trên mô hình nhưng khi xây dựng thực tế lại không đạt được hiệu quả như mong muốn đó là do chịu sự ảnh hưởng của các điều kiện tự nhiên Ngoài ra, các yếu tố tự nhiên còn ảnh hưởng lớn đến độ bền của công trình theo thời gian

• Điều kiện kinh tế của đơn vị

Bất kì một loại nước thải nào cũng có thể xử lý được Tuy nhiên, xử lý với công nghệ nào để phù hợp với điều kiện kinh tế của nhà máy là điều đáng quan tâm Phải xây dựng hệ thống xử lý sao cho nước thải sau xử lý nằm trong giới hạn cho phép với chi phí sao cho nhà máy có thể chấp nhận được

• Yêu cầu về các thông số ô nhiễm cần đạt được.

Trong quá trình lựa chọn phương pháp và công nghệ xử lý cần xác định mục tiêu cần đạt được để đề xuất công nghệ cho hợp lý vì mỗi tiêu chuẩn xả thải khác nhau sẽ làm thay đổi yêu cầu công nghệ

• Diện tích mặt bằng của đơn vị

Trang 3

4.2 ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

4 12 Sự cần thiết của việc xử lý nước thải sinh họat

Nuớc thải của tòa nhà SÀIGÒN CASTLE có tải lượng ô nhiễm cao, vượt qua TCVN 6772 – 2000 nhiều lần Nước thải của tòa nhà này đổ trực tiếp ra sông Bần Đôn, nên cần phải có biện pháp kiểm soát ô nhiễm nước thải, trong đó xử lý nước thải là một yêu cầu hết sức cần thiết

4 22 Đề xuất phương án xử lý nước thải

• Các thông số tính toán thiết kế

- Lưu lượng nước thải ngày đêm : 1286 m3/ngày đêm

- Lưu lượng nước thải từ các

nhà vệ sinh theo ngày trung bình : 552 m3/ngày đêm

- Lưu lượng nước thải từ các hoạt động

tắm giặt, rửa… theo ngày trung bình : 734 m3/ngày đêm

- Lưu lượng nước thải trung bình giờ : 53,58m3/giờ

- Lưu lượng nước thải lớn nhất giờ : 107,16 m3/giờ

- Lưu lượng nước thải lớn nhất giây : 37,2 l/s

Bảng 4.1: Các thông số đầu vào của nước thải tại toà nhà Saigon-Cassle

Bảng 4.2: Các thông số đầu ra của nước thải mức II (TCVN 6772 - 2000)

Trang 4

Nhận xét: Các thông số ô nhiễm trong nước thải của đơn vị là tương đối lớn

Các thông số này vượt quá nhiều lần so với TCVN 6772 - 2000; BOD5 gấp hơn 11,3 lần, SS gấp hơn 4 lần Nhưng nhìn chung đặc trưng cơ bản của nước thải tại toà nhà là ô nhiễm hữu cơ nồng độ cao

• Phương án xử lý nước thải đề xuất

Trang 5

Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải đề xuất cho tòa nhà SAIGON - CASTLE

Trang 6

• Thuyết minh công nghệ

Song chắn rác là công đoạn xử lý sơ bộ đầu tiên trong hệ thống xử lý nhằm loại bỏ tạp chất bẩn có kích thước lớn để tránh ảnh hưởng đến các công trình xử lý sau, đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc của hệ thống

Nguyên tắc hoạt động của bể phân hủy là lắng cặn, phân hủy và lên men cặn lắng hữu cơ trong môi trường hiếm khí Nước thải chứa phân của các khu vệ sinh sẽ được các ống thải kín đưa thẳng vào bể phân hủy nhằm giữ lại và xử lý cặn hữu cơ với hiệu quả đạt 40% ÷ 50% Nước thải sau đó sẽ được đưa sang bể điều hoà

Nước thải sau khi qua song chắn rác được loại bỏ các tạp chất có kích thước lớn và nước thải từ bể tự hoại sẽ được tập trung vào hầm tiếp nhận

Nước thải từ hầm tiếp nhận được đưa vào bể điều hòa Trong bể điều hòa phải có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa trộn đều nồng độ chất bẩn trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng, vi sinh vật kị khí phát triển trong bể

Trang 7

Nước thải từ bể Aerotank đưa sang bể lắng II, có nhiệm vụ lắng trong nước sau khi xử lý sinh học và một phần bùn hoạt tính được bơm tuần hoàn lại bể aerotank, một phần khác sẽ được đưa về bể chứa bùn.

Sau khi qua bể lắng II, nước thải đã được kiểm soát các chỉ tiêu về hóa, lý, giảm được phần lớn các vi sinh vật gây bệnh nhưng vẫn chưa an toàn cho nguồn tiếp nhận Do đó, cần phải có khâu khử trùng trước khi thải ra ngoài

Bùn sau lắng ở bể lắng I và một phần bùn sau lắng ở bể lắng II được định kì bơm lên bể chứa bùn Tại đây, bùn được nén lại và định kì bơm ra dùng bón cây

4 13 Song chắn rác

4 1.13 Chức năng

Song chắn rác có nhiệm vụ tách rác và các tạp chất thô có kích thước lớn ở trong nước thải, tạo điều kiện cho các công trình xử lý phía sau Việc sử dụng song chắn rác sẽ tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và hư hỏng bơm do rác gây ra

4 1.23 Tính toán

Giả sử tốc độ dòng chảy trong mương vs = 0,7 m/s Chọn bề rộng của mương là

BK = 0,2m Vậy chiều cao lớp nước trong mương là:

K s

h

B v

Q h

*

* 3600

2 max ) (

= = 360061*0,16,7*0,2= 0,12m

Với:

max )

( h

Q : Lưu lượng nước thải( tắm, giặt, nấu ăn…) theo giờ lớn nhất,

2

max )

( h

Q = 61,16 m3/h

1 Số lượng khe hở giữa các thanh

Trang 8

z s

K v h b

6 , 0

* 12 , 0

* 10 16

02133 , 0

( s

Q : Lưu lượng nước thải( tắm, giặt, nấu ăn…) theo giây lớn nhất,

2

max )

( s

Q = 21,33 l/s = 0,02133 m3/s

+ b: khoảng cách giữa các thanh, m ; chọn b = 16 mm

+ h1: Chiều sâu lớp nước trước song chắn, m, chọn h1 =h= 0,12 m

+ v: Vận tốc trung bình qua khe hở, m/s ; vtb ≥ 0,4 m/s, chọn v = 0,6 m/s+ Kz: Hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy, Kz = 1,05

2 Bề rộng thiết kế song chắn rác

BS = S(n-1) + b*n

Trong đó:

+ b: chiều rộng khe hở, m

+ S: chiều dày song chắn rác, m (chọn S = 0,008m)

B B

1

Trong đó:

+ BK: Bề rộng của mương, m ( chọn BK = 0,2 m )

+ ϕ: Góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác, ϕ = 200

=> 1 0

20 2

2 , 0 472 , 0

v

* 2

81 , 9

* 2

6 , 0

* 83 , 0

2

= 0,046 (m)

Trang 9

Trong đó:

+ v: Vận tốc dòng chảy trước song chắn, v= 0,6 m/s

+ K: Hệ số tính đến việc tăng tổn thất áp lực do rác bám, K =3

+ ξ: Hệ số tổn thất áp lực cục bộ, được tính bằng công thức:

+ α: Góc nghiêng đặt song chắn rác so với mặt phẳng nằm ngang,

(chọn α = 600)

+ β: Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh đan, chọn thanh đan có tiết diện hình chữ nhật, β= 2,42

+ S: Chiều dày song chắn rác, m

+ b: Khoảng cách giữa các thanh, m

4 3

3

60 sin

* 10 16 10 8

* 42 , 2

+ h1: Chiều cao của mương dẫn nước thải, h1 = 0,12 m

+ hS: Tổn thất áp lực của song chắn rác, hS = 0,046 m

+ hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3 m

= 0,538 (m)

7 Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác

L = 11 + l2 + lS

Trong đó:

Trang 10

+ l1: Chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn rác, m

+ l2: Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác, m

+ lS: Chiều dài buồng đặt song chắn rác, m (chọn lS = 0,9 m)

4 Số khe hở giữa các thanh (n) khe 20

5 Chiều rộng khe hở (b) mm 16

6 Chiều dày song chắn rác (S) mm 8

4.3.2 Bể tự hoại

4.3 12 Chức năng

Là công trình xử lý sinh học bước đầu của hệ thống xử lý nước thải, trong đó các tác nhân gây ô nhiễm được phân hủy bởi các vi sinh vật dưới điều kiện kỵ khí Sự chuyển hóa sinh học xảy ra theo các hướng sau: Chuyển hoá các chất hữu cơ thành khí sinh học và các sản phẩm hữu cơ đơn giản hơn

- Giảm một phần N, P do vi sinh vật sử dụng để xây dựng tế bào

4.3 22 Tính toán

Công trình SAIGON CASTLE là một tổ hợp gồm 8 khối nhà gồm 16 lốc chung

cư Do đó lưu lượng nước thải sinh hoạt của mỗi lốc là:

552 : 16 =34,5 m3/ngđ

Đặt khối A1 và khối A2 chung 1 bể tự hoại; khối C1 và khối C2 chung 1 bể tự hoại

Trang 11

Các khối B1, B2, B3, B4 mỗi khối đặt một bể tự hoại.Do đó ta có tổng cộng 6 bể với lưu lượng từng bể như sau:

- Bể 1 ( của khối A1 và khốiA2 ): 34,5 x 2 = 69 m3/ngđ

- Bể 2 ( của khối C1 và khốiC2 ): 34,5 x 2 = 69 m3/ngđ

- Bể 3,4,5,6 ( của các khối B1, B2, B3, B4 ): 34,5 x 3 = 103,5 m3/ngđ

Theo tiêu chuẩn thiết kế (TCXD – 51 – 84), lưu lượng nước thải sinh hoạt 69

m3/ngđ và 103,5 m3/ngđ, chọn bể tự hoại ba ngăn để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt

1 Thể tích tính toán chung của 1 bể tự hoại: lấy không nhỏ hơn lưu lượng nước

thải trung bình trong 1 ÷ 2 ngày đêm ( Điều 7.32 – TCXD – 51 -84), chọn 2 ngày đêm để tính toán, khi đó:

+ W1, W2, W3, W4, W5 , W6 : Thể tích bể 1, bể 2, bể 3, bể 4, bể 5, bể 6

2 Thể tích ngăn thứ nhất bằng ½ thể tích tổng cộng :

- Thể tích ngăn 1 của bể 1 và bể 2

Trang 12

- Thể tích ngăn 2 và ngăn 3 của bể 3, bể 4, bể 5 và bể 6

W’b = W’c = 0,25 x 207 = 51,75 m3

4 Chiều sâu công tác ở các ngăn của bể tự hoại:

- Bể 1 và bể 2

Lấy chiều sâu công tác bằng 2m Khi đó diện tích các ngăn của bể tự hoại là:

F1 =F2 = W H1 = 1382 = 69 m2

- Bể 3, bể 4, bể 5 và bể 6

Lấy chiều sâu công tác bằng 2,5m Khi đó diện tích các ngăn của bể tự hoại là:

F3 =F4 = F5 = F6 = W H3 = 2072,5 = 82,8 m2

Chọn kích thước H x B x L của các ngăn như sau:

- Bể 1 và bể 2

• Ngăn thứ I: H1 x B1 x L1 = 2 x 3 x 11,7

• Ngăn thứ II và thứ III: H2,3 x B2,3 x L2,3= 2 x 3 x 5,75

- Bể 3, bể 4, bể 5 và bể 6

• Ngăn thứ I: H1 x B1 x L1 = 2,5 x 3,5x 11,8

• Ngăn thứ II và thứ III: H2,3 x B2,3 x L2,3= 2,5 x 3,5 x 5,9

Hàm lượng chất bẩn sau khi qua bể tự hoại giảm và tính như sau:

• Hàm lượng chất lơ lửng giảm 45%, tức là chất lơ lửng còn lại trong nước thải:

Trang 13

+ t: thời gian lưu nước, h ( chọn t = 15 phút = 0,25 h )

- Chọn chiều cao phần nước của hầm bơm tiếp nhận (h) là 3 m, chiều cao bảo vệ

hs=0,5 Do đó chiều cao tổng cộng của hầm tiếp nhận là H = 3,5m

- Kích thước bể L x B = 3,5 x 2,6

Bảng 4.4: Số liệu thiết kế hầm tiếp nhận

4.3.4 Bể điều hòa

+ V lt: Thể tích lý thuyết của bể điều hòa, m3

Trang 14

+ Qh

max: Lưu lượng theo giờ lớn nhất, m3/h

+ t: Thời gian lưu nước trong bể điều hòa, h (chọn t = 1,5 h)

Thể tích bể điều hòa thực tế bằng 120% thể tích bể điều hoà lý thuyết

V tt= 120% * V lt= 120% * 160,7= 192,8 (m3)

2 Kích thước bể điều hoà

- Chọn hình dạng bể điều hòa là hình chữ nhật, chiều sâu của bể (h) bằng 4m

192 =

= (m2)

- Chọn kích thước của bể là B x L = 6 m x 8m

Chọn mực nước thấp nhất (hmin) trong bể điều hòa để đảm bảo mực nước cho bơm hoạt động là 0,5m

- Thể tích cần thiết

3 Lượng khí cần thiết sục khí trong bể điều hòa

Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hòa cần cung cấp một lượng không khí thường xuyên

- Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa

V

* v

Lkk = k = 0 , 01 * 216 * 60 = 129,6 (m3/h)

Trong đó:

+ V: Thể tích bể điều hòa, m3

Trang 15

+ v k: Tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, m3/m3.h

(Theo Trịnh Xuân Lai – 2000 – Thiết kế các công trình XLNT: vk = 0,015) Chọn v k=0,01 m3/m3.phút

0,01 Vận tốc khí trong ống chính là 10-15 m/s, chọn vống = 10 m/s

4 Đường kính ống dẫn khí vào bể

3600 v

L 4 d

ống

khí ống = π = 3,144**10129*,36006 = 0,068 (m) = 68 (mm)

6 1 7 ,

0 − = − =

Chọn 8 ống

Trong đó:

+ B: chiều rộng bể điều hòa (m)

- Đường kính các lỗ trên ống nhánh 2÷5mm, chọn θlỗ = 4mm= 4 10−3m

- Vận tốc khí qua lỗ 5÷20m/s, chọn v lỗ= 15m/s

- Diện tích 1 lỗ trên ống nhánh

)10.4.(

14,34

6 ,

10 240

F

(lỗ)

- Số lỗ trên 1 ống nhánh

Trang 16

+ hd: Tổn thất áp lực cục bộ (m)

+ hf: Tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối (m), hf ≤ 0,5m; chọn hf = 0,5+ Tổng tổn thất hd, hc ≤ 0,4m, chọn hd + hc = 0,4

+ H: chiều sâu lớp nước trong bể (m)

=> Hc = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 (m)

- Năng suất yêu cầu của máy nén khí không nhỏ hơn lượng khí cung cấp cho bể

s m h

m

L khí = 129 , 6 3 / = 360 10 − 4 3 /

- Áp lực của không khí

) ( 46 , 1 33

, 10

) 7 , 4 33 , 10 ( 33

, 10

) 33 , 10 (

P

P [(

e n 7 , 29

GRT

1

2 1

(Theo TS Trịnh Xuân Lai- Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải)

Trong đó:

+ Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí (kW)

+ G: Trọng lượng của dòng không khí (kg/s)

G = L khí ρ khí = 360.10-4 * 1,3 = 0.047 (kg/s)

+ R: hằng số khí, R = 8,314 KJ/Kmol.0K

+ T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T1 = 273 + 25 = 2980K

+ P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1atm

+ P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra = Pm +1

+ Pm: Aùp lực máy nén khí tính theo atmosphere

Trang 17

1 395 , 1 K

1 K

n = − = − =

(K= 1,395 đối với không khí)

+ e: hiệu suất của máy 0,7 ÷ 0,8, chọn e = 0,7

+ 29,7: hệ số chuyển đổi

1

48 , 1 [(

7 , 0

* 283 , 0

* 7 , 29

298

* 314 , 8

* 047 ,

4 Đường kính ống dẫn khí vào bể ( ống

d

6 Số lỗ trên 1 ống nhánh (n lỗ) lỗ 24

7 Đường kính 1 lỗ trên ống nhánh (θ lỗ) mm 4

1 Kích thước bể lắngI

- Chọn thời gian lưu nước t = 1,5h

(Theo trịnh Xuân Lai – Tính tóan thiết kế các công trình XLNT: t = 1,5 ÷ 2,5h)

- Diện tích của bể

Trang 18

= 53108,58 = 0,5 (m2)Trong đó:

+ v2: vận tốc nước chảy trong ống trung tâm, chọn v2 = 30 mm/s = 108 m/h

- Đường kính ống trung tâm

Dống =

π

ong F

4

= 2,8 (m)

Trang 19

Trong đó:

+ α: Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn

500 (Điều 6.5.9 – TCXD-51-84) Chọn α = 500

+ dn: Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,6m

- Chiều cao tổng cộng của bể

H = h0 + hn + hbv = 3,78 + 2,8 + 0,3 = 6,88 (m)

Trong đó:

+ hbv: Khoảng cách từ mực nước đến thành bể, chọn hbv = 0,3 m

- Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 3,78m

- Chiều cao của phần ống loe lấy bằng đường kính miệng loe của ống trung tâm và bằng 1,08m

2 Tính toán lượng bùn sinh ra

- Hiệu quả khử SS

RSS = a+t b*t=0,0075+1,05,014*1,5= 42,25 (%)

Trong đó:

+ SSS: Hiệu quả khử SS,%

+ a,b: Hằng số thực nghiệm

(Theo trịnh Xuân Lai – Tính tóan thiết kế các công trình XLNT: chọn a= 0,0075;

b =0,014)

+ t: thời gian lưu nước, h

- Lượng bùn sinh ra mỗi ngày

Trang 20

+ Q: lưu lượng nước thải theo ngày, m3/ng.đ

- Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày

Vbùn = C G = 11975,5 = 1,59 (m3/ng.đ)

Trong đó:

+ C: hàm lượng chất rắn trong bùn, (C = 40 ÷ 120 g/l), chọn C = 75g/l= 75 kg/m3

- Hàm lượng SS còn lại trong dòng ra

SSra = SSvào - SSvào * Rss = 220 – 220 * 42,25% = 127,1 (mg/l)

Bảng 4.6 : Số liệu thiết kế bể lắng I STT Tên thông số (ký hiệu) Đơn vị Số liệu

4 Chiều cao phần hình nón bể lắng I m 2,8

5 Chiều cao tổng cộng của bể lắng I m 6,88

4.3 16 Chức năng

Nước thải sau khi qua bể lắng I được dẫn qua bể Aeroten Tại đây, nhờ có hệ vi sinh vật hiếu khí có sẵn trong bể, sẽ oxy hoá lượng chất hữu cơ có trong nước thải Một phần lượng bùn ở bể lắng đợt 2 được tuần hoàn lại bể Aeroten, phần còn dư đưa vào bể nén bùn

4.3 26 Tính toán

1 Các thông số tính toán

- Kết quả thực nghiệm tìm được các thông số động học như sau:

Kd = 0,0631 (ngày-1); Y = 0,5565mg bùn hoạt tính/mg COD

K = 1,43 (ngày-1); KS = 42,5 (mg COD/l)

Trang 21

- Các thông số khác áp dụng để tính toán quá trình bùn hoạt tính làm thoáng kéo dài:

+ Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể: X = 2500 (mg/l)

+ Hàm lượng bùn tuần hoàn: Xr = 8000 (mgSS/l)

+ Thời gian lưu bùn trong bể: θc = 8 ngày

+ BOD5 : COD = 0,68

+ Độ tro của cặn hữu cơ: Z = 0,3 (70% là bùn hoạt tính)