Thiết kế hệ thống xử lý chất thải sinh hoạt khu dân cư 72.000 dân

Luận văn về thiết kế hệ thống xử lý chất thải sinh hoạt khu dân cư 72.000 dân

MỤC LỤC

PHẦN MỘT : GIƠÍ THIỆU CHUNG ĐỒ ÁN 2

PHẦN HAI : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 3

I XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI 3

II XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ BẨN CỦA NƯỚC THẢI : 4

III XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ CẦN THIẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI : 4

IV TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 5

IV.1.LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA TRẠM XỬ LÝ 5

IV.2.TÍNHNGĂNTIẾPNHẬNNƯỚCTHẢI 7

IV.4.BỂLẮNGCÁTCÓTHỔIKHÍ 10

IV.5. TÍNHTOÁNBỂLÀMTHOÁNGSƠBỘ 13

IV.6. BỂAEROTEN 14

IV.7. TÍNHTOÁNBỂLẮNGLYTÂMĐỢTII 16

IV.8. TÍNHTOÁNBỂNÉNBÙN 18

IV.9. TÍNHTOÁNBỂMÊTAN 19

IV.10. TÍNHTOÁNCÔNGTRÌNHLÀMRÁONƯỚCTRONGCẶN 23

IV.11. TÍNHTOÁNKHỬTRÙNGNƯỚCTHẢI–TÍNHTOÁNBỂTIẾPXÚC .24

FO

PHẦN MỘT : GIƠÍ THIỆU CHUNG ĐỒ ÁN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Con người và môi trường có quan hệ mật thiết đối với nhau Trong lịch sử phát triển của con người, để giải quyết các nhu cầu thiết yếu của cuộc sống cũng như sự gia tăng dân số một cách nhanh chóng trong thời gian gần đây đã và đang gây ra nhiều tác động đến sự cân bằng sinh học trong hệ sinh thái Thiên nhiên bị tàn phá môi trường ngày càng xấu đi đã ảnh hưởng trực tiếp lên sức khoẻ con người, mỹ quan đô thị cũng như các loài động thực vật Khi khai thác thì ít ai quan tâm đến việc vận chuyển lưu trữ và sử dụng chúng một cách hợp lý Việc xây dựng hệ thống thoát nước cũng như trạm xử lý nứơc thải cho các khu dân cư trở thành yêu cầu hết sức cần thiết , đặc biệt là với thành phố HỒ CHÍ MINH đang trong giai đoạn đô thị hoá và phát triển mạnh mẽ

MỤC ĐÍCH

Thiết kế hệ thống sử ly nước thảiù cho một khu vực dân cư có số dân N = 72.000 với:

Các số liệu thủy văn và chất lượng nước (nguồn loại A)

Lưu lượng trung bình nhỏ nhất của nước sông là : Qs = 40m3/s

Hàm lượng chất lơ lửng trong nước sông : bs = 12mg/L

Mực nước ngầm cao nhất tại khu vực xây dựng trạm xử lý nước thải là 9m Yêu cầu về chất lượng nước sau khi xử lý xả vào nguồn loại A:

Các chất nguy hại không vượt qúa giới hạn cho phép

FO

PHẦN HAI : XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

I XÁC ĐỊNH LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI

ü Lưu lượng trung bình ngày đêm của nước thải sinh hoạt được tính theo công thức :

ngd m N

q

Q tb ngd

1000

72000120

q

Q tb h

24000

72000120

241000

q

Q tb s

360024

72000120

243600

Q

max

ü Lưu lượng lớn nhất giờ(Qmax.h)

h m K

(Với QTB.S=100 L/s,theo BẢNG 3-2 lấy kch =1,5)

ü Lưu lượng nhỏ nhất giờ(Qmin.h) :

Qmin.h = 2´ Qtb.h – Qmax.h = 2´360 – 540 = 180 m3/h

FO

II XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ BẨN CỦA NƯỚC THẢI :

Ø Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sinh hoạt, tính theo công thức :

Trong đó : nll = tải lượng chất rắn lơ lửng của nước thải sinh hoạt tính

cho một người trong ngày đêm lấy theo BẢNG 1-3 (TCXD-51-84)

qtb = tiêu chuẩn thoát nước trung bình ,qtb =120L/ng.ngđ

Ø Hàm lượng NOS20 trong nước thải sinh hoạt, tính theo công thức :

l mg q

n L

NOS = tải lượng chất bẩn theo NOS20 của nước thải sinh hoạt cho một người trong ngày đêm (TCXD-51-84)

III Xác định mức độ cần thiết xử lý nước thải :

Ø Hàm lượng chất lơ lửng không vượt quá : 22mg/l

ü NOS20 không vượt quá : 15 -20 mg/l

ü Mức độ cần thiết xử lý nước thải thường được xác định theo :

· Hàm lượng chất lơ lửng (SS) : để phục vụ tính toán công nghệ xử lý cơ học

· Hàm lượng NOS : phục vụ cho tính toán và công nghệ sinh học

· Mức độ cần thiết xử lý nứơc thải theo chất lơ lửng tính theo công thức

L

L L D

ü Trong đó :

· Lt : Hàm lượng NOS20 của nước thải sau xử lý cho phép xả vào

· Nguồn nước, Lt = 15 mg/l

%72,94

%10067.416

2267.416

FO

· Kết quả tính toán về mức độ cần thiết xử lý nước thải cho ta thấy cần phải xử lý sinh học hoàn toàn

IV TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

IV.1 Lựa chọn sơ đồ công nghệ của trạm xử lý

Việc lực chọn sơ đồ công nghệ xử lý dựa vao các yếu tố cơ bản sau :

o Công suất của trạm xử lý

o Thành phần và đặc tính của nươc thải

o Mức độ cần thiết xử lý nước thải

o Tiêu chuẩn xả thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng

o Phương pháp xử lý cặn

o Điều kiện mặt bằng và đặc điểm đại chất thuỷ văn khu vực xây dựng trạm xử lý nước thải

o Các chỉ tiêu kinh tế kỷ thuật khác Từ những kết quả đã tính toán và các điều kiện đã nêu trên,ta có thể lựa chọn hai phương án sau :

PHƯƠNG ÁN I : gồm các giai đoạn xử lý và các công trình xử lý đơn vị như sau :

1 Ngăn tiếp nhận

2 Song chắn rác

3 Bể lắng cát có thổi khí

4 Máng đo lưu lượng

5 Bể làm thoáng sơ bộ

6 Bể lắng đợt I <bể lắng ly tâm >

7.Bể aeroten 8.Bể lắng đợt I lắùng ly tâm >

9 Bể tiếp xúc

10 Bể nén bùn 11.Bể mêtan

12.Làm ráo nước ở sân phơi bùn

13 Bể làm sạch khí biogas

(a) ( b) (i)

(k)

(l) (d)

1 Ngăn tiếp nhận 7 Bể lắùng ngang đợt II

2 Song chắn rác 8 Bể tiếp xúc

3 Bể lắng cát 9 Nén bùn

4 Bể làm thoáng sơ bộ 10 Bể mêtan

5 Bể lắng ngang đợt I 11 Bể chứa khí đốt

6 Bể biophin 12 Sân phơi bùn

3’

Máy nghiền rác 4’ Sân phơi cát

IV.2 TÍNH NGĂN TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI

Nước thải được dẫn theo 2 đường ống áp lực,vơi đường kính mỗi ống là

Þ250mm từ trạm bơm lên ngăn tiếp nhận.Ngăn tiếp nhận được bố trí ở vị trí cao

để nước thải từ đó có thể tự chảy qua được các công trình của trạm xử lý

Ưùng với lưu lượng trung bình giờ Qtb.h = 360 m3/h.Ngăn tiếp nhận có kích thước như

sau :

A =1500mm h =400mm H1 =1000mm

IV.3 SONG CHẮN RÁC :

Nước thải sau khi qua ngăn tiếp nhận được dẫn đến song chắn rác theo dạng tiết diện hình chữ nhật Song chắn rác được dùng để giữ rác và các tạp chất có kích

thước lớn trong nước thải

a) Tính mương dẫn

Mương dẫn nước thải từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác có tiết diện HCN

Lưu lưoợng tính toán ,L/s

Thông số thuỷ lực

Chọn 2 song chắn rác ( 1 công tác +1 dự phòng)

b) Tính Toán Song Chắn Rác :

ü Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với : Qmax :

Q

35,0016,072,0

10

1

max

ü Trong đó :

· n = số khe hở ;

· Qmax = lưu lượng lớn nhất của nước thải Qmax =150 L/s = 0,15m3/s

· V= tốc độ chảy qua song chắn rác v = 0,72m/s

· l = khoảng cách giữa các khe hở l =16mm = 0,016m

· k = hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác :k = 1,05

ü Chiều rộng của sóng chắn rác được tính theo :

Bs = s (n-1) +(l*n) = 0,008(37 - 1) +(0,016*3,7)

= 0,35m

ü Trong đó : s = bề dày của thanh song chắn, thường lấy s = 0,008m

ü Phải kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác ứng với Qmin để khắc phục khả năng lắng đọng cặn khi vận tốc nhỏ hơn 0.4 m/s

s m h

B

Q V

s

/12,023.08.1

-ü Trong đó :Qmin = 50 l/s = 0,05 m3/s

ü Tổn thất áp lực ở song chắn rác :

FO

2 1

· Vmax = vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng

· Với Qmax,vmax =0.72m/s

ü Trong đó: x= hệ số sức cản cục bộ của song chắn rác được xác định theo công thức :

016.0

008.067.1

4 3

4

=

÷ø

ưç

ưçè

ỉ

l s

Với :

a =góc nghiêng của sóng chắn rác so với hướng dòng chảy

b = hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn rác,chọn hình hình dạng tiết diện song chắn kiểu “c” như hình vẽ ta chọn b = 1.67

ü Chiều dài phần mở rộng trươc song chăn sóng chắn rác L1 :

m tg

tg

B B

L S m 0.824

202

2.18.12

j

ü Trong đó : Bs = chiều rộng của song chắn rác : Bs = 1.8m

Bm = chiều rộng của mương dẫn Bm = 1.2m

ü j = góc nghiêng chỗ mở rộng , thường lấy j = 20

ü Chiều dài phần mở rộng sau song chăn sóng chắn rác L2 :

2

824.02

1

ü Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn :

L= L1+L2+LS = 0.824+0.412+1.5

ü Trong đo :ù Ls =chiều dài của phần mương đặt song chắn Ls = 1.5m

ü Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn :

H = hmax+ hs + 0.5 = 0.35+ 0.045 + 0.5 =0.9m

ü Trong đó : hmax =độ đầy ứng với Qmax ,hmax = 0.35m

Hs = tổn thất áp lực ở song chắn rác hs = 0.045m

0.5 = khoảng cách giữa cột sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất

ü Khôùi lượng rác lấy ra ngày đêm từ song chắn rác :

1000365

000.7281000365

ü Trong đó : a = lượng rác tính cho đầu người trong năm, lấy theo điều 4.1.11-TCXD-51-84 Với chiều rộng khe hở của các thanh trong khoảng 16- 20 mm, a = 8 L/ng.năm

(Ơû đây Kh = hệ số không điều hoà của rác, Kh =2)

ü Rác cần được nghiền nhỏ, để dẫn trực tiếp đến bể mêtan để xử lý cùng với bùn tươi.Chọn máy nghiền có công suất 0.99 T/h (một máy làm việc + một máy dự phòng)

ü Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiiền rác lấy theo điều

6.2.4(TCXD 51 -84) là 40m3 cho một tấn rác :

Qn = 40P = 40´1.185 = 47,4sm3/ngđ

ü Tổng số song chắn rác là 2 (một công tác + một dự phòng)

ü Quanh song chắn rác đã chọn có bố trí lối đi lại có chiều rộng 1.2m còn

ơ ûtrước song chắn rác 1.5m(điều 4.1.15 –TCXD-51-84)

ü Hàm lượng chất rắn lơ lửng(Csh) và NOS(Lsh)của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4% còn lại :

C‘

sh = Csh´(100 - 4)% = 416,67(100 - 4)% = 400mg/l

L ‘

sh = Lsh´(100 - 4)% = 250(100 - 4)% = 240 mg/l

IV.4 BỂ LẮNG CÁT CÓ THỔI KHÍ

NHIỆM VỤ : Là loại bỏ các tạp chất có nguồn gốc vô cơ chủ yếu là cát chứa

trong nước Bể lắng cát có thổi khí là bể hình chữ nhật dài trên mặt bằng Dọc theo chiều ngang của tường, cách đáy 20 -80 cm Về cấu tạo bể lắng cát có thổi khí giống bể lắng cát, chỉ có thêm đường ống có khoan lỗ để thổi khí Bên dưới ống đó ở đáy bể có rãnh thu cát

Hiệu suất làm việc của bể lắng cát có thổi khí khá cao

Ø Diện tích tiết diện ướt của bể :

2

108.0

15,0

m n

Qmax.s = lưu lượng lớn nhất giây Qmax.s = 0,15 m3/s

FO

V = tốc độ của nước thải trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất

V = 0.08-0.12 m/s (điều 6.3.4b-TCXD-51-84) ,chọn v= 0.08m/s

n = số bể lắng cát

Ø Chiều rộng B và chiều sâu H của bể lắng cát có thổi khí được xác định theo các mối quan hệ sau :

B ´ Htt = F = 1,875m2 (1) B:H = 1.5:1 (2)

H = 2Htt (3) Từ 1;2;3 suy ra Htt = 0,625m; B = 3m ;H = 1,25m

o Kết quả tính toán cho thấy chiều sâu của bể lắng cát thổi khí H = 1- 3m(Điều 6.3.3-TCXD -51-84)

ü Chiều dài của bể lắng cát thổi khí được tính theo công thức :

ü Trong đó : L = chiều dài của bể (m)

ü Htt = chiều sâu tính toán của bể lắng cát có thổi khí

Uo = độ thô thuỷ lửc của hạt cát mm/s Lấy theo bảng 3-22.ứng với dường kính hạt cát d = 0.2 mm ta có U0 = 18.7mm/s

ü K = hệ số thực nghiệm, K= 2.08

ü Thời gian nước lưu lại trong bể lắng cát có thổi khí ứng với các kích thước đã được xác định

s Q

n L F

15,0

178.988,1

´

=

§ Hay t = 2 phút 3 giây

ü Việc cấp không khí cho bể lắng cát có thổi khí được thực hiện có hệ thống ống dẫn khí có đục các lỗ nhỏ đường kính 3.5m, đặt ở độ sâu 0.7-0.75H

ü Lượng cát lắng ở bể lắng cát thổi khí trong một ngày đêm được tính theo công thức :

10001000

45864010001000

)120(5,

L”sh = L’sh(100-5)% = 240´95% = 228mg/l

* TÍNH TOÁN SÂN PHƠI CÁT

Nhiệm cụ của sân sân phơi cát : Là làm ráo nước trong hỗn hợp cát –nước để

dễ dàng vận chuyển cát đi nơi khác

ü Diện tích hữu ích của sân phơi cát được tính theo công thức :

2

4,1314

1000

36502,0000.721000

365

m h

P N

ü Trong đó : P = Lượng cặn được giữ lại trong bể lắng khi không có số

liệu thực nghiệm ,nên lấy P = 0.02 l/ng.ngđ

o h = Chiều cao của lớp bùn cát trong ngăn h = 4-5 m/năm(khi đã lấy cát phơi khô theo chu kỳ)

ü Sân phơi cát gồm hai ô,diện tích mỗi ô sẽ là : 131,4/2 = 65,7m2

ü Kích thước mỗi ô trong mặt bằng : L´ B = 11 m ´ 6m

BỂ LẮNG ĐỢT I <bể lắng ly tâm> :

Nhiệm vụ của bể lắng ly tâm :

Qmax.h = lưu lượng lớn nhất giờ

t = thời gian lắng

Chọn 2 bể (1 công tác +1 dự phòng )

v Diện tích của mỗi bể trong mặt bằng

H = chiều sâu vùng lắng ly tâm , H= 3m

v Đường kính của bể lắng ly tâm được tính theo công thức :

14,3

2104

p

Chọn D= 19m Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng trong bể lắng được tính theo công thức :

FO

U= 0,55

5,16,3

36

50100400100

1100'

=

-=-

ü Theo TCXD -51 -84 qui định Nồng độ chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng đợt I đưa vào aeroten làm sạch sinh học hoàn toàn hoặc vào các bể lọc sinh học không được vượt quá 150mg/l

ü Trong trường hợp đang xét nồng độ chất lơ lửng C = 200 mg/l nên cần thực hiện giai đoạn làm thoáng sơ bộ để đạt được điều kiện nêu ở trên

IV.5 TÍNH TOÁN BỂ LÀM THOÁNG SƠ BỘ

v Thể tích bể làm thoáng sơ bộ được tính theo công thức :

60

1254060

max, ´ t = ´ =

Trong đó :

Qmax.h= lưu lượng lớn nhất giờ

t = thời gian làm thoáng (thổi khí ) , t= 12 phút

v Lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được tính theo công thức :

V= Qmax.h x D = 540 x 0.5 = 270 m3

Trong đó :

D= lưu lượng của không khí trên 1 m3 nước thải , D = 0.5 m3/m3

v Diện tích bể làm thoáng sơ bộ :

Kích thước của bể làm thoáng : B x L = 9 x12 m

v Hàm lượng chất lơ lửng sau khi thực hiện việc làm thoáng sơ bộ và lắng với hiệu suất : E = 65% được tính theo công thức :

FO

Cll = ( ) ( )

140100

65100400100

100'

=-

´

=-

v Hàm lượng NOS20 giảm với hiệu suất E1 = 35% Vậy sau khi làm thoáng sơ bộ và lắng ,hàm lượng NOS20 của nứoc thải bằmg :

100

35100240100

1000100

´

´

´

n P

t E Q

Qsh = lưu lượng trung bình giờ

E = hiệu suất lắng , E = 65%

t = thời gian tích luỹ cặn , t= 8h

P = độ ẩm của cặn ( bùn) tươi, p= 95%

n = số bể lắng công tác , n= 1

IV.6 BỂ AEROTEN :

Aeroten dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hoàn toàn hoặc không hoàn toàn Nó là công trình xử lý sinh học nhân tạo có dạng bể chứa kéo dài hình chữ nhật , trong đó có quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính Quá trình xử lý sinh học ở aeroten còn gọi là quá trình sinh học lơ lửng

o Lưu lượng không khí đi qua 1m 3 nước thải cần xử lý (lưu lượng riêng của không khí )

Khi xử lý sinh học hiếu khí ở aeroten được tính theo công thức :

FO

D = 5,57

414

1562

Trong đó : La = NOS20 của nước thải dẫn vào aeroten , La = 156s

K = hệ số sử dụng không khí , K= 14-18 g/m4 khi sử dụng tấm plastic xốp : chọn K = 14g/m4 để tính toán

H = chiều sâu công tác của aeroten , H= 4m

Thời gian cần thiết thổi không khí vào aeroten được tính theo công thức :

3,414

1562

Trong đó : I = cường độ thổi không khí I phụ thuộc vào hàm lượng NOS20

của nước thải dẫn vào aeroten và NOS20 sau khi xử lý có thể lấy theo bảng

3-11(quyển xử lý nước thải và công nghiệp ) chọn I =4.3

Lượng không khí thổi vào aeroten trong một đơn vị thời gian (giờ) được tính theo :

Trong đó : Q= lưu lượng nước thải m3/h (vì Kch = 1.5 > 1.25 ) nên Q lấy bằng lưu lượng trung bình giờ của nước thải chảy vào aeroten nhửng giờ lớn nhất

o Xác định kích thước aeroten

ü Diện tích aeroten được xác định theo công thức :

3,4

2,

o Tính toán thiết bị khuyếch tán không khí

ü Chọn loại thiết bị khuyếch tán khí với tấm xốp có kích thước mỗi tấm 300´300mm, như vậy số lượng tấm xốp khuyếch tán không khí cần thiết được tính theo công thức :

6080

10002,200560

· D’ = lưu lượng riêng của không khí Khi chọn tấm xốp D’= 80

-120 L/phút , chọn D’ = 80L/ phút

ü Số lượng tấm xốp n1 trong một hành lang sẽ là :

42

ü Trong các aeroten có thiết kế các ống xả cạn bể và có bộ phận xả nước thải khỏi thiết bị khuyếch tán không khí

o Tính toán lượng bùn hoạt tính tuần hoàn

Ơû các trạm xử lý nước thải cho thấy bùn hoạt tính tuần hoàn chiếm 40 % - 70%

tộng lượng bùn hoạt tính sinh ra hoặc có thể tính theo công thức :

20005000

8,113400

%100

-hh th

sh

C C

C C

Trong đó : Chh = nồng độ bùn hoạt tính trong hỗn hợp nước ,bùn chảy từ

aeroten đến bể lắng đột II , Chh = 2000 – 3000mg/l ,lấy Chh = 2000 mg/l

Cll = nồng độ chát lơ lửng trong nước thải chảy vào aeroten

= 113.9mg/l

Cth = nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn ,Cth = 5000 – 6000mg/l

, lấy Cth = 5000mg/l

Nói cách khác với P = 62.8% lưu lượng trung bình của hỗn hợp bùn hoạt tính

tuần hoàn sẽ là :

Qth = 100 , = 62,1008´360 =226,08

´Q tb h

P

m3/h

IV.7 TÍNH TOÁN BỂ LẮNG LY TÂM ĐỢT II

Nhiệm vụ của bể lắng đợt II :

Làm nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể aeroten dẫn đến và bùn lắng ở

đây gọi là bùn hoạt tính

Số liệu tính toán ở đây lấy theo điều 6.5.6 và 6.5.7 TCXD 51-84

Thời gian lắng ứng với Qmax và với xử lý sinh học hoàn toàn , t = 2h Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II ứng với NOS20 sau xử lý (12mg/l)

v Diện tích mặt thoáng của bể lắng đợt II trên mặt bằng ứng với lưu lượng trung bình tính theo công thức :

FO