Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300 000 người

Tính toán kích thước của bể .... Tính chất của nguồn nước thải cần xử lý Bảng 2.. Kích thước của ngăn tiếp nhận nước thải Bảng 9 Tính thuỷ lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhậ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

- - -    - - -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHO KHU DÂN CƯ 300.000 NGƯỜI

GVHD: HUỲNH TẤN NHỰT

Sinh viên thực hiện : Nhóm 03

TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ CỦA ĐỒ ÁN 1

1.1 Nhiệm vụ thiết kế 1

1.2 Số liệu phục vụ thiết kế 1

1.3 Xác định hiệu suất xử lý 1

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 3

2.1 Tính toán công suất của trạm xử lý nước thải 3

2.1.1 Tính toán dân số 3

2.1.2 Tính toán lưu lượng nước thải 3

2.2 Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý 4

2.3 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho khu dân cư 5

2.3.1 Phương án 1 5

2.3.1.1 Đề xuất công nghệ 5

2.3.1.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 8

2.3.2 Phương án 2 10

2.3.2.1 Đề xuất công nghệ 10

2.3.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 13

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CHO PHƯƠNG ÁN 1 15

3.1 Song chắn rác 15

3.1.1 Các hạng mục tính toán 15

3.1.2 Tính toán chi tiết 15

3.1.2.1 Ngăn tiếp nhận nước thải 15

3.1.2.2 Mương dẫn nước 16

3.1.2.3 Song chắn rác 17

3.2 Bể lắng cát ngang 21

3.2.1 Các hạng mục tính toán 21

3.2.2 Tính toán chi tiết 21

3.2.2.1 Tính kích thước bể 21

3.2.2.2 Thiết kế hố thu cát 22

3.2.2.3 Chọn máy bơm cát 22

3.2.2.4 Tính sân phơi cát 23

3.3 Bể điều hòa thổi khí 24

3.3.1 Các hạng mục tính toán 24

3.3.2 Tính toán chi tiết 24

3.3.2.1 Kích thước bể 24

3.3.2.2 Hệ thống phân phối khí 26

3.3.2.3 Tính toán bơm và đường ống bơm lên Bể tuyển nổi 28

3.4 Bể lắng kết hợp tuyển nổi ly tâm 30

3.4.1 Các hạng mục tính toán 31

3.4.2 Tính toán chi tiết 31

3.4.2.1 Tính kích thước bể tuyển nổi 31

3.4.2.2 Tính bồn tạo áp 32

3.4.2.3 Tính máy nén khí 34

3.4.2.4 Tính toán máy bơm cho bồn áp lực 34

3.4.2.6 Tính lượng bùn cần xử lý 36

3.4.2.7 Tính toán ống thu bùn 36

3.5 Aerotank 37

3.5.1 Các thông số phục vụ cho thiết kế bể aerotank 37

3.5.2 Tính hiệu suất xử lý của bể Aerotank 38

3.5.2.1 Xác định nồng độ BOD 5 hoà tan ở nước thải đầu ra 38

3.5.2.2 Hiệu suất xử lý của bể Aerotank 38

3.5.3 Các hạng mục tính toán 39

3.5.4 Tính toán chi tiết 39

3.5.4.1 Tính toán dung tích bể 39

3.5.4.2 Tính toán kích thước của bể 40

3.5.4.3 Thời gian lưu nước 40

3.5.4.5 Tính hệ số tuần hoàn bùn 41

3.5.4.6 Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng thể tích của bể Aerotank 42

3.5.4.7 Tính lượng oxy 42

3.5.4.8 Tính toán các công trình phụ 45

3.6 Bể lắng li tâm (lắng 2) 46

3.6.1 Xác định vận tốc lắng 46

3.6.2 Diện tích phần lắng của bể 46

3.6.3 Kích thước của bể lắng 47

3.6.4 Xác định lượng bùn phục hồi cho Aerotank 48

3.6.5 Kiểm tra tải trọng thủy lực 48

3.6.6 Thời gian lưu nước trong bể lắng 49

3.6.7 Tính toán công trình phụ 50

3.7 Khử trùng bằng clo 51

3.7.1 Các hạng mục tính toán 51

3.7.2 Tính toán chi tiết 51

3.7.2.1 Lượng Clo 51

3.7.2.2 Máng trộn 53

3.7.2.3.Bể tiếp xúc 55

3.8 Xử lý bùn 58

3.8.1 Các hạng mục tính toán 58

3.8.2 Tính toán chi tiết 58

3.8.2.1 Hố gom bùn 58

4.8.2.2 Bể nén bùn 59

4.8.2.3 Sân phơi bùn 61

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CHO PHƯƠNG ÁN 2 63

4.1 Khái quát các công trình giống phương án 1 63

4.2 Bể lắng cát thổi khí 63

4.2.1 Các hạng mục tính toán 63

4.2.2 Tính toán chi tiết 63

4.2.2.1 Kích thước bể lắng cát thổi khí 63

4.2.2.2 Tính toán hệ thống thổi khí 65

4.2.2.3 Hố thu cát 66

4.2.2.4 Chọn máy bơm cát 67

4.2.2.5 Sân phơi cát 67

4.3 Tháp lọc sinh học nhỏ giọt 68

4.3.1 Các hạng mục tính toán 68

4.3.2 Tính toán chi tiết 68

4.3.2.1 Chất lượng nước đầu vào 68

4.3.2.2 Lựa chọn vật liệu lọc 69

4.3.2.3 Tính tải trọng BOD 5 cho phép 69

4.3.2.4 Tải trọng thủy lực cho phép trên 1 m 3 vật liệu lọc 70

4.3.2.5 Thể tích cần thiết của khối vật liệu lọc 70

4.3.2.6 Kích thước của bể lọc sinh học 70

4.3.2.7 Tính toán lượng không khí cần cấp 71

4.3.2.8 Tính toán thiết bị tưới phản lực 71

4.3.1.9 Tính toán công trình phụ 75

4.4 Bể lắng ngang (lắng 2) 76

4.4.1 Các hạng mục tính toán 76

4.4.2 Tính toán chi tiết 76

4.5 Xử lý bùn 78

4.5.1 Các hạng mục tính toán 78

4.5.2 Tính toán chi tiết 79

4.5.2.1 Hố gom bùn 79

4.5.2.2 Bể nén bùn 80

4.5.2.3 Máy ép bùn băng tải 81

CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN KINH TẾ 84

5.1 Tính toán kinh tế cho phương án 1 84

5.1.1 Chi phí đầu tư xây dựng 84

5.1.1.1 Xây dựng côn trình chính 84

5.1.1.2 Xây dựng nhà trạm 85

5.1.1.3 Chi phí thiết bị xử lý 85

5.1.1.4 Tổng chi phí xây dựng cơ bản 87

5.1.2 Chi phí quản lý và vận hành trạm xử lý 87

5.1.2.1 Chi phí quản lý 87

5.1.2.2 Chi phí vận hành 87

5.1.2.3 Lãi suất ngân hàng 89

5.1.2.4 Tổng chi phí vận hành và quản lý trạm xử lý 91

5.1.3 Chi phí xử lý 1 m 3 nước thải 91

5.2 Tính toán kinh tế cho phương án 2 91

5.2.1 Chi phí đầu tư xây dựng 91

5.2.1.1 Công trình chính 91

5.2.1.2 Xây dựng nhà trạm 92

5.2.1.3 Chi phí thiết bị 92

5.2.1.4 Tổng chi phí xây dựng cơ bản 94

5.2.2 Chi phí quản lý và vận hành trạm xử lý 94

5.2.2.1 Chi phí quản lý 94

5.2.2.2 Chi phí vận hành 94

5.2.2.3 Lãi suất ngân hàng 96

5.2.2.4 Tổng chi phí vận hành và quản lý trạm xử lý 98

5.2.3 Chi phí xử lý 1 m 3 nước thải 98

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99

BẢNG BIỂU

Bảng 1 Tính chất của nguồn nước thải cần xử lý

Bảng 2 So sánh chất lượng nước thải với QCVN 14:2008/BTNMT

Bảng 3 Hệ sốđiều hòa phụ thuộc vào lưu lượng

Bảng 4 Hiệu suất đề xuất của các công trình xử lý

Bảng 5 So sánh chất lượng nước thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT Bảng 6 Hiệu suất đề xuất của các công trình xử lý

Bảng 7 So sánh chất lượng nước thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT Bảng 8 Kích thước của ngăn tiếp nhận nước thải

Bảng 9 Tính thuỷ lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhận

Bảng 10 Tính thuỷ lực mương dẫn nước thải ở mỗi song chắn rác

Bảng 11 Hệ số β để tính sức cản cục bộ của song chắn rác

Bảng 12 Thông só thiết kế song chắn rác

Bảng 13 Thống kê thiết kế bể lắng cát

Bảng 14 Sự phụ thuộc giữa y đh và đh

Bảng 15 Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa

Bảng 16 Độ hoà tan của khí phụ thuộc vào nhiệt độ

Bảng 17 Thống kê thông số thiết kế cho bể ADF

Bảng 18 Thông số ô nhiễm khi vào bể Aerotank

Bảng 19 Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn Bảng 20 Bảng hệ số thực nghiệm

Bảng 21 Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn Bảng 22 Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị bọt khí mịn

Bảng 23 Kết quả tính toán của bể Aerotank

Bảng 24 Chỉ tiêu thiết kế bể lắng đợt 2

Bảng 25 Thông số thiết kế bể lắng

Bảng 26 Thống kê thông số thiết kế hệ thống khử trùng

Bảng 27 Thống kê các thông số thiết kế hệ thống xử lý bùn

Bảng 28 Các thông số tiêu biểu để thiết kế bể lắng 2

Bảng 29 Thống kê thông số thiết kế bể lắng cát thổi khí

Bảng 30 Chất lượng nước đầu vào của bể lọc sinh học

Bảng 31 Hệ số  lấy theo giá trị BOD 5 đầu ra

Bảng 3.: Khoảng cách giữa các lỗ tới tâm của hệ thống tưới

Bảng 33 Thống kê thông số thiết kế tháp lọc sinh học

Bảng 34 Thống kê thông số thiết kế bể lắng 2

Bảng 35 Thống kê thông số thiết hệ thống xử lý bùn

Bảng 36 Thống kê chi phí đầu tư xây dựng của phương án 1

Bảng 37 Thống kê kinh tế xây dựng nhà trạm phương án 1

Bảng 38 Thống kê chi phí thiết bị xử lý cho phương án 1

Bảng 39 Thống kê chi phí quản lý của phương án 1

Bảng 40 Thống kê chi phí nhân lực của phương án 1

Bảng 41 Thống kê chi phí điện năng cho phương án 1

Bảng 42 Thống kê chi phí hóa chất của phương án 1

Bảng 43 Tổng số tiền vay ngân hàng để xây dựng và vận hành trạm xử lý trong 2 năm của phương án 1

Bảng 44 Lãi suất ngân hàng của phương án 1

Bảng 45 Thống kê chi phí xây dựng công trình xử lý phương án 2

Bảng 46 Thống kê chi phí xây dựng nhà trạm của phương án 2

Bảng 47 Thống kê chi phí thiết bị xử lý cho phương án 2

Bảng 48 Thống kê chi phí quản lý cho phương án 2

Bảng 49 Thống kê chi phí nhân lực của phương án 2

Bảng 50 Chi phí tiêu thụ điện năng trong một ngày của phương án 2

Bảng 51 Thống kê chi phí hóa chất cho phương án 2

Bảng 52 Tổng số tiền vay ngân hàng để xây dựng và vận hành trạm xử lý trong 2 năm của phương án 1

Bảng 53 Lãi suất ngân hàng của phương án 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ công nghệ phương án 1

Hình 2 Sơ đồ công nghệ phương án 2

Hình 3: Tiết diện ngang các loại song chắn rác

Hình 4: Sơ đồ bố trí đĩa thổi khí

Hình 5: Dòng vật chất trong hệ DAF

Hình 6: Sơ đồ quá trình khử trùng nước thải trước khi xả ra nguồn Hình 7 Sơ đồ xử lý bùn phương án 1

Hình 8 Sơ đồ xử lý bùn phương án 2

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 1

CHƯƠNG 1 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ CỦA ĐỒ ÁN

1.1 Nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người, Niên hạn thiết

kế = 20 năm Tiêu chuẩn nước thải : QCVN 14:2008 cột A

Nội dung thực hiện:

 Lựa chọn sơ đồ công nghệ

 Tính toán các công trình đơn vị

 Quy hoạch mặt bằng trạm xử lý

Thiết kế chi tiết 1 công trình đơn vị do cán bộ hướng dẫn qui định

1.2 Số liệu phục vụ thiết kế

Bảng 1 Tính chất của nguồn nước thải cần xử lý

1.3 Xác định hiệu suất xử lý

Bảng 2 So sánh chất lượng nước thải với QCVN 14:2008/BTNMT

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 2

Dựa vào bảng so sánh ta có thể nhận thấy các thông số vượt quy chuẩn với hiệu suất cần phải xử lý là:

+ COD vượt quy chuẩn tới 4,9 lần,

H xử lý COD =   100 

246

50 246

79,7 %

+ BOD vượt quy chuẩn tới 6,7 lần,

H xử lý BOD =   100 

200

30 200

37,5 %

+ Dầu mỡ TV vượt quy chuẩn là 1,4 lần,

H xử lý Dầu mỡ TV =   100 

14

10 14

28,6 %

+ pH thì nằm trong khoảng quy định cho phép, còn P đạt tiêu chuẩn

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 3

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 2.1 Tính toán công suất của trạm xử lý nước thải

2.1.1 Tính toán dân số

 Niên hạn thiết kế : 20 năm

 Dân số: 300.000 người

 Tốc độ gia tăng dân số: r = 1,2%

Dân số sau 20 năm:

N = N0.(1+r)20 = 300000 x (1+0,012)20 = 380.830 người

2.1.2 Tính toán lưu lượng nước thải

 Lưu lượng trung bình ngày đêm được tính theo công thức

TB ngđ

24

TB ngđ Q

= 5554 m3/h

 Lưu lượng trung bình giây: qtb = 1543 l/s

 Lưu lượng trong ngày lớn nhất được tính theo công thức:

Hệ số không điều hoà ngày K0 lấy theo bảng (Bảng 2, TCVN 7957:2008/BXD)

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 4

Bảng 3 Hệ số điều hòa phụ thuộc vào lưu lượng

2.2 Cơ sở đề xuất công nghệ xử lý

Các thông số ô nhiễm vượt tiêu chuẩn thải, cần phải xử lý là SS, COD, BOD5, dầu mỡ TV, Nitơ

Nồng độ ô nhiễm hữu cơ không quá cao, tỷ lệ BOD5/COD = 0,813, thích hợp để xử lý bằng phương pháp vi sinh hiếu khí Tuy nhiên, do giới hạn về mặt bằng, nhóm sẽ không lựa chọn công nghệ xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên Để vi sinh vật hiếu khí phát triển tốt thì cần phải duy trì một lượng dinh dưỡng đầy đủ, thông thường tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1 Dựa vào chất lượng nước đầu vào cung cấp cho hệ thống xử lý nước thải thì tỉ lệ dinh dượng hiện tại là: BOD:N:P = 100:4:1,5 Như vậy thì lượng nito cung cấp cho vi sinh vật là không đủ Nhưng giá trị dinh dưỡng chỉ xét đến đối với các công trình sinh học Trong hệ thống xử lý nước thải còn các công trình xử lý sơ bộ nên có thể lượng BOD sẽ giảm hơn Vì vậy sau khi đề xuất hiệu xuất xử lý của các công trình cơ học thì mới có thể xác định được tỉ lệ chất dinh dưỡng đưa vào các công trình sinh học hiếu khí, khi đó mới quyết định có bổ sung chất dinh dưỡng hay không

Cần phải xử lý Nitơ nên công trình sinh học phải khử được Nitơ Ta sẽ dựa vào hiệu suất xử lý Nitơ của công trình xử lý sinh học để xem xét có cần thiết phải xây dựng thêm công trình xử lý Nitơ hay không, cũng như loại công trình sinh học cần sử dụng và cách thiết kế chúng

Nồng độ chất lơ lửng SS = 130 mg/l < 150 mg/l, nên không cần phải cân nhắc

có nên xây dựng bể làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học (theo 8.12.1, 7957:2008)

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 5

Theo yêu cầu đồ án không đề cập tới lượng kim loại nặng, nên nhóm sẽ không thiết kế công trình xử lý các chất này Các công trình sinh học phía sau được xem như không bị ảnh hưởng bởi các kim loại nặng gây hại cho vi sinh vật

Dầu, mỡ: bám vào thành ống nước thải, làm giảm công suất đường ống Nồng

độ dầu mỡ TV là 14mg/l, ứng với công suất 133.291 m3/ngđ, thì tải lượng dầu mỡ sẽ rất lớn Do đó, nhóm quyết định chọn bể lắng kết hợp tuyển nổi khí hòa tan DAF để xử lý dầu mỡ và SS có trong nước

2.3 Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho khu dân cư

2.3.1 Phương án 1

2.3.1.1 Đề xuất công nghệ

Bảng 4 Hiệu suất đề xuất của các công trình xử lý

Thông số Đầu vào Công trình Hiệu suất (%) Sau xử lý

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 6

Sau khi qua bể DAF ta có BOD:N:P = 144,5:8:3 = 100:5,5:2 => Tỉ lệ chất dinh

dưỡng thích hợp cho bể Aerotank, nên không cần xây dựng công trình bổ sung Nitơ Hiệu suất xử lý nitơ của aerotank là lượng nitơ được vi sinh vật sử dụng để tổng hơp

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 7

Khử trùng bằng clo

Bảng 5 So sánh chất lượng nước thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT

Kết luận: Xử lý nước thải theo phương án này đáp ứng được QCVN

14:2008/BTNMT, cột A, do đó, có thể được lựa chọn để tính toán

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 8

Hình 1 Sơ đồ công nghệ phương án 1 2.3.1.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải phát sinh từ khu dân cư sẽ được thu gom tập trung về hệ thống xử lý nước thải

a Song chắn rác

Đầu tiên nước thải được đưa qua song chắn rác nhằm loại bỏ các chất rắn có kích thước lớn, tạp chất thô trong nước thải, nhờ đó tránh được hiện tượng tắt nghẽn bơm, van, đường ống Lượng rác thu được từ song chắn rác sẽ được thu go lại và xử lý như chất thải rắn

b Bể lắng cát ngang

Sau đó, nước thải sẽ được dẫn vào bể lắng cát ngang Những hạt cát có kích thước lớn sẽ được lắng xuống đáy Khi cát tích tụ nhiều sẽ được hút đi và đưa ra làm ráo nước tại sân phơi cát Cát khô sau khi phơi sẽ được xe thu gom định kì Nước sau

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 9

khi lắng tại bể lắng cát ngang và nước rút từ sân phơi cát sẽ được dẫn vào đầu bể điều hòa

c Bể điều hòa

Bể này có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải sao cho phù hợp với các công trình xử lý tiếp theo, góp phần làm tăng hiệu quả xử lý và giảm kích thước các công trình sau Cụ thể như, khi nồng độ hoặc lưu lượng tăng lên đột ngột, các công trình đơn vị như bể tuyển nổi sẽ làm việc kém hiệu quả đi, nếu muốn ổn định được thì cần phải thay đổi lượng khí cấp vào thường xuyên, điều này gây khó khăn cho quá trình vận hành Còn đối với công trình đơn vị xử lý sinh học, nếu lưu lượng và nồng độ thay đổi đột ngột sẽ gây sốc tải trọng đối với vi sinh vật, làm giảm hiệu suất xử lý, cũng như thể tích bể cần phải xây dựng lớn, sẽ không có lợi về mặt kinh tế

Các bơm chìm được lắp đặt cuối bể điều hòa để bơm nước sang bể tuyển nổi

d Bể lắng kết hợp tuyển nổi khí hòa tan (DAF) kiểu ly tâm

Tại bể tuyển nổi, nước tuần hoàn và khí nén được bơm vào bình tạo áp, hỗn hợp khí và nước được dẫn vào ngăn tuyển nổi của bể Nước sẽ tiếp tục đi xuống ngăn lắng, tại đó các hạt cặn sẽ lắng xuống một phần, nước sau khi tuyển nổi sẽ đi qua vách ngăn và dẫn vào bể aerotank

Váng nổi sau khi được thanh gạt váng nổi gạn về bể chứa và được thu gom định kì Cặn lắng từ bể tuyển nổi được xả mỗi ngày 2 lần và được đưa về hố chứa cặn

e Bể aerotank

Nước sau khi xử lý bằng các quá trình cơ học vẫn còn một lượng lớn các chất hữu cơ chưa đạt tiêu chuẩn để thải ra môi trường, do đó cần phải xử lý bằng công trình sinh học Bể aerotank là công trình quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống Tại đây có các máy thổi khí liên tục sục khí vào bể thông qua các đĩa phân phối khí Các vi sinh hiếu khí sẽ tiếp nhận oxy, sử dụng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N,P) làm thức

ăn để chuyển hóa chúng thành chất trơ không hòa tan và tạo tế bào mới

Trong aerotank lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể lắng đợt 2 Một phần bùn được quay lại về đầu bể aerotank để tham gia xử lý nước thải theo chu trình mới

Qua bể aerotank, lượng chất hữu cơ có trong nước thải được giảm đáng kể

f Bể lắng đợt 2

Bể lắng đợt 2 làm nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước-bùn từ bể aerotank dẫn đến Một phần bùn lắng sẽ được tuần hoàn về bể aerotank, lượng bùn còn lại (gọi là bùn hoạt tính dư) sẽ được chứa tại hố chứa cặn

Nước sau khi lắng tại bể lắng đợt 2 sẽ được dẫn qua công trình khử trùng, bao gồm bể trộn và bể tiếp xúc

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 10

g Bể trộn, bể tiếp xúc

Sau xử lý cơ học và xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo, vi khuẩn gây bệnh không bị tiêu diệt hoàn toàn Nhằm tránh sự lây lan của vi khuẩn gây bệnh khi xả nước

ra môi trường tiếp nhận, cũng như đáp ứng chỉ tiêu Coliform trong QCVN 14:2008/BTNMT, nước cần được khử trùng bằng Clo, thông qua bể trộn và bể tiếp xúc

Dung dịch clo hoạt tính được đưa vào bể trộn để trộn đều cùng nước thải, sau đó hỗn hợp này được chuyển qua bể tiếp xúc để thực hiện các quá trình và phản ứng diệt khuẩn

Nước sau khi khử trùng sẽ được xả ra nguồn tiếp nhận

h Các công trình xử lý bùn cặn

Các công trình xử lý bùn cặn được sử dụng bao gồm hố chứa cặn, bể nén bùn và sân phơi bùn

Hố chứa cặn có vai trò thu nhận lượng cặn sinh ra từ bể lắng kết hợp tuyển nổi và bể lắng đợt 2, nhằm ổn định lưu lượng cặn trước khi cặn được bơm sang bể nén bùn Tại bể nén bùn, bùn cặn sẽ được tách nước, làm giảm độ ẩm xuống còn 95%, và tiếp tục giảm xuống còn 75% tại sân phơi bùn, thể tích bùn giảm đi đáng kể Sau quá trình phơi, vi trùng gây bệnh còn lại trong bùn cặn, cũng như mùi hôi thối của nó được giảm

đi

Bùn cặn sau khi phơi được xúc định kì 4 tuần/ 1 lần, và được vận chuyển đi sử dụng làm phân bón

2.3.2 Phương án 2

2.3.2.1 Đề xuất công nghệ

Bảng 6 Hiệu suất đề xuất của các công trình xử lý

Thông số Đầu vào Công trình Hiệu suất (%) Sau xử lý

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 11

Sau khi qua bể DAF ta có BOD:N:P = 144,5:8:3 = 100:5,5:2 => Tỉ lệ chất dinh

dưỡng thích hợp cho quá trình sinh trưởng hiếu khí trong tháp lọc sinh học, nên

không cần xây dựng công trình bổ sung Nitơ Hiệu suất xử lý nitơ của của tháp lọc sinh học là lượng nitơ được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp tế bào và bị vsv khử

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 12

Bể lắng 2 (lắng ngang)

Bảng 7 So sánh chất lượng nước thải sau xử lý với QCVN 14:2008/BTNMT

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 13

Kết luận: Quy trình xử lý nước thải theo phương án này cũng cho kết quả xử lý đạt

QCVN 14:2008/BTNMT, do đó có thể được lựa chọn để tính toán và so sánh với

phương án 1

Hình 2 Sơ đồ công nghệ phương án 2 2.3.2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải vào đến song chắn rác tương tự phương án 1

a Bể lắng cát thổi khí

Nước sau song chắn rác được đưa tới bể lắng cát thổi khí Hiệu suất làm việc của bể lắng cát thổi khí khá cao, vì nhờ thổi khí sẽ tạo được chuyển động vòng kết hợp với chuyển động theo phương thẳng đứng Với tốc độ tổng hợp của các chuyển động đó

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 14

mà các chất bẩn hữu cơ lơ lửng không bị lắng xuống, do đó trong thành phần cặn lắng chủ yếu là cát đến 90-95% và ít bị thối rữa Cát sau lắng được đưa ra sân phơi cát

Nước sau bể lắng cát thổi khí cùng với nước tách từ sân phơi cát được đưa về bể điều hòa

Xây dựng bể điều hòa và bể lắng kết hợp tuyển nổi (DAF) tương tự đối với phương án 1 Nước sau khi qua bể lắng kết hợp tuyển nổi được dẫn vào bể lọc sinh học

b Tháp lọc sinh học

Khi nước thải tưới qua lớp vật liệu lọc bằng nhựa PVC, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó Sau một thời gian hoạt động, màng sinh vật dày lên, các chất khí tích tụ phía trong tăng lên và màng bị tách khỏi lớp vật liệu lọc Sự hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn

Màng vi sinh được tạo nên ở bể lọc sinh học cũng với nước thải được dẫn vào bể lắng đợt 2

d Bể lắng đợt 2 (loại bể lắng ngang)

Bể này có nhiệm vụ giữ các màng vi sinh vật lại bể dưới dạng cặn lắng

Nước sau lắng được đưa ra các công trình khử trùng bằng clo (bể trộn & bể tiếp xúc) , còn bùn lắng được đưa tới các công trình xử lý bùn

e Bể trộn, bể tiếp xúc

Nước sau bể lắng 2 cũng được dẫn về bể trộn và bể tiếp xúc, tại đây nước thải cũng được khử trùng bằng Clo (tương tự phương án 1)

f Các công trình xử lý bùn

Bùn lắng thu được từ bể lắng kết hợp tuyển nổi và bể lắng 2 được đưa vể bể chứa bùn, sau đó được đưa tới bể nén bùn làm giảm lượng nước trong bùn (xuống còn 95%)

và tiếp tục giảm thể tích nhờ máy ép bùn băng tải (xuống còn 75%) Lượng bùn sau ép được thu gom và làm phân bón

Lượng nước thu hồi từ bể nén bùn và máy ép bùn được tuần hoàn về bể điều hòa để tiếp tục xử lý

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ CHO PHƯƠNG ÁN 1 3.1 Song chắn rác

3.1.1 Các hạng mục tính toán

+ Ngăn tiếp nhận nước thải,

+ Mương dẫn nước thải,

+ Song chắn rác

3.1.2 Tính toán chi tiết

3.1.2.1 Ngăn tiếp nhận nước thải

Ngăn tiếp nhận nước thải thu nước thải từ trạm bơm phân phối cho hệ thống xử

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 16

Dựa vào lưu lượng tính toán đã xác định: Q h = 8142 m3, chọn ba ngăn tiếp nhận với các thông số mỗi ngăn như sau:

- Bơm nước thải TSURUMI TO350B 630

+ Số lượng : 6 bơm

3.1.2.2 Mương dẫn nước

Mương dẫn nước thải đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật Tính toán thuỷ lực của mương dẫn (xác định: độ dốc i, vận tốc v m/s, độ đầy h, m) dựa vào bảng tính thuỷ lực (Các bảng tính toán thuỷ lực cống và mương thoát nước, GS TS Trần Hữu Uyển, Nhà xuất bản xây dựng) Kết quả được ghi ở bảng:

Bảng 9 Tính thuỷ lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhận

Bảng 10 Tính thuỷ lực mương dẫn nước thải ở mỗi song chắn rác

Qtb = 771,5 Qmax = 1130,85 Qmin = 534,6

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 17

131 , 1

Q n

+ vs: Tốc độ nước chảy qua song chắn rác; vs = 0,99 (Bảng 3),

+ h1: Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của

mương dẫn ứng với Qmax ; h1 = hmax = 0,75 m,

+ kZ: Hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, kz =

1,05,

+ b: Chiều rộng khe hở song chắn 15-20 mm, chọn b = 16 mm

b Chiều rộng của song chắn rác

4 , 2 ) 100 016 , 0 ( ) 1 100 ( 008 , 0 ) ( ) 1

+ s: Bề dày thanh song chắn, lấy s = 0,008 m;

+ b: Chiều rộng khe hở song chắn 15-20 mm, chọn b = 16 mm

Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn ứng với

Qmin để tránh tình trạng lắng đọng cặn khi vận tốc nhỏ hơn 0,4 m/s

544 , 0 41 , 0 4 , 2

535 , 0

Q V

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 18

c Tổn thất áp lực qua song chắn rác:

1 , 0 3 81 , 9 2

99 , 0 63 , 0 2

2 1

+ g: gia tốc trong trường, g = 9,81 (m/s2),

+: trở lực cục bộ của song chắn rác và được tính như sau:

016 , 0

008 , 0 42 , 2

3 4 3

Với:

 β: Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh chắn, chọn thanh chắn tròn dạng

A (Theo Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết) Tra

bảng: Ta được β = 2,42,

 α: Góc nghiêng của SCR so với mặt phẳng, α= 600

Hình 3: Tiết diện ngang các loại song chắn rác

Bảng 11: Hệ số β để tính sức cản cục bộ của song chắn rác

Nguồn: Bảng 3-7, tr 115, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết

d Kích thước của mương đặt song chắn rác

 Chiều dài phần mở trước sau SCR:

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 19

6 , 1 20 tan 2

25 , 1 4 , 2 tan

+ Bs: Chiều rộng của song chắn rác; Bs = 2,4 (m),

+ Bk: Chiều rộng của mương dẫn; Bk = 1,25 (m),

+ : Góc nghiêng chỗ mở rộng; chọn = 200

 Chiều dài phần mở rộng sau SCR:

8 , 0 2

6 , 1 2

+ hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,4 (m),

+ hs: Tổn thất áp lực qua SCR, hs = 0,1 (m),

+ h: Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với Qmax , h = hmax = 0,75 m

e Chiều dài của mỗi thanh là:

56 , 1 60 sin

35 , 1

Với α = 600: độ nghiêng của SCR so với mặt phẳng nằm ngang

g Khối lượng rác lấy ra trong ngày đêm từ song chắn rác:

56 , 1 1000 365

380830 8

1000 365

+ N: Số người tính toán sử dụng hệ thống thoát nước N = 380830 người

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 20

Trọng lượng rác ngày đêm được tính theo công thức:

1170 750

56 , 1

,17 1

19696200)2100

1,24196246)2100

C lần lượt là hàm lượng SS, BOD, COD đầu vào của nước thải

Bảng 12 Thông só thiết kế song chắn rác

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 21

3.2 Bể lắng cát ngang

3.2.1 Các hạng mục tính toán

+ Kích thước của bể chứa,

+ Thiết kế hố thu cát,

+ Tính toán sân phơi cát,

+ Lựa chọn bơm cát

3.2.2 Tính toán chi tiết

3.2.2.1 Tính kích thước bể

Chọn bể lắng cát ngang gồm 4 đơn nguyên, trong đó 3 đơn nguyên công tác và 1 đơn nguyên dự phòng (Theo 8.3.2, 7957:2008, nếu cào cát bằng máy phải có đơn nguyên dự phòng)

a Chiều dài mỗi đơn nguyên

7 , 18

3 , 0 7 , 0 7 , 1 1000

b Chiều rộng mỗi đơn nguyên

6 , 3 3 7 , 0 4 , 0

261 , 2

Q

Trong đó:

+ Qmax.s: lưu lượng lớn nhất giây, Qmax.s = 2,261 m3/s,

+ vmax: tốc độ lớn nhất của nước thải trong bể lắng cát ngang, vmax = 0,3 m/s, + H: độ sâu tính toán của bể lắng cát , H = 0,7m,

+ n: số đơn nguyên công tác, n = 3

c Chiều cao mỗi đơn nguyên

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 22

Mỗi ngày sẽ xả cát một lần Thể tích cát sinh ra trong một ngày:

20 1000

15 , 0 133291

 tb o c

q Q

d Kiểm tra thời gian lưu nước

Thời gian lưu nước không nhỏ hơn 30s khi lưu lượng lớn nhất (theo 8.3.4, 7957:2008)

t =

s Q

n H B L

max

3 7 , 0 59 , 3 09 ,

Chiều cao hố thu cát:

34,1)25,088,1225,088,12(3

203)

(

3

2 1 2 1

n

W

Trong đó:

+ S1: Diện tích đáy lớn S1 B2  3 , 592  12 , 88(m2),

+ S2: Diện tích đáy bé S10,52 = 0,25m2

3.2.2.3 Chọn máy bơm cát

Cát được đưa về đầu hố thu cát bằng thiết bị cào cát cơ giới, tốc độ quay 0,5 ÷ 1 vòng/phút

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 23

Thời gian mỗi lần xả cát dài 30 phút Lượng cát cần xả mỗi phút: 0 , 667

365 02 , 0 380830

+ P: lượng cát giữ lại trong bể lắng cát, P = 0,02 l/người/ngày,

+ h: chiều cao lớp bùn cát trong năm, h = 3÷5 m/năm (8.3.8, 7957:2008),

+ N: số dân tính toán, N = 380830 người

Chọn sân phơi cát gồm 4 ô, mỗi ô có diện tích bằng 556/4 = 139 (m2) Kích thước mỗi ô trong mặt bằng L x B = 20 x 6,95 m

Bảng 13 Thống kê thiết kế bể lắng cát

Kích thước bể lắng cát

Kích thước sân phơi cát

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 24

+ Động cơ 5,5Kw + Đẩy cao 10m + Công suất 1m3/phút + Trọng lượng 120kg

+ Tỉ số truyền: 1/5 – 1/600

3.3 Bể điều hòa thổi khí

Bể điều hòa làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ chất trước khi vào các công trình xử lý sinh học Làm cho các công trình xử lý sinh học làm việc ổn định hơn

3.3.1 Các hạng mục tính toán

+ Tính toán kích thước bể

+ Tính toán hệ thống thổi khí,

+ Lựa chọn bơm vận chuyển nước thải cho các công trình sau

3.3.2 Tính toán chi tiết

3.3.2.1 Kích thước bể

a Thể tích của bể điều hòa

Thể tích bể điều hoà lưu lượng W đh được xác định theo các mối quan hệ sau:

682,0466,1

K y

h TB

đh đh Q

W





Trong đó :

+ K đh: Hệ số không điều hoà sau của nước ra khỏi bể, K đh= 1,

+ K đh0: Hệ số không điều hoà của nước thải chảy vào bể, K đh0= 1,466

Sự phụ thuộc củay đh và đh được xác định theo bảng sau:

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 25

Bảng 14: Sự phụ thuộc giữa y đh và đh

Nội suy với y đh = 0,682 ta được đh = 3,125

Thể tích cần thiết của bể điều hòa:

17356 125

, 3





 h đh tb

+ H h : Chiều cao chứa nước, Hh = 5 m,

+ H bv là chiều cao bảo vệ lấy bằng 0,5 m

c Diện tích của bể điều hòa

Thiết kế 2 bể điều hoà

Diện tích hữu ích mỗi bể là:

h

đh

H

V F





5 2

17356

 = 1735,6 m2

 Chọn chiều dài bể L = 58 m

 Chọn chiều rộng bể B = 30 m

Thể tích hữu ích của bể điều hoà:

17400 70

31 5 2

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 26

 Chọn khuấy trộn bể điều hoà bằng hệ thống thổi khí

3.3.2.2 Hệ thống phân phối khí

a Xác định lượng không khí cần thiết

Lượng khí nén cần cho mỗi bể điều hòa là:

Qkk = qkk×V1h/i= 0,015×8700 = 130,2 (m3/phút) = 7812 (m3/h)

Với qkk: Lượng không khí cần cấp để xáo trộn, qkk = 0,01 – 0,015 m3/m3.phút, chọn qkk = 0,015 m3/m3.phút (Theo “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS Trịnh Xuân Lai NXB Xây Dựng, 2009”)

Sử dụng hệ thống cấp khí là các đĩa thổi khí bố trí điều trên diện tích bể Chọn đĩa phân phối khí EDI (bọt mịn) - Mỹ loại 12’’ Micro có đường kính đĩa D = 350 mm Diện tích bề mặt đĩa Fđĩa = 0,068 m2, lưu lượng khí r = 15,3 m3/h

b Số đĩa khuếch tán khí:

5103,15

c Đường ống dẫn khí và cách bố trí

Hai đường ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo hai nữa chiều dài đáy bể, các đường ống nhánh bố trí vuông góc với ống chính dẩn khí từ đường ống chính phân phối cho hệ thống đĩa khí nằm phân bố trên các ống nhánh

Trên mỗi đường ống nhánh bố trí 16 đường ống nhánh (cách nhau 1,8 m và cách vách ngang của bể 1,1 m) dẩn khí theo chiều ngang bể, trên mỗi đường ống nhánh bố trí 16 đĩa phân phối khí bố trí cách nhau 1,8 m và cách đầu ống nhánh mỗi bên 1,5 m Đĩa thổi khí được bố trí cách đáy bể 0,1 m

Hình 4: Sơ đồ bố trí đĩa thổi khí

 Tính toán ống chính

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 27

Lưu lượng mỗi đường ống chính :

39062

085,144

v

Q D

 Chọn D chính= 315 mm, ống nhựa PVC cứng

Kiểm tra vận tốc khí trong ống chính:

2 2

315 , 0 14 , 3

085 , 1 4 4

085 , 1

064,044

v

q D

 Chọn D nhánh= 75 mm, ống nhựa PVC cứng

Kiểm tra vận tốc khí trong ống chính:

2 2

075 , 0 14 , 3

064 , 0 4 4

d Tính toán máy thổi khí

Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén khí được xác định theo công thức:

Hct = (hd + hc) + hf + h = 0,8 + 0,5 + 3,9 = 5,2 (m)

Trong đó:

+ hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, giá trị này không vượt quá 0,4 m,

+ hc: Tổn thất áp lực cực bộ, giá trị này không vượt quá 0,4m,

+ hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, giá trị này không vượt quá 0,5m,

+ h: Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí, h = 3,9 m

Tổng tổn thất (hd + hc) 0,8m; tổn thất hf  0,5m

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 28

Áp lực khí nén tính theo apmotphe:

33 , 10

2 , 5 33 , 10 33

, 10

33 ,

(Theo “Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp –

Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân 2008”)

Công suất lý thuyết máy thổi khí:

65 , 0 102

5 , 1 17 , 2 ) 1 5 , 1 (

+ Q: Lưu lượng khí một máy cần cung cấp, Q= 7812 (m3/h) = 2,17 (m3/s)

+ : Hệ số sử dụng hữu ích của máy thổi khí (lấy khoảng 0,5 – 0,75) Chọn 0,65

+ k: Hệ số an toàn khi thiết kế trong thực tế, chọn k = 1,5

 Chọn 4 máy thổi khí hoạt động đồng thời với thông số mỗi máy như sau:

Q = 32,6 m3/phút, H = 5,2 m, N = 53 kW Lựa chọn thổi khí ANLET BH200A - 8B, Thông số:

+ Công suất: 54,7 kW,

+ Lưu lượng: 34,3 m3/phút,

+ Cột áp: 10,5 m

3.3.2.3 Tính toán bơm và đường ống bơm lên Bể tuyển nổi

 Lưu lượng bơm: h  5554

TB

 Số bể tuyển nổi: 6 bể,

 Sử dụng bơm nhúng chìm để bơm nước thải qua bể tuyển nổi

 Cột áp của máy bơm:

H = hbể + htt + htn = 4 + 1 + 3 = 8 (m) Trong đó:

+ hbể : chiều cao hình học, hbể = 4 (m)

+ htt : tổn thất trên đường ống và tổn thất cục bộ, chọn htt = 1 (m)

+htn : Chiều cao bơm nước lên bể tuyển nổi,

Công suất tính theo lý thuyết của máy bơm:

65 , 0 1000

5 , 1 81 , 9 8 543 , 1 1000

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 29

+ H : Chiều cao cột áp, H = 5 (m)

+  : Hiệu suất chung của bơm từ 0,6 – 0,75, chọn = 0,65

+ k : hệ số an toàn khi thiết kế trong thực tế, k = 1,5

 Chọn 6 bơm hoạt động đồng thời với thông số mỗi máy như sau:

Bảng 15 Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa

Bể điều hoà

Thông số mỗi bể điều hoà

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 30

Hệ thống phân phối khí

6 Đĩa thổi khí

Loại đĩa 12’’ Micro hãng IDM- Mỹ

7 Máy thổi khí

3.4 Bể lắng kết hợp tuyển nổi ly tâm

Vị trí: Sau bể điều hoà, trước bể xử lý sinh học

Chức năng:

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư 300.000 người 31

+ Dùng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc

bùn sinh học,

+ Có thể loại các hạt chất rắn nhỏ, có vận tốc lắng chậm trong một thời gian

ngắn

Lựa chọn:

+ Bể lắng kết hợp tuyển nổi kiểu ly tâm,

+ Tuyển nổi áp lực

Hình 5: Dòng vật chất trong hệ DAF

3.4.1 Các hạng mục tính toán

+ Tính toán kích thước bể tuyển nổi,

+ Tính toán bồn tạo áp,

+ Tính toán máy nén khí,

+ Tính toán máy bơm cho bồn tạo áp,

+ Tính toán lượng bùn cần xử lý

3.4.2 Tính toán chi tiết

3.4.2.1 Tính kích thước bể tuyển nổi

Xây dựng 6 bể lắng kết hợp tuyển nổi khí hòa tan (DAF) kiểu ly tâm

Nồng độ khí nén = S

Lưu lượng =Q m 3 /ngày

Nồng độ bão hòa không

P atm

Dòng tuần hoàn ,R, m 3 /ngày