Thiết kế nhà máy xử lý nước thải bằng công nghệ SBR đạt tiêu chuẩn loại A,B cho khu du lịch Thiên Cầm Hà Tĩnh. Công suất 2800 m3ngđêm

Công nghiệp sản xuất giấy là một trong những ngành công nghiệp được hình thành và phát triển từ rất lâu! Cùng với sự phát triển của khoa học – kỹ thuật, kinh tế ngày càng phát triển hơn, nhu cầu sử dụng giấy của con người cũng theo đó mà đa dạng, phong phú hơn. Thế nhưng: việc xử lý được nước thải trong quá trình sản xuất bột giấy như thế nào cho hiệu quả thì không phải là một vấn đề đơn giản! Với đặc điểm thành phần nước thải có hàm lượng Cellulose cao thì cần một quy trình xử lý nước thải bài bản mới có thể xử lý tốt được!

MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÃI BIỂN THIÊN CẦM 2

1.1 Nhiệm vụ thiết kế: 3

1.2 Sơ lược về khu du lịch Thiên Cầm: 3

a Vị trí địa lý 3

b Đặc điểm 4

c Khí hậu 4

d Lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy 4

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 5

2.1 Nguồn gốc thành phần và tính chất nước thải: 5

2.2 Thuyết minh dây chuyền: 6

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ 7

3.1 Tính toán các công trình sơ bộ 7

3.1.1 Mương dẫn nước: 7

3.1.2 Song chắn rác: 8

3.2 Bể điều hòa 10

3.3 Bể SBR 13

3.4 Bể khử trùng 19

3.5 Bể nén bùn 20

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CAO TRÌNH 22

4.1 Bố trí cao trình 22

4.2 Những giả thiết khi thiết kế trắc dọc theo đường nước, bùn 22

4.3 Tính toán cao trình các công trình đơn vị theo mặt cắt nước 22

4.4 Các công trình phụ trợ 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

PHỤ LỤC BẢN

Bảng 1: Thông số nước thải sinh hoạt điển hình 3

Bảng 2: Thông số mương dẫn 8

Bảng 3: Thông số tính toán song chắn rác 10

Bảng 4: Thông số tính toán bể điều hòa 12

Bảng 5: Thông số bể SBR 18

Bảng 6: Thông số bể khử trùng 20

Bảng 7: Thông số bể nén bùn 21

Bảng 8: Cao trình các công trình 24

Bảng 9: Thông số công trình phụ trợ 25

Chất lượng nước thải như sau:

Bảng 1: Thông số nước thải sinh hoạt điển hình Tên số liệu Giá trị Đơn vị QCVN 14:2008

Là một bãi biển thuộc huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh, cách thành phố Hà Tĩnh20km về phía Đông Nam theo quốc lộ 1A Thiên Cầm kéo dài từ ranh giới xã CẩmHòa đến bãi Cu Kỳ xã Kỳ Xuân, Kỳ Anh Phía Đông Nam kéo dài đến xã CẩmNhượng và phía Bắc từ đỉnh núi xuống bờ biển

b Đặc điểm

Là một bãi biển hình cánh cung trải dài 3km cùng các danh lam thắng cảnh nhưnúi Thiên Cầm, đảo nhỏ Hòn Én, chùa Yên Lạc,…thu hút hơn 10 ngàn khách du lịchmỗi năm

→ Thời điểm đông khách du lịch thường là tháng 3,4 và 9,10

d Lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy

Với ưu thế gần biển và sông lớn như sông Lạc Giang cùng địa hình bằng phằng dễxây dưng nhà máy

Cũng giống với nước thải sinh hoạt, nước thải du lịch chứa nhiều chất hữu cơ dễphân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, VSV và vi trùng gâybệnh rất nguy hiểm.

Nước thải du lịch có nguồn gốc phát sinh từ nhu cầu sử dụng nước cũng giống nhưsinh hoạt hằng ngày của con người, có các tính chất đặc trưng: thải từ các thiết bị vệsinh trong khu nghỉ và các công trình công cộng như bồn tắm, chậu rửa, nhà xí,…chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vi trùng

Lựa chọn dây chuyền công nghệ:

Nguồn thảiSong chắn rác

Bể điều hòa

Bể SBR

Bể khử trùng

Nguồn tiếpnhận

Sân phơi bùnNén bùn

Châm cloMáy thổi khíThùng chứa rác

2.2 Thuyết minh dây chuyền:

Nước thải từ hệ thống thoát nước của khu du lịch được trạm bơm đưa về nhà máy

xử lý, nước theo hệ thống mương dẫn đi qua song chắn rác để loại bỏ các chất có kíchthước lớn Nước thải sinh hoạt sau khi qua song chắn tiếp tục qua ngăn tiếp nhậntrước khi qua bể điều hòa

Tại đây, bể sẽ gắn hệ thống sục khí nhằm giảm bớt sự dao động của hàm lượngcác chất bẩn trong nước do quá trình thải ra không đều, ổn định lưu lượng và nồng độ,tránh hiện tượng quá tải vào các giờ cao điểm, do đó giúp hệ thống xử lý làm việc ổnđịnh đồng thời giảm kích thước các công trình đơn vị tiếp theo

Tiếp theo, nước thải được đưa vào bể SBR: là một dạng công trình xử lý sinh họcnước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó diễn ra quá trình thổi khí, lắng bùn và gạnnước thải Bùn hoạt tính thực chất là các vi sinh vật vì vậy khi được trộn với nước thảivới không khí có Ôxi, chúng sẽ phân hủy các chất hữu cơ tạo thành cặn và sẽ lắngxuống ở tại bể SBR Nước trong bể SBR được gạn ra khỏi bể bằng thiết bị thu nước

bề mặt sau khi ra khỏi bể và cuối cùng trước khi xả ra nguồn tự nhiên nước được chovào bể khử trùng để khử trùng nước

Sau khi qua bể SBR nước thải được dẫn thẳng tới bể khử trùng mà không cầnphải qua bể lắng Ta khử trùng bằng cách cho tác chất khử trùng Chlorine vào Phầnbùn cần xử lý được đưa vào bể chứa và nén bùn Bùn sinh ra có độ ẩm rất cao Nhiệm

vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn bằng cách lắng (nén) cơ học để đạt độ

ẩm thích hợp (94 – 96%) phục vụ cho việc xử lý bùn ở phía sau

Trong công nghệ này sử dụng phương pháp nén bùn trọng lực bùn được đưa vàoống phân phối bùn ở trung tâm bể Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kếtchặt lại Sau khi nén, bùn sẽ được tháo ra ở đáy bể Phần nước tách bùn được đưa trởlại ngăn tiếp nhận Bùn từ bể nén bùn được đưa về máy ép Sau khi ra khỏi máy épbùn, bùn có dạng bánh và sau đó được đem đi chôn lấp Nước từ máy ép bùn trở lại

hố thu gom để được tái xử lý

V = 0,8 m/s Chọn mương có tiết diện hình chữ nhật

 B: chiều rộng mương dẫn nước (m)

 H: chiều cao mương dẫn nước

Ta có ω= B.h=2.h.h

H=√A2 =√0,0552 = 0,16 (m) = 16 cmB= 2.h = 2.0,16 = 0,32 (m) = 32 cm

Độ dốc tối thiểu của mương để tránh quá trình cặn lắng trong mương:

Imin= B1 = 0,321 = 3,125Chiều cao xây dựng mương: H= h+ h’

Song chắn rác được làm từ kim loại và đặt dưới đường chảy của nước thải theophương thẳng đứng.

Kích thước và khối lượng rác giữ lại ở song chắn rác phụ thuộc vào kích thướckhe hở giữa các thanh đan Tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực thường xuyên làm

vệ sinh song chắn rác

Góc nghiêng α =(30-450) chọn α = 450

Vận tốc trung bình qua song chắn rác: v =0,6-1 m/s, chọn v= 0,8m/s

Khe hở giữa các thanh chắn rác: b = 16-25mm Chọn b=20mm = 0,02m

Chiều rộng và chiều sâu mương dẫn: B x h= 0,32 x 0,36 m

Độ dày các thanh b s = 3-5 Chọn s = 6mm= 0,006m

Chiều cao lớp nước trong mương h1

h1=Q s max

V B = 0,8.0,320,044 = 0,17 (m)

l1= 2.tagφφ Bs−B = 0,436−0,32

2 tagφ200 = 0,16 (m)Trong đó Bs: chiều rộng song chắn rác

 φ: góc nghiêng đoạn mở rộng mương dẫn (15-200) Chọn φ = 200 Chiều dàiđoạn thu hẹp sau song chắn rác, l2

l2= 0,5.l1 = 0,5 0,16 =0,08 (m)Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác:

l=l1+l2+ls=0,16+0,08+1,5 =1,74 (m)

 ls =1,5m Chiều dài phần mương đặt song chắn rác

Tổn thất áp lực qua song chắn rác: hs = ξ.v2max

Chiều sâu xây dựng mương:

H=hmax +hs +hbv = 0,42+0,022+0,5 = 0,942 (m)Chọn H= 1m

 hmax: độ dày ứng với chế độ Qmax, hmax = 0,42m

 hs: tổn thất áp lực qua song chắn rác

 hbv: chiều cao bảo vệ Chọn hbv =0,5m

Hiệu quả xử lý nước thải sau khi qua song chắn rác:

Chất lơ lửng giảm 4%

TSS1 =TSS.(100-4)% = 298.0,96 =286 (mg/l)BOD5 giảm 4% còn

L1 = BOD5.(100-4)% = 324.0,96 =310(mg/l)(“Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán và thiết kế công trình-Lâm Minh Triết)

Bảng 3: Thông số tính toán song chắn rác

Chọn thời gian lưu nước của bể điều hòa t = 4h (4-12h)

Thể tích cần thiết của bể:

W =Q max h ×t=157,5.4=630(m3)

Chọn kích thước của bể điều hòa là : 17,5x8, Diện tích là : 140 m2 .

Chiều cao xây dựng bể:

H xd=H+ H bv=4,5+0,5=5 (m)

 Hbv – Chiều cao bảo vệ; chọn Hbv = 0,5(m)

Thể tích thực của bể điều hòa :

Công suất máy bơm nước

Công suất bơm :

N = ρ× Q max s × gφ × h

1000 ×η = 1000× 0,044 × 9,81×10 1000 ×0,8 = 5,4 kw

 h : chiều cao cột áp h = 10m

  : hiệu suất máy bơm  =80%

Công suất thực của máy bơm lấy bằng 120% công suất tính toán

Nthực = 1,2× 5,4 = 6,48 kwCần bơm công suất 6,48 KW với 1 bơm dự phòng

Lưu lượng không khí cần cấp cho 1 bể điều hòa :

Qkk = R×Vb = 0,012×700 = 8,4 m3/p = 0,14 m3/s

 R : tốc độ khí nén 10 – 15 lít/m3.phút Chọn R = 12 lít/m3.phút = 0.012 m3/

m3.phút

 Vb : thể tích hữu ích bể điều hòa.

Đường kính ống phân phối khí chính

D = √4 ×Qkk π ×10 = √3,14 × 10 4 × 0,14 =0,133 m = 133 mmChọn ống có đường kính D = 150 mm

Chọn khoảng cách giữa các nhánh phân phối khí 1,25 m

Chọn khoảng cách giữa các đĩa phân phối khí trên 1 nhánh 0,9 m

Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí

 hf : tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf 0,5m , chọn hf = 0,4 m

 H : chiều sâu hữu ích của bể điều hòa, H = 4,5m

Hk = 0,3 + 0,3 + 0,4 + 4,5 = 5,5 mĐường kính ống dẫn nước ra ở bể là:

D=√4 Q vπ =√1× 3,14 ×3600 4 × 157,5 =0,23(m)

 Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 1 (m/s)

 Lưu lượng nước ra ở mỗi đơn nguyên là: Q = 157,5 (m3/h)

Hiệu quả xử lý BOD, COD, SS khi đi qua bể điều hòa:

Chọn hiệu suất xử lý BOD ở bể điều hòa là 5%

Lượng BOD còn lại sau khi qua bể điều hòa là :

L BOD s =L BOD t ×(100−5 %)=310× 95 %=294,5(mgφ /l)

Chất lơ lửng còn lại sau khi qua bể điều hòa

TSS2=TSS1×(100-5)% = 286 × 95% = 271,7 (mg/l)(“Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán và thiết kế công trình-Lâm Minh Triết)

Bảng 4: Thông số tính toán bể điều hòa

Các thông số đầu vào của bể SBR:

 Công suất thiết kế: Q=3780m3/ngđ

( Theo Giáo Trình, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Trịnh Xuân Lai)

 Nồng độ bùn hoạt tính ở đầu vào của bể X0 =0

 Thời gian lưu bùn (tuổi của bùn)  c=10 – 30 ngày, chọn 10 ngày

 Nhiệt độ nước thải: t= 25oC

 Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể XS=10000mg/l

 Cặn lơ lửng ở đầu ra là SS=20mg/l trong đó có 65% cặn hữu cơ phân hủyBOD20

Xác định kích thước bể SBR:

Tổng thời gian của một chu kì hoạt động

T = tF + tA + tS + tD + t1= 3 + 2 + 0,5 + 0,5 = 6hTrong đó:

 Thời gian làm đầy: tF = 3h

 Thời gian phản ứng: tA = 2h

 Thời gian lắng: tS = 0,5h

 Thời gian rút nước: tD = 0,5h

 Thời gian pha chờ: t1 = 0

Chọn SBR gồm 2 đơn nguyên, khi đơn nguyên này đang làm đầy thì đơn nguyênkhác đang phản ứng

Số chu kì hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày

n = h

h

6

24

= 4 (chu kì/đơn nguyên.ngày)

→Tổng số chu kỳ của hai bể là 8

Thể tích bể làm đầy trong 1chu kì

VTxX =VSxXS3500

0,5256666,67

 Chiều cao của bể, H = 5 m

 Chiều cao bảo vệ bể, hbv = 0,5 m

Chiều cao xây dựng bể

Hxd = H + hbv = 5 + 0,5 = 5,5 mDiện tích của bể

Tổng BOD5ra = BOD5hoà tan + BOD5 của cặn lơ lửng

Hàm lượng chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra:

20x 0,65 = 13 (mg/l)Hàm lượng BOD của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra: 13 mg/

l x 1,42 mg O2tiêu thụ/mg tế bào bị oxi hoá = 18,46 mg/l ( Lượng BOD20 khi bị oxyhóa hết chuyển thành cặn tăng thêm 1,42 lần (1mg BOD20 tiêu thụ 1,42 mg oxy)Hàm lượng BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra:

BOD5 = 18,46 x 0,68 = 12,55 (mg/l)Hàm lượng BOD5 hoà tan trong nước thải ở đầu ra:

BOD5-ra=20-12,55=7,45mg/l

Tính toán lượng bùn sản sinh ra mỗi ngày

Tính tốc độ tăng trưởng của bùn

 Z: Là độ tro của cặn =0,3 ( Giáo trình Xử Lí nước thải, PGS.TS Hoàng VănHuệ)

 Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd=0,06l/ngày

 θc=10 ngày: Thời gian lưu bùn

 Y: hệ số sản lượng cực đại, Y= 0,46mg VSV/mgBOD5.

Tổng lượng bùn cần xử lý mỗi ngày:

Lượng bùn dư cần xử lý (Gd) = tổng lượng bùn – lượng cặn trôi qua bể

= 450– 20 x 3780 x 10-3 = 374,4 kg/ngàyThể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày:

Vb = 1,02× X G d

s = 1,02×10000 /1000374,4 =36,7 m3/ngàyChiều cao cặn lắng trong bể:

Hb = V b

2 F = 2.31,5.1036,7 = 0,058 mThể tích bùn phải xả một bể (để lại 20%):

Vb = 0,8×hb×F = 0,8.0,058.31,5.10 =14,6 m3

Xác định lượng không khí cần thiết cho một đơn nguyên:

Lượng oxi cần thiết cung cấp cho mỗi bể theo đk chuẩn của phản ứng ở 200C

OCo = Q/2(So-S) -1,42.Px

=1890.(294,5-7,45).10-3-1,42.314,6/2 =320 kg/ngày

Thời gian thổi khí của một bể: tối thiểu một nửa thời gian làm đầy nên thổi khí

3/2+2=3,5 hTổng thời gian sục khí một ngày của một bể:

3,5.4=14h

Tỷ lệ chuyển hóa oxi trung bình:

320kgO2/ngày : 14 = 22,85 kg/hLượng oxi thực tế

Lượng không khí cần thiết cho quá trình:

Mkk = 25l/m3phút.1575m3= 39375 L/phút = 0,65 m3/s

Số lượng đĩa = 39375/Q trên đĩa = 287,6~288 đĩa (Q =120l/phút.đĩa)

Cách phân phối đĩa thổi khí

Khoảng cách giữa 2 đường ống dẫn khí phụ đặt gần nhau là 2,15 m

Khoảng cách giữa 2 đường ống ngoài cùng đến thành bể là 0,75m

Tính toán đường ống, bơm bùn, bơm nước thải:

 Đường ống dẫn nước vào và ra khỏi bể SBR:

Vận tốc dòng chảy trong ống có áp là v =0,7-1,5m/s Chọn v =1m/s

Đường kính ống dẫn nước:

D = √π v 4 Q = √π 1.24 36004.3780 = 0,23 mChọn ống nước PVC D= 250mm

Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống

V = 4.Q

π 0,252.24 3600 = 0,9~ 1m/s

 Tính toán bơm nước thải vào bể SBR:

Một chu kì bơm hút 25m3 nước vậy

Lưu lượng mỗi bơm Q = 25/0,5 = 50 m3/h = 1200 m3/ngày

Chọn xả bùn không liên tục, thời gian xả bùn cho mỗi chu kì là 0,5h

Lưu lượng bùn xả trong mỗi chu kì hoạt động:

Q = V w t = 0,5.360014,6 = 8,1.10-3 m3/sChọn vận tốc bùn chảy trong ống v =0,5 m/s

qk = Qk6 = 0,656 = 0,108 m3/sĐường kính ống nhánh dẫn khí

dk = √π vk 4 qk =√4.0,108π 9 = 0,15 mChọn ống nhánh D =0,15m

Kiểm tra lại vận tốc trong ống:

vkhí = 4 qk

π D2 =4.0,108

π 0,152 = 6,1 m/s

Bảng 5: Thông số bể SBR

Chọn chiều cao hữu ích của bể hc = 3 m

Chọn chiều cao bảo vệ của bể hbv = 0,5m

 Q: Lưu lượng nước thải Q =3780 m3/ngày = 157,5 m3/h

 C: Liều lượng clo hoạt tính, liều lượng clo cho vào khử đối với nước thảisau xử lý bùn hoạt tính là 2-8g/m3 Chọn C =5 g/m3

Đường kính ống dẫn nước thải:

D =√3600 v π 4 Q = √3600.0,7 π4.157,5 = 0,28 = 0,3 m = 300 mmTrong đó:

V: vận tốc chảy trong ống v =0,7m/s

Lượng bùn cực đại trong bể nén bùn: Pmax=1,15.P=374,4.1,15=430,56 (kg/ngày)

- k: hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính dư, chọn k = 1,15

Lượng bùn tách ra trong quá trình nén:

ct

- v: là vận tốc nước bùn dâng lên; v = 0,1 mm/s

- t: thời gian nén bùn; lấy t = 8h

Chiều cao phần hình nón với góc nghiêng 450 Chọn hn = 1,5(m)

Đường kính đáy bể lấy d = 0,5m

Chiều cao tổng cộng của bể:

H = hct + hn + hbv = 2,88+1,5+0,3 = 4,68 mThể tích thực của bể nén bùn

V= F.H =7,2.4,68 =35,7~36(m3)Diện tích sân phơi bùn: (thời gian lưu bùn 2 ngày)

S= 1,536 = 24 (m2)K- tải trọng bề mặt của sân phơi bùn,lấy K = 1,5m3/m2

Chọn sân phơi bùn có kích thước L x B x H = 6 (m)x 4 (m)x 1,5(m)

cộng với tổn thất cột nước qua các công trình của trạm xử lý và phải đảm bảo cộtnước dự trữ tại vị trí cửa xả ra cống là 2,5m, để nước thải chảy tự do từ miệng cống xả

ra các con kênh

Tổn thất áp lực của hệ thống xử lý nước thải gồm:

1) Tổn thất áp lực theo chiều dài khi nước chảy trong ống dẫn, kênh mương nối

các công trình, thiết bị với nhau;

2) Tổn thất áp lực qua máng tràn, cửa sổ ở chỗ dẫn nước thải vào/ra khỏi các

công trình, thiết bị và đầu đo;

3) Tổn thất áp lực qua từng công trình, thiết bị.

4.2 Những giả thiết khi thiết kế trắc dọc theo đường nước, bùn

Tổn thất qua song chắn rác: đã được xác định theo thiết kế SCR: hs = 10cm

Tổn thất qua mương dẫn: lấy từ 5-50cm, chọn 10cm

Tổn thất qua bể điều hòa: chọn 20 cm

Tổn thất qua bể SBR là 1m

Tổn thất qua bể khử trùng là 0,45-0,9

(Theo trang 182 sách Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp do GS-TS Lâm Minh Triết chủ biên nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố

Hồ Chí Minh xuất bản năm 2000):

4.3 Tính toán cao trình các công trình đơn vị theo mặt cắt nước

+ Cao trình mương dẫn nước thải đầu ra:

Cao trình mực nước Z = 5

Mực nước đầu tiên tại ống xả ra sông:

Zn = 2,5 + Zmaxsong = 2,5 + 5 = 7,5 m+ Mương dẫn

Zm = Zn + hm = 7,5 + 0,1 = 7,6 m+ Cao trình bể khử trùng:

Cao trình mực nước trong bể khử trùng:

Zkt

mn = Zm + hkt = 7,6 + 0,5 = 8,1 mCao trình đỉnh bể khử trùng:

Zkt

đ = 8,1 + 0,5 = 8,6 mCao trình đáy bể khử trùng:

Zkt đáy = 8,6 – 3,5 = 5,1 m+ Cao trình bể SBR:

Cao trình mặt nước trong bể SBR

ZSBR

mn = Zkt

mn + hSBR = 8,1 + 1 = 9,1mCao trình đỉnh bể SBR

ZSBR

đ = 9,1 + 0,5 = 9,6mCao trình đáy bể SBR

ZSBR đáy = 9,6 – 5,5 = 4,1m+ Cao trình bể điều hòa

Cao trình mực nước bể điều hòa

Zđh

mn = ZSBR

mn +hdh = 9,1 + 0,2 = 9,3mCao trình đỉnh bể điều hòa

Zđh

đ = 9,3 + 0,5 = 9,8mCao trình đáy bể điều hòa

Zđh đáy = 9,8 – 5 = 4,8 m