5. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3. Dây chuyền công nghệ và thuyết minh công nghệ
Ta lựa chọn dây chuyền công nghệ như sau:
Làm trong nước thải bằng phương pháp cơ học để loại bỏ cặn và các chất rắn lớn. Đây là mức độ bắt buộc đối với tất cả các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải sau khi xử lý ở giai đoạn này phải bé hơn 150mg/l nếu nước thải được xử lý sinh học tiếp tục hoặc bé hơn quy định nếu xả nước thải trực tiếp vào nguồn nước mặt. Nước thải lần lượt qua các công trình sau:
* Song chắn rác: Nước thải trước khi đến hầm thu gom được dẫn qua
song chắn rác. Ta chọn song chắn rác cơ giới với một song chắn rác công tác và một song chắn rác dự phòng. Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất thô kích thước lớn như: giấy, rác, túi nilon, giẻ rách… có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước hoạt động ổn định.
* Hầm thu gom
* Bể lắng cát: Bể lắng cát có nhiệm vụ tạo thời gian lưu và thu giữ
những hạt lớn có chứa trong nước thải mà thành phần chính là cát. Mặc dù không độc hại nhưng chúng cản trở hoạt động của các công trình xử lý nước thải như tích tụ trong bể lắng, bể Aeroten… làm giảm dung tích công tác của công trình, gây khó khăn cho xả bùn cặn, phá hủy quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải. Trong trạm xử lý nước thải, việc cát lắng lại các bể lắng gây khó khăn cho công tác lấy cặn. Ngoài ra, trong cặn có cát có thể làm cho các ống dẫn bùn của các bể lắng không hoạt động được, máy bơm chóng hỏng… Bể lắng cát thổi khí là phù hợp hơn cả do thích hợp xử lý với công suất thiết kế, thi công đơn giản. Trong khi đó, bể lắng nước chảy vòng có cấu tạo phức tạp hơn.
* Bể lắng đợt 1: Trong nước thải khoảng 20% chất bẩn ở dạng không
hòa tan, trong đó một phần là cát, xỉ được giữ ở bể lắng cát. Lượng chất bẩn không hòa tan còn lại chủ yếu là chất hữu cơ sẽ được giữ lại trong bể lắng đợt 1. Bể lắng đợt 1 lựa chọn bể lắng đứng phù hợp hơn cả do thích hợp với công
như dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt ra khỏi nước trước khi đưa sang công trình xử lý sinh học. Trong khi đó, nếu lựa chọn bể lắng Rađian sẽ khó khăn hơn trong quá trình thi công.
Bể lắng đứng: Có mặt bằng hình tròn hoặc hình vuông. Trong bể lắng hình tròn nước chuyển động theo phương bán kính (radian).
b. Khối xử lý sinh học
Khối xử lý sinh học có thể ứng dụng làm sạch hoàn toàn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc bị phân tán nhỏ. Phương pháp này được áp dụng cho nước thải sau khi đi qua bể lắng đứng. Người ta sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù, dung dịch là nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, vi sinh vật oxi hoá hoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả làm sạch nước thải khỏi các hợp chất hữu cơ. Nước thải sau khi đi qua bể lắng cát đứng thì được dẫn lần lượt qua các công trình:
* Bể Aeroten hoặc bể Biophin: Tuy nhiên, bể Aroten vận hành đơn
giản, phù hợp với điều kiện Việt Nam, không cần sử dụng bơm để dẫn nước vào như bể Biophin. Ngoài ra, hệ thống phân phối nước vào bể Biophin lại cần phải kiểm tra liên tục để tránh tắc nghẽn trong hệ thống phản lực. Chính vì vậy ta lựa chọn phương án có sử dụng bể Aeroten để thiết kế hệ thống xử lý nước thải KTX với công suất 600m3/ng.đ.
Tại bể Aeroten chứa hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxi cho vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. Khi ở trong bể các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú và sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và các tế bào mới.
Quá trình sinh học có thể diễn ra tóm tắt như sau:
Chất hữu cơ + Vi sinh vật + oxy N2 + H2O + Năng lượng + Tế bào mới
Hay có thể viết:
Chất thải + Bùn hoạt tính + Không khí Sản phẩm cuối + Bùn hoạt tính dư.
Bể Aroten hoạt động cần có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục.
* Bể lắng đợt 2: Lựa chọn bể lắng đứng. Bể lắng đợt 2 dùng để lắng
lượng SS còn lại sau khi đi qua bể Aeroten.
c. Khối khử trùng
Bể khử trùng có tác dụng khử các vi khuẩn gây bệnh mà chúng ta chưa thể xử lý được trong các công trình xử lý cơ học, sinh học trước khi thải ra sông. Để khử trùng nước thải người ta tiến hành khử trùng nước thải bằng các phương pháp: ozon hóa, clo hóa, sử dụng tia cực tím, ion bạc… Với trạm xử lý công suất không lớn (Q < 1500m3/ng.đ) ta có thể dùng Clorua vôi để khử trùng.
d. Khối xử lý cặn
+ 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 tường cao. Nước thu từ sân phơi cát được dẫn trở vể trước bể lắng cát.
+ Sân phơi bùn: có nhiệm vụ làm giảm thể tích và độ ẩm của các cặn
Ta có quy trình công nghệ nhƣ sau
Hình 2.1. Sơ đồ trạm xử lý nƣớc thải sinh hoạt
Bể tiếp xúc Bùn dư Bùn tuần hoàn Bể lắng đợt 1 Bể Aeroten Cấp khí Sân phơi cát Chôn lấp Bể lắng cát Nước thải vào Song chắn rác Hố gom nước thải
Thùng rác
Sông Cà Lồ Sân phơi bùn
Bể lắng đợt 2 Cặn tươi
Thuyết minh:
Nước thải theo hệ thống thu gom nước thải của các tòa nhà được dẫn vào mương dẫn nước thải có chứa song chắn rác. Tại đây, những rác có kích thước lớn sẽ được giữ lại ở song chắn rác thô và được thu gom thủ công vào thùng rác đặt gần song chắn rác. Nước thải sau khi đi qua song chắn rác sẽ được tập trung tại hầm tiếp nhận nước thải, tại đây nước thải được bơm đến bể lắng cát ngang. Một lượng cát sẽ được lắng ở bể lắng cát ngang, nhằm bảo vệ thiết bị của các công trình ở phía sau và tránh tắc nghẽn hệ thống. Cát được thu gom dưới đáy bể thông qua ống tháo cặn và được phơi tại sân phơi cát.
Từ bể lắng cát, nước thải sẽ được đưa vào bể lắng đợt 1, việc loại bỏ một phần các chất lơ lửng diễn ra tại đây. Sau khi đi qua bể lắng đợt 1, nước thải tự chảy qua bể Aeroten để xử lý chủ yếu nồng độ bẩn của nước thải. Tại bể Aeroten hơn 90% nồng độ bẩn của nước thải được xử lý tại đây. Bên trong bể Aeroten có lắp đặt một hệ thống phân phối khí để đảm bảo cung cấp lượng không khí cần thiết cho quá trình sinh hóa của các vi sinh vật hiếu khí.
Sau đó, nước thải tự chảy qua bể lắng li tâm đợt 2 để lắng một lượng SS còn lại sau khi đi qua bể Aeroten. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aeroten của lượng nước thải đi vào không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại bể Aeroten để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Hàm lượng bùn cặn lắng còn lại sẽ được tháo bỏ bằng bơm bùn rồi cùng với cặn tươi từ bể lắng đợt 1 được dẫn tới sân phơi bùn.
Sau khi nước thải đã qua bể Aeroten thì hàm lượng cặn và BOD đã đảm bảo yêu cầu xử lý song vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn. Nước thải sẽ tự động chảy vào bể tiếp xúc với thời gian tiếp xúc với chất khử trùng khoảng 20 phút.
CHƢƠNG 3
TÍNH TOÁN CÁC HẠNG MỤC CHÍNH TRONG HỆ THỐNG
3.1. Song chắn rác
Nhiệm vụ: giữ lại các tạp chất có kích thước lớn. Đây là công trình đầu tiên trong thành phần của trạm xủ lý nước thải. Việc tính toán song chắn rác bao gồm việc tính toán hệ thống mương dẫn nước thải từ hệ thống cống thoát nước đến song chắn rác và việc tính toán các thông số đến song chắn rác
3.1.1. Mương dẫn nước thải đến song chắn rác
* Chiều cao lớp nước trong mương trước song chắn rác. ax 3600 h Max m m Q h v B Trong đó: h Max
Q : Lưu lượng giờ lớn nhất (m3/h). h Max
Q = 40 (m3/h). vm : Vận tốc nước chảy trong máng, chọn vm = 0,6 (m/s). B : Chiều rộng của mương, B = 0,3 (m).
max 40 0, 062 0, 6 0,3 3600
h (m)
* Chiều cao xây dựng mương: H = hmax + hbv Trong đó:
hmax: Chiều cao lớp nước lớn nhất trong mương, hmax = 0,062m. hbv: Chiều cao bảo vệ mương, hbv = 0,2.
* Chiều cao xây dựng mương: H = 0,062 + 0,2 = 0,262 (m)
Mương dẫn có tiết diện hình chữ nhật, các thông số tính toán thủy lực của mương được chọn trong bảng sau:
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của mương dẫn Thông số kỹ thuật Lƣu lƣợng tính toán (l/s) qmax= 11,11 qtb= 6,94 qmin= 4,097 Độ dốc i 0,0008 0,0008 0,0008 Chiều ngang B (m) 0,2 0,2 0,2 Vận tốc (m/s) 0,6 0,5 0,4 Độ dày h (m) 0,053 0,0463 0,0256 3.1.2. Song chắn rác
Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ dày tính toán của mương dẫn ứng với lưu lượng tối đa Qmax.
Số khe hở của song chắn rác: max
o
q
n k
b h v
Trong đó:
h: Độ sâu của nước ở chân song chắn rác, h = hmax = 0,62 (m) qmax : Lưu lượng lớn nhất của nước thải, qmax = 11,11 (m3/s)
v : Tốc độ nước chảy qua song chắn rác từ v = 0,7 † 1 m/s, chọn v = 0,7 (m/s)
b: Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 † 25 mm, chọn b = 16 mm = 0,016 (m).
3 11,11 10 1, 05 17 0, 016 0, 7 0, 062 n (khe hở) Hình 3.1. Sơ đồ bố trí song chắn rác
a. Chiều rộng của song chắn rác
Bs = s × (n - 1) + (b × n)
Với s : Là đường kính mỗi thanh song chắn , chọn s = 0,008 (m). Ta có: Bs = 0,008 × (17 – 1) + (0,016× 17) = 0,4 (m)
Kiểm tra vận tốc dòng chảy qua song chắn rác với lưu lượng nhỏ nhất nhằm tránh lắng cặn tại đây. Vận tốc này không nhỏ hơn 0,3 m/s.
3 min 4, 097 10 0, 4 0, 4 0, 0256 V min s min q B h (m/s)
Thỏa mãn yêu cầu tránh lắng cặn.
b. Tổn thất áp qua song chắn rác 2 max 1 2 s v h k g Trong đó:
vmax: Vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với Qmax, vmax = 0,6 (m/s).
g: Gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2 .
k1 : Hệ số tính đến hệ số tổn thất áp lực do rác vướng vào song chắn, k = 2 - 3, chọn k1 = 3.
: Hệ số sức cản cục bộ của song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh đan.
Với: 4 0 3 0, 008 . 1,83 ( ) sin 60 0, 016 4/3 S sin b = 0,63
: Hệ số phụ thuộc vào hình dạng tiết diện của song chắn rác, chọn β = 1,83.
S: Chiều dài thanh chắn, S = 0,008m.
B: Khoảng cách giữa các song chắn, b = 0,016 m.
: Góc nghiêng của song chắn rác so với mặt phẳng nằm ngang, = 600. 2 0, 6 0, 63 3 0, 035 2 9,8 s h (m) = 35 (cm)
Trong đó :
Ls: Chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls=1,5 (m). L1: Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác.
L2: Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác. *Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác:
L1 = tg Bm Bs 2 = 0 20 2 3 , 0 4 , 0 tg = 0,14 (m) Trong đó :
Bs : Chiều rộng của song chắn rác, Bs = 0,4 (m). Bm : Chiều rộng mương dẫn , Bm= 0,3 (m).
: Góc nghiêng chỗ mở rộng , chọn = 20o. Chọn L1 = 0,15 (m)
* Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác:
1 2 0,15 0, 075 2 2 L L (m)
Chiều dài của mương để lắp đặt song chắn rác: L = 0,15 + 1,5 + 0,075 = 1,725 (m)
d. Chiều sâu xây dựng của mương đặt song chắn rác
H = hmax + hs + 0,5 = 0,053 + 0,046 + 0,5 = 0,6 (m) Trong đó:
hmax : Độ dày ứng với chế độ Qmax, hmax = 0,053 (m) hs : Tổn thất áp lực ở song chắn rác, hs= 0,046 (m).
0,5 : Khoảng cách giữa cột sàn nhà đặt song chắn và mực nước cao nhất.
Chiều dài của mỗi thanh là: 0, 6 0 0, 7 60 t H L sin sin (m)
Với song chắn rác đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 600 .
Bảng 3.2: Tóm tắt các thông số thiết kế mƣơng và song chắn rác
STT Tên thông số Đơn vị Số lƣợng
1 Chiều dài mương (L) m 1,8
2 Chiều rộng mương (Bs) m 0,4
3 Chiều sâu mương (H) m 0,6
4 Số thanh song chắn Thanh 16
5 Số khe (n) khe 17
6 Kính thước khe (b) mm 16
7 Bề rộng thanh (s) mm 8
8 Chiều dài thanh (Lt) mm 70
e. Lượng rác lấy ra trong một ngày đêm từ song chắn rác:
W 8 3500 0, 08( 3/ ày) 365 1000 365 1000 R a N m ng Trong đó:
a : Lượng rác tính cho đầu người trong 1 năm. Theo bảng 17 – 20TCN51 – 84 với b = 0,016 m có a= 8 (l/người/năm).
P = WR G = 0,08 750 = 60 (kg/ngđ) Trong đó:
G: khối lượng riêng của rác, theo điều 4.1.11- TCXD- 51- 84, G = 750 (kg/m3).
* Trọng lượng rác từng giờ trong ngày đêm:
60 2 5
24 24
h h
P
P K (kg/h)
Với Kh : Hệ số không điều hoà giờ của rác, Kh = 2.
*Hàm lượng chất lơ lửng SS (Ctc ) và BOD5 (Ltc) của nước thải sau khi qua song chắn rác:
Ctc giảm 4% sau khi qua song chắn rác:
(100 4) 278 96 266,88( / )
100 100
SCR
C
C mg l
Ltc giảm 4% sau khi qua song chắn rác: 287,1 (100 4) 96 275, 6( / ) 100 100 SCR L L mg l
Rác tại song chắn rác được thu gom vào thùng đựng rác và được chôn lấp tại bãi rác của thị trấn.
3.2. Hầm gom nƣớc thải
Kích thước ngăn tiếp nhận nước thải được lựa chọn trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm thiết kế và vận hành các trạm xử lý nước thải. Các kích thước này sẽ phụ thuộc vào lưu lượng tính toán Q của trạm xử lý.
Thể tích của ngăn tiếp nhận nước thải là: V QMax t
Qmax : Lưu lượng nước thải lớn nhất giờ, Qmax = 40 (m3/h).
t : Là thời gian lưu nước trong bể thường từ, t = 10 †30 (phút). Chọn t = 10 (phút).
Vậy: 40 10 6, 67( 3) 60
V m
Dựa vào thể tích bể ta chọn bể có kích thước là: Chọn H = 2 (m) Diện tích của bể là: 6, 67 2 3,335( ) 2 V F m H Chọn F = 3,3. Vậy: B L = 1,5 2,2 = 3,3 (m2)
Hình 3.2. Sơ đồ hầm thu gom nƣớc thải
* Tính bơm nước thải từ hầm tiếp nhận sang bể lắng cát: MẶT BẰNG
ii
i i
II
3 . . . 1000 9,8 10 11,11 10 1, 4( ) 1000. 1000.0,8 g H Q N kW Trong đó:
Q : Lưu lượng nước thải (m3/s), Q = 11,11.10-3 m3/s. g: Gia tốc trọng trường, g = 9,8m/s2