Phần 4 Kết quả và thảo luận
4.4 Tính toán hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Lai Vu, tỉnh Hả
4.4.3 Bể lắng cát ngang
a) Tính toán bể lắng cát ngang
Bể lắng cát được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không tan như cát, sỏi, xỉ và các vật liệu rắn khác có kích thước từ 0,2 đến 2 mm ra khỏi nước thải để tránh những ảnh hưởng xấu đến hiệu suất làm việc của các công
trình tiếp theo.
Vì công suất của trạm xử lý lớn nên ta sử dụng bể lắng cát ngang.
Vì cặn từ bể lắng đợt một sẽ được xử lý ở bể mêtan bằng quá trình sinh học kỵ khí, do đó nhiệm vụ của bể lắng cát là phải loại bỏ được cát có cỡ hạt d =
0,25 mm để tránh ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học kỵ khí. Khi đó Uo =
24,2 mm/s (Lâm Minh Triết, 2004).
Hình 4.10. Sơ đồ bể lắng cát ngang hình chữ nhật
1- mương dẫn nước vào; 2- mương dẫn nước ra; 3- hố thu cặn; 4- máng phân phối nước; 5- mương thu nước
- Bể lắng cát bao gồm phần công tác và phần cặn lắng. Chiều dài phần công
tác của bể lắng cát ngang xác định theo công thức (Trần Đức Hạ 2006):
L =
Trong đó:
Uo - độ lớn thủy lực của các hạt cát. Đối với hạt cát có kích thước 0,2 mm thì Uo = 24,2 mm/s (Lâm Minh Triết, 2006).
K- hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng của hạt cát trong bể lắng cát. Với Uo = 24,2 thì K = 1,3 (Bộ Xây dựng, 2008); v - vận tốc dòng chảy trong bể khi lưu lượng nước thải lớn nhất, v = 0,2m/sTrịnh Xuân Lai, 2000); h - chiều sâu công tác của bể lắng cát, h = 0,251,0 m. Chọn h = 1,0 m. K = =10,7 m. 1 2 3 1 2 4 5
- Chiều rộng bể lắng cát (Trấn Hiếu Nhuệ, 2006):
B =
Trong đó:
q - lưu lượng nước thải, m3/s;
B = =1,7 m.
- Diện tích mặt thoáng của nước thải trong bể lắng cát ngang: F = B x L = 1,7 x 10,7 = 18,2 m2
- Thể tích của bể lắng cát:
V = F x H = 18,2 x 1,0 = 18,2 m3
- Thời gian lưu nước trong bể lắng cát ứng với Qmax phải lớn hơn 30 giây và có thể đến 90 giây (Trịnh Xuân Lai, 2000):
t = = = = 57 giây (thỏa mãn yêu cầu).
Chọn bể lắng cát gồm 2 đơn nguyên. Kích thước của mỗi đơn nguyên là L = 10,7 m; B = 1,7/2 = 0,9 m.
- Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong một ngày đêm (được
tính dựa trên số người tại khu công nghiệp (Lâm Minh Triết, 2004):
hc = = = 0,2 m
Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang :
Hxd = h + hc + hbv = 1,0 + 0,2 + 0,4 = 1,6 m. Trong đó : hbv – chiều cao bảo vệ , lấy hbv = 0 , 4
Muốn cặn hữu cơ không lắng trong bể lắng cát thì phải giữ tốc độ dòng chảy trong bể lắng cát ổn định. Để thực hiện điều này, cuối bể lắng cát xây dựng cửa tràn kiểu máng đo theo tỷ lệ với độ ngập nước H trong bể lắng cát.
- Chênh lệch độ cao giữa đáy bể máng tràn và đáy bể lắng cát (Trịnh Xuân Lai, 2000):
VP = = . , m
K = =
Với:
Qmax, Qmin – lưu lượng tối đa và tối thiểu đi qua bể lắng cát, khi đó tốc độ nước chảy qua bể là v không đổi.
- Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b (Trịnh Xuân Lai, 2000):
b = Với:
m – hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới . Chọn = 45o và giả thiết b/B = 0,2, ta có m = 0,352.
b = =0,2m
Bảng 4.16. Kết quả tính toán của bể lắng cát ngang
Thông số L B H Hxd hc b P Wc
Đơn vị m m3
Kích thước 10,7 1,7 1,0 1,6 0,2 0,2 0,6 1 , 7 4.4.4. Máng đo lưu lượng
Để các công trình xử lý nước thải làm việc bình thường và cung cấp số liệu lập hồ sơ thủy lực cho lưu lượng nước thải đầu vào chính xác đo được, phải biết lưu lượng nước thải tổng cộng chảy vào trạm và lượng nước chảy vào từng công trình. Ngoài ra còn phải biết sự dao động lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày. Vì vậy, cần sử dụng máng đo lưu lượng.
Phần lớn các công trình trong trạm xử lý nước thải hoạt động theo chế độ tự chảy nên ta phải dùng máng đo lưu lượng, thường dùng loại máng Parsan. Máng làm việc theo nguyên lý co hẹp dòng chảy, kích thước của máng phụ thuộc vào lưu lượng nước thải qua máng.
Hình 4.11. Sơ đồ cấu tạo của máng Parsan
Với Q = 7500 m3/ngày. Ta xác định được các thông số của máng như sau:
- Chiều rộng của mương dẫn nước trước khi vào máng B = 0.83 m;
- Chiều dài phần thu hẹp của máng l1 = 1,35 m;
- Chiều rộng của họng máng b = 0,3 m;
- Chiều dài của họng máng l3 = 0,6 m;
- Chiều dài phần mở rộng của máng l2 = 0,9 m; - Chiều cao của mực nước sau họng máng hh = 0,22 m; -Chiều rộng của mương dẫn sau máng B1 = 0,6 m.
4.4.5. Bể điều hòa
Bể điều hòa đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng đợt I. Mục đích của bể điều hòa là điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn bằng khí nén để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất ô nhiễm trong toàn bộ thể tích và không cho cặn lắng trong bể.
- Thể tích bể điều hòa:
Vdh = Q x t, m3
Trong đó:
Q - lưu lượng nước thải đưa vào xử lý; t - thời gian lưu nước trong bể điều hòa. Chọn t = 2 h.
Vdh = 570 x 2 = 1140 m3
- Chọn chiều cao công tác của bể điều hòa là H = 4 m. Kích thước của bể điều hòa: Fdh = 286 m2
B b B1 l 3 l 2 l 1 Hình 1.20.Sơ đồ cấutạocủa máng Parsan
=> Chiều rộng bể điều hòa: B = 14 m Chiều dài bể điều hòa: L = 20,4 m. - Chiều cao xây dựng của bể : Hxd = H + Hbv = 4 + 0,4 = 4,4 m.
4.4.6. Bể lắng đợt một
Bể lắng đợt một được sử dụng với mục đích loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó. Các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhẹ hơn sẽ nổi lên mặt nước và được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở ngoài bể. Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng đợt I cần đạt < 150 mg/l. Nước thải sau khi qua bể điều hòa được dẫn trực tiếp vào bể lắng đợt I.
- Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng (Hoàng Văn Huệ, 2002):
Uo = - W, mm /s Trong đó :
k- hệ số sử dụng thể tích, lấy theo loại bể lắng và cấu tạo của thiết bị phân phối và thu nước. Đối với bể lắng ngang, k = 0 ,5;
H - chiều cao công tác của bể lắng, m. Chọn H = 3 m (Bộ Xây Dựng, 2008);
W - tốc độ rối thành phần đứng. Với v = 5 mm/s thì W = 0 (Bộ Xây Dựng, 2008);
α - hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ nhớt của nước thải.
Khi nhiệt độ trung bình của nước thải là 25oC thì α = 0,90 (Bộ Xây Dựng, 2008); t - thời gian lưu nước trong ống nghiệm với lớp nước h và hiệu suất lắng cho trước, xác định bằng thực nghiệm. Do không có điều kiện xác định bằng thực nghiệm nên ta xác định một cách tương đối bằng phép nội suy gần đúng theo bảng 7 – 12 (Bộ Xây Dựng, 2008). Với nước thải có hàm lượng SS = 245 mg/l, chiều cao lớp nước h = 500 mm và hiệu suất lắng bằng 50% thì t = 754 s;
Trị số (kH/h)n khi tính toán các bể lắng đợt I đối với nước thải sinh hoạt có thể lấy theo bảng 7 – 13 (Bộ Xây Dựng, 2008). Với H = 3 m thì (kH/h)n = 1,32.
- Chiều dài bể lắng được xác định theo công thức (Hoàng Văn Huệ, 2002):
L = , m
Trong đó:
v - tốc độ chuyển động của nước thải ở bể lắng, mm/s;
Đối với bể lắng ngang, v = 5 – 7 mm/s (Bộ Xây Dựng, 2008). Chọn v = 5 mm/s; Uo - tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng, mm/s.
L = = 18m
- Thời gian lưu nước trong bể:
t = = = 3600s = 1 giờ
Thời gian lưu không đảm bảo thời gian lắng trong bể lắng đợt I.
Theo bảng 4 – 3 (Trịnh Xuân Lai, 2000), thời gian lưu nước ở bể lắng sơ cấp khoảng t = 1,5 – 2,5 m.
Để đảm bảo thời gian lắng, chọn t = 1,5 h. Khi đó, cần tăng chiều dài bể lắng. L = v x t = 5 x 10-3 x 1,5 x 3600 = 27 m.
- Diện tích ướt của bể lắng ngang:
W = = =63,6m3
- Chiều rộng của bể:
B = = =21,2m
- Theo TCXDVN 51 – 2008, số bể lắng đợt I không ít hơn 2 bể. Nên ta
chọn số đơn nguyên của bể lắng là n = 3. Khi đó, chiều rộng mỗi đơn nguyên là:
b= = =7m
- Kiểm tra kết quả, ta thấy:
= =9 (nằm trongkhoảng8 – 12,phù hợp với TCXDVN51–2008.
= =2,3 (nằm trongkhoảng2– 5,phù hợp với TCXDVN51– 2008.
=>> Vận tốc thực tế trong phần lắng. Lấy tròn vth = 2.5 mm/s.
=
Trong đó:
k - hằng số phụ thuộc tính chất cặn. Ở bể lắng đợt I, xử lý nước thải sinh hoạt có thể lấy k = 0 ,05;
- tỷ trọng của hạt, thường = 1,2 – 1,6. Chọn = 1 ,4; g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2; d - đường kính tương đương của hạt, m. Thường chọn d = 10-4 m; f - hệ số ma sát, phụ thuộc đặc tính bề mặt của hạt và chuẩn số Reynol của hạt khi lắng, f = 0,02 – 0,03; có thể lấy f = 0,025.
Vận tốc thực tế của dòng chảy trong vùng lắng vth = 0,005 m/s < vH nên dòng nước không cuốn theo cặn lắng trong bể.
- Tải trọng bề mặt (Trịnh Xuân Lai, 2000):
= =
- Hiệu quả khử BOD5 của bể lắng đợt I (Trịnh Xuân Lai, 2000):
t
YBOD5 = = 31,25 % - Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau bể lắng đợt I:
BOD5 = BOD5o x(1-YBOD5 )=220x(1- 31,25%)=151,25 mg/l. - Hiệu quả khử SS của bể lắng đợt I (Trịnh Xuân Lai, 2000):
= , %
Trong đó:
YSS - hiệu quả khử SS biểu thị bằng %;
t - thời gian lưu nước trong bể, h;
a,b - hằng số thực nghiệm;
Theo bảng 4 – 5 thì a = 0,0075 h; b = 0,014.
YSS = = 52,63 % - Hàm lượng SS trong nước thải sau bể lắng đợt I:
SS = SSo x(1 –YSS) = 245 x (1 – 52,63%) =116,06 mg/l. - Lượng bùn khô thu được tại bể lắng đợt I:
Wb = Q x SSo x YSS , kg/ngày Trong đó:
Q - lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày;
SSo - hàm lượng SS trong nước thải vào bể lắng đợt I, mg/l; YSS - hiệu quả khử SS của bể lắng đợt I, %.
Wb = 7500 x 116,06 x 10-3 x 52,63% = 452,63 kg/ngày.
- Độ ẩm trung bình của cặn lắng ở bể lắng đợt I khoảng 94 % (Hoàng Văn Huệ, 2002), tỷ trọng cặn lắng ướt xấp xỉ 1,02 t/m3 (Hoàng Văn Huệ, 2002). Từ đó, ta xác định được thể tích cặn lắng ướt thu được từ bể lắng đợt I (Hoàng Văn Huệ, 2002).
Vb =
- Chiều cao lớp cặn (Trần Đức Hạ, 2006):
=
- Chiều cao xây dựng bể (Trần Đức Hạ, 2006): Hxd = H + hb + hth + hbv
Trong đó:
H - chiều cao công tác bể lắng, H = 3 m;
hb - chiều cao lớp cặn;
hbv - chiều cao bảo vệ, lấy hbv = 0,4 m;
hth - chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,5 m.
Hxd = 3 + 0,5 + 0,5 + 0,4 = 4,4 m
Vậy bể lắng đợt I được xây dựng gồm 3 đơn nguyên với kích thước mỗi đơn nguyên như sau: B x L x H = 7 m x 7 m x 4,4 m.
- Độ dốc hố thu cặn lấy bằng 50o.
Bảng 4.17. Kết quả tính toán bể lắng đợt I Thống số L B Hxd hb Thống số L B Hxd hb Đơn vị m Kích thước 7 7 4,4 0 , 5 4.4.7. Hệ thống AAO 4.4.7.1. Bể xử lý sinh học yếm khí
-Dung tích làm việc của bể:
V = , m3/ngày.
Trong đó:
Q - lưu lượng nước thải cần xử lý, m3/ngày; t - thời gian lưu của nước thải trong bể, t = 15 h
V =(7500 x 15)/24 = 4.687 m 3
- Xây dựng 2 bể, mỗi bể có dung tích là 2343 m3
- Tổng chiều cao xây dựng của bể:
H = H1 + H2 + H3
Trong đó:
H1 - chiều cao phần xử lý, chọn H1 = 5 m; H2 - chiều cao vùng lắng, H2 = 1, chọn H2 = 1,5 m;
H3 - chiều cao dự trữ, H3 = 0,3 – 0,5 m. Chọn H3 = 0,5 m.
H = 5 + 1,5 + 0,5 = 7 m; Chiều dài bể L = 18 m; Chiều rộng bể B = 19 m.
4.4.7.2. Bể xử lý sinh học thiếu khí
- Lượng nitơ cần khử trong một ngày: G = Q x Nr x R x 10-3
Trong đó:
Nr - hàm lượng nitơ của dòng ra, mg/l; R- hệ số tuần hoàn;
R = – 1
Với:
Nv - tổng nitơ dòng vào bể, Nv = 50 x 90% = 45 mg/l; Nr - tổng nitơ ở bể lắng thứ cấp, Nr = 8 mg/l.
- tỷ lệ nitrat hóa, = 0,5
R = x1 = 3,5
G = 7500 x 8 x 3,5 x 10-3 = 210 kg/ngày - Tỷ lệ tuần hoàn của dòng lỏng được nitrat hóa RN
R = RN + Rr Trong đó: Rr - tỷ lệ bùn tuần hoàn, Rr = 0, 5. RN = R – Rr = 3,5 – 0,5 = 3 , 0 - Dung tích bể thiếu khí: V = Trong đó:
a - hằng số tốc độ khử nitơ, a = 2gN/kgMLSS.giờ, với nồng độ MLSS = 2500 mg/l (X = 1500 – 3000 mg/l) (Trịnh Xuân Lai, 2000):
V= (210x102)/(2x24x2500x10-2)= 1750 m3
- Thời gian lưu nước thải trong bể
t= =(1750x24)/7500 = = 5,6 giờ
- Tổng chiều cao xây dựng bể
H = H1 + H2
Trong đó:
H1 - chiều cao phần thể tích xử lý, H1 = 5 m; H2 - chiều cao dự trữ H2 = 0,3 – 0,5 m. Chọn H2 = 0,5 m.
H = 5 + 0,5 = 5,5 m
- Diện tích cần thiết của mỗi bể
F= = 572/5= 114.4 m2
Vậy thông số thiết kế mỗi bể là:
Chiều cao xây dựng H = 5,5 m; Chiều dài của bể: L = 6 m; Chiều rộng của bể: B = 3.5 m.
4.4.7.3. Bể xử lý sinh học hiếu khí
1. Thể tích làm việc của bể hiếu khí [10]
V=
Trong đó:
Q - lưu lượng nước cần xử lý, m3/ngày;
So - hàm lượng BOD5 trong nước thải vào bể, mg/l; S - hàm lượng BOD5
trong nước thải sau xử lý, mg/l; X - nồng độ bùn hoạt tính (cặn hữu cơ bay hơi), mg/l.
X = 1500 – 3000 mg/l. Chọn X = 2500 mg/l;
Y - hệ số sinh trưởng cực đại, mg bùn hoạt tính/mg BOD5 tiêu thụ. Theo bảng 5 – 1 (Trịnh Xuân Lai, 2000) thì Y = 0 ,8;
Kd - hệ số phân hủy nội bào, ngày-1. Có thể lấy Kd theo giá trị điển hình trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt, bỏ qua ảnh hưởng của các chất đặc biệt, Kd = 0,04 ngày-1;
c- tuổi của bùn, ngày. c= 12 ngày.
V = (12x7500x(151,25-30)x0,8)/2500x(1+0,04x12) = 602 m 3. - Kiểm tra thời gian lưu nước trong bể aeroten:
- Thời gian lưu nước trong bể
= 602/7500= 0,32 ngay = 8 giờ
Thời gian lưu nước phù hợp với giá trị điển hình t = 6 – 15 h. Như vậy tuổi của bùn đã chọn là phù hợp.
- Chiều sâu công tác của bể thường lấy từ 3 – 6 m (Bộ Xây Dựng, 2008),
- Diện tích làm thoáng cần thiết của bể
= 602/5= 120,4 m2
Tỷ số giữa chiều rộng và chiều sâu làm việc của bể B : H = 1 : 2 (Bộ Xây dựng, 2008). Khi đó chiều rộng của mỗi hành lang B = 10 m.
- Tổng chiều dài (gồm các hành lang) của bể
Xây dựng 2 bể hiếu khí, mỗi bể bố trí 4 hành lang. Chiều dài mỗi hành lang. L = (l)/n.N Trong đó: N - số bể hiếu khí;