Bảng 3.5 So sánh ưu - nhược điểm các công trình
So sánh Phướng án 1 Phương án 2
- Dễ ứng dụng với các công suất khác nhau
- Chi phí thấp Nhược
điểm
- Tốn nhiều diện tích xây dựng - Vận hành phức tạp
- Khả năng chịu tải không cao - Thường xuyên kiểm tra, thu rác
Điều hòa khuấy trộn Điều hòa sục khí
Ưu điểm - Dễ dàng kết hợp với các công nghệ xử lý khác.
- Chi phí thấp hơn
- Hiệu quả xử lý BOD cao hơn điều hòa khuấy trộn.
Nhược điểm
- Khả năng xử lý BOD không cao
- Dễ bị tắc nghẽn quá trình cấp khí nếu hàm lượng SS cao
- Phải thường xuyên vệ sinh bề mặt đĩa thổi khí
MBR Aerotank
Ưu điểm
- Hiệu quả xử lý cao hơn bể hiếu khí truyền thống.
- Tiết kiệm diện tích xây dựng - Làm việc với thời gian lưu bùn dài, nồng độ MLSS, và tỷ lệ MLSS cao.
- Công nghệ hiện đại
- Hiệu suất xử lý COD, BOD lên đến 90%
- Vận hành đơn giản
- Thích hợp với nhiều loại nước thải - Chi phí bảo dưỡng thấp
Nhược điểm
- Chi phí đầu tư xây dựng cao - Vận hành phức tạp
- Màng dễ tắc nghẽn, phải rửa màng định kỳ
- Thể tích lớn, chiếm nhiều mặt bằng - Cần có bể lắng phía sau
TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 4.1 Tính toán lưu lượng
- Lưu lượng trung bình ngày:
𝑄𝑛𝑔à𝑦𝑡𝑏 = 300 𝑚3/𝑛𝑔đ
- Lưu lượng trung bình giờ:
𝑄ℎ𝑡𝑏 =300
24 = 12,5 𝑚 3/ℎ
- Lưu lượng trung bình giây:
𝑄𝑠𝑡𝑏 = 300
86400= 3,47 × 10 −3 𝑚3
𝑠 = 3,47 𝑙/𝑠
Bảng 4.1 Hệ số không điều hòa nước thải
Hệ số không điều hòa
chung
Lưu lượng nước thải trung bình Qtb (l/s)
5 10 20 50 100 300 500 1000 ≥5000
K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44
K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71
(Nguồn: Bảng 2 TCXD 7957:2008)
- Từ bảng số liệu trên, với: Qtbs = 3,47 (l/s) → K0 max = 2,5; K0 min = 0,38 - Lưu lượng giờ cực đại:
𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝐾0 𝑚𝑎𝑥 × 𝑄ℎ𝑡𝑏 = 2,5 × 12,5 = 31,25𝑚3/ℎ = 8,68 × 10−3 𝑚3/𝑠
- Lưu lương giờ cực tiểu:
𝑄𝑚𝑖𝑛 = 𝐾0 𝑚𝑖𝑛× 𝑄ℎ𝑡𝑏 = 0,38 × 12,5 = 4,75 𝑚3/ℎ = 1,32 × 10−3 𝑚3/𝑠
4.2 Tính toán phương án 1 4.2.1 Song chắn rác thô 4.2.1 Song chắn rác thô
W =Qs max v = 8,68 × 10−3 0,8 = 0,01085 m 2 Trong đó:
𝑄𝑠𝑚𝑎𝑥: Lưu lượng giây lớn nhất (𝑚3/𝑠)
V: Là vận tốc chuyển động của nước thải trước song chắn rác cơ khí. (v = 0,8- 1 𝑚3/𝑠). Chọn v = 0,8 𝑚3/𝑠 (theo 7.2.10/[6])
- Chọn chiều rộng mương dẫn:
Bm = 150mm = 0,15 m - Độ sâu mực nước trong mương dẫn:
h1 =W B =
0,01085
0,15 = 0,0723 m = 72,33 mm
- Số khe hở của song chắn rác:
n = Qs max v × b × h1× k = 8,68 × 10−3 0,8 × 0,015 × 0,723× 1,05 = 10,5 khe → Chọn n = 11 khe, → có 10 thanh. Trong đó:
𝑄𝑠𝑚𝑎𝑥: lưu lượng giây lớn nhất (m3/s) n: số khe hở cần thiết của song chắn rác
v: vận tốc nước thải qua song chắn rác, lấy bằng vận tốc nước thải trong mương dẫn, v = 0,8 (m3/s)
k: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do cào rác. K = 1,05
b: khoảng cách giữa các khe hở của song chắn rác. Với b = 10mm ÷ 20mm, chọn b = 15mm = 0,015m (theo 7.2.9/[6])
h1: độ sâu nước ở chân song chắn rác. Lấy bằng độ sâu mực nước trong mương dẫn. h1 = 0.0723 𝑚.
b. Song chắn rác
- Chiều rộng song chắn rác:
Bs = S × (n − b) + b × n = 0,008 × (11 − 0,015) + 0,015 × 11 = 0,253 m = 253mm
S: chiều dày của thanh song chắn rác. Lấy S = 0,008 m - Tổn thất áp lực qua song chắn rác: hs = δ × vmax 2 2 × g× k1 = 0,906 × 0,82 2 × 9,18× 3 = 0,104m = 104mm Trong đó:
vmax: vận tốc của nước thải đi qua song chắn rác.
K1: hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc ở song chắn rác (K1 = 2÷3) 𝛿: hệ số tổn thất cục bộ của song chắn rác δ = β × (S b) 4 3 × sinα = 2,42 × (0,008 0,015) 4 3 × sin60 = 0,906
𝛼 : góc nghiên của song chắn rác so với hướng dòng chảy, 𝛼= 600 ÷ 900
𝛽 ∶hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh song chắn rác. Chọn thanh song chắn
rác kiểu “a”
Bảng 4.2 Hệ số𝜷để tính sức cản cục bộ của song chắn rác
Tiết diện của thanh a b c d e
Hệ số 𝛽 2,42 1,83 1,67 1,02 0,76
(bảng 3.7/115/[2]) - Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác:
L1 =Bs− Bm 2 × tgφ = 0,253 − 0,15 2 × tg20 = 0,14m = 140mm Trong đó: Bm: chiều rộng mương dẫn (m) Bs: chiều rộng song chắn rác (m)
𝜑: góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy 𝜑 = 200 - Chiều dài phần mở rộng sau song chắn:
L = L1 + L2 + Ls = 0,14 + 0,07 + 1,5 = 1,21m =1210mm Trong đó:
Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Chọn Ls = 1m - Chiều sâu xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn:
H = h1 + hS +hbv = 0,267 + 0,104 + 0,5 = 0,871m =871mm Trong đó:
h1: độ sâu của nước ở chân song chắn rác hS: tổn thất áp lực qua song chắn rác hbv: chiều cao bảo vệ. Chọn hbv = 0,5m
Bảng 4.3 Các thông số thiết kế song chắn rác
Các thông số tính toán Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Số khe hở n 11 Khe Khe
Chiều rộng SCR BS 253 mm mm
Bề dày của thanh SCR S 8 mm mm
Khoảng cách các khe hở b 15 mm mm
Góc nghiêng SCR 𝛼 200 Độ
Chiều dài phần mở rộng trước SCR L1 140 mm mm
Chiều dài phần mở rộng sau SCR L2 70 mm mm
Chiều dài xây dựng phần mương L 1210 mm mm
Tổn thất áp lực hs 140 mm mm
Chiều sâu xây dựng phần mương H 871 mm mm
4.2.2 Hố thu gom
𝑊 = 𝑄ℎ𝑀𝑎𝑥 × 𝑡 = 31,25 × 20
60 = 10,41 𝑚 3
Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 3,5m Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5m
- Chiều cao xây dựng của bể thu gom:
Hxd = H + hbv = 3,5 + 0,5 = 4m - Diện tích mặt bằng bể: 𝐴 =𝑊 𝐻 = 10,41 3,5 = 2,97𝑚 2 → Chọn L×B = 2m×1,5m
- Vậy kích thước xây dựng hố thu gom:
L × B × HXd = 𝟐𝐦 × 𝟏, 𝟓𝐦 × 𝟒𝐦
- Thể tích thực xây dựng của hố thu gom:
𝑊𝑡 = 2 × 1,5 × 4 = 12𝑚3 • Tính đường ống dẫn nước ra khỏi bể:
- Chọn vận tốc nước chảy trong đường ống có áp v = 1,5m/s (quy phạm 1,2-2m/s). (mục A.1.26/[5]) 𝐷 = √4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑆 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 8,68 × 10−3 3,14 × 1,5 = 0,0858𝑚 = 85,8𝑚𝑚
→ Chọn ống nhựa HDPE có D = 90mm, dày 10,1mm
• Tính toán bơm nước thải:
Lưu lượng bơm: Qmax = 31,25 m3/h = 8,68 × 10−3m3/s Chiều cao cột áp: H = 8 ÷ 10, chọn H = 10m.
- Công suất bơm:
𝑁 =𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 1000 × ƞ = 8,68 × 10−3× 1000 × 9,18 × 10 1000 × 0,8 = 0,996 𝑘𝑊 Trong đó:
+ ƞ: Hiệu suất máy bơm. (Quy phạm: 0,72-0,93), chọn ƞ = 0,8 - Công suất thực của bơm:
Ntt = 1,2×N = 1,2×0,996 = 1,1952 Kw
Chọn 2 bơm chìm Tsurumi model 80B21,5 - công suất 1,5kW hoạt động luân phiên và có nhiệm vụ bơm nước thải qua công trình điều hòa phía sau. Thông số bơm như sau: + Lưu lượng max: Q = 1m3/phút
+ Cột áp: 16,5m
+ Công suất bơm: 1,5kW Đường kính họng xả 80mm.
Chọn ống nhựa HDPE d = 90mm, dày 10,1mm dẫn qua bể điều hòa.
Bảng 4.4 Thông số thiết kế hố thu gom
Thông số Giá trị Đơn vị
Thời gian lưu nước 20 Phút
Dài 2 m
Rộng 1,5 m
Cao 4 m
Đường kính ỗng dẫn nước thải ra 90 mm
Thể tích bể 12 m3
Bơm 1,5 kW
4.2.3 Bể lắng cát kết hợp tách dầu
Thông số ban đầu: + Qmax,h = 31,25 (m3/h) + Nhiệt độ: = 300C
+ Tỉ trọng riêng của nước: = 0,995 + Tỉ trọng riêng của HC: 0,925
+ Vận tốc chảy ngang của nước: V = 45 m/h Tỉ số 𝑉 𝑣 = 45 5 = 9 Yếu tố hiệu chỉnh F: 1,2 x 1,27 = 1,54 Diện tích bề mặt lắng: 𝑆 =𝐹𝑄 𝑣 = 31,25 × 1,54 5 = 9,625𝑚 2
Diện tích tiết diện mặt cắt ngang: A = Q/V = 31,25/45 = 0,694 m2
Kích thước bể vớt dầu ngang chọn theo tiêu chuẩn sau: Chiều rộng bể: 1,8-6m; Chiều sâu bể: 0,65-2,4m; và tỉ lệ chiều cao và chiều rộng: H/B=0,3-0,5
Với bể tính toán thiết kế trên: Chiều rộng: 2 m; Chiều cao: 1m Kiểm tra: H/B = 1/2 = 0,5
Chiều dài: L = S/B = 9,625/2 = 4,9m
Kích thước bể tách dầu: L × B × H = 4,9 × 2 × 1 → W = 4,9 × 2 × 1 = 9,8 m3 Thời gian lưu nước trong bể thu dầu mỡ:
𝑡 = 𝑊 𝑄𝑚𝑎𝑥,ℎ =
9,8
31,25 = 0,32ℎ
Trong đó:
+ t: thời gian lưu nước trong bể, h
+ Q: lưu lượng nước thải, Qmax,h = 31,25 m3/h. + W: thể tích bể thu dầu mỡ, W = 9,8m3
➢ Kích thước bể lắng cát (Trang 70 -71/[3])
Lưu lượng nước vào bể: 𝑄𝑆𝑚𝑎𝑥= 8,68 × 10−3 m3/s
Độ lớn thủy lực của hạt cát d =0,2mm có Uo = 0,0187m/s (tra bảng 4.1/[3]) Diện tích mặt thoáng bể lắng cát:
Trong đó:
Uo: độ lớn thủy lực của các hạt cát. Đối với hạt cát có kích thước 0,2mm thì Uo = 0,0187 m/s.
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. Uo = 0,0187 → K = 1,3 (bảng 27/[6]
Tỷ số giữa chiều dài và chiều cao phần công tác:
+ V: vận tốc nước chảy trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất, v = 0,2m/s
𝐿 𝐻 = 𝑘 𝑉 𝑈𝑜 = 1,3 × 0,2 0,0187= 13,9
H: chiều sâu tính toán, H = 0,25m ÷ 1m. Chọn H = 0,5m [điều 8.3.1/[6]) - Chiều dài bể: L = 0,5 ×13,9 = 6,45m - Chiều rộng bể lắng cát: 𝐵 =𝐹 𝐿 = 0,6 6,45 = 0,093𝑚 - Thể tích bể lắng cát ngang: 𝑉 = 𝐻 × 𝐵 × 𝐿 = 0,5𝑚 × 0,093𝑚 × 6,45𝑚 = 0,3𝑚3
- Thời gian lưu nước trong bể lắng cát ứng với lưu lượng lớn nhất 30 giây đến 90 giây.
𝑡 = 𝑉
𝑄𝑠𝑚𝑎𝑥 = 0,3
8,68 × 10−3= 34,55𝑠
→ Thõa mãn điều kiện. - Thể tích phần chứa cặn: 𝑊𝑐 =𝑁𝑡𝑡 × 𝑃 × 𝑡 1000 = 1500 × 0,02 × 1 1000 = 0,03 𝑚 3 Trong đó:
P: lượng cát bị giữ lại trong bể lắng cát cho một người trong ngày đêm. Đối với nước thải đô thị, lượng cát là a = 0,02 l/người/ngày;
Ntt: Dân số sử dụng hệ thống.
t: chu kỳ xã cát không lấy quá 2 ngày; t = 1 ngày đêm.
- Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang
Hxd = H + Hbv + hc = 0,5 + 0,5 + 0,05 = 1,05m - Kích thể bể: L×B×H = 6,45m×0,093m×1,05m
So sánh kích thước bể lắng cát và bể tách dầu ta chọn chiều dài bể lắng cát kết hợp vớt dầu là:
→ Kích thể bể: L×B×H = 6,45m×2m×1,05m
➢ Tính toán máng thu dầu:
Chiều cao máng: H = 0,4m (chìm trong nước 0,3m; trên mặt 0,1m). Chiều dài bằng chiều rộng bể lắng cát: B = 2m
Đặt gia công thiết bị vớt váng dầu mỡ:
Chất liệu Inox 304, 316
Motor Taiwan; EU; G7 (2 pha; 3 pha)
Công suất 10lit/h
Kích thước Phù hợp với kích thước bể lắng
➢Tính toán lượng bùn
Lượng SS mất đi trong quá trình lắng: 166,3 – 10%×166,3 = 149,6mg/l Lượng bùn tạo ra:
𝐺𝑠𝑠 = 149,6𝑚𝑔 𝑙 × 10 −6 𝑘𝑔 𝑚𝑔× 300 𝑚3 𝑛𝑔à𝑦 × 1000 𝑙 𝑚3 = 44,88 𝑘𝑔𝑆𝑆 𝑛𝑔à𝑦
Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày:
𝑊𝑏ù𝑛 =𝐺 𝐶 = 44,88 80 = 0,561 𝑚 3/𝑛𝑔à𝑦 Trong đó:
+ C: hàm lượng chất rắn trong bùn, giao động trong khoảng 40 – 120g/l → 40 ÷ 120kg/m3. Chọn C = 80kg/m3.
Lưu lượng bùn: Qbùn: = 0,561 m3/ngày = 0,561 m3/h Đường kính ống dẫn bùn: 𝐷 = √4 × 𝑄𝑏 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 0,561 𝜋 × 0,5 = 0,0199𝑚 = 19,9𝑚𝑚 → Chọn ống dẫn bùn HDPE có D =20mm.
➢ Tính toán máy bơm bùn thải
Công suất bơm:
𝑁 = 𝑄𝑏 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 1000 × 𝜂 =
0,561 × 1020 × 9,81 × 10
1000 × 0,8 × 3600 = 0,02𝑘𝑤
Trong đó:
η: Hiệu suất máy bơm, η = 0,7 ÷ 0,9. Chọn η = 0,7. ρ: Khối lượng riêng của bùn, ρ = 1020 kg/m3 H: Cột áp của bơm, chọn H = 10m
g: gia tốc, g = 9,81
Qb: Lưu lượng bùn. Q = 0,561 m3/h
Công suất thực tế của bơm bằng 1,2 lần công suất tính toán: N = 1,2 × 0,02 = 0,024 kW
→ Chọn 2 bơm bùn Tsurumi 40U2.25S, công suất 0,25kW một bơm hoạt động 1 bơm dự phòng.
Bảng 4.5 Thông số bể lắng cát kết hợp tách dầu
Stt Thông số thiết kế Giá trị Đơn vị
1 Dài 6,45 m
2 Rộng 0,093 m
3 Cao 1,05 m
5 Bơm bùn 0,024 kW
4.2.4 Bể điều hòa khuấy trộn
- Thể tích bể:
𝑊 = 𝑄ℎ𝑚𝑎𝑥 × 𝑡 = 31,25 × 6 = 187,5 𝑚3
Trong đó:
𝑄ℎ𝑚𝑎𝑥: lưu lượng giờ lớn nhất (m3/h)
t: thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 6h (quy phạm t = 4÷12h) (theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial water Pollution Control, 1989)
- Diện tích bể điều hòa:
𝐹 =𝑊 𝐻 =
187,5
4 = 46,875𝑚 2
- Chọn chiều cao bể điều hòa: H = 4m - Chọn: L×B = 8m×6m
- Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,5m
- Vậy chiều cao xây dựng bể là: Hxd = Hbv + H = 0,5 + 4 = 4,5m - Thể tích thực của bể: Wt = Hxd× L×B = 4,5m×8m×6m = 216m3
Phương pháp khuấy trộn là dùng máy khuấy chìm làm bằng thép không gỉ. Năng lượng cần để khuấy trộn 1 m3 thể tích bể là 4 – 8 W (Trang 42/[3]). Năng lượng cần để khuấy trộn cho V = 187,5 m3 là:
N = 187,5 x 6 = 1125 W = 1,125 kW Với hiệu suất Motor η = 0,7, công suất Motor khuấy cần chọn:
𝑁′ =𝑁 𝜂 =
1,125
0,7 = 1,6 𝑘𝑊 = 2,14𝐻𝑝
Số máy khuấy chìm là 2 máy, hãng Evergush model EFM-30T công suất máy là 3Hp.
Bảng 4.6 Thông số thiết kế bể điều hòa
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Kích thước bể LxBxH 8×6×4,5 m
Công suất khuấy N’ 1,6 kW
4.2.5 Bể Anoxic
Lưu lượng Qtb =300m3/ngày Nhiệt độ nước thải: t0 = 20oC DO duy trì ở mức 2mg/l
KDO: hằng số bán bão hòa của oxy, KDO = 1 mg/l pH: 7,5
Bảng 4.7 Hằng số động học của hệ vi sinh dị dưỡng và tự dưỡng ở 200C
Hằng số động học của hệ vi sinh dị dưỡng tại 20oC
Ys = 0,6 gSKHH/gBOD ks = 5 d-1
kp,s = 0,06 d-1 KS =60mg/l BOD
Hằng số động học của hệ vi sinh tự dưỡng tại 20oC
YN = 0,15g SKHH/g NH4+ -N kN = 3,0 d-1
kp,N = 0,05 d-1 KN = 100,051T – 1,148 = 0,74 mg/l
(Nguồn: bảng 9.6/275 [8])
❖ Giai đoạn Oxy hóa
- Tốc độ phát triển cực đại của vi sinh Nitrosomonas: (CT 9-12[8])
𝜇𝑚 = 0,47 × 𝑒0,098(𝑇−15) × ( 𝐷𝑂 𝐷𝑂 + 𝐾𝐷𝑂) × (1 − 0,0833 × (7,2 − 𝑝𝐻) = 0,47 × 𝑒0,098(20−15)× ( 2 2 + 1) × (1 − 0,0833 × (7,2 − 7,5) = 0,52 𝑑 −1 Trong đó:
+ DO: nồng độ oxy hòa tan trong nước, DO = 2mg/l + KDO: hằng số bán bão hòa của oxy, KDO = 1mg/l
1 𝜃𝑐,𝑡 = 𝜇𝑚× 𝑁𝑜 𝐾𝑁 + 𝑁0− 𝑘𝑝 = 0,52 × 30 0,74 + 30− 0,05 = 0,457 𝑑 −1 → 𝜃𝑐,𝑡 = 2,185 ngày Trong đó:
+ 𝜇𝑚: tốc độ phát triển cực đại của vi sinh Nitrosomonas + N0: nồng độ nitơ amoni đầu vào, N0 = 30 mg/l
+ KN: hằng số bán vận tốc ở 20oC, KN = 0,74 mg/l + kp,N: hệ số phân hủy nội bào ở 20oC, kp,N = 0,05 d-1 - Thời gian lưu tế bào: (CT 9-14/[8])
𝜃𝑐 = 𝜃𝑐,𝑡 × 𝐴 × 𝑃 = 2,185 × 1,2 × 1,2 = 3,14 𝑛𝑔à𝑦
Trong đó:
+ A: hệ số an toàn, A = 1,2 – 2, chọn A =1,2
+ P: yếu tố giao động mức ô nhiễm, P = 1,2 – 1,2, chọn P = 1,2