CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
3.2. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý phù hợp
3.2.3. Lựa chọn công nghệ
Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt cần đáp ứng được yêu cầu sau: - Đảm bảo chất lượng nước sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT/B. - Đảm bảo mức độ an toàn khi có sự thay đổi về lưu lượng và nồng độ - Đơn giản, dễ vận hành, phù hợp với vốn đầu tư, chi phí vận hành. - Phù hợp với điều kiện sẵn có của cơ sở về diện tích, địa chất… - So sánh hai phương án đề xuất.
40 Bảng 3.3 So sánh 2 phương án Phương án 1 (Công nghệ AO) Phương án 2 (Lọc sinh học) Ưu Điểm
- Chi phí vận hành tương đối thấp. - Có thể tăng công suất hoạt động của nhà máy
- Bảo vệ môi trường tránh khỏi ô nhiễm nước và cung cấp nguồn nước sạch. - Tiết kiệm năng lượng, vận hành dễ dàng
- Tải trọng chất ô nhiễm thay đổi ở giới hạn rộng trong ngày.
- Ít tiêu thụ năng lượng.
Nhược Điểm
- Tiêu thụ nhiều năng lượng.
- Sử dụng kết hợp nhiều hệ vi sinh, hệ thống vi sinh dễ bị nhạy cảm khi điều kiện vận hành thay đổi hoặc nước thải đầu vào biến đổi lớn.
- Tồn vật liệu lọc do đó giá thành vận hành và quản lí cao.
- Không khí ra khỏi bể lọc thường có mùi hôi thối xung quanh bể lọc có nhiều ruồi, muỗi.
- Chỉ xử lý được nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm không cao.
- Cấu tạo phức tạp.
- Hiệu suất quá trình phục thuộc vào nhiệt độ không khí.
Căn cứ vào yêu cầu đối với nước thải đầu ra, xét thấy cả hai phương án trên đều cho hiệu quả xử lý tốt (đạt tiêu chuẩn nước thải loại B theo QCVN 14:2008/BTNMT). Tuy nhiên phương án 2 sau một thời gian hoạt động thì phải vệ sinh vật liệu lọc tránh bị tắc nghẽn vật liệu lọc, ứ đọng nên phải lau chùi phức tạp, hiệu suất xử lý không ổn định, quá trình xử lý sẽ gây mùi khó chịu, phát sinh nhiều ruồi muỗi.
Vì vậy, phương án 1 sẽ mang nhiều tính ưu việt và phù hợp hơn để xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho chung cư Hồng Hải hơn phương án 2.
3.3. Tính toán trạm xử lý
Lượng nước thải trung bình trong 1 giờ là:
41
3.3.1. Song chắn rác
1. Nhiệm vụ
Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất, rác thải có kích thước lớn ( > 5 mm). Đây là công trình đầu tiên trong trạm xử lý nước thải.
2. Tính toán
- Chiều cao lớp nước trong mương trước song chắn rắc: h = Qmax
s v × Bk Trong đó:
Qmaxs : Lưu lượng giây lớn nhất (m3/s). Qsmax = Qmax h 3600 = 26,04 3600 = 7,23 × 10 −3 (m3⁄s)
v: Vận tốc nước chảy trước SCR, phạm vi 0,7 ÷ 1,0 (m/s), chọn v = 0,8 (m/s). Bk: Đường kính ống dẫn nước thải, Bk = 0,13 (m).
h = 7,23 × 10 −3 0,8 × 0,13 = 0,07 (m) = 70 (mm) - Số khe hở của SCR: n = Qmax s × K v × h × b Trong đó:
+ n: Số khe hở cần thiết của SCR.
+ Qmaxs : Lưu lượng giây lớn nhất (m3/s).
+ v: Vận tốc nước chảy trước SCR, phạm vi 0,7 ÷ 1,0 (m/s), chọn v = 0,8 (m/s).
+ b: Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 (mm) = 0,016 (m).
+ K: Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cào rác của SCR cơ giới, K = 1,05.
𝑛 = 7,23 × 10
−3 × 1,05
0,8 × 0,07 × 0,016 = 8,47 (𝑘ℎ𝑒) Chọn n = 9 khe → Có 10 hanh song chắn rác.
- Chiều rộng của song chắn rác:
Bs = S × (n − 1) + (b × n) = 0,008 × (9 − 1) + (0,016 × 9) = 0,208 (m)
Chọn chiều rộng cửa đặt song chắn rác Bs = 0,21 (m). Trong đó:
42 + S : Chiều dày của mỗi thanh song chắn, thường lấy S = 0,008 (m).
+ b: Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 ÷ 25 mm, chọn b = 16 (mm) = 0,016 (m).
+ n: Số khe hở, n = 9 (khe).
- Kiểm tra sự lắng cặn ở phần mở rộng trước SCR, vận tốc nước thải trước SCR (Vkt) không được nhỏ hơn 0,4 m/s.
Vkt = Qmax s
Bs × h=
7,23 × 10−3
0,21 × 0,07 = 0,49 (m s)⁄ Vkt = 0,5 (m/s) > 0,4 (m/s) => Thoả mãn điều kiện lắng cặn.
- Tổn thất áp lực qua song chắn rác:
hs = ξ × vmax 2
2g × K1 Trong đó:
+ vmax: Vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với Qmax, chọn vmax = 0,8 (m/s). + K1: Hệ số ứng với sự tổn thất do vướng rác ở song chắn rác, K1 = 2 ÷ 3, chọn K1 = 3. + g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2). + ξ: Trở lực cục bộ của SCR: ξ = β × (S b) 4 3 ⁄ × sinα = 2,42 × (0,008 0,016) 4 3 ⁄ × sin 60o = 0,83 Trong đó:
+ β: Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh chắn, chọn thanh chắn hình chữ nhật, β = 2,42.
α: Góc nghiêng của SCR so với mặt phẳng.
=> Tổn thất áp lực qua song chắn: ℎ𝑠 = 𝜉 ×𝑣𝑚𝑎𝑥 2 2𝑔 × 𝐾1 = 0,83 × 0,82 2 × 9,81 × 3 = 0,08 (𝑚) - Chiều dài phần mở rộng trước SCR:
L1 = Bs− Bk 2 × tanφ=
0,21 − 0,13
2 × tan20o = 0,11 (m) Trong đó:
+ Bs : Chiều rộng của song chắn rác, Bs = 0,21 (m). + Bk: Đường kính ống dẫn nước thải, Bk = 0,13 (m). + φ: Góc nghiêng chỗ mở rộng, chọn φ = 20o.
- Chiều dài phần mở rộng sau SCR:
L2 = L1 × 0,5 = 0,11 × 0,5 = 0,055 (m) - Chiều dài của bể chứa để lắp đặt SCR:
L = L1 + L2 + Ls
43 Ls là chiều dài phần mương đặt SCR, Ls ≥ 1m (Theo giáo trình Xử lý nước thải, PGS.TS Hoàng Huệ). Chọn Ls = 1m.
=> L = 0,11 + 0,055 + 1 = 1,165 (m) Chọn L = 1,5 (m).
- Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt SCR: H = h + hs + hbv = 0,053 + 0,08 + 0,5 = 0,633 (m) Trong đó:
+ hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,5 (m). + hs: Tổn thất áp lực qua SCR, hs = 0,08 (m).
+ h: Chiều cao lớp nước trong mương, h = 0,053 (m). Chọn H = 0,65 (m).
- Chiều dài của mỗi thanh là: Lt = H
sinα = 0,45
sin60o = 0,52 (m) Trong đó:
+ Song chắn rác đặt nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 60o.
Bảng 3.4 Tóm tắt các thông số thiết kế mương và song chắn rác
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài mương L m 1,5
2 Chiều rộng mương Bs m 0,21
3 Chiều cao mương H m 0,65
4 Số thanh song chắn rác - Thanh 10
5 Chiều dài phần mở rộng trước
song chắn L1 m 0,11
6 Chiều dài phần mở rộng sau
song chắn L2 m 0,055
7 Góc nghiêng song chắn α Độ 60
8 Khoảng cách giữa các khe b mm 16
9 Bề dày thanh chắn S mm 8
10 Chiều dài thanh song chắn Lt mm 52
3.3.2. Bể tách dầu mỡ
3.3.2.1. Nhiệm vụ
Bể tách dầu mỡ có chức năng tách sơ bộ dầu mỡ ra khỏi nước thải, tránh tình trạng bám dính các cặn bẩn dầu mỡ gây tắc, nghẽn thiết bị, đường ống.
44 -Thể tích của bể dầu mỡ là:
𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 26,04 × 1,5 = 39,06 (𝑚3) Trong đó:
+ Qhmax = 26,04 (m3/h) là lưu lượng nước thải trung bình giờ. + t là thời gian lưu nước trong bể. Chọn t = 1,5 (giờ).
- Chọn bể hình hộp chữ nhật; - Chiều cao hữu ích Hh= 3 m;
Chiều cao xây dựng của bể : H = Hh + Hbv =3 + 0,5 =3,5 (m). - Diện tích hữu ích của bể là:
𝐹 = 𝑉 𝐻 = 39,06 2,5 = 11,16 (𝑚 3) Chọn chiều dài bể L = 2,5 m Chọn chiều rộng bể B = 2 m - Thểtích xây dựng bể: Vt = L × B × H = 2,5 × 2 × 2,1 = 17,5 (m3) -Ống dẫn nước thải
- Nước thải được bơm sang bể điều hòa bằng bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 1 m/s ( thường là 1 – 2,5 m/s theo TCVN 51:2008).
- Tiết diện ướt của ống: 𝐹 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠 𝑣 = 7,2 × 10−3 1 = 7,2 × 10 −3(𝑚3)
Đường kính ống dẫn nước thải: 𝐷 = √4 × 𝐹
𝜋 × 𝑣 = √
4 × 7,2 × 10−3
3,14 × 1 = 0,096 (𝑚) Chọn D = 96 mm
- Cứ 1 m3 nước thải chứa 2‰ lượng dầu mỡ cần phải vớt. Vậy lượng dầu trung bình cần phải vớt: 250 × 2‰ = 0,5 (m3/ngđ).
Bảng 3. 5 Tóm tắt các thông số thiết kế bể tách dầu mỡ
STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài bể L m 2,5
2 Chiều rộng bể B m 2
3 Chiều cao xây dựng H m 3,5
4 Chiều cao lớp nước Hh m 3
5 Thời gian lưu nước t giờ 1,5
6 Đường kính ống dẫn nước thải
D mm 96
45 Hiệu suất xử lý sau bể tách dầu mỡ:
- Lượng dầu mỡ qua bể giảm 90%: 30 – 30 × 90% = 3 (mg/l)
3.3.3. Bể điều hòa
3.3.4.1. Nhiệm vụ
-Ổn định lưu lượng, nồng độ các chất đi vào công trình xử lý sinh học, tránh cặn lắng và làm thoáng sơ bộ.
-Tăng cường hiệu quả xử lý nước thải của công trình xử lý sinh học phía sau, như giảm thiểu hoặc loại bỏ hiện tượng gây sốc do tăng tải trọng đột ngột, pha loãng các chất gây ức chế cho quá trình xử lý sinh học, ổn định pH của nước thải mà không cần tiêu tốn nhiều hóa chất.
3.3.3.2. Tính toán a) Kích thước bể
Thời gian lưu nước trong bể điều hòa 4h đến 8h, chọn t = 6h - Thể tích bể điều hòa dự kiến là:
𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 26,04 × 6 = 156,24 (𝑚3)
Chọn bể hình khối chữ nhật, chiều cao công tác Hh = 3m, chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5m - Chiều cao xây dựng:
𝐻 = 𝐻ℎ + 𝐻𝑏𝑣 = 3 + 0,5 = 3,5 (𝑚) - Diện tích mặt bằng bể: 𝐹 = 𝑉 𝐻ℎ = 156,24 3,5 = 44,64(𝑚 2) Chọn chiều dài bể L = 6 (m) Chọn chiều rộng bể B = 5 (m)
=> Thể tích xây dựng bể điều hoà thực tế: V = L x B x H = 6 × 5 × 3,5 = 105 (m3)
b) Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa
- Lượng khí cần thiết để hòa trộn nước thải:
Qk = qkk x V = 0,015 x 60 x 105 = 94,5 ( m3/h) = 0,026 (m3/s)
Trong đó:
+ qkk: Tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, chọn qkk = 0,015 (m3/m3.phút)
(Theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai 1990). Chọn hệ thống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ, hệ thống gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh với chiều dài mỗi ống là 6m, đặt cách nhau 0,8m
46 Hbv = 0,5 m Hh = 3 m
B = 5 m
Hình 3. 4 Sơ đồ bố trí hệ thống cấp khí cho bể điều hòa
- Tính toán đường ống dẫn khí chính: Dc= √4 Qk vống = √ 4 0,026 3,1410 = 0,057 (m) Trong đó:
Qk - Lượng không khí cần cấp cho toàn bể.
vống - Vận tốc khí trong ống chính, v = 10 - 15 m/s. Chọn v = 10 m/s. -Tính toán đường ống dẫn khí nhánh:
+ Lưu lượng khí trong mỗi ông nhánh: 𝑄𝑛ℎ = Q =94,5 4 = 23,625 (𝑚 3/ℎ) + Đường kính ống nhánh: 𝐷𝑛ℎ = √4 × 𝑄𝑛ℎ 𝑣𝑛ℎ× 𝜋 = √ 4 × 23,625 10 × 3,14 × 3600 = 0,029(𝑚) = 29(𝑚𝑚) Trong đó: vnh: Vận tốc khí chuyển động trong ống nhánh, chọn vnh = 10 (m/s).
- Lưu lượng khí qua một lỗ:
𝑄𝑙ỗ = 𝑣𝑙ỗ𝜋 × 𝐷𝑙ỗ 2 4 × 3600 (𝑚 3/ℎ) Trong đó: vlỗ: Vận tốc khí qua lỗ, vlỗ = 15 ÷ 20 (m/s). Chọn vlỗ = 15 (m/s). Dlỗ: Đường kính các lỗ, Dlỗ = 2 ÷ 5 (mm). Chọn Dlỗ = 3 (mm) = 0,003 (m). => 𝑄𝑙ỗ = 15 ×3,14 × 0,003 2 4 × 3600 = 0,38151 (𝑚 3/ℎ) + Số lỗ trên một ống:
47 𝑁 =𝑄𝑛ℎ 𝑄𝑙ỗ = 23,625 0,38151= 59,64 (𝑙ỗ) Trong đó:
Qnh : lưu lượng khí trong ống nhánh (m3/h). Qlỗ: lưu lượng khí qua mỗi lỗ (m3/h).
Chọn số lỗ trên mỗi ống là 60 lỗ.
Số lỗ trên 1m chiều dài ống:
n =N 6 =
60
6 = 10 lỗ
c) Tính toán máy thổi khí:
Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí:
Hk = hd + hc + hf + hh + = 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 m Trong đó:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc chiều dài ống. hc: Tổn thất cục bộ của ống phân phối khí.
Tổn thất hd + hc không vượt quá 0,4 (m), chọn hd + hc = 0,4
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí; hf 0,5 m, chọn hf = 0,5 m. hh: Chiều sâu hữu ích của bể điều hoà, H = 3 m.
Công suất máy thổi khí :
𝑁 =34400 × (𝑝 0,29− 1) × 𝑄𝑘 102 × 𝜂 =34400 × (1,28 0,29− 1) × 94,5 102 × 0,75 × 3600 = 0,84(kW) Trong đó:
Qk: Lưu lượng khí cung cấp, Qk = 94,5 (m3/h)
𝜂: Hiệu suất máy bơm, chọn 𝜂 = 0,75 P: Áp lực khí nén 𝑝 =10,33 + 𝐻𝑘 10,33 = 10,33 + 3,9 10,33 = 1,37 (𝑎𝑡𝑚) Công suất thực tế: Ntt = 1,2. N = 0,84 x 1,2 = 1,008 (kW) d) Chọn máy thổi khí
Chọn máy thổi khí Longtech LTS – 032, công suất 2 HP e) Tính toán bơm nước thải vào bể Anoxic
Lưu lượng bơm: Qb = 250 (m3/ngày) x 2,5 = 625 (m3/ngày)
Công suất bơm nước thải:
48 𝑁 = 𝑄 × 𝐻 × 𝜌 × 𝑔 1000 × 𝜂 = 625 × 5 × 1000 × 9,81 24 × 60 × 60 × 1000 × 0,7 = 0,51(𝐾𝑊) Trong đó:
+ Q: Lưu lượng nước thải lớn nhất, Q = 625 (m3/ngày). + H: Chiều cao cột áp (mH2O). Chọn H = 5 m. + 𝜌: Khối lượng riêng của nước, 𝜌 = 1000 kg/m3. + 𝜂: Hiệu suất bơm (%), 𝜂 = 0,7 ÷ 0,9 (chọn 𝜂 = 0,7).
+ g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
- Công suất thực tế:
Ntt = 1,2 .N = 1,2 x 0,51 = 0,612 (kW) f) Chọn bơm
Chọn máy bơm chìm Ebara - Italia, công suất 1 HP
g) Đường ống dẫn nước vào bể Anoxic
Đường kính ống dẫn từ bể điều hòa sang bể Anoxic: D = √4𝑄𝑚𝑎𝑥
= √
4625
3,141 × 24 × 60 × 60 = 0,096 (𝑚) = 96 (𝑚𝑚) Trong đó: Qmax là lưu lượng nước lớn nhất. Qmax = 625(m3/ngày)
v là vận tốc nước thải chạy trong ống, v = 1 m/s. Chọn ống PVC có đường kính D = 96 mm.
h) Hiệu quả xử lý nước thải qua bể điều hòa
-Hàm lượng SS giảm 4 % sau khi qua bể điều hoà, hàm lượng còn lại là: SS = 180 - 180 x 4% = 172,8 (mg/l)
-Nồng độ BOD5 giảm 5% sau khi qua bể điều hoà, hàm lượng còn lại là: BOD5 = 300 - 300 x 5% = 285 (mg/l)
Bảng 3. 6 Thông số tính toán thiết kế bể điều hòa
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài m 6 2 Chiều rộng m 5 3 Chiều cao m 3,5 4 Đường kính ống chính mm 57 5 Đường kính ống nhánh mm 29 6 Số ống nhánh ống 4
7 Số lỗ trên 1m chiều dài ống lỗ 10
8 Công suất máy thổi khí kW 1,008
9 Công suất máy bơm kW 0,612
49
3.3.4. Bể thiếu khí
3.3.4.1. Nhiệm vụ
Nước thải sau khi chảy qua bể điều hòa được bơm qua bể sinh học thiếu khí Anoxic theo hướng từ dưới lên. Bể sinh học này có nhiệm vụ khử N và P.
3.3.4.2. Tính toán a) Tính thể tích bể
Thời gian lưu nước t = 1,5 – 6 h (Trang 135, Giáo trình Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải - Trịnh Xuân Lai), chọn t = 6 h = 0,25 ngày
Thể tích bể:
V = Qtbh× t = 10,42 × 6 = 62,52 (m3) Trong đó:
Qtbh là lưu lượng trung bình , Qtbh = 10,42 (m3/h)
Dựa vào thể tích bể ta chọn bể hình hộp chữ nhật có kích thước: Chọn chiều cao chứa nước của bể: Hcn = 3 (m)
Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 (m) Chiều cao xây dựng của bể: H = Hh + Hbv = 3 + 0,5 = 3,5 (m) - Diện tích của bể là: 𝐹 = 𝑉 𝐻ℎ = 62,52 3,5 = 17,86 (𝑚 2) Chọn chiều dài bể L = 5 Chọn chiều rộng bể B = 3,5 Thể tích thực xây dựng bể anoxic: Vanoxic = L × B × H = 5 × 3,5 × 3,5 = 61,25 (m3) b) Cánh khuấy :
Nước tuần hoàn từ bể sinh học hiếu khí và bùn tuần hoàn từ bể lắng sẽ được phân