Trong cụng trỡnh xử lý sinh học, cỏc tham số lựa chọn cho hệ vi sinh như sau:
- Y: là hệ là hệ số sinh trưởng cực đại (mg bựn/mg BOD5 tiờu thụ). Chọn Y = 0,65.
- kd: hệ số phõn huỷ nội bào (1/ngày). Chọn kd = 0,05 ngày-1. - X: nồng độ bựn hoạt tớnh (mg/l). Chọn X = 3000 mg/l.
Trờn cơ sở tớnh toỏn của Steady, kết quả tớnh toỏn cõn bằng vật chất của hệ thống được tớnh toỏn và mụ tả tại Hỡnh 3.11. Kết quả tớnh toỏn cũng cho thấy cỏc thụng số của nước thải đầu ra hoàn toàn phự hợp với yờu cầu xử lý (Đạt TCVN 7222:2002 sau xử lý lần hai và QCVN 40:2011/BTNMT).
Hỡnh 3.11. Kết quả tớnh toỏn cõn bằng chất hệ thống xử lý nƣớc thải bằng mụ hỡnh Steady
Trờn cơ sở tớnh toỏn bằng mụ hỡnh Steady ta cũng tớnh toỏn được cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản của hệ thống. (Xem Bảng 3.15).
Bảng 3.15. Thụng số kỹ thuật cơ bản cỏc cụng trỡnh trong trạm xử lý nƣớc thải STT Tờn cụng
trỡnh Yờu cầu kỹ thuật lƣợng Khối
1 Song chắn rỏc thụ
+ Khoảng cỏch giữa cỏc mắt song: 80mm; + Chiều rộng song: 0,8m
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm + Vật liệu: thộp Inox 304L
1 chiếc
2 Song chắn rỏc tinh
+ Khoảng cỏch giữa cỏc mắt song: 40mm; + Chiều rộng song: 0,8m
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm + Vật liệu: thộp Inox 304L
1 chiếc
3 Ống rẽ
nhỏnh Trong trường hợp gặp sự cố, trạm xử lý nước thải sẽ được cụ lập thủy lực bằng một ống rẽ nhỏnh đặt tại trạm bơm trờn cao, ngoại trừ cỏc vựng dõn cư kết nối vào mạng ở hạ nguồn.
Một đường ống rẽ nhỏnh bờn trong trạm xử lý sẽ cho phộp rẽ nhỏnh cỏc cụng trỡnh, cỏc dõy chuyền xử lý nối tiếp nhau và đưa về cụng trỡnh xả.
+ Số lượng dõy chuyền: 1
+ Lưu lượng tối đa: 12.000 m3/ngày.đờm + Đường kớnh đường ống: 600 mm + Độ dốc tối thiểu: 0,3%
1 hệ thống
4 Bể khử
cỏt/dầu + Số lượng bể: 02 bể; + Thời gian lưu: 10 phỳt
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm
02 bể
5 Kờnh oxy
húa + Số lượng dõy chuyền: 02 + Lưu lượng xử lý mỗi dõy chuyền: 6.000m3/ngày.đờm + Tuổi bựn: 8 ngày
+ Tổng thể tớch: 65.000 m3
+ Độ sõu hiệu dụng: 4m
+ Nhu cầu Oxy xử lý BOD5: 1,21 kg O2/kgBOD5 + Nhu cầu Nitrat húa: 4,6 kg O2/kgNH4
6 Khử Photpho
+ Tỷ lệ Fe/P ỏp dụng để xử lý: 1,5
+ Lượng FeCl3 yờu cầu theo lý thuyết: 450 kg/ngày. 7 Bể lắng
cấp 2
+ Số lượng dõy chuyền: 02
+ Lưu lượng xử lý: 12.000 m3/ngày.đờm + Loại bể lắng: bể lắng đứng, hỡnh trũn + Thể tớch 1 bể: 3500m3
+ Chiều cao hiệu dụng: 3,5m
02 bể
8 Khử
trựng Sau khi xử lý sinh học bỡnh thường, để đạt tiờu chuẩn xả về Coliform là 10.000 MPN/100 ml, việc oxy húa bằng Clo (định lượng Javel) đó được lựa chọn vỡ những
lý do kinh tế và dễ dàng khai thỏc hơn so với cỏc phương phỏp khử trựng khỏc.
Việc khử trựng diễn ra trong một buồng tiếp xỳc được trang bị cỏc tấm cản đảm bảo việc nước chảy thành dũng chảy đều. Một ống rẽ nhỏnh cho phộp làm cụng trỡnh ngừng hoạt động trong mựa mưa.
+ Tiờu thụ Javel 14%: 90 đến 460 l/ngày
+ Thời gian lưu trong cụng trỡnh tiếp xỳc khử trựng: 30 phỳt
3.4.4. Mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh thủy lực trờn mạng thoỏt nước khu phớa Bắc thành phố Thỏi Nguyờn
Trờn cơ sở mạng lưới thu gom và xử lý nước thải đề xuất, chỳng tụi thực hiện mụ phỏng cỏc quỏ trỡnh thủy lực diễn ra trong hệ thống bằng phần mềm SWMM – Version 5 (2004) nhằm mục đớch kiểm tra tớnh khả thi của hệ thống, đồng thời xỏc định cỏc thụng số cơ bản của mạng thoỏt nước đề xuất.
3.4.4.1. Xem xột cỏc tham số đầu vào
a/. Phõn chia lưu vực thoỏt nước
Việc xỏc định lưu vực là một vấn đề phức tạp, thụng thường cú 2 cỏch phõn chia tiểu lưu vực như sau:
+ Đối với khu tự nhiờn, địa hỡnh cú độ dốc lớn thỡ lưu vực được phõn chia bằng đường phõn thủy thụng qua dữ liệu địa hỡnh.
+ Đối với khu đụ thị là khu vực cú độ dốc nhỏ hoặc tương đối bằng phẳng, cú sự biến đổi địa hỡnh khụng rừ rệt.
Để thuận tiện cho tớnh toỏn, dựa trờn bản đồ địa hỡnh tỷ lệ 1:110 000 và phõn mềm MapInfo, ta ước lượng chia khu vực nghiờn cứu thành 10 tiểu lưu vực thoỏt nước (bao gồm cả thoỏt nước mưa và nước thải sinh hoạt). Cụ thể như sau:
Bảng 3.16. Phõn chia số lƣợng tiểu lƣu vực
STT Tờn lƣu vực Diện tớch
(ha)
Bề rộng (m)
1 Lưu vực A – Đường Dương Tự Minh 15 412
phớa trờn đường Bắc Kạn
3 Lưu vực C – Đường Bắc Kạn cạnh cầu Gia Bẩy 9 130 4 Lưu vực D – Đường Hoàng Văn Thụ và đường Minh
Cầu
17 570
5 Lưu vực E – Phường Tỳc Duyờn 12 200
6 Lưu vực F – Khu vực hành chớnh 5 300
7 Lưu vực G – Phớa Nam đường Lương Ngọc Quyến 20 600
8 Lưu vực H - Đường Bắc Nam 14 500
9 Lưu vực I – Phường Gia Sàng 10 600
10 Lưu vực J – Trạm xử lý nước thải 4 250
Vỡ đõy là khu đụ thị được trải nhựa ở tất cả cỏc con đường nờn diện tớch vựng thấm gần như chủ yếu trong cỏc nhà dõn do đú ta chọn diện tớch này bằng 25% tổng diện tớch toàn bộ lưu vực.
Hỡnh 3.13. Giao diện nhập dữ liệu cho tiểu lƣu vực
b/. Khai bỏo thụng số đo mưa
Đối với những lưu vực rộng lớn thỡ sử dụng nhiều cơn mưa khỏc nhau, ở đõy khu vực tớnh toỏn trong đề tài là khu vực nhỏ (1200 ha) nờn chỉ cần lấy một cơn mưa cho toàn lưu vực. Số liệu của mưa thiết kế được lấy từ Trạm khớ tượng thủy văn Thỏi Nguyờn. Ở đõy, do khụng cú đủ bộ chuỗi số liệu lượng mưa trờn khu vực nghiờn cứu trong những năm gần đõy nờn chỳng tụi tớnh toỏn với ngày mưa lớn nhất trong cỏc năm gần đõy làm đại diện (Ngày 25 thỏng 9 năm 1997).
Cỏc thụng số chớnh của dữ liệu mưa : + Tờn trận mưa (Name): Mua1
+ Kiểu mưa (Rain Format): bao gồm mưa thời đoạn, mưa thể tớch, mưa tớch lũy. Trong đề tài sử dụng số liệu mưa theo giờ ( Intensity – mm/h).
+ Khoảng thời gian mưa (Rain Interval): là đoạn thời gian giữa cỏc lần ghi giỏ trị đo mưa.
+ Số liệu của trận mưa (Data sourse – Timeseries) + Đơn vị tớnh ( mm, inch ): Chọn tớnh toỏn theo mm
+ Nhập giỏ trị trận mưa thiết kế: (Lấy theo trận mưa đại diện)
Hỡnh 3.15. Chuỗi thời gian mƣa
c/. Khai bỏo đối tượng Nỳt - Junction ( nỳt thu nước )
Là điểm kết nối giữa cỏc kờnh hở, cỏc hố ga chớnh trong hệ thống cống, hoặc là điểm nối giữa cỏc đường ống cống, dũng chảy bờn ngoài cú thể đổ vào cỏc Junctions này.
Nỳt thu nước là nơi thu nhận toàn bộ lượng nước trờn tiểu lưu vực đú (bao gồm nước mưa chảy tràn trờn lưu vực, nước thải). Độ sõu chụn cống được nhập thụng qua độ sõu ban đầu của nỳt, thụng thường cống thoỏt nước phải đặt sõu là để đảm bảo cho nú khụng bị phỏ hoại do tỏc động cơ học gõy nờn đồng thời cũng nhằm để đảm bảo 1 độ dốc cần thiết, sơ bộ cú thể lấy bằng 1,5 m.
Hỡnh 3.17. Sơ đồ chụn cống
Hỡnh 3.18. Giao diện nhập dữ liệu cho nỳt
d/. Khai bỏo đối tượng tuyến thoỏt nước – Conduit
Là cỏc đường ống cống, cỏc mương cú khả năng vận chuyển nước từ nỳt này đến nỳt khỏc trong hệ thống tiờu thoỏt nước. Hỡnh dạng mặt cắt ngang của đường
ống cống và kờnh cú rất nhiều hỡnh dạng: tam giỏc, trũn, hỡnh thang, hỡnh vuụng, chữ nhật …
Hỡnh 3.19. Giao diện nhập dữ liệu cho cống
Để tiết kiệm và tận dụng tối đa khả năng dẫn nước, trong tớnh toỏn này sử dụng cỏc cống trũn cú đường kớnh từ 500mm đến 1200mm.
e/. Khai bỏo đối tượng hồ điều hũa – Storage Unit
Tận dụng điều kiện tự nhiờn sẵn cú nhằm làm giảm chi phớ xõy dựng cỏc cụng trỡnh của hệ thống, cũng như điều hũa lưu lượng dũng chảy trong hệ thống trước khi nước thải ra ngoài thỡ việc xõy dựng một hồ điều hũa là hợp lý nhất.
Hồ điều hũa được dự kiến xõy dựng trờn đoạn suối Cống Ngựa phỡnh to, nước thải và nước mưa tại một số lưu vực lõn cận (lưu vực B, C, D) sẽ được đưa về hồ điều hũa.
f/. Khai bỏo đối tượng cửa xả
Là cỏc nỳt của hệ thống tiờu thoỏt nước dựng để xỏc định cỏc biờn cuối cựng của hệ thống ở chế độ chảy súng động lực học.
Cỏc điều kiện biờn tại outfall cú thể được mụ tả bằng một trong cỏc trạng thỏi quan hệ sau: Độ sõu dũng chảy thụng thường hay critical, cao độ ở nhiều mức độ khỏc nhau, bị ảnh hưởng của nước dõng (trờn sụng), hoặc theo chuỗi thời gian.
Cửa xả là nơi tiếp nhận nước từ hồ chứa, sau trạm xử lý nước thải và đưa ra ngoài nguồn tiếp nhận.
Trạm xử lý nước thải được bố trị tại khu vực phường Gia Sàng, thành phố Thỏi Nguyờn.
3.4.4.2. Cỏc kịch bản tớnh toỏn
Trong đề tài này chỳng tụi lựa chọn tớnh toỏn cho 2 trường hợp:
Trƣờng hợp 1: Nhằm kiểm tra khả năng chuyển tải nước thải trong cống và
khả năng điều tiết của hồ chứa với cỏc thụng số giả định của hệ thống thoỏt nước đề xuất
Trƣờng hợp 2: Tớnh toỏn hệ thống xột tới ảnh hưởng của mức nước dõng trờn
sụng Cầu lờn hệ thống. Do sụng Cầu là sụng lớn, nờn hoàn toàn cú thể xảy ra trường hợp mực nước dõng trờn sụng cao hơn hẳn cỏc cửa thoỏt nước của hệ thống nờn việc tớnh toỏn theo kịch bản này cú ý nghĩa lớn đối với thực tế.
Trong cả hai trường hợp này đều tớnh tiờu thoỏt nước cho trận mưa kộo dài trong vũng 3 giờ và hệ thống thoỏt nước phải tiờu trong vũng 30 phỳt để đảm bảo cho hệ thống khụng bị ngập và phự hợp với thực tế.
Cả hai trường hợp này đều cú thể xảy ra trong thực tế.
3.4.4.3. Kết quả tớnh toỏn mụ phỏng
a/. Trƣờng hợp 1
Lựa chọn chuỗi thời gian mụ phỏng:
+ Chọn thời điểm bắt đầu quỏ trỡnh mụ phỏng, kết thỳc mụ phỏng (do lượng mưa giờ lớn nhất là lỳc 16 – 17 - 18 giờ ngày 25/9/1997 nờn chọn thời điểm mụ tả từ 15h30 và kết thỳc lỳc 20h).
+ Chọn thời gian theo dừi diễn biến chuyển động của nước thải cũng như khả năng điều tiết của hồ (khoảng thời gian được chọn là 30 phỳt).
Kết quả mụ phỏng cụ thể như sau:
Hỡnh 3.21. Kết quả mụ phỏng diễn biến của dũng chảy trờn hệ thống thoỏt nƣớc tại thời điểm đầu trận mƣa
Hỡnh 3.22. Kết quả mụ phỏng diễn biến của dũng chảy trờn hệ thống thoỏt nƣớc tại thời điểm kết thỳc trận mƣa
Ta thấy tại thời điểm đầu trận mưa hệ thống luụn đảm bảo khả năng chuyền tải nước thải khụng xảy ra tỡnh trạng ngập, nhưng khi trận mưa kết thỳc do cú sự xõm nhập của nước mưa cộng với nước thải sẵn cú làm hệ thống bị ngập hai nỳt, nỳt 1 và nỳt 2 do lưu lượng trong đường ống quỏ lớn so với đường kớnh ống của nú.
Để khắc phục tỡnh trạng ngập của hệ thống thỡ ta tiến hành khai bỏo lại cỏc thụng số đầu vào của hệ thống (đường kớnh ống).
Sau khi khai bỏo lại thụng số đầu vào của hệ thống (đường kớnh ống) ta được diễn biến trạng thỏi dũng chảy trong hệ thống như sau:
Hỡnh 3.23. Kết quả mụ phỏng diễn biến của dũng chảy trờn hệ thống thoỏt nƣớc tại thời điểm đầu trận mƣa
(Sau khi thay đổi giỏ trị đƣờng kớnh của mƣơng thoỏt nƣớc)
Hỡnh 3.24. Kết quả mụ phỏng diễn biến của dũng chảy trờn hệ thống thoỏt nƣớc tại thời điểm trận mƣa kết thỳc
(Sau khi thay đổi giỏ trị đƣờng kớnh của mƣơng thoỏt nƣớc)
Ta thấy tại thời điểm đầu trận mưa và tại thời điểm kết thỳc trận mưa hệ thống luụn đảm bảo khả năng chuyền tải khụng xảy ra tỡnh trạng ngập. Điều đú cú nghĩa là việc chọn cỏc thụng số đầu vào của hệ thống (đường kớnh ống, mương thoỏt) là hợp lý.
* Xem xột khả năng điều tiết của hồ điều hũa
Bảng 3.17. Bảng kết quả tớnh toỏn đối với hồ điều hũa
Từ quỏ trỡnh diễn biến của dũng chảy trong cống và bảng kết quả của hồ ta thấy tại bất kỳ thời điểm nào của trận mưa thỡ hồ luụn đảm bảo khả năng tự điều tiết, khụng bị ngập (Flooding = 0). Cũng từ kết quả trờn ta thấy được mực nước trong hồ cao nhất là 1m điều này giỳp ta thiết kế hồ với dung tớch hợp lý nhất, vừa đảm bảo khả năng điều tiết của hồ vừa đảm bảo yờu cầu kinh tế.
b/. Trƣờng hợp 2
Tớnh toỏn hệ thống xột tới ảnh hưởng của mức nước dõng trờn sụng Cầu lờn hệ thống. Do sụng Cầu là sụng lớn, nờn hoàn toàn cú thể xảy ra trường hợp mực nước dõng trờn sụng cao hơn hẳn cỏc cửa thoỏt nước của hệ thống.
* Khai bỏo mức nước dõng
Mức nước dõng được lấy đại diện theo thống kờ lũ trờn sụng Cầu. Cụ thể như sau:
Giữ nguyờn cỏc thụng số đó khai bỏo ở trờn và chạy trong trường hợp ảnh hưởng của nước dõng trờn sụng Cầu. Kết quả như sau:
Hỡnh 3.26. Mực nƣớc thải trong cống khi có nƣớc dõng
Ta thấy trờn hệ thống xảy ra tỡnh trạng ngập, do mực nước dõng trờn sụng Cầu quỏ cao, lưu lượng chảy từ ngoài sụng vào hệ thống lớn nờn trong trường hợp này hồ khụng cũn khả năng điều tiết lưu lượng trong hệ thống.
Giải phỏp: Để cú thể khắc phục được tỡnh trạng ngập trong hệ thống ta lắp đặt
thờm cửa van một chiều điều tiết tự động theo mức nước tại cửa xả, ứng với mực nước dõng lớn đồng thời trong khu vực xảy ra mưa thỡ sau đú dựng bơm để bơm nước từ hồ ra ngoài sụng Cầu.
* Lắp đặt thờm cửa van - Outlet
Chọn chiều cao an toàn của cửa van là 3,5m (cao hơn mức dõng của nước sụng).
* Khai bỏo đối tượng bơm - Pumb
Trong SWMM ta phộp ta chọn bơm tựy ý, sau đú chạy mụ hỡnh rồi kiểm nghiệm lại kết quả. Việc thử nghiệm sẽ dựng lại khi mỏy bơm ta chọn phải cú khả năng điều tiết lưu lượng trong hệ thống, khụng cũn tỡnh trạng ngập trong hệ thống.
Hỡnh 3.28. Giao diện khai bỏo đối tƣợng bơm
* Kết quả tớnh toỏn
Hỡnh 3.29. Diễn biến của dũng chảy trong cống khi có bơm
Từ diễn biến dũng chảy tại Hỡnh 3.29 cho thấy điểm đầu trận mưa và tại thời điểm kết thỳc trận mưa hệ thống luụn đảm bảo khả năng chuyền tải khụng xảy ra
tỡnh trạng ngập. Điều đú cú nghĩa là việc chọn cỏc thụng số đầu vào của hệ thống (đường kớnh ống, độ sõu chụn cống, độ dốc) là hợp lý.
3.4.4.4. Thống kờ cỏc thụng số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thoỏt nước theo mụ phỏng
Dựa trờn kết quả tớnh toỏn bằng phần mềm SWMM, đặc biệt cú xem xột đến quỏ trỡnh vận hành hệ thống thoỏt nước theo Trường hợp 2 (đó nờu ở trờn) ta cú cỏc thụng số cơ bản của hệ thống thoỏt nước khu vực phớa Bắc thành phố Thỏi Nguyờn như sau:
Bảng 3.18. Thụng số kỹ thuật cơ bản của hệ thống thoỏt nƣớc đề xuất
STT Mụ tả kỹ thuật Đơn vị Khối lƣợng
A Mƣơng/cống thoỏt nƣớc
1 Mương thoỏt nước D500 m 8030
2 Mương thoỏt nước D600 m 4000
3 Mương thoỏt nước D700 m 2711
4 Mương thoỏt nước D800 m 3742
5 Mương thoỏt nước D900 m 569
6 Mương thoỏt nước D1000 m 12.241
7 Mương thoỏt nước D1200 m 1064
B Hồ điều hũa
Thụng số kỹ thuật:
+ Diện tớch hồ: F = 24.500 m2; + Thay đổi của mực nước: 1,00 m. + Cao độ tối đa: 2,06m
C Trạm bơm Đơn vị Cụng suất
1 SP1 l/s 57,2 2 SP2 l/s 125,8 3 SP3 l/s 149,9 4 SP4 l/s 20,1