Đồ án xử lý nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ TRONG MỘT HỆ THỐNG XỬ LÍ NƯỚC THẢI Thuyết minh sơ đồ công nghệ Phương án 1: Nước thải vào qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tách loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ngang. Sau một thời gian, cắt lắng từ bể lắng cát đc đưa đến sân phơi cát. Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng li tâm đợt I, tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải được giữ lại. Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể anoxic rồi tiến vào bể Aeroten. Nước sau bể Aeroten được tuần hoàn trở lại bể anoxic để xử lý N và P.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

Họ và tên : Hoàng Quốc Huy

Chỉ tiêu chất lượng nước thải

Chỉ tiêu Đơn vị đo Giá trị

1, Lưu lượng nước thải tính toán

Lưu lượng tính toán lấy bằng lưu lượng thải sinh hoạt trong đồ án mạng lưới cấp nước với dân số 373676 người với tiêu chuẩn cấp nước 118 l/người.ngđ

Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt : q = 118 l/người.ngđ

Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình giây:

=

=

= 521 ( l/s ) Theo bảng 2 của TCXD 7957:2008, ta có hệ số không điều hòa K0 ứng với lưu lượng = 521 l/s:

K0 max = 1,5

K0 min = 0,66 Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất giờ :

a Nồng độ chất bẩn của nước thải sinh hoạt

Thông số Đơn vị đo Giá trị QCVN 14:2008,

b, Yêu cầu đối với nước thải sau khi xử lý :

- Yêu cầu xử lý đối với SS :

SS =

x 100 =

x 100 = 79%

Trong đó : là hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải chưa xử lý, mg/l

là hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải sau xử lý, mg/l

- Yêu cầu xử lý đối với BOD :

BOD =

x 100 =

x 100 = 88%

Trong đó : là hàm lượng BOD trong nước thải đầu vào, mg/l

là hàm lượng BOD trong nước thải đầu ra, mg/l

- Yêu cầu xử lý đối với Amoni :

Amoni =

x 100 = 75%

Trong đó : là hàm lượng Amoni trong nước thải đầu vào, mg/l

là hàm lượng Amoni trong nước thải đầu ra, mg/l

- Yêu cầu xử lý đối với PO4- :

PO4- =

x 100 =

x 100 = 50%

Trong đó : là hàm lượng PO4- trong nước thải đầu vào, mg/l

là hàm lượng PO4- trong nước thải đầu ra, mg/l

2 Đề xuất, lựa chọn phương án xử lý nước thải sinh hoạt

Phương án 1

Bể tiếp xúc Máng trộn

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Phương án 1:

Nước thải vào qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tách loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ngang Sau một thời gian, cắt lắng từ bể lắng cát đc đưa đến sân phơi cát

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng li tâm đợt I, tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải được giữ lại Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể anoxic rồi tiến vào bể Aeroten Nước sau bể Aeroten được tuần hoàn trở lại bể anoxic để xử lý N và P

Để ổn định nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lý, tuần hoàn lại một phần bùn hoạt tính về trước bể, lượng bùn hoạt tính dư được đưa lên bể nén giảm dung tích, sau đó đến bể metan

Bùn hoạt tính sẽ được lắng ở bể lắng li tâm II và thành phần không tan được giữ ở bể lắng li tâm I

Qua bể lắng li tâm đợt II, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong Trong nước thải ra ngoài vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn Toàn bộ hệ thống thực hiện nhiệm vụ này gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc Sau các công đoạn đó nước thải được xả ra nguồn tiếp nhận

Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mêtan được đưa ra sân phơi bùn Bùn cặn sau đó được dùng cho mục đích nông nghiệp

Phương án 2: Nước thải

Bể điều hòa

Song chắn rác Ngăn tiếp nhận

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Phương án 2:

Nước thải vào qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tách loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ngang Sau một thời gian, cắt lắng từ bể lắng cát đc đưa đến sân phơi cát

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng ngang đợt I, tại đây các chất thô không hoà tan trong nước thải được giữ lại Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể anoxic rồi đến bể Biophin cao tải

xử lý sinh học sau đó nước chuyển sang bể lắng ngang đợt II Nước sau bể biofin được tuần hoàn trở lại bể anoxic để xử lý N và P

Bùn hoạt tính sẽ được lắng ở bể lắng ngang II và thành phần không tan được giữ ở bể lắng ngang I

Qua bể lắng ngang đợt II, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong Trong nước thải ra ngoài vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn Toàn bộ hệ thống thực hiện nhiệm vụ này gồm trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc Sau các công đoạn đó nước thải được xả ra nguồn tiếp nhận

Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mêtan được đưa ra sân phơi bùn Bùn cặn sau đó được dùng vào các mục đích khác

III.Tính toán công trình:

Trong đó Qtrạm: lưu lượng của trạm xử lí nước thải m 3 /h, Qmax =2813 (m3/h)

t: Thời gian lưu nước trong bể t = 0,1-1h Chọn t = 0,1h

Bảng 3.1.1 Thông số thiết kế ngăn tiếp nhận

2, Song chắn rác:

Tính toán: Song chắn rác thường đặt đứng vuông góc với dòng chảy, thanh chắn làm bằng inox 304, các thanh song với kích thước hộp vuông l s ×b s = 10 × 10 mm, khoảng cách giữa các khe hở là b = 20 mm = 0,02 m

+ Chọn song chắn rác có chiều rộng và chiều cao trùng với ngăn tiếp nhận

Số thanh song là x => Số khe hở là (x + 1) khe

Ta có: 10x + (x+1).20 = 1500 ( Hngan tiep nhan = 1.5 m = 1500mm)

=> Số thanh: x=49 thanh Số khe là 50 khe

Bảng 3.1.2 Các thông số thiết kế song chắn rác

2 Chiều cao SCR m 1.5

 Qua song chắn rác là TSS, BOD 5 , PO4-, Amoni(N), COD giảm 4%

Hàm lượng các chất sau song chắn rác là :

+ Q là lưu lượng nước thải lớn nhất (m 3 /s) Qmax = 2813 m3/h = 0,782 m3/s

+ V: vận tốc của nước trong bể Chọn v = 0,15 m/s [bảng 28-Tr 39-[1]

+ k : lấy theo bảng 27 –Tr39 –[1] Chọn k = 1,3

+ V : vận tốc chuyển động của nước thải Chọn theo bảng 28[1], chọn V = 0,15 m/s + Hn: chiều sâu bể tính toán , Hn = 0,5 - 1 Chọn Hn = 1m ( mục 8.3.4 tr 39 [1])

+ Uo là tốc độ thủy lực của hạt (mm/s) Với đường kính hạt 0,25 mm Uo = 24,2 mm/s [Bảng 26-Tr 39[1])

Hn : chiều sâu bể tính toán Chọn Hn = 1 m

Hc : chiều cao lớp cát trong bể lắng cát

Vậy chiều cao xây dựng là 2,5 m

Bảng3.1.3 Các thông số thiết kế bể lắng cát ngang

STT Thông số Đơn vị Giá trị

Hiệu quả xử lý qua bể lắng cát ngang:

Hàm lượng các chất qua bể lắng cát ngang giảm 5%:

Trong đó:

hc: chiều cao lớp bùn cát trong năm,lấy h c = 5 m3/m2 năm

P: lượng cát giữ lại là 0,04 (l/ng.ngđ)

5, Bể điều hòa 3 đơn nguyên ( 2 làm việc, 1 dự phòng)

Thể tích bể điều hoà:

Wdh(lt)= × t = 2813 × 2 = 5626 (m3) Trong đó:

là lưu lượng lớn nhất của nước thải, = 2813 m3/h

t : thời gian lưu nước trong bể Chọn t = 2 h

Chọn chiều cao Hdh của bể là 5 m

Diện tích bể điều hoà:

F =

= = 1,125 m2Chiều cao bảo vệ của bể chọn: Hbv=0,5m

Chiều cao xây dựng của bể điều hòa: Hxd=Hdh+Hbv=5+0,5=5,5m Chia bể làm 2 đơn nguyên Diện tích mỗi đơn nguyên Fb= 1,125/ 2 = 562,6 m2Chọn bể điều hòa có L × B = 19 m × 12 m

- Thể tích của một bể:

W = L1 x B x Hxd = 17 x 11 x 5,5 = 1028 m3

Bảng 3.1.5 Thông số bể điều hoà

Chiều cao xây dựng Hxd m 5.5

Hàm lượng các chất trong bể điều hòa sau khi giảm 20 % (theo số liệu thực tế từ 20%).Chọn 20%

H K t

H K

1000

Trong đó:

7957:2008 đối với nước thải sinh hoạt, n = 0.25

h=500mm, đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán.Theo bảng 33 TCVN 7957 :2008,chọn hiệu quả lắng của bể lắng ngang đợt I là 50%,

n

h

H K

+ Hth: Chiều cao lớp nước trung hòa, h1 = 0,3m

+ h2: Khoảng cácrh từ mực nước đến thành bể, h2 = 0,4m

h3: Chiều cao phần chứa cặn, h3 = 0,4 m

Vậy HXD= 1,5+0,3+0,4+0,4 = 2.6 (m)

Hiệu quả xử lý qua bể lắng ly tâm đợt I

Hàm lượng BOD5 giảm 10% qua lắng ngang đợt 1:

BOD5 = 189,7 x 90% = 170,73 (mg/l)

Bảng 6 : Các thông số thiết kể của bể lắng li tâm đợt I

- Hàm lượng chất lơ lửng theo nước trôi ra khỏi bể lắng đợt 1 với hiệu suất 50% là:

Q: lưu lượng của trạm xử lí nước thải trung bình m3/h, Qtb = (m 3 /h) t: thời gian lưu nước trong bể t = 4 - 6 h ( theo thực tế đầu ra cột B)

=> VAnoxic = 1875 x 4 = 7500 m3

Chọn chiều cao bể Anoxic là H = 4 m

 Tính toán máy khuấy chìm cho bể Anoxic

Cường độ khuấy trộn trong bể thiếu khí ảnh hưởng lớn đến hiệu quả của quá trình khử nitrate và P Sử dụng 2 máy khuấy chìm để khuấy trộn đều trong 2 bể Anoxic

Công suất mỗi máy khuấy turbine chìm cho bể Anoxic là:

W = V x L Trong đó :

Tra catalog ống nhựa Tiền Phong chọn 1 ống dẫn nước thải là ống nhựa uPVC có đường kính 500 mm

Bảng 3.1.8 Thông số thiết kế bể thiếu khí ( Anoxic )

1 Số lượng bể Bể 8

8, Bể Aeroten đẩy

- Tỉ số tuần hoàn bùn của bể aeroten được xác định theo công thức:

a I

a R

2 100

R 



Tính toán thời gian cấp khí cho ngăn aeroten

Diện tích bể aeroten đẩy

Chọn thiết kế 4 bể aeroten đẩy làm việc đồng thời Chiều cao mỗi ngăn nằm trong khoảng 3 – 6 m Chọn H = 3,5 m

Diện tích bể aeroten đẩy là

F = =

= 502,32 m2 Diện tích một ngăn bể aeroten

Chiều cao xây dựng của bể aeroten là : Hxd = H + 0,5 = 4m

Kích thước của ngăn aeroten:

Chiều rộng : B ≤ 2H chọn B = 4 m

Chiều dài : L ≥ 10H L = 25m

- Hệ số sản lượng quan sát tính theo công thức sau:

Yobs =

=

= 0,375 Trong đó:

+ Y: Hệ số sản lượng bùn đối với nước thải đô thị,

Với Y = 0,4 ÷ 0,8 mgVSS/ mgBOD Chọn Y = 0,6mg VSS/ mgBOD

- Lượng bùn thải ra mỗi ngày:

Pxả = Px(ss) – Pra = 5544,6 – 3881,3 = 1663,3 (kg/ngày)

Giả sử bùn dư được xả bỏ (dẫn đến bể phân hủy bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) Khi đó, lượng bùn

dư thải bỏ được tính toán xuất phát từ công thức:

Trong đó:

+ X : Nồng độ bùn hoạt tính, X = 3000mg/l

+ θc: Thời gian lưu bùn θc = 5 ÷ 15 ngày, chọn θc =10 ngày

- Vậy lưu lượng bùn thải là:

=

= 103,25 (m3/ngđ)

 Xác định lưu lượng bùn tuần hoàn QT

- Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ ở giá trị 2500 (mg/l) ta có:

+ So: Hàm lượng BOD5 vào bể, (mg/l)

+ T: Thời gian lưu của nước thải trong bể, T = 6,4 giờ = 0,267 ngày

- Lượng BOD20 cần xử lý mỗi ngày:

oxy của thiết bị thổi khí là E = 9%, hệ số an toàn f = 2 để tính công suất thiết kế thực tế của máy thổi khí

- Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình:

 Tính toán máy thổi khí

- Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định theo công thức:

= 506,32 (KW) Trong đó:

+ ƞ – hiệu suất máy thổi khí, ƞ = 0,7 – 0,9 Chọn ƞ = 0,8

+ Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa xốp, đường kính D = 250mm, cường

- Trụ đỡ đặt giữa 2 đĩa kế tiếp nhau trên một nhánh ống, kích thước trụ đỡ:

B x L x H = 0,25m x 0,25m x 0,25m

 Tính đường ống dẫn khí chính

- Vận tốc khí đi trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10 – 15 m/s

Chọn Vkk = 10 m/s

- Đường kính ống dẫn khí chính:

 Tính toán đường ống dẫn nước thải

Chọn vận tốc nước thải trong ống: v = 1,5 m/s (v = 1 – 2 m/s)

- Lưu lượng bùn: Qb = Qt + Qw

Trong đó:

- Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đấy bể lắng có hàm lượng chất thải

rắn là 0,8% và khối lượng riêng là 1,008 kg/l Vây lưu lượng bùn dư cần xử

Tải trọng thủy lực qo được tính theo mục 8.5.6 TCXDVN 7957-2008

Tải trọng thủy lực bề mặt được tính theo công thức:

Tỷ lệ D/H = 30/4 = 7,5 ( nằm trong khoảng 6÷12, thỏa mãn)

Chiều cao xây dựng bể lắng ly tâm sẽ là:

H = H1 + hth +hb+hbv = 4 + 0.4 + 0.5 + 0.5 = 5.4 m

Trong đó :

hb : chiều cao lớp bùn trong bể lắng, lấy từ 0.3 ÷ 0.5m Chọn hb = 0.5 m

hbv : chiều cao bảo vệ , hbv = 0.5 m

Các thông số thiết kể của bể lắng li tâm đợt II

=

= 892 lỗ

với t là thời gian tiếp xúc trong bể lấy t = 30p

+a: lượng cặn trong bể 0,03L/ng.d ( mục 8.28.6)

+N: dân số 373676 người

+ T : thời gian lưu bùn trong bể lấy bằng 1 ngày

Chọn 2 đơn nguyên với H= 2,7 – 5,7m lấy H = 5m

Chọn chiều rộng của bể B = 5m

Chiều cao của lớp bùn Hb =

=

= 0,08m Chiều cao xây dựng Hxd = H + Hb + Hbv = 5 + 0,1 + 0,5 = 6

Bảng 10 Thông số thiết kế bể tiếp xúc

11, Bể nén bùn

Độ tăng sinh khối của bùn Pr = 0,8.C1 + 0,3.S0

+ C1: Cặn lơ lưng khi vào bể aerotank C1 = 150mg/L

+ S0: BOD trước khi vào bể S0 = 150mg/L

Với K: hệ số không điều hòa theo mùa 1,15-1,3, chọn 1,2

m2+ v2 : vận tốc bùn trong ông trung tâm v2 = 28mm/s

+ d: bán kính phần đáy bể lấy d = 0,5m

Chiều cao xây dựng của bể

H = h1 + h2 + hbv = 3,6 + 4,25 + 0,5= 7,6m

: Các thông số thiết kể của bể nén bùn

Chh :Hàm lượng cặn lơ lửng trong hỗn hợp nước thải, Chh = 89,74 (mg/l)

Đường kính

(m)

Thể tích hữu ích (m3)

n: Hệ số kể đến điều kiện khí hậu n = 2,7

Phương án 2:

1 Ngăn tiếp nhận (Giống phương án 1)

2 Song chắn rác (Giống phương án 1)

3 Bể lắng cát ngang và sân phơi cát (Giống phương án 1)

4 Bể điều hòa ( Giống phương án 1)

5 Bể lắng ngang đợt I

Tính toán bể lắng ngang theo mục 8.5.4-trang 44-[1]

Q - Lưu lượng tính toán của nước thải (m3/h);

H - Chiều sâu tính toán của vùng lắng (kể từ mặt trên của lớp trung hoà tới mặt thoáng

của bể H = 1.5 - 3 m (mục 8.5.11-[1]) chọn H = 3m

V - Vận tốc tính toán trung bình trong vùng lắng Đối với bể lắng ngang chọn 10 mm/s

(mục 8.5.4-[1])

K - Hệ số phụ thuộc loại bể lắng và cấu tạo của thiết bị phân phối và thu nước K = 0.5

-Độ lớn thuỷ lực U0 (mm/s) xác định theo các đường cong động học lắng hoặc theo công

H K U

.

1000

t - Thời gian lắng (s) của nước thải trong bình thí nghiệm hình trụ với chiều sâu

lớp nước h, đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán; khi thiếu số liệu thực

nghiệm thì t lấy theo Bảng 33[1] Với n = 0.25, hiệu quả lắng 52% và nồng độ chất

lơ lửng 309.55 mg/l => t = 696 s)

n - Hệ số kết tụ, phụ thuộc vào tính chất lơ lửng của các loại hạt chủ yếu, xác định

bằng thực nghiệm phụ thuộc vào tính chất của cặn trong nước thải Khi thiếu số

liệu thực nghiệm có thể lấy sơ bộ như sau:

n lấy 0,25 đối với hạt lơ lửng có khả năng kết tụ trong nước thải có khả năng dính

Chọn số ngăn của bể lắng là 2 -> chiều rộng mỗi ngăn là b = 5,5 m

- Chiều cao xây dựng bể lắng đợt 1 là:

Hxd = H + hth + hbv + hc + htc

Trong đó: chiều cao lớp nước trung hòa hth = 0,4m

Chiều cao lớp bùn cặn hc = 0,5 m

Chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m

Chiều cao hố thu cặn: htc = 1,5 m

 Hxd = 3 + 0,4 + 0,3 + 0,5 + 1,5 m= 5,7 m

Kết luận: chọn 2 bể lắng hoạt động bình thường

Bảng 3.1.7 Thông số thiết kế bể lắng ngang đợt I

2 Chiều dài m 34,5

 Hiệu quả xử lý qua bể lắng ngang đợt I

Hàm lượng BOD 5 giảm 10% qua lắng ngang đợt 1:

Nước được thu bằng máng xung quanh thành ngoài bể

Chiều rộng máng thu nước bằng 10% đường kính bể = 1,6 m

Chọn chiều cao máng thu hm = 0,44 m

Độ dốc của máng về phía ống tháo nước ra i= 0,02

Máng răng cưa:

Máng 32ang cưa được gắn vào máng thu nước để điều chỉnh cao độ mép máng thu đảm bảo thu nước đều trên toàn bộ chiều dài máng tràn bề dày của máng rắng cưa

là 5 mm

Chiều cao tổng cộng của máng 32ang cưa là 200 mm

để điều chỉnh độ cao mép máng Chiều cao khe: 50 mm

Hth: Chiều cao lớp nước trung hòa, h1 = 0,44m

Hbv: Khoảng cácrh từ mực nước đến thành bể, h1 = 0.5m

hc: Chiều cao phần chứa cặn, hc = 0,1 m

6 Bể anoxic ( giống phương án 1)

7 Bể biophin cao tải

Nguồn nhận loại A nên ta chọn lượng BOD5 đầu ra của bể lọc sinh học cao tải (Lt)

là 50mg/l (theo QCVN 14:2009)

Sau lắng I BOD giảm 10 -20% chọn E =10%

 Không cần phải tuần hoàn nước thải

Hlv - chiều cao lớp vật liệu lọc 4 (m)

Hbv – chiều cao bảo vệ, Hbv = 0,5m

0,5 là chiều cao không gian giữa sàn lọc và sàn bể (<0,6m)

0,2 là chiều cao dầm đỡ sàn thu nước

0,1 chiều dày sàn thu nước

Chọn vật liệu là đá dăm, cuội sỏi, gạch vỡ đường kính 40 – 70 mm