Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung cho khu đô thị có 10.000 dân

trình bày về Tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải tập trung cho khu đô thị có 10.000 dân

1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

I ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI, THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ YÊU CẦU ĐẦU RA: 4

I.1 Đặc tính nước thải: 4

I.2 Thông số nước thải đầu vào và tiêu chuẩn nước thải đầu ra: 4

I.2.1 Lưu lượng nước thải: 4

I.2.2 Đặc tính nước thải đầu vào: 5

II PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI .9

II.1 Tổng quan xử lí nước thải sinh hoạt .9

II.2 Đề xuất công nghệ 11

II.2.1 Phương án 1: 11

II.2.2 Phương án 2: 13

II.3.Lựa chọn công nghệ: 14

III TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ .15

III.1 Cổng xả nước thải tập trung vào công trình xử lý 15

III.3 Bể tiếp nhận 18

III.3.1 Tính toán bể tiếp nhận 19

III.3.2 Hệ thống bơm nước 19

III.4 Mương dẫn nước 19

III.5 Song chắn rác tinh 19

III.6 Bể vớt dầu 22

III.7 Bể điều hòa 25

IV TÍNH TOÁN BỂ AEROTEN LÀM VIỆC THEO MẺ - SBR 28

V TÍNH TOÁN TRẠM KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI 36

V.1 Tính toán lượng Clo cần dung 37

2

V.2 Tính toán máng trộn – máng trộn vách ngăn có lỗ 38

V.3 Tính toán bể tiếp xúc 39

V.4 Tính toán máy ép bùn băng tải 39

KẾT LUẬN 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

3

LỜI MỞ ĐẦU

Theo các chuyên gia về môi trường, thủ đô Hà Nội ngày càng bị đe dọa nghiêm trọng bởi ô nhiễm mà nguyên nhân chính là quá trình đô thị hóa nhanh nhưng chưa được quản lý và kiểm soát một cách chặt chẽ Theo TS.KTS Đào Ngọc Nghiêm, Hội quy hoạch phát triển đô thị Hà Nội, những đô thị đã có quá trình lịch sử lâu dài như Hà Nội thì đô thị hóa càng nhanh càng gặp nhiều khó khăn khi giải quyết môi trường Trên thế giới đã có những đô thị trong thời gian nhất định đã chọn đô thị hóa nhanh, tăng trưởng nhanh trước rồi mới lo đến môi trường và để có được môi trường bền vững đã phải giải quyết hậu quả rất lớn Ngoài ô nhiễm không khí, một trong những vấn đề môi trường phổ biến nhất đối với một đô thị đang phát triển theo chiều rộng như Hà Nội, thì nước thải cũng là một thách thức không nhỏ Với các công nghệ và nhà máy xử lý nước thải hiện có thì Hà Nội cũ mới xử lý được khoảng 5% nước thải sinh hoạt, còn 95% nước thải sinh hoạt đô thị chỉ xử lý sơ bộ rồi đổ thẳng ra sông, hồ gây ô nhiễm trầm trọng môi trường nước mặt nguồn tiếp nhận Ở hầu hết các khu dân

cư, các đô thị vệ tinh của Hà Nội đều chưa có trạm xử lý nước thải sinh hoạt nào

vì thế việc xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý nước thải cho các khu dân

cư này là rất cần thiết

Bài tiểu luận này sẽ trình bày phương án thiết kế một trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung cho một khu dân cư với quy mô vừa và nhỏ, với sức chứa khoảng 10000 người

Trong quá trình làm tiểu luận, nhóm đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (INEST) và các bạn sinh viên lớp Công nghệ Môi trường K51 INEST, xin cảm ơn thầy cô và các bạn rất nhiều

Do lần đầu thiết kế một trạm xử lý nước thải tập trung, tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và các đồng nghiệp để tiểu luận được sửa chữa, bổ sung hoàn chỉnh hơn

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

4

I ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI, THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ YÊU CẦU ĐẦU RA:

I.1 Đặc tính nước thải:

Nước thải sinh hoạt của khu dân cư bao gồm các nguồn thải chủ yếu sau:

- Nước phục vụ ăn uống, sinh hoạt hàng ngày từ nhà dân;

- Các công trình công cộng;

- Từ các cơ sở dịch vụ, thương mại trong khu dân cư;

- Từ khu vui chơi, trung tâm giải trí, siêu thị, nhà hàng…

Đặc tính nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn, chứa nhiều vi sinh vật trong đó có cả các vi sinh vật gây bệnh Đồng thời trong nước thải sinh hoạt chứa nhiều vi khuẩn cần thiết cho quá trình phân hủy chất hữu cơ trong quá trình chuyển hóa chất bẩn Thành phần ô nhiễm nước thải sinh hoạt thường là ổn định, các thông số ô nhiễm chủ yếu là COD, BOD, SS, Nito, Photpho, Coliform…

Khu dân cư có hệ thống thoát nước mặt và hệ thống thu gom nước thải sinh hoạt riêng Nước thải được thu gom về hệ thống xử lí chung bằng đường ống dẫn nước thải, trong hệ thống thu gom có bố trí các hố ga thu bùn cặn và thu cát Một phần được xử lí tự nhiên tại hầm tự hoại của các nhà dân, chung cư…

I.2 Thông số nước thải đầu vào và tiêu chuẩn nước thải đầu ra:

I.2.1 Lưu lượng nước thải:

Hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt cho khu dân cư 10000 dân Lượng nước cấp sinh hoạt trung bình là 150 lít/người.ngày Lượng nước thải ra là 80% lượng nước cấp đầu vào Do đó lượng nước thải do 10000 dân thải ra khoảng 1200

m3/ngày Xét tỉ lệ thẩm thấu là 1.1 (do các nguồn nước bên ngoài thẩm thấu vào

hệ thống thu gom, công trình xử lí…), thì tổng lượng nước thải cẫn xử lí là:

Q = 1200*1.1 = 1320 m3/ngày

Qtb.h max = 15.5*2 = 31 l/s = 111.6 m3/h

Qtb.h min = 15.5*0.48 = 7.44 l/s = 26.8 m3/h

I.2.2 Đặc tính nước thải đầu vào:

Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống nước thải một lượng chất bẩn nhất định, chủ yếu là các thành phần hữu cơ, chất dinh dưỡng, chất cặn Theo tiêu chuẩn Việt Nam: TCXDVN: 51:2006 đưa ra lượng chất bẩn tính cho một người dân để xác định nồng độ chất ô nhiễm cho trạm xử lí nước thải:

Bảng 1.1 nồng độ chất ô nhiễm của một người dân thải ra/ ngày:

Các hạng mục Khối lượng (g/người/ngày) BOD5 của nước thải chưa lắng 65

BOD5 của nước thải đã lắng 30 – 35

6

Bảng 2: đặc tính nước thải sinh hoạt:

Nguồn: Waste water Treatment ( Biological and chemical Processes)

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Loại nước thải

Đậm đặc

Vừa phải Loãng Rất loãng Trung bình

Bảng 3: đặc tính nước thải sinh hoạt

Nguồn: Waste water Engineering của tác giả George Tchobanoglous thuộc trường ĐH California và Flanklin Burton thuộc công ty Mercalf & Eddy, Inc

7

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Loại nước thải

Đậm đặc phải Vừa

Bảng 4: đặc tính nước thải sinh hoạt

Nguồn: Xử lí nước thải đô thị ( tác giả Trần Đức Hạ xuất bản năm 2006 ):

Tổng chất rắn:

Chất rắn hòa tan (TDS)

Tổng chất rắn lơ lửng (SS)

mg/l mg/l

8 – 38

12 – 50

0 – 0.1 – 0.4

15

25 0.05 0.2

8

Với những tiêu chí như trên, cùng với các kiến thức đã tích lũy được, các thông số ô nhiễm của nước thải của khu dân cư được lựa chọn để làm cơ sở thiết

kế như sau:

Bảng 5: đặc tính nước thải được lựa chọn để thiết kế:

TT Các thông số Đơn vị Nồng độ nước thải đầu vào

Yêu cầu nước sau xử lí đạt QCVN 14:2008/BTNMT

Bảng 6: giới hạn các thông số ô nhiễm tối đa cho phép trước khi xả thải ra môi trường:

TT Thông số ô nhiễm Đơn vị Giới hạn cho phép

(QCVN14:2008) Mức A Mức B

II PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

II.1 Tổng quan xử lí nước thải sinh hoạt

Với nước thải sinh hoạt hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, công nghệ xử lí thường là sự kết hợp của phương pháp xử lí cơ học và phương pháp xử lí sinh học với các bước cụ thể như sau:

 Tiền xử lí: có nhiệm vụ loại bỏ khỏi nước thải tất cả các vât có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm, làm giảm hiệu quả xử lí của giai đoạn sau, cụ thể:

- Loại bỏ vật lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải: bông, gỗ, giẻ lau,

vỏ hoa quả…

- Loại bỏ cặn nặng như cát, mảnh kim loại, thủy tinh…

- Loại bỏ phần lớn dầu mỡ

Trong tiền xử lí có các bước sau:

- Song chắn rác thô: loại bỏ rác có kích thước lớn, thường được đặt phía trước đường ống khi vào hệ thống xử lí

- Song chắn rác tinh, loại bỏ cặn có kích thước nhỏ hơn, những loại

cặn này thường gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng cho các bước xử lí sau

 Xử lí sơ bộ: có nhiệm vụ lắng cát và tách dầu mỡ ra khỏi nước thải, đồng thời điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải

10

Trong bước xử lí sơ bộ thường qua các giai đoạn sau:

- Bể lắng cát và vớt dầu mỡ: thường đạt sau song chắn rác và trước bể điều hòa để loại bỏ cặn thô như cát, sỏi…để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cân nặng ở các công đoạn xử lí sau

- Bể điều hòa: đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng sơ cấp Dùng để điều hòa lưu lượng cũng như nồng độ nước thải Trong bể có hệ thống khuấy trộn để bảo đảm hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong thể tích toàn bể, không cho cặn lắng trong bể

- Bể lắng đợt 1: dung cho nước thải nhằm loại bỏ ra khỏi nước thải ba loại căn khác nhau: cặn cứng (cát), cặn lơ lửng có bề mặt thay đổi có khả năng keo

tụ và dính kết trong quá trình lắng, các bông cặn có khả năng liên kết và có nồng

 Xử lí cặn trong nước thải: trong nước thải có các chất không hòa tan như : cát, cặn lắng, rác…được phơi khô, hoặc giảm ép thể tích và vận chuyển về bãi chon lấp

11

 Giai đoạn khử trùng: nhằm tiêu diệt vi sinh vật có hại, là giai đoạn bắt buộc với một số loại nước thải nhằm bảo đảm nước khi ra thải ra ngoài không gây hại đến môi trường xung quanh

 Xử lí mùi phát tán: mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu được thu gom và hấp phụ trước khi thải vào môi trường không khí

II.2 Đề xuất công nghệ

Dựa trên đặc điểm nước thải trước xử lý, yêu cầu nước thải sau xử lý, công nghệ xử lý nước thải hiện nay, mặt bằng công trình và yêu cầu của chủ đầu tư, nhóm đề xuất 2 công nghệ

II.2.1 Phương án 1:

 Tiếp nhận: hầm tiếp nhận;

 Điều hòa: bể điều hòa lưu lượng;

 Xử lý cơ học: song chắn rác thô, song chắn rác tinh, bể lắng cát thối khí,

Sân phơi cát

13

Thuyết minh sơ bộ công nghệ:

Nước thải sinh hoạt được thu gom bằng hệ thống thoát nước thải sinh hoạt riêng dẫn về trạm xử lý, vào bể tiếp nhận có song chắn rác thô (ke hở 30mm) cào rác thủ công và hệ thống sục khí nhằm tránh khả năng lắng cặn của nước thải Sau khi nước thải trong bể tiếp nhận đạt đến một mức nhất định sẽ được bơm đến song chắn rác tinh (ke hở 16mm) có cào rác cơ giới trước khi đến bể lắng cát thổi khí Tại bể lắng cát thổi khí, các chất rắn vô cơ, có trọng lượng lớn

sẽ bị tách ra khỏi nước và được xả vào sân phơi cát sau một khoảng thời gian nhất định do diều kiện vận hành hệ thống thực tế quyết định

Sau đó nước thải được dẫn đến bể điều hoà lưu lượng với hệ thống sục khí

dể chống khả năng lắng cặn tại bể, tại đây đồng thời cũng xảy ra quá trình đông

tụ sinh học (sử dụng một phần màng vi sinh vật được sinh ra để tuần hòan lại bể lắng)

Sau đó nước được bơm lên bể lắng đợt 1 Nước sau khi qua lắng đợt 1 được dẫn đến ngăn chứa trung gian Nước từ ngăn chứa trung gian được bơm tháp lọc sinh học Tại tháp lọc sinh học nước thải được xử lý bằng quá trình sinh học dính bám hiếu khí Nước sau khi ra khỏi tháp lọc sinh học, được dẫn đến bể lắng đợt hai Bể lắng đợt hai làm nhiệm vụ tách nước sau xử lý sinh học với màng sinh vật Nước sau xử lý sinh học được khử trùng bằng dung dịch CaOCl2 2,5% Dung dịch CaOCl2 được cho vào trên đường ống dẫn nước từ bể lắng đợt hai đến bể chứa, nước tiếp tục quá trình tiếp xúc tại bể chứa nước sau xử lý

II.2.2 Phương án 2:

 Tiếp nhận: hầm tiếp nhận;

 Điều hòa: bể điều hòa lưu lượng

14

 Xử lý cơ học: song chắn rác thô, song chắn rác tinh, bể vớt dầu;

 Xử lý sinh học: aeroten làm việc theo mẻ (SBR);

 Xử lý cặn: sân phơi bùn, máy ép bùn băng tải

 Khử trùng: khử trùng bằng hơi clo

Sơ đồ công nghệ

Thuyết minh sơ bộ công nghệ:

Nước thải sinh hoạt thu gom bằng hệ thống thoát nước thải sinh hoạt riêng (có xây dựng các hố ga để thu bùn cặn và thu cát) được dẫn về trạm xử lý, vào

bể tiếp nhận có song chắn rác thô (ke hở 30mm) cào rác thủ công Nước thải trong bể tiếp nhận đạt đến một mức nhất định sẽ khởi động bơm, bơm nước thải vào mương dẫn đến song chắn rác tinh Nước thải đi qua song chắn rác tinh sẽ vào bể vớt dầu, từ bể vớt dầu nước thải sẽ chảy xuống bể điều hòa với hệ thống sục khí để chống lắng cặn Nước thải từ bể điều hòa đến một thời điểm nhất định được bơm sang bể SBR Tại bể SBR, tuần tự tiến hành các quá trình tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính (bằng sục khí), lắng trong, tháo nước trong, tháo bùn cặn Nước sau khi ra khỏi bể SBR được dẫn vào máng trộn Ở đây, nước thải được trộn với clo lỏng, từ máng trộn nước thải được dẫn vào bể tiếp xúc để clo chuyển hóa thành các chất diệt trùng Sau khi diệt trùng, nước thải theo cống thoát ra ngoài

II.3.Lựa chọn công nghệ:

Cả 2 phương án trên đều cho hiệu quả xử lý tốt, nước thải sau xử lý đạt yêu cầu Tuy nhiên, phương án 2 có một số ưu điểm nổi trội hơn phương án 1 là: số đơn vị công trình ít hơn, khối lượng xây dựng ít hơn, chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn

Do đó chọn phương án 2 là phương án thiết kế

15

III TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

III.1 Cổng xả nước thải tập trung vào công trình xử lý

Chọn đường kính cống xả tập trung vào hệ thống xử lý nước thải là cống hình trữ nhật có bề ngang 300 mm (0.3m), chiều cao 200 mm Độ dốc là 0.004 Tra bảng thủy lực với các thông số : Qmax = 31 m/s

Bể Aerotan làm việc theo mẻ (SBR)

Bể khử trùng

Máy ép bùn

Nước sau xử lý đạt QCVN 14-2008 cột B

Thùng chứa rác

III.2 Song chắn rác thô:

Song chắn rác đặt cùng chiều cao so với cống dẫn nước thải

Chọn song chắn rác có kích thước khe hở là 30 mm Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thước s*l = 8*50 mm Song chắn rác đặt nghiêng một góc

V

q

s 1

trong đó:

q = 0.031 m3/s - lưu lượng tối đa của nước thải, m3/s

Vs = 0.75 m/s - tốc độ nước chảy qua song chắn,

h1 = 0.13 m - độ sâu nước ở chân song chắn, chọn bằng độ sâu nước ở cống dẫn nước thải

k: 1.05 - hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng

b = 0.03 m - khoảng cách giữa các thanh chắn

12 2 11 05 1 03 0

* 13 0

* 75

.

0

031 0

S: chiều dày thanh chắn: S= 8mm = 0.008m

b: khoảng cách giữa các thanh chắn b= 30mm = 0.03m

17

Bs=0.008*( 12-1) + 0.03*12 = 0.448 (chọn Bs = 0.5 m)

Góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác lấy bằng 200

, chiều dài đoạn mở rộng tính theo công thức:

l1= S  K   S  K

B B tg

B B

37 1 20

008 0

* 67

18

k g

* 2

8 0

* 248 0

N: số người sử dụng hệ thống, N=10000

1000

* 365

10000

* 3



Với lượng rác phát sinh <0.1m3/ngày, ta áp dụng hệ thống thu rác thủ công Trọng lượng rác phát sinh là: P1=W1*G = 0.082*750 = 61.5 kg

G = 750kg/m3 – khối lượng riêng của rác

Trọng lượng rác trong lấy ra từ song chắn rác trong từng giờ:

Ph= P *k h

24

5 61

=5.125 kg/h

Kh= 2, hệ số không điều hòa giờ của rác

Khoảng thời gian giữa các lần cào rác tại song chắn rác thô với cào rác thủ công do điều kiện thực tế vận hành

III.3 Bể tiếp nhận

Bể tiếp nhận làm nhiệm vụ tiếp nhận nước thải đã qua song chắn rác thô và bơm nước đến bể vớt dầu

19

III.3.1 Tính toán bể tiếp nhận

Bể tiếp nhận được thiết kế để có thể chứa một lượng nước thải trong ½ giờ ứng với lưu lượng lớn nhất – 55.8 m3

III.5 Song chắn rác tinh

Chọn song chắn rác có kích thước khe hở là 16 mm Tiết diện song chắn hình chữ nhật có kích thước s*l = 8*50 mm Song chắn rác đặt nghiêng một góc

600 so với mặt nằm ngang

q n

s 1

max

Trong đó: k=1.05 –hệ số tính đến hiện tƣợng thu hẹp dòng chảy

* 15 0

Chiều rộng song chắn tính theo công thức: Bs= S*(n-1) + b*n

Trong đó: S: chiều dày thanh chắn = 0.008 m

* h

B

q v

s

052 0

* 35 0

00744 0

21

Trong đó: vk = 0.826 m/s – vận tốc nước chảy trong mương trước song chắn (ứng với lưu lượng lớn nhất)

k: 2 – hệ số tính đến hệ số tổn thất áp lực do rác mắc vào song chắn  :hệ số tổn cục bộ tại song chắn:

Với  :1.79 – hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn theo

số liệu trang 75 – giáo trình công nghệ xử lý nước thải – nhà xuất bản khoa học

kỹ thuật năm 1999 – với tiết diện tròn, d = 0.01m

01 0

* 79

* 2

826 0

* 83 0