đồ án xử lý nước thải

xử lý nước thải cho khu đô thị,tính toán các thông số tính hiệu suất xử lý, đánh giá khả năng làm sạch để từ đó thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu đô thị,đưa ra các bản vẽ của hệ thống xử lý nước thải

LỜI MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên rất cần thiết cho sự sống Ngày nay do nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng, một lượng lớn nước thải xả vào nguồn nước mặt Nguồn nước sạch trên hành tinh bị áp lực từ hai hướng: sử dụng cho các hoạt động kinh tế - xã hội của con người, dùng để pha loãng và làm sạch nước thải trong các thủy vực Con người can thiệp ngày một mạnh mẽ vào chu trình thủy văn toàn cầu Vì vậy cần phải có chiến lược và biện pháp sử dụng và bảo vệ nguồn nước một cách hợp lý

Xử lý nước thải cũng là một trong những biện pháp quan trọng trong chiến lược bảo vệ nguồn nước Xử lý nước thải là một môn học chuyên ngành không thể thiếu của ngành Công nghệ Môi trường Bên cạnh lý thuyết đã học thì đồ án cũng là một phần quan trọng để củng cố lý thuyết và vận dụng nó vào trong thực tế một cách hiệu quả nhất Khi làm đồ án giúp chúng ta học hỏi thêm nhiều kinh nghiệm trong quá trình học và tạo cho chúng ta sự tư duy cao Khi làm đồ án này đòi hỏi chúng ta phải tìm ra phương án khả thi nhất mà khi áp dụng vào thực tế nó vừa đảm bảo chất lượng nước sau xử lý, vừa quản lý

và vận hành dễ mà cũng vừa kinh tế Và đó chính là những bước đi đầu tiên, học hỏi được nhiều kinh nghiệm làm hành trang cho chúng em bước vào cuộc sống của nền khoa học

kỹ thuật ngày càng phát triển như hiện nay

Nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy bộ môn Trần Văn Quang đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này Nhưng đây là đồ án đòi hỏi sự tư duy và lượng kiến thức lớn nên trong quá trình làm đồ án không thể không tránh khỏi những sai sót và sai lệch trong nhận định, do đó sẽ có những sai lệch trong lý luận cũng như trong cách làm nên rất mong thầy xem xét và chỉ bảo thêm để em hoàn thành tốt hơn đồ án

Sinh viên thực hiện

Võ Diệp Ngọc Khôi

ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

I NHIỆM VỤ THIẾT KẾ VÀ CÁC SỐ LIỆU CƠ SỞ:

Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải cho một thành phố và thiết kế kỹ thuật một công trình của trạm

II CÁC TÀI LIỆU THIẾT KẾ:

1 Bản đồ địa hình khu vực trạm xử lý

2 Điều kiện khí hậu của thành phố:

- Hướng gió chủ đạo trong năm: Đông Đông Nam

- Nhiệt độ trung bình năm của không khí: 28,40C

3 Số liệu về nước thải của thành phố:

a) Nước thải sinh hoạt:

- Dân số thành phố: N = 560000 người

- Tiêu chuẩn cấp: qc = 200 l/ng.ngđ

b) Nước thải sản xuất và dịch vụ:

Đơn vị Thời gian hoạt động Công suất

+ Mùa khô sâu dưới mặt đất: 3,5m

+ Mùa mưa sâu dưới mặt đất: 2,7m

b) Quy hoạch mặt bằng trạm xử lý: đất nông nghiệp

5 Các số liệu thuỷ văn và chất lượng nước của nguồn tiếp nhận nước thải – biển loại

B :

- Hàm lượng chất lơ lửng: 60 mg/l

- Nhu cầu oxy sinh hoá BOD5: 30 mg/l

- Nhu cầu oxy hoá học COD: 50 mg/l

6 Yêu cầu cơ bản về chất lượng nước thải sau khi xử lý xả vào nguồn tiếp nhận:

- Hàm lượng chất lơ lửng: không được vượt quá 60 mg/l

- Nhu cầu oxy sinh hoá BOD5: không được vượt quá 30 mg/l

III XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN:

1 Xác định lưu lượng tính toán của nước thải:

a) Lưu lượng nước thải sinh hoạt:

• Tiêu chuẩn thoát nước trung bình lấy bằng 80% tiêu chuẩn cấp:

qtb = 0,8 qc = 0,8.200 = 160 ( m3/ngđ)

• Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình ngày đêm tính theo công thức :

sh

ngd tb

q − =

24.1000

.N

q tb

=

24.1000

560000

q − = 1000

3600

sh h tb

q −

= 3600

1000.3734

= 1037 ( l/s)Tra bảng 3-2 sh

s tb

Q − Kch = 89600.1,18 = 105728 ( m3/ngđ)

• Lưu lượng nước thải sinh hoạt lớn nhất giờ :

sh

h mzx

q − = sh

h tb

q − Kch = 1037.1,18 = 1224 ( l/s)

b) Lưu lượng nước thải của nhà máy bia:

Công suất của nhà máy bia:Q = 30.106 (l/năm) = 82,2 ( m3/ngđ)

Theo WHO để sản xuất 1m3 bia thì nhà máy bia thải ra 5,4 m3 nước thải

• Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm của nhà máy bia là:

ngd tb

Q − = 82,2.5,4 = 444 ( m3/ngđ)

• Lưu lượng nước thải trung bình giờ của nhà máy bia là:

bia

h tb

q − =

24

bia ngd tb

Q −

= 24

444 = 18,5 ( m3/h)

• Lưu lượng nước thải trung bình giây của nhà máy bia là:

bia

s tb

q − =

3600

1000

bia h tb

q −

= 3600

1000.5,18

= 5,14 ( l/s)

c) Lưu lượng nước thải của bệnh viện:

Bệnh viện có 1000 giường bệnh tương ứng có 1000 người phục vụ

• Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm của bệnh viện là:

bn

ngđ tb

Q − =

1000

5,

1 q tb n

1000

1000.160.5,1

= 240 ( m3/ngđ)

phvu

ngđ tb

= 160 ( m3/ngđ)

bv

ngđ tb

Q − = Q tb bn−ngđ + Q tb phvu−ngđ = 240 + 160 = 400 ( m3/ngđ)

Với n : số giường bệnh

• Lưu lượng nước thải trung bình giờ của bệnh viện là:

bv h tb

q − =

24

bv ngd tb

Q −

= 24

400

= 16,66 ( m3/h)

• Lưu lượng nước thải trung bình giây của bệnh viện là:

bv s tb

q − =

3600

1000

bv h tb

q −

= 3600

1000.67,16

= 4630 ( l/s)

d) Lưu lượng nước thải của nhà máy Dệt:

Theo WHO lưu lượng nước thải của nhà máy là 362 m3/tấn sp giặt

25 m3/tấn sp nhuộm

• Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm của nhà máy Dệt:

ts ngd tb

Q − = 362.10 + 25.1 = 3645 ( m3/ngđ)

• Lưu lượng nước thải trung bình giờ của nhà máy Dệt:

ts h tb

q − =

12

ts ngd tb

Q −

= 12

3645 = 303,75 ( m3/h)

• Lưu lượng nước thải trung bình giây của nhà máy Dệt là:

ts s tb

q − =

3600

1000

ts h tb

q −

=

3600

1000.75,303

= 84,375 ( l/s)

Bảng phân bố lưu lượng:

Các giờ

Nước thải sinh hoạt

Nước thải nhà máy bia

Nước thải bệnh viện

Nước thải Dệt nhuộm

Lưu lượng tổng cộng

16,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,6616,66

000000303,75303,75303,75303,75303,75303,75303,75303,75303,75303,75303,75303,75000000

2185,562185,562185,562185,562185,564389,724693,474756,194756,194756,194756,194693,474693,474756,194756,194756,194756,194675,554452,444452,444452,444183,642239,322185,56

2,322,322,322,322,324,684,995,055,055,055,054,994,995,055,055,055,054,974,744,744,744,462,382.32

• Lưu lượng tổng cộng trung bình ngày đêm

tc ngd tb

Q − = ΣQ i= 89600 + 444 + 400 + 3645 = 94089 ( m3/ngđ)

• Lưu lượng tổng cộng trung bình giờ :

tc h tb

q − =

24

tc ngd tb

Q −

= 24

94089 = 3920,4 ( m3/h)

• Lưu lượng tổng cộng trung bình giây :

tc s tb

q − =

3600

1000

tc h tb

q −

=

3600

1000.4,3920

= 1089 (l/s)

• Lưu lượng tổng cộng lớn nhất ngày đêm

tc ngd

qmax− = 4756,2 ( m3/h)

• Lưu lượng tổng cộng lớn nhất giây :

tc h

q −

=

3600

1000.2,4756

tc h

q −

=

3600

1000.56,2185

n 1000

= 160

1000.55

= 343,75 (mg/l)Trong đó nll là tải lượng chất lơ lửng của nước thải sinh hoạt cho 1 người trong một ngày đêm lấy theo bảng 1-3, nll = 55 g/ng.ngđ

• Hàm lượng chất lơ lững SS trong nước thải của bệnh viện:

ngđ tb

bn ngđ tb

phvu ngđ tb phvu

bn ngđ tb bn

Q Q

Q C Q

bn ngđ tb

phvu ngđ tb tb

ll bn

ngđ tb tb ll

Q Q

Q q

n Q

q n

5,1

1000

=

275160

240

160.160

1000.55240.160.5,1

1000.55

=+

9,3

= 722,22 mg/l (vượt mức TC→phải xử lý cục bộ để đạt Cbia = 200 mg/l)

• Hàm lượng chất lơ lửng SS trong nước thải nhà máy bia:

Cdêt = 0 (mg/l)

• Hàm lượng chất lơ lững SS trong hỗn hợp nước thải :

Ctc =

dêt bia bv sh

dêt dêt bia bia bv bv sh sh

Q Q Q Q

Q C Q C Q C Q C

+++

×

×

×+

×+

×

=

3645444

40089600

364504442004002758960075

,343

+++

++

x

= 330 (mg/l) b) Xác định nồng độ chất bẩn theo BOD:

• Hàm lượng BOD trong nước thải sinh hoạt được tính theo công thức sau:

Lsh =

t

NO q

n S×1000

= 160

• Hàm lượng BOD5 trong nước thải bệnh viện được tính theo công thức sau:

phvu ngđ tb

bn ngđ tb

phvu ngđ tb phvu

bn ngđ tb bn bv

Q Q

Q L Q

L L

bn ngđ tb

phvu ngđ tb tb

NOS bn

ngđ tb tb NOS

Q Q

Q q

n Q

q n

5,1

1000

=

160240

160.160

1000.30240.160.5,1

1000.30

5,10

= 1944,44 mg/l(vượt mức TC→phải xử lý cục bộ để đạt Lbia = BOD5 = 100 mg/l)

• Hàm lượng BOD5 của nước thải nhà máy dệt:

Lbia = 1000

362

6325

• Hàm lượng NOS5 trong hỗn hợp nước thải:

dêt bia bv sh

dêt dêt bia bia bv bv sh sh tc

Q Q Q Q

Q L Q L Q L Q L L

+++

×

×

×+

×+

×

3645444

40089600

3645100444100400150896005

,187

+++

++

N =

ll

bv bv bia bia dêt dêt

n

Q C Q C Q

C . + . +

=

55

400.2754442003645

NOS

bv bv dêt dêt bia bia

n

Q L Q L Q

* Để lựa chọn phương pháp và công nghệ xử lý nước thải thích hợp đảm bảo hiệu quả xử

lý đạt tiêu chuẩn xả vào biển loại B với các yêu cầu cơ bản

- Hàm lượng chất lơ lửng SS ≤ 60 mg/l

- Nhu cầu oxy sinh học BOD5 ≤ 30 mg/l

* Mức độ cần thiết xử lý nước thải thường được xác định theo :

- Hàm lượng SS phục vụ cho tính toán công nghệ xử lý cơ học

- Hàm lượng BOD5 phục vụ cho tính toán công trình và công nghệ xử lý sinh học ( BOD20 =

684,05

BOD

86,0

tn ss

v

ss−

= 100%330

60

330−

= 82 (%)Trong đó: v

ss

C - hàm lượng chất lơ lửng của hỗn hợp nước thải

tn

ss

C - hàm lượng chất lơ lửng của nguồn tiếp nhận

• Mức độ cần thiết xử lý nước thải theo BOD20:

EBOD = 100%

L

LL

v BOD

tn BOD

v BOD−

5,213

355,

213 −

= 84 (%)Trong đó: v

BOD

L - hàm lượng BOD20 của hỗn hợp nước thải

tn

BOD

L - hàm lượng BOD20 của nguồn tiếp nhận

Kết quả tính toán về mức độ cần thiết xử lý nước thải trên cho thấy cần thiết phải xử lý sinh học không hoàn toàn

5 Lựa chọn công nghệ của trạm xử lý

Dựa vào:

- Công suất của trạm xử lý

- Thành phần và đặc tính của nước thải

- Mức độ cần thiết xử lý nước thải

- Tiêu chuẩn xả nước thải vào các nguồn tiếp nhận tương ứng

- Phương pháp xử dụng cặn

- Điều kiện mặt bằng và đặc điểm địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm

xử lý nước thải

- Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác

Chọn công nghệ xử lý như sau:

- Bể mêtan.

- Làm ráo nước ở sân phơi bùn

Khử trùng và xả nước sau xử lý ra Biển

III TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI:

1 Ngăn tiếp nhận nước thải:

Nước thải

Vận chuyển

Bể tiếp xúcMáng trộn

Bùn dư

Bùn tuần hoànCặn tươi

Bể nén cặn

Làm ráo nước, rắc vôi, vận chuyểnSong chắn rác

Cát Sân phơi cát

Bể lắng cát ngang

Bể lắng ly tâmĐợt I

Aeroten

Clo

- Nước thải được bơm theo đường ống áp lực đến ngăn tiếp nhận của trạm xử lý Ngăn tiếp nhận được đặt ở vị trí cao để nước thải từ đó có thể tự chảy qua đường công trình đơn vị của trạm xử lý.

- Dựa vào lưu lượng tính toán đã được xác định,qmax,h = 4756,2 m3/h , chọn ngăn tiếp nhận với thông số mỗi ngăn như sau:

Lưu lượng

nước thải Q

( m3/h)

Đường kính ống áp lực,

• Kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhận:

Thông số thuỷ lực Lưu lượng tính toán, L/s

Chiều cao xây dưng mương : H = hmax + hbv (m)

trong đó: hmax là chiều cao lớp nước lớn nhất trong mương hmax = 1 m

hbv là chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3 m

 Chiều cao xây dựng mương H = 1 + 0,3 = 1,3 (m)

q s

322,

×

Trong đó: n - là số khe hở

qmax - lưu lượng lớn nhất giây: qmax = 0, (m3/s)

vs - tốc độ nước chảy qua song chắn: vs = 0,96 (m/s)

b - khoảng cách giữa các khe hở b = 16 mm = 0,016 m

Mương dẫ n nước

Nước thải vào

B Ngăn tiếp nhậnMương dẫn nước

k - hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác,

k = 1,05

• Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức sau

Bs = s(n +1) + (b.n) = 0,008(82+1)+(0,016.82) = 2 (m)

Trong đó : s là bề dày của thanh song chắn rác, thường lấy 0,008m

• Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn ứng với

Qmin để khắc phục khả năng lắng cặn tại đó, vận tốc này phải lớn hơn 0,4 m/s :

vmin =

min

min

h B

Q

s × =2 0,55

607,0

× = 0,552 (m/s) → thõa mãn.

Trong đó Qmin là lưu lượng nhỏ nhất chảy qua song chắn rắc

⇒Vậy tại đây cặn không thể lắng

• Tổn thất áp lực ở song chắn rác :

hs =

g

K v

.2

max2 1

Trong đó: vmax – vận tốc của nước thải trước song chắn rác ứng với chế độ Qmax.

Kl – hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn

Chọn K1 = 3

ξ - hệ số sức cản cục bộ của song chắn rác:

016,0

008,0.83,1)sin(

3 4

β - hệ số phục thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn.

Tra bảng 3-7 chọn β = 1,83.

α - góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy α = 600

⇒ hs = 0,628. =

81,9.2

3.08,

• Chiều dài phần mở rộng sau thanh chắn rác L2

L2 =

21

L

= 2

04,1 = 0,52 m

• Chiều dài phần mương mở rộng đặt song chắn rác Ls = 1,5m

• Vậy chiều dài xây dựng là :

=

1000365

5636158

×

×

= 12,35 (m3/ngđ)

Trong đó: a - lượng rác tính cho đầu người trong năm

Với chiều rộng khe hở của các thanh trong khoảng 16÷20mm, a = 8 L/ng.năm

Nll – dân số tính toán theo chất lơ lửng

• Trọng lượng rác ngày đêm:

9 × = 0,775 (T/ngđ)Với : Kh – hệ số không điều hòa giờ của rác, lấy bằng 2

• Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác lấy theo điều 6.2.4 – TCN: 40m3 cho

1 tấn rác:

Qn = 40.P = 40.9,3 =372 (m3/ngđ)

3 Tính toán bể lắng cát:

a) Nhiệm vụ: bể lắng cát ngang được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hòa tan

như cát sỏi, xỉ, và các vật liệu rắn khác có trọng lượng riêng lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân hủy trong nước thải như vỏ trứng, dăm bào, vỏ hạt và rác thực phẩm nghiền Việc tách loại khỏi nước thải các tạp chất này rất cần thiết để tránh nhưnữg ảnh hưởng xấu đến hiệu suất làm việc của các công trình phía sau

b) Kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn nước thải đến bể lắng cát (giống mương

t – thời gian lưu nước trong bể lắng cát ngang (45÷90s), t = 60 (s)

• Diện tích mặt cắt ướt của bể tính theo công thức:

322,1

= 4,4 (m2)

• Chiều ngang tổng cộng bể lắng cát:

B =H A = 41,,14 = 4 (m)

Với: H – chiều cao công tác của bể (0,5÷1 m,2 ), chọn H = 1,1m.

• Chọn bể lắng cát ngang gồm 3 đơn nguyên, trong đó 2 đơn nguyên công tác và 1 đơn nguyên dự phòng, chiều ngang mỗi đơn nguyên:

b =

2

B

= 2

4 = 2 (m)

• Thể tích phần nén cặn của bể lắng cát ngang được tính theo công thức sau:

Wc =

1000

T P

N ll× ×

=

1000

102,0

563615× ×

= 11,3 (m3)Trong đó: a - lượng cát giữ lại trong bể lắng cát cho 1 người trong một ngày đêm,

theo điều 6.3.5 TCN- 51-84 ứng với hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn

a = 0,02 l/người.ngđ

T - chu kỳ xả cát : t ≤ 2 ngày đêm, để đảm bảo cho cặn cát không kịp phân

hủy, chọn T = 1 ngày đêm

Nll – dân số tính toán theo chất lơ lửng

• Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong một ngày đêm:

hc =

n b

L× ×cW =

2218

3,11

×

× = 0,276 ≥ 0,15 m/sCát ở bể lắng cát được gom về hố tập trung ở đầu bể lắng bằng thiết bị cào cơ giới, từ đó thiết bị nâng thuỷ lực sẽ đưa hỗn hợp cát - nước đến sân phơi cát

• Lượng nước cần thiết cho thiết bị nâng thuỷ lực

Qct = Wc × 1,5 × 20 = 11,3 ×1,5 × 20 = 339 (m3/ngày)

d) Tính toán sân phơi cát:

• Diện tích của sân phơi cát được tính theo công thức:

365 =

51000

36502,0563615

×

×

×

= 822 (m2 )Trong đó: P – lượng cát tính theo đầu người, P = 0,02 (l/người.năm)

Nll – dân số tính toán theo chất lơ lửng

h – chiều cao lớp bùn cát trong năm, h = 4÷5 m/năm.

Chọn sân phơi cát gồm 2 ô, diện tích mỗi ô bằng 822 : 2 = 411(m2)

• Kích thước mỗi ô trong mặt bằng: 20,5m x 20,5m

5 Thiết bị đo lưu lượng:

E

- Để đảm bảo cho các công trình xử lý nước hoạt động đạt hiệu quả, ta cần biết lưu lượng nước thải chảy vào từng công trình và sự dao động lưu lượng theo các giờ trong ngày.

- Để xác định lưu lượng nước ta dùng máng Pac –san Kích thước máng được định hình theo tiêu chuẩn và được chọn tuỳ thuộc vào lưu lượng nước

Với giá trị lưu lượng tính toán của trạm là:

qmax= 1322 l/s

qtb = 1089 l/s

qmin = 607 l/s

Theo bảng 3-37 trang 230 giáo trình “Tính toán thiết kế các công trình-Lâm Minh Triết“,

ta chọn máng Pac -san có các kích thước sau:

5 Bể lắng ly tâm đợt I:

a) Nhiệm vụ: bể lắng đợt I có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước

thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó Ở đây, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn

tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất lơ lửng có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của nước sẽ nổi lên trên mặt nước và sẽ được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở bên ngoài bể Vì công suất của trạm lớn nên chọn bể lắng ly tâm sẽ cho hiệu suất cao hơn, tốn

ít diện tích đất và có thể vừa làm việc vừa xả cặn

45

67

Trong đó : qmax,h : lưu lượng trung bình giờ.

t – thời gian lắng của bể, thường lấy bằng 1,5h

Chọn 3 bể làm việc và một bể dự phòng, thể tích mỗi bể là:

1,23783

3,7134

Trong đó: H – chiều sâu vùng lắng của bể lắng ly tâm (1,5 – 5m) Tỷ lệ giữa đường kính

D và chiều sâu vùng lắng lấy trong khoảng từ 6 đến 12, chọn H = 3,7m

• Đường kính mỗi bể :

D =

14,3

6434

• Đường kính của ống trung tâm: d = 15%D = 0,15 29 = 4,35 m

• Hiệu suất lắng của bể lắng ly tâm thường đạt 60% nên nồng độ chất lơ lửng sau khi khi qua bể lắng sẽ là: