THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC

Thiết kế sơ bộ trạm xử lý nước thải cho thành phố Hà Nội và thiết kế kỹ nội dung công trình của trạm.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Duy Đông đã giúp đỡ, hướngdẫn em hoàn thành đồ án này Đây là một môn học khó, vì vậy trong quátrình làm đồ án em còn gặp nhiều khó khăn Nhờ sự chỉ bảo và hướng dẫn tậntình của thầy mà em đã hoàn thành được đồ án của mình.

Tuy nhiên, vì kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi

có những sai sót Vì vậy, em rất mong các thầy cô góp ý, bổ xung giúp emkhắc phục được những sai sót của mình và hoàn thiện đồ án của mình tốthơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 08 tháng 6 năm 2011

Sinh viên:Phạm Đức Luân

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC

2 Điều kiện khí hậu của thành phố

- Hướng gió chủ đạo: Đông

- Nhiệt độ trung bình năm của không khí: 26,3 độ

3 Số liệu về nước thải của thành phố

a, Nước thải sinh hoạt:

- Dân số thành phố: 116.000 người

- Tiêu chuẩn thải nước trung bình: 170( l/người.ngđ)

b, Nước thải sản xuất:

Số liệu về nước thải Tên nhà máy

Mùa khô sâu dưới mặt đất: 7,0 m

Mùa mưa sâu dưới mặt đất 5,0 m

c, Đặc điểm nguồn nước

Nguồn tiếp nhận: hồ

Loại nguồn: A1

d, Thành phần tính chất nước nguồn

Nhiệt độ trung bình của nước về mùa hè: 270

Hàm lượng chất lơ lửng về mùa hè: 45 (mg/l)

BOD5: 10 (mg/l)

Lượng oxy hòa tan: 5 (mg/l)

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

I Lưu lượng nước tính toán

1 Lưu lượng nước thải sinh hoạt

Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình:

Vậy lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ là

Qtbh=Qh

tb.kch=821,7.1,4=1150,38(m3/h)

2 Lưu lượng nước thải sản xuất

Nước thải công nghiệp coi như chảy điều hòa, ổn định trong năm Do vậy hệ

số điều hòa ngày đêm là kngđ = 1

3, Lưu lượng nước thải thành phố

Do không biết rõ số liệu về quy luật thải nước của các nhà máy nên coi lưulượng nước thải sản xuất phân phối đều theo các giờ trong ngày

Bảng 1.1: Bảng tổng hợp lưu lượng nước thải thành phố

Giờ Nước thải sinh

12-13 4.2 828.24 4.17 75 4.17 52.08 4.18 955.32

13-14 5.8 1143.76 4.17 75 4.17 52.08 5.763 1270.8414-15 5.8 1143.76 4.17 75 4.17 52.08 5.763 1270.8415-16 5.8 1143.76 4.17 75 4.17 52.08 5.763 1270.8416-17 5.8 1143.76 4.17 75 4.17 52.08 5.763 1270.8417-18 5.75 1133.9 4.17 75 4.17 52.08 5.714 1260.9818-19 5.2 1025.44 4.17 75 4.17 52.08 5.17 1152.5219-20 4.72 930.784 4.17 75 4.17 52.08 4.69 1057.864

1.3 Các lưu lượng tính toán đặc trưng.

- Lưu lượng tính toán ngày đêm

_ Lưu lượng tính toán giờ nước thải lớn nhất :

Qmaxh = Qsh 1max+ Qsh max2 +Qsh maxh =1150,38+75+52,08=1277,46 (m3/h)

_ Lưu lượng thải nước giây lớn nhất

-2008 ta có tiêu chuẩn thải cặn đối với nước thải sinh hoạt là

a = 60 -65 g/người.ngđ Chọn a=65 mg / người.ngày đêm

q0 : Tiêu chuẩn nước thải trung bình khu vực q0 = 170 (l/người.ngđ.)

=>Csh= =382,35 (mg/l)

_ Hàm lượng cặn trong nước thải công nghiệp

* Lưu lượng nước thải sản xuất: -nhà máy 1 QSX1 = 1800 (m3/ng.đ) -nhà máy 2 QSX2 = 1250 (m3/ng.đ)

* Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sản xuất:

- Nhà máy 1 CSX 1= 190 (mg/l) -mNhà máy 2 CSX2 = 190 (mg/l)

 Hàm lượng cặn trong hỗn hợp nước thải được tính :

Chh =

2 1

) (

sx sx

sh

sx sx sh

sh

Q Q

Q

Q Q

b, Hàm lượng BOD trong nước thải :

*/ Hàm lượng BOD5 của nước thải sinh hoạt được tính :

Lsh= (ash

BOD.1000)/q0= (35.1000)/170=205,88 (mg/l)

Trong đó:

BOD : Hàm lượng BOD20 tính theo đầu người với nước thải sinh hoạt thải ratrong 1 ngày đêm.Theo TCVN -7957-2008

ta có ash

BOD = 35 (mg/người/ng.đ).( tính cho nước thải đã lắng sơ bộ)

* Hàm lượng BOD5 của nước thải công nghiệp được tính :

Hàm lượng BOD5 của nhà máy I: 150 (mg/l)

Hàm lượng BOD5 của nhà máy II: 150 (mg/l)

 Hàm lượng BOD5 trong hỗn hợp nước thải được tính :

_ Dân số toàn thành phố là: 116000 người

_ Dân số tính toán theo chất lơ lửng là :

1.Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiết

a Xác định hệ số pha loãng nước nguồn với nước thải

(Nguồn pha loãng là hồ)

* Khi xả nước thải tầng mặt:

Sử dụng mô hình của Rufell M.A.Số lần pha loãng n:

x

   

Khi xả nước thải ven bờ:

Số lần pha loãng cơ bản của nước thải với nước hồ với x=150 được tính nhưsau

=1+0,412

150 (0,627 0,0002)

6,53 150

b.Xác định mức độ xử lý nước thải cần thiêt

+ Theo hàm lượng cặn lơ lửng

Cnt = n (Ccp + Cng ) + Cng = 4,1 (2 +45 )+45 = 237,7 mg/l

Ccp : Hàm lượng cặn lơ lửng cho phép Ccp = 2 mg/l đối với nguồn loại A theo phụ lục A –TCVN- 7957-2008

Cng : hàm lượng cặn lơ lửng có trong nước nguồn Cng = 45 mg/l

Do đó hiệu quả xử lý cần thiết theo hàm lượng chất lơ lửng là :

Co : Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải

+ Theo hàm lượng BOD5

Lo : Hàm lượng BOD5 có trong hỗn hợp nước thải

2 Lựa chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ

Dựa theo các kết quả đã tính toán ở trên ta chọn sơ đồ dây chuyền công nghệ như các phương án được trình bày sau đây

SƠ ĐỒ THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI THÀNH PHỐ

PHƯƠNG ÁN I

Thuyết minh phương án I

Ở phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố đượcmáy bơm ở trạm bơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp

Aero Nước thải

được đưa đến bể Metan để lên men còn nước thải đã được tác loại các ráclớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát Ở đây ta thiết kế bể lắng cát ngangnước chuyển động vòng để giảm khối tích xây dựng công trình mà vẫnđảm bảo hiệu quả lắng cát và các cặn lớn Sau một thời gian, cát lắng từ bểlắng cát được đưa đến sân phơi cát.

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng đựng đợt I, tại đâycác chất thô không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ…được giữ lại.Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bểAeroten

Do lưu lượng trạm xử lý thuộc loại vừa, ta thiết kế bể Aeroten kết hợplắng đứng đợt II để tiết kiệm khối tích công trình Để ổn định nồng độ bùnhoạt tính trong bể Aeroten giúp tăng hiệu quả xử lý, tuần hoàn lại mộtphần bùn hoạt tính về trước bể, lượng bùn hoạt tính dư được đưa qua bểnén bùn giảm dung tích, sau đó được đưa đến bể Mêtan

Sau bể Aeroten, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảoyêu cầu xử lý xong vẫn còn chứa một lượng nhất định các vi khuẩn….gâyhại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn Toàn bộ hệ thống thựchiện nhiệm vụ này gồm: trạm khử trùng, máng trộn, bể tiếp xúc Sau cáccông 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 bểMêtan đưa ra sân phơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định Bùn cặn sau

đó được dùng cho mục đích nông nghiệp

Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý.

Phương án II

Nước thải Q= 22770 (m3/ngđ)

KHỬ TRÙNG

PHỤC VỤ NÔNG NGHIỆP

Thuyết minh phương án II

Ở phương án này, nước thải từ hệ thống thoát nước đường phố được

máy bơm ở trạm bơm nước thải bơm đến trạm xử lý bằng ống dẫn có áp đếnngăn tiếp nhận Qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền đượcđưa đến sân phơi bùn cặn còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tụcđược đưa đến bể lắng cát Ở đây ta thiết kế bể lắng cát ngang nước chuyểnđộng vòng để giảm khối tích xây dựng công trình mà vẫn đảm bảo hiệu quảlắng cát và các cặn lớn Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưađến sân phơi cát

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng đứng đợt I, tại đâycác chất thô không hoà tan trong nước thải như chất hữu cơ…được giữ lại.Cặn lắng được đưa đến bể Mêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bểBiophin cao tải

Sau bể Biophin cao tải, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải để đảmbảo yêu cầu xử lý xong vẫn còn chứa một lượng nhất định các vikhuẩn….gây hại nên ta phải khử trùng trước khi xả ra nguồn Toàn bộ hệthống 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 lắng hai

vỏ được đưa ra sân phơi bùn làm khô đến một độ ẩm nhất định Bùn cặn sau

đó được dùng cho mục đích nông nghiệp

Phương án đảm bảo hiệu quả xử lý.

* Dựa trên những ưu điểm nổi bật của Phương án II ta quyết định lựa chọn dây chuyền xử lý theo phương án II.

IV TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

PHƯƠNG ÁN II

1 Ngăn tiếp nhận

Nước thải của thành phố được dẫn đến trạm xử lý bắng ống dẫn có áp

Để thu nước trong trường hợp này người ta phải xây dựng những ngăn tiếpnhận có nắp đậy

Kích thước ngăn tiếp nhận được căn cứ vào lưu lượng nước thải maxgiây của thành phố, theo tính toán ở trên ta có: QhMAX(TP) = 1277,46 (m3/h) Vìvậy chọn ngăn tiếp nhận có kích thước cơ bản như sau: / tính toán thiết kế cáccông trình xử lý nước thải – Lâm Minh Triết,1973/

- q: Lưu lượng tối đa của nước thải, q = 0,31955(m3/s)

- b: Khoảng cách giữa các khe hở, b = 0,016m

-  : Vận tốc nước chảy qua các khe hở của song chắn rác,  =1,2(m/s)

- h: Độ sâu của nước ở chân song chắn rác,

- h = hmax = 0,4(m)

- k = 1,05 tính đến sự thu hẹp dòng chảyn= (0,31955.1,05)/(0,016.1,2.0,484)= 36 khe hở

2.1 Chiều ngang của song chắn rác

Bs = d.(n+1) + b.n

s =0,1257/(0,872.0,26) = 0,55(m/s) > 0,4(m/s) => thoả mãn2.2 Chiều dài máng đặt song chắn rác

Chiều dài máng: L = l1 + Ls + L2

Trong đó:

- l1: Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác

- l2: Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác

- Ls: Chiều dài máng dẫn nước qua song chắn rác

Chiều dài buồng đặt song ls lấy không nhỏ hơn 1m do đó ta chọn ls =1,5(m)

Tổng cộng chiều dài máng là:

L = 0,0792+0,099+1,5= 1,6782 (m)

2.4 Tính tổn thất áp lực qua song chắn rác

hs = ζ k

g

2 2

2

3 016

, 0 008 , 0 42 ,

- SS tt

N : Dân số tính toán theo chất lơ lửng, SS

tt

N = 123038 người.Với dung trọng rác là 750(kg/m3) thì trọng lương rác trng ngày sẽ là:

- V: Tốc độ của nước trong bể lắng, v = 0,3(m/s)Chọn BCL gồm hai đơn nguyên công tắc và một đơn nguyên dự phòng.+ Diện tích tiết diện ướt của mỗi nguyên đơn:

W =q max

v n = 0,31955/(2.0,3)=0,53 (m2)Trong đó:

- qmax: Lưu lượng lớn nhất dây của nước thải, qmax =0,31955(m3/s)

- n: Số ngăn làm việc đồng thời, n = 2+ Chiều rộng của mỗi đơn nguyên:

tt 



Trong đó:

- P: Tiêu chuẩn thải cát, P = 0.02(l/ng.ngđ)

- t: Chu kỳ thải cát, xét lượng cặn tích luỹ trong ngày đêm nênlấy t = 2(ngày)



= (0,02.123038.2)/1000=4,92 (m3)+ Chiều cao lớp cát trong BLC:

hC =

LBn w

c =4,92/(11,375.2.0,76)=0,28(m)

+ Chiều cao xây dựng của BLC ngang:

HXD =h + hc + hbv = 0,28+0,7+0,5=1,48 (m)

Trong đó: hbv: Chiều cao bảo vệ, lấy hbv = 0,5 (m)

+ Kiểm tra lại tính toán với điều kiện: Vmin ≥ 0,15(m/s)

Vmin = qmin/(B.hmin)= 0,1257(0,76.0,249)=0,66(m/s)

+ Cát được đưa ra khỏi bể với thiết bị nâng lực

3 Tính toán sân phơi cát

Sân phơi có nhiệm vụ làm ráo nước trong hỗn hợp nước cát Thườngsân phơi cát được xây dựng gần bể lắng cát, chung quanh được đắp đất cao.Nước thu từ sân phơi cát được dẫn trở về trước bể lắng cát Sơ đồ sân phưoicát được thể hiện như hình vẽ:

Diện tích sân phơi cát được tính thức công thức:

h

N P

F

SS tt

N : Dân số tính toán theo chất lơ lửng, SS

tt

N = 123038(người)

Do đó F= (123038.0,02.365)/(1000.5)=179,64(m2)Thiết kế sân phơi cát gồm hai ô với kích thước mỗi ô là 11mx11m, sơ đồ như

I I

1 2 3

H v L







Trong đó:

- v: tốc độ đường nước trong BNL, v = 8(m/s)

- H: Chiều cao công tác của BNL, H = 3(m)

H k

0 , 03 1 , 74 ( / )

32 , 1 680 96 , 0

3 5 , 0 1000

3 8

- Thời gian lưu nước trong bể với lưu lượng lớn nhất :

T E C Q

100

Trong đó:

Qngd : lưu lượng ngày đêm, Qngd = 22770 (m3/ngđ)

Co : Nồng độ chất lơ lửng trong nước thải trước khi lắng,

Co =356,59 (mg/l)

E : hiệu suất bể lắng ngang đợt I , E = 55%

T : Thời gian giữa hai lần xả cặn, xả bằng cơ giới nên T = 4 h

Ta thấy C > 150 mg/l như vậy cần làm thoáng sơ bộ

5 Tính toán bể làm thoáng sơ bộ

Wt = ( Qmax.t)/60 = (1277,46x15)/60 = 319,37(m3)

Trong đó t: thời gian thổi khí t = 15phút

- Lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được xác địnhtheo lưu lượng riêng của không khí

Sau bể lắng ngang đợt I và làm thoáng sơ bộ, BOD5 giảm 15% nênlượng còn lại là:

BOD5 = 198,39 – [(198,39x15)/100] = 168,63 (mg/l)

6 Tính toán bể biophin

a/ Bể Biophin (bể lọc sinh học cao tải)

Nước sau khi làm thoáng sơ bộ và lắng ở bể lắng ngang đợt I, đượcdẫn tới bể Biophin Tính toán bể Biophin dựa trên TCXDVN 51-2008.BOD5 của nước thải không được vượt quá 250 mg/l

Trong đó : La : BOD5 của nước thải đưa vào bể

Nước sau khi xử lý lắng ngang đợt 1 BOD5 giảm 15%

BOD5 trước Biophin là : La = 168,63 (mg/l)

Lt : BOD5 của nước thải đã được làm sạch Lt = 20 (mg/l)

Lưu lượng khí đưa vào bể B = 12m3/m2 nước thải

Chiều cao lớp vật liệu lọc H = 3m

Do K1 > Ko nên chúng ta không phải tuần hoàn nước thải

* Diện tích bể Biophin:

F =

o

q Q

Trong đó :

Q: lưu lượng thải trung bình ngày đêm

+ Không phải tuần hoàn nước thải

+ Lượng không khí cấp vào nhỏ

+ Chiều cao công trình nhỏ

Trong đó: 0,2m là khoảng cách giữa ống tưới và thành bể chọn trong 1

q D d m

Trong đó:

- d1: Đường kính lỗ trên ống tưới, d1 = 15(mm)

- qo: Lưu lượng của mỗi ống tưới, qo = 79,89/4=19,97(l/s)

- N=

Áp lực cần thiết của hệ thống tưới:

K: Modul lưu lượng, với do = 330(mm) thì K = 560(l/s) (Tra bảng 7.5 giáo trình xử lý nước thải ĐHXD 1974)

Như vậy: h  0 , 2  1   Đạt yêu cầu

7 Tính toán bể lắng ngang đợt 2

Tính toán theo quy phạm TCXDVN51 - 2008

 Xác định trọng tải tính toán bể lắng ngang đợt II sau Biophin:

) / ( 6 ,

3 m3 m2h U

U

q  o

Trong đó:

- U = 0,4 – Hệ số sử dụng thể tích đói với bể lắng ngang

- Uo = 1,4 – Độ lớn thuỷ lực bùn cặn sau Biophin

=> q = 0,4 1,4 3,6 = 2,02(m3/m2.h)

=> Diện tích mặt thoáng bể lắng:

F=Qh

max/q=1277,46/2,02=632,4(m2) Chọn: Vận tốc chảy trong bể: v = 5(mm/s) = 0,005(m/s)

Chiều cao xây dựng bể: H = 3(m)

 Diện tích mặt cắt ướt của bể là:

F=Qh

max/(v*3600)=1277,46/(0,005*3600)=70,97(m2)

 Chiều rộng của bể:

m n

, 0

Đảm bảo thời gian lắng của bể lắng ngang sau Biophin

(t = 1,5 – 2h) Ta chọn kích thước xây dựng B = 24 m làm n = 4 đơnnguyên, mỗi đơn nguyên có chiều rộng là 6m

Thể tích vùng chứa nén cặn:

100  10 ( )

100 )

6

n p

t Q

b B

- B: Lượng bùn hoạt tính g/m3 (trước khi lắng), được lấy theo mức độlàm sạch nước thải Với mức độ làm sạch nước thải theo BOD5 =20(mg/l), ta có B = 200(g/m3)

- b: Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng II Theobảng 20 TCN51 – 84 với lt = 20(mg/l), t = 1,5(h) thì b = 20(g/m3)

- Q: Lưu lượng trung bình của nước thải trong một giờ, Q = 1265(m3/h).

- t: Thời gian giữa hai lần xả cặn, t = 2h

Chiều cao lớp cặn trong bể = 0,067 < 0,3m => hb = 0,3(m)

 Chiều cao xây dựng bể lắng ngang đợt II:

HXD = hbv + hth + hb + H = 0,5 + 0,5 + 0,3 + 3 = 4,3 ≈ 4,5(m)

Trong đó:

- hbv = 0,5m – Chiều cao bảo vệ bể lắng

- hth = 0,5m – Chiều cao của lớp nước trung hoà

- hb = 0,3m – Chiều cao lớp cặn lắng

- H = 3m – Chiều cao công tác bể

 Kích thước xây dựng bể lắng đợt II được xác định:

) ( 27 24 3 ,

L B

8 Tính toán bể nén bùn

Bùn hoạt tính dư vưói độ ẩm 99% - 99,4% từ bể lắn ly tâm đợt II đựocđưa vào bể nén bùn để giăm thể tích bùn trước khi tới công trình xử lýbùn cặn tiếp theo Ta tính toán bể nén bùn ly tâm cho công suất22800(m3/ng.đ)

Bể nen bùn ly tâm xử lý bùn sau công trình sinh học xử lý sinh học oxihoá hoàng toàn để làm giảm độ ẩm của bùn xuống 97% (theo bảng33TCN51 – 84)

+ Nồng độ bùn họat tính dư được xác định theo công thức sau: