Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải đơn giản

Thuyết minh sơ đồ công nghệNước thải vào qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền đượcđưa đến bể Metan, cặn còn lại trong nước thải đã được tách loại các rác lớn tiếp tụcđược

BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Tên nhóm sinh viên: Nhóm 2

Lớp: ĐH7M1

GVHD: Nguyễn Hồng Đăng

1 Đề xuất sơ đồ công nghệ và tính toán các công trình chính trong một hệ thống

xử lý nước thải theo các số liệu dưới đây:

- Nguồn tiếp nhận nước thải loại: A (QCVN 14-2008/BTNMT)

Đặc điểm nguồn tiếp nhận:

Lưu lượng trung bình: 5 m3/s; vận tốc trung bình: 0,4 m/s; chiều sâu trung bình: 2,8m; hàm lượng cặn lơ lửng: 11mg/l; DO: 4,2 mg/l; BOD: 4,1 mg/l; khoảng cách

từ cửa xả đến mặt cắt tính toán: 30km

- Công suất thải nước: 25.000 m3/ngày đêm

- Chỉ tiêu chất lượng thải:

 C2: Hàm lượng chất lơ lửng cho phép trong nước thải xả vào nguồn

 p: Hàm lượng chất lơ lửng tăng cho phép trong nước thải xả vào nguồn sauxáo trộn (g/m3):

p=0,25 g/m3( Theo bảng 1.19 nước dùng cho cấp nước đô thị )

 Q: Lưu lượng nước nguồn (m3 /h)

 l: Khoảng cách từ cửa xả đến mặt cắt tính toán: l=30 km=30000 m

 α: Hệ số ảnh hưởng tới thủy lực

Từ đây ta có:

 L th: BOD hỗn hợp nước nguồn + nước thải L th=3 mg/l

 k1: Hằng số tốc độ tiêu thụ oxi của nước thải t0=20℃ ⟹k1 = 0,1

 k1,: Hằng số tốc độ tiêu thụ oxi của nước nguồn

+ Theo BOD: E BOD=97,24 %

- Công suất trạm: 25000 m3/ngày đêm

- Thủy vực tiếp nhận là nguồn nước mặt loại A (Sông dùng cho mục đích cấp nước đô thị )

Ngăn tiếp nhận

Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Nước thải vào qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền đượcđưa đến bể Metan, cặn còn lại trong nước thải đã được tách loại các rác lớn tiếp tụcđược đưa đến bể lắng cát Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát ngang đượcđưa đến sân phơi cát

Máy nghiềnrác

Bón ruộng

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng ngang đợt I, tại đây cácchất thô không hoà tan trong nước thải được giữ lại Cặn lắng được đưa đến bểMêtan còn nước sau lắng được đưa tiếp đến bể Biofil cao tải để xử lý sinh học.

Sau đó bùn hoạt tính sẽ được lắng ở bể lắng II và thành phần không tan đượcgiữ ở bể lắng II Sau đó bùn sẽ được đưa tới bể Metan

Qua bể lắng ngang đợt II, hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảmbảo yêu cầu xử lý xong Trong nước thải ra ngoài vẫn còn chứa một lượng nhấtđịnh các vi khuẩn 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 ly tâm.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 Mêtanđược đưa sân phơi bùn Bùn cặn sau đó được dung cho mục đích nông nghiệp

II TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Công suất thải nước: 25000 m3/ngày đêm, dùng cho mục đích cấp nước đô thị

- Lưu lượng nước thải trung bình:

Q tb=25000 m3/ngày đêm=1041,67 m3/h=0,29 m3/s=290 l/s

=> Kmax = 1,525; Kmin = 0,6165 (Theo bảng 2_TCVN 7957:2008)

- Lưu lượng nước thải tính toán:

Bảng1: Kích thước ngăn tiếp nhận

Q

(m3/h)

Đườngkínhống áplực (2ống)

Kích thước của ngăn tiếp nhận, mm

0

1200

 Trong đó:

 A – chiều ngang của ngăn tiếp nhận;

 B – chiều rộng ngăn tiếp nhận;

 H – chiều cao ngăn tiếp nhận;

 H 1 – khoảng cách từ đỉnh mương dẫn đến đáy ngăn tiếp nhận;

 h – khoảng cách từ đáy mương dẫn đến đáy ngăn tiếp nhận;

 h 1 – chiều cao mương dẫn;

 b – chiều ngang mương dẫn.

2 MƯƠNG DẪN NƯỚC THẢI

Mương dẫn nước thải từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật Tính toán thủy lực của mương dẫn (xác định: độ dốc i, vận tốc v, độ đầy h) dựa vào bảng tính toán thủy lực

Tra bảng 36- bảng tính toán thủy lực cống và mương thoát nước- Trần HữuUyển và bằng cách nội suy ta có:

Bảng 3: Kích thước và thông số thủy lực mương dẫn nước thải

Thông số tính toán Lưu lượng tính toán, l/s

Trong đó: h max – mực nước cao nhất trong mương (m), h max = 1.35 m;

h bv – chiều cao bảo vệ mương dẫn (m), h bv = 0.4 m

3 SONG CHẮN RÁC

Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các loại rác thô có kích thước lớntrong nước thải, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hoạt động của xử lý phía sau.Chọn bộ song chắn rác loại đặt cố định, cào rác bằng cơ giới và có máy nghiềnrác

 Tính toán song chắn rác:

Song chắn rác được bố trí nghiêng một góc α =600 so với phương nằm ngang đểtiện khi sửa chữa, bảo trì, vận hành Song chắn rác làm bằng thép không rỉ, cácthanh trong song chắn rác có tiết diện hình tròn với bề dày s = 8mm, khoảng cáchgiữa các khe hở là l = 16mm = 0,016m (Trang 66_Xử lý nước thải đô thị - TrầnĐức Hạ)

- Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của

 b: Khoảng cách giữa các khe hở, b = 0,02m.(Mục 8.2.1_TCVN 7957:2008)

 vtt: Tốc độ nước chảy qua song chắn vtt = 1,2 m/s

 h1: Chiều sâu lớp nước qua song chắn h1 = 0,92 m

 Kz: Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cào rác của song chắn cơ giới, Kz = 1,05

 n = 20,92 khe => Chọn 21 khe

- Chiều rộng song chắn rác:

Bs = d (n-1) +b×n = 0,008× (21-1)+0,02×21 = 0,58 (m)

 Trong đó: d: Chiều dày của mỗi song chắn, d=0,008m

Kiểm tra lại vận tốc của dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn ứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất nhằm tránh sự lắng đọng cặn trong mương Vận tốc này không nhỏ hơn 0,4m/s

 S: Chiều dày mỗi thanh, S=0,008m

 b: Chiều rộng mỗi khe hở, b=0,02m

 α: Góc nghiêng so với mặt phẳng ngang, lấy α=600

 φ: Góc mở của mương trước song chắn rác, φ=2 00

(Trang 67_Xử lý nước thải đô thị_ Trần Đức Hạ)

 Bs , Bm :Chiều rộng của song chắn và của mương dẫn

- Chiều dài ngăn mở rộng sau song chắn rác:

 Trong đó:

 a: Lượng rác lấy ra từ song chắn rác tính cho 1 người

Theo bảng 20 TCVN 7957:2008 với chiều rộng khe hở của song chắn rác

là 16mm thì a = 8 l/ng.năm

 Ntt: Dân số tính toán theo chất rắ lơ lửng, Ntt=125000 người

- Với khối lượng riêng của rác khoảng 750 kg/m3, trọng lượng riêng của rác:

P=750 × 2,74=2055( kg/ngđ )≈ 2,1(tấn/ngđ )

- Lượng nước dùng để nghiền rác là 40m3/h

Q n=40 P=40× 2,1=84 (m¿¿3/ngđ )¿

- Rác được nghiền nhỏ bằng máy nghiền, sau đó dẫn trực tiếp đến bể metan

- Hiệu suất xử lý qua song chắn rác là 4-5% Chọn H=5% (Sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_Lâm Minh Triết)

+ Hàm lượng BOD còn lại:

Chiều dài xây dựng của mương 2280

4 BỂ LẮNG CÁT NGANG VÀ SÂN PHƠI CÁT

Thông số tính toán Qmaxs = 440 l/s Qmins = 180 l/s

H n : độ cao lớp nước trong bể lắng ngang Chọn Hn = 0,5m

(Mục 8.3.4_phần a_TCVN 7957:2008)

U0 : Do chọn kích thước thủy lực của hạt cát là 0,25 suy ra U0=24,2 (TCVN 7957:2008 bảng 26 mục 8.3.3)

K: Hệ số tỉ lệ U0 Tra bảng 27_TCVN 7957:2008 => K=1,3 Vậy: L = 1000× 1,3× 0,3 ×0,524,2 = 8,1 (m)

- Diện tích mặt thoáng F của nước thải trong bể lắng cát ngang được tính theo công thức :

- Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ngang :

H xd= H max+ h c + h bv =0,5 + 0,14 + 0,4 = 1,04 (m)Trong đó: h bv: chiều cao bảo vệ chọn bằng 0,4m

Kiểm tra lại tính toán với điều kiện V min ≥ 0,15 m/s (phần a_Mục 8.3.4 TCVN 7957:2008)

v min = Q min

2.b H min =2× 1,12× 0,45× 1000180 = 0,18 m/s ≥ 0,15 m/sTrong đó: H min : độ sâu lớp nước ứng với Q min( bằng độ đầy h ứng với Q min ) bằng 0,45m

+ Theo sách xử lý nước thải đô thị và công nghiệp của Lâm Minh Triết thì chất lơ lửng và BOD5 qua bể lắng cát giảm 5%

- Hàm lượng BOD5 còn lại sau bể lắng cát:

 Chọn hc=3 m3/m2.năm (Mục 8.3.8_TCVN 7957:2008)

- Chọn sân phơi cát gồm 2 ô, kích thước mỗi ô trong mặt bằng 12m x 25,5mTổng diện tích của sân phơi cát = 306 m2

5 LÀM THOÁNG SƠ BỘ:

Khi dùng bể lắng ngang để xử lý, hiệu quả E= 60% nên hàm lượng lơ lửng sau

bể vẫn lớn hơn 150 mg/l không đáp ứng yêu cầu để tiếp nhận xử lý sinh học Vìvậy, cần thiết phải làm thoáng sơ bộ nước thải trước bể lắng ngang đợt i

Cho nên trước khi vào bể lắng đợt 1 ta bố trí một công làm thoáng làm sơ bộ để tăng hiệu quả lắng thêm 5 8% BOD sau quá trình làm thoáng sơ bộ sẽ giảm được 5 8%

- Thể tích bể làm thoáng sơ bộ W được tính theo công thức 3.32_Xử Lý nướcthải đô thị_Trần Đức Hạ:

W = Qmax t60 = 1584.1560 = 396 (m3)

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

- Lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được xác định theo lưu lượng riêng của không khí D= 0,5 m3không khí/m3 nước thải.h

V=D.Qmax = 0,5.1584 = 792 (m3/h)

- Diện tích bể làm thoáng sơ bộ trên mặt bằng xác định như sau:

F = V/I = 792/6 = 132 m2(Công thức 3.34_Xử Lý nước thải đô thị_Trần Đức Hạ)Trong đó: I- cường độ thổi khí, nằm trong khoảng từ 4-7m3 không khí/m3.h

Chọn I = 6 m3 không khí/m3.h

- Chiều cao công tác của bể làm thoáng sơ bộ:

H = W/ F = 396/ 132 = 3m

- Chọn bể làm thoáng sơ bộ gồm 2 ngăn, hình chữ nhật trên mặt bằng

Kích thước mỗi ngăn là: B x L = 8x 16,5m

- Chiều cao xây dựng bể: Hxd = 3,5

Thể tích 396 m3

6 BỂ LẰNG NGANG ĐỢT I

- Chọn 2 bể lắng để thiết kế

- Công suất của trạm xử lý là: 25000 m3/ngđ

- Công suất mỗi bể =12500 m3/ngđ

- Tính toán bể lắng ngang theo TCVN 7957:2008, mục 8.5

- Hàm lượng chất rắn lơ lửng: Co = 442,23 mg/l, hiệu suất lắng cần thiết để đảm bảo hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải khi đưa về công trình xử lý sinh học là C ≤ 150mg/l là:

E= (442,23−150)442,23 100= 66 % Chọn hiệu xuất 60%

a Chiều dài bể lắng ngang

L = K U V H

O (m) (CT 32_TCVN 7957:2008)Trong đó:

V– Tốc độ dòng chảy trong vùng lắng, v = 5 10 (mm/s) Chọn v = 8 (mm/s)

H – Chiều cao công tác của bể lắng H = 1,5 – 3m, chọn H = 3m

K – Hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng, đối với bể lắng ngang K = 0,5

Uo– Độ lớn thủy lực của hạt cặn:

Trong đó:

n – Hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng, đối với nước thải sinh

- Vậy chiều dài bể là: L = 0,5.0,728.3 = 67 (m)

- Diện tích tiết diện ướt của bể lắng ngang:

Nhận thấy, vận tốc chọn trong bể lắng và vận tốc thực trong bể là gần bằng nhau, chênh lệch nhau không đáng kể Như vậy, kích thước của bể lắng đã chọn là hợp lý.

T – Thời gian lưu cặn, chọn t = 1 ngày=24h

p – Độ ẩm bùn cặn lắng bằng 93,5 ÷ 95%, chọn p = 95%

γ – Khối lượng thể tích của cặn thường lấy bằng 1 tấn/m3

Co– Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải sinh hoạt trước khi qua bể lắng ngang đợt 1, mg/l

E: hiệu suất lắng có làm thoáng 60%

Đường kính ống thu cặn là 200mm

Hiệu suất xử lý BOD trong bể lắng I:

- Hàm lượng SS sau khi qua bể làm thoáng sơ bộ + bể lắng đợt I giảm 68%.Vậy hàm lượng SS còn lại là:

C3 = C2 (100% - 68%) = 442,23 ×(100−68)

100 = 141,5 (mg/l)

- Hàm lượng BOD sau khi qua bể làm thoáng sơ bộ + bể lắng đợt I giảm 5

8% Hàm lượng BOD còn lại là:

lượng BOD5 đầu ra của bể lọc sinh học cao tải (Lt) là 30mg/l (theo QCVN

14:2009)

Vì lượng BOD5 sau bể lắng 1: L3 = 382,76 mg/l > 250 mg/l

 Nước thải cần phải pha loãng để BOD hỗn hợp nước thải và nước pha loãng bằng 250mg/l Hệ số pha loãng xác định theo công thức:

R =L a−250

250−L t =382,76−250250−30 = 0,6Trong đó: La: BOD5 của nước thải đưa vào bể (mg/l)

Lt: BOD5 của nước đã được xử lý (mg/l)Giá trị K xác định như sau:

K =250L

t =25030 = 8,33Dựa vào trị số K =8,33 , tra bảng 44, mục 8.15.3_ TCVN 7957:2008 với nhiệt độ trung bình của nước thải về mùa đông T = 200C ta có:

+ Tải trọng thủy lực q = 20 (m3/m2/d)

+ Lượng không khí cấp B = 8 (m3/m3 nước thải)

+ Chiều cao lớp vật liệu lọc H = 3 (m)

 Lưu lượng nước trong giờ lớn nhất: Qmax = 15086 x 1,51 =22779,866 m3/h = 546716,64 m3/ ngày đêm

 Lưu lượng nước trong giờ bé nhất: Qmin = 15086 x 0,65 =9805,9 m3/h

 Chọn 5 bể lọc sinh học cao tải: f =F5 = 20005 =400(m2)

 Tính toán cho 1 bể:

- Đường kính bể:

D = √4 f π = √4 × 4003,14 = 22,57 (m)  Chọn D = 22,6 (Thỏa mãn vì D =(15m-30m)_Xử lý nước thải đô thị_Trang 193_Trần Đức Hạ)

 Bán kính bể: R = D/2 = 11,3(m)

- Chiều cao bể lọc:

Hbể = Hlv + Hbv + 0,5 + 0,2 + 0,1Trong đó:

 Hlv - chiều cao lớp vật liệu lọc 3(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 khoảng cách sàn thu nước tới dầm đỡ sàn thu

 Hbể = 3 + 0,5 + 0,5 + 0,2 + 0,1 = 4,3 (m)

 Thể tích bể: Wbể = f×Hbể = 400 × 4,3 = 1720 (m3)

Chọn vật liệu là đá dăm, cuội sỏi, gạch vỡ đường kính 40 – 80 mm, chiều cao từ 2 m - 4 m có thể tăng lên 6 m – 9 m (Trang 187_Xử lý nước thải đô thị-TrầnĐức Hạ)

 n: Số nhánh của hệ thống tưới, n thường là 2 hoặc 4 Chọn n=4

Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống:

v= 4 Q bể

nπ d2=

4.0,093

4.3,14 0,22=0,74(m/ s)

Vận tốc trong ống đạt yêu cầu bé hơn 1 m/s

- Số lỗ trên mỗi ống tưới là:

m =

1 1−(1−80

- Số vòng quay của hệ thống trong 1 phút:

n = m× d 34,8× 106

l × D T ×q1 Trong đó:

 q1: Lưu lượng mỗi ống tưới, l/s: q1 =0,093× 103

 Thỏa mãn điều kiện h = (0,2 ÷1)m

Chọn hiệu suất xử lý BOD5 trong bể Biofil cao tải là 88%

- 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:

q = 1041,672,016 = 516,7 (m2)

 Diện tích mặt cắt ướt của bể:

W = 3600 v Q = 1041,67

3600 × 0,008 = 36,17 (m2)

Trong đó:

 Q: Lưu lượng nước, m3/h

 V: Vận tốc nước chảy trong bể, v = 5÷10mm/s, chọn bằng 8mm/s hay 0,008m/s

 Q1– Lưu lượng nước thải vào 1 ngăn, m3/ngđ; Q1 = 65894,4m3/ngđ

 T – Thời gian lưu cặn, chọn t= 1 ngày

 p – Độ ẩm bùn cặn lắng bằng 93,5 ÷ 95%, chọn p = 95%.

 γ – Khối lượng thể tích của cặn thường lấy bằng 1 tấn/m3

 Co – Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải sinh hoạt trước khi qua bể lắng ngang đợt II, mg/l C0 = 141,5(mg/l)

 n – Số ngăn lắng công tác Chọn n = 6 ngăn

F1 – Diện tích đáy hố thu cặn, F1 = 0,80,8 = 0,64 m2

- Đáy bể lắng dùng thiết bị gạt cặn được xây dựng có độ dốc 0,01 (theo8.5.11 TCXDVN 7957-2008) về phía hố thu cặn

 Chiều cao xây dựng bể:

HXD= hbv + H + hth + Hc (m)Trong đó:

hbv – Chiều cao bảo vệ hbv = 0,43 (m)

H – Chiều cao công tác của bể, H = 3,0 m

hth – Chiều cao lớp nước trung hoà của bể hth = 0,3 m.(ở cuối bể_phần a_Mục8.5.11)

- Máng tràn thu nước đã lắng làm theo dạng răng cưa với tải trọng thủy lực không nhỏ hơn 10 l/s.m

Chiều cao thành bể lắng tính từ mực nước trở lên 300