THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI

THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI

4.1.Các số liệu tính toán

4.1.1 Lưu lượng nước thải

Lưu lượng nước thải sinh hoạt của toàn khu đô thị Bắc Cổ Nhuế Chèm là: Q = 4635 (m3/ngđ)

a Lưu lượng nước thải sinh hoạt

Trong đó : Qsh = 4550.98 (m3/ngđ)

Nước thải từ các công trình công cộng: Qcc = 84.02 (m3/ngđ)

b Tổng lưu lượng nước thải toàn thành phố.

Q = 4635 ( m3/ngđ)

4.1.2.Số liệu của nhánh sông Nhuệ (nguồn tiếp nhận):

+ Số liệu địa chất thuỷ văn nhánh sông Nhuệ(nguồn loại B):

- Lưu lượng trung bình nhỏ nhất của nước sông : Q = 14 (m3/s)

- Vận tốc trung bình của dòng chảy : V = 0,8 (m/s)

- Độ sâu trung bình của sông : HTB = 2,5 (m)

- Chiều rộng trung bình của sông : BTB = 30 (m)

- Hàm lượng chất lơ lửng : CS = 10 (mg/l)

- Nhu cầu ô xy hoá sinh : LS = BOD5 = 8 (mg/l)

- Hàm lượng o xy hoà tan trong nước : DO = 0s = 6,5 (mg/l)

4.2 Các tham số tính toán trạm xử lý nước thải.

4.2.1 Lưu luợng tính toán đặc trưng của nước thải.

- Lưu lượng thiết kế trạm xử lý là: Q = 4635 (m3/ngđ)

- Lưu lượng trung bình giờ: 24 193.125( / )

463524

3 h m

Q

Q TB ngd

- Lưu lượng trung bình giây : 3,6 53,65( / )

125,1936,

Q q

tb h tb

,3

,3

q0: Tiêu chuẩn thải nước của khu vực:

+ Khu vực các trường đại học có tiêu chuẩn thải nước q0 = 90 (l/ng.ngđ) do đó hàm lượng chất

lơ lửng trong nước thải là:

90

10005510000

q

a

611,11 (mg/l)+ Khu vực các trường học có tiêu chuẩn thải nước q0 = 20 (l/ng.ngđ) do đó hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải là:

20

10005510000

q a

2750 (mg/l)

+ Khu vực công cộng có tiêu chuẩn thải nước q0 = 200 (l/ng.ngđ) do đó có:

200

10005510000

q

a

275 (mg/l) + Khu vực dân cư có tiêu chuẩn thải nước q0 = 200 (l/ng.ngđ) do đó có:

q

a

275 (mg/l)+ Khu vực bệnh viện có tiêu chuẩn thải nước q0 = 300 (l/ng.ngđ) do đó có:

CBV = × = × =

300

10005510000

q

a

183 (mg/l)Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải được tính:

)

/(mg l Q

Q Q Q Q

Q C Q C Q C Q C Q C C

BV CC DC TH DH

BV BV DC DC CC CC TH TH DH DH

×+

×+

×+

×+

×

=

CHH = 337,6 (mg/l)

Vậy CHH = 337,6 (mg/l)

b Hàm lượng BOD 5 của nước thải:

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

L0 : Lượng BOD5 một người thải ra trong một ngày đêm

Theo bảng 23-20 TCN 51-84 ta có L0 = 35 g/ng.ngđ (Tính theo nước thải đã lắng sơ bộ)

q0: tiêu chuẩn thải nước (l/ng.ngđ)

+ Khu vực các trường đại học có q0= 90(l/ng.ngđ) nên:

LDH =

)/(89,38890

10003510000

LTH =

)/(175020

10003510000

10003510000

10003510000

10003510000

Q L

∑

Vậy LHH = 222,1 (mg/l)

4.2.3 Dân số tính toán:

Do đô thị Bắc Cổ Nhuế-Chèm không có khu công nghiệp nên ta có:

Dân số toàn thành phố: N =∑N i = 25614 (người)

Dân số tính toán theo chất lơ lửng: NTT = N + Ntđ = 25614 (người)

Dân số tính toán theo BOD5: NTT = N + Ntđ = 25614 (người)

4.2.4 Mức độ cần thiết làm sạch của nước thải:

Để lựa chọn phương án xử lý thích hợp và đảm bảo nước thải khi xả ra nguồn đạt các yêu cầu vệ sinh ta cần tiến hành xác định mức độ cần thiết làm sạch.Nước thải sau khi xử lý được xả vào nhánh sông Nhuệ nên ta cần xét tới khả năng tự làm sạch của sông

a Mức độ xáo trộn và pha loãng:

Để tính toán lưu lượng nước sông tham gia vào quá trình pha loãng ta xác định hệ số xáo trộn a

- Theo V.A.Frôlốp và I.D.Rodzille thì hệ số xáo trộn a được tính theo công thức:

a =

3 3

1

1

L

L e q Q

=α

ϕ: Hệ số tính toán đến độ khúc khuỷu của sông:

o

L

L

=ϕ

L: Khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán theo lạch sông

+E: Hệ số dòng chảy rối Ta coi như suốt dọc đường từ cống xả đến điểm tính toán, sông

có chiều sâu và vận tốc thay đổi không đáng kể

Do vậy E được tính theo công thức:

E = 200

TB

TB H v

= 200 0,01

5,28,

q: Lưu lượng trung bình giây của nước thải q = 0,05365(m3/s)

Từ đó ta có:

α =

305365.0

01,05

,175,

= 1,5

Vậy: a =

3 3

700 5 , 1

700 5 , 1

05365,0

281

1

−

−

×+

= 234,67(lần)

b Mức độ cần thiết làm sạch theo chất lơ lửng:

Hàm lượng chất lơ lửng cho phép của nước thải khi xả vào nguồn được tính:

Q a

bs = 10 mg/l: hàm lượng chất lơ lửng trong nước sông trước khi xả nước thải vào

Từ đó ta có lượng chất lơ lửng cho phép sau khi xả nước thêm vào nguồn:

m = 1× 0,05365 1 10

1499,

337 −

×100% = 20,22(%)

c Mức độ cần thiết làm sạch theo BOD 5 của hỗn hợp nước thải và nước nguồn:

- BOD của nước thải sau khi xử lý vào nguồn không được vượt quá giá trị nêu ra trong

″Nguyên tắc vệ sinh khi xả nước thải ra sông -20TCN-51-84” Theo phụ lục 1-20TCN 51-84 thì nước thải sau khi hoà trộn với nước sông BOD5 của nhánh sông Nhuệ(nguồn loại B) không được vượt quá 8 – 10 mg/l.Ta lấy BOD không vượt quá 8 mg/l

- BOD5 của nước thải cần đạt sau khi xử lý (LT) được tính theo:

Q a

1

810

10

805365

,0

1499,0

Mức độ cần thiết làm sạch theo BOD5 được tính theo công thức:

T HH

222 −

×100% = 93,25%

d Mức độ cần thiết làm sạch theo lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn:

- Việc xác định mức độ cần thiết làm sạch theo lượng oxy hoà tan dựa vào sự hấp thụ oxy hoà tan trong nước nguồn bởi vị trí cống xả Với điều kiện nếu lượng oxy trong nước sông giảm không nhỏ hơn 4mg/l trong vòng 2 ngày đêm đầu thì không giảm trong những ngày tiếp theo

- Khi đó hàm lượng cho phép của nước thải theo BOD5(LT) được tính:

4)4.4,0(4,0

× O S L S q

Q a

Ta có:

+ a = 0,99 Os =7,5 mg/l

+q = 0,05365 m3/s

4,0

4484,05,705365,04,0

1499,

×

×

= 183,75 (mg/l)Mức độ cần thiết làm sạch theo lượng ôxy hòa tan được tính:

T HH L

L

L −

×100% = 222,1

75,1831,

- Mức độ cần thiết làm sạch nước thải

- Điều kiện địa chất và địa chất thuỷ văn

- Các yếu tố địa phương và các tính toán kinh tế kỹ thuật của khu vực

- Công suất trạm xử lý

- Khả năng tự làm sạch

Trên cơ sở đó ta đưa ra hai sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải như sau:

Chôn lấp Sân phơi cát

Bể lắng cát ngang

Bể mêtan

Bể lắng đứng đợt I

Bể lắng đứng đợt II

Bơm nước thải

Ngăn tiếp nhận

Máy nghiền rác Song chắn rác

Chôn lấp dựng Sân phơi cát

Bể lắng cát ngang

Hình 4.2 Sơ đồ trạm xử lý nước thải khu đô thị Bắc Cổ Nhuế- Chèm phương án 2

Bể lắng hai vỏ

Bể Biôphin cao tải

Thiết bị xử lý bùn cơ học

Đi bón ruộng

Bể tiếp xúc Máng trộn

Bể lắng đứng đợt II

Với phương án một:

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 đến ngăn tiếp nhận Qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa đến bể Mêtan để lên men còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ở đây ta thiết kế bể lắng cát ngang Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưa đến sân phơi cát

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng đứng đợt I, tại đây các 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 bể biophin cao tải

Nước thải sau khi qua bể biophin được đưa đến bể lắng đứng đợt II.Sau bể lắng đứng II hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong 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

Lượng bùn cặn từ bể lắng đứng đợt II được đưa đến bể Mê tan để lên men.Toàn bộ lượng bùn cặn của trạm xử lý sau khi được lên men ở bể Mê tan được đưa đến công trình xử lý bùn cơ học để làm khô đến một độ ẩm nhất định.Bùn cặn sau đó đem đi phục vụ nông nghiệp

Với phương án hai:

Ta không dùng bể lắng đứng đợt I mà thay vào đó là bể lắng hai vỏ.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 đến ngăn tiếp nhận Qua song chắn rác có đặt máy nghiền rác, rác nghiền được đưa trở lại song chắn còn nước thải đã được tác loại các rác lớn tiếp tục được đưa đến bể lắng cát ở đây ta thiết kế

bể lắng cát ngang Sau một thời gian, cát lắng từ bể lắng cát được đưa đến sân phơi cát

Nước sau khi qua bể lắng cát được đưa đến bể lắng hai vỏ, tại đây nước thải sẽ được làm trong bằng cách lắng cặn đồng thời cặn lắng được chế biến bằng cách lên men yếm khí.Chính vì vậy so với phương án hai ta không cần thiết kế bể Mê tan để lên men bùn cặn.Bùn cặn đã được lên men từ bể lắng hai vỏ sẽ được đưa thẳng đến công trình xử lý bùn cơ học

Nước thải sau khi qua bể lắng hai vỏ được đưa đến bể biophin cao tải và tiếp tục được xử

lý để đưa đến bể lắng đứng đợt II.Sau bể lắng đứng II hàm lượng cặn và BOD trong nước thải đã đảm bảo yêu cầu xử lý xong 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

Lượng bùn cặn của trạm xử lý được đưa đến công trình xử lý bùn cơ học để làm khô đến một độ

ẩm nhất định.Bùn cặn sau đó đem đi phục vụ nông nghiệp

Cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu xử lý

IV.4 Tính toán dây chuyền công nghệ và thuỷ lực phương án I.

IV.4.1.Ngăn tiếp nhận nước thải.

- Nước thải của thành phố được bơm từ ngăn thu nước thải trong trạm bơm lên ngăn tiếp nhận nước thải theo đường ống có áp Ngăn tiếp nhận được bố trí ở vị trí cao để từ đó nước thải

có thể tự chảy qua các công trình của trạm xử lý

- Từ lưu lượng tính toán của nước thải q = 53.65 l/s được dẫn đến trạm xử lý theo hai đường ống áp lực D = 250( mm) Kích thước ngăn tiếp nhận được lấy như sau:

Hình 4.3 Ngăn tiếp nhận nước thải

IV.4.2 Mương dẫn nước thải.

Nước thải sau khi qua ngăn tiếp nhận được dẫn đến song chắn rác theo hai mương tiết diện

hình chữ nhật Tính toán thuỷ lực cho 2 mương dẫn với lưu lượng mỗi mương bằng 1/2 Qtt

Kết quả tính toán thủy lực của mương được ghi trong bảng 4.1

- Chiều cao xây dựng mương:

H = hmax +hbv (m)

Trong đó:

hmax - Chiều cao xây lớp nước lớn nhất trong mương,lấy bằng độ đầy tính toán ở mương dẫn hmax = 0,82 m

hbv - Chiều cao bảo vệ mương, hbv = 0,3 m(lấy theo quy phạm)

⇒ Chiều cao xây dựng mương: H = 0,82 + 0,3 = 1,12 m

q n s

Trong đó: n: Số khe hở

qmax=91(l/s) = 0,091 m3/s (lưu lượng giây lớn nhất của nước thải)

vs = 0,9m/s - tốc độ nước chảy qua song chắn rác

b = 0,016 m - khoảng cách giữa các khe hở của song chắn

k = 1,05 - hệ số kể đến sự tích luỹ rác trong quá trình hoạt động

N = 0,9 0,016 0,82 1,05

091

Mặt cắt I -I

Mặt bằng 1

Sơ đồ đặt song chắn rác

1 - Song chắn rác

2 - Sàn công tác

Hỡnh 4.4 Cấu tạo song chắn rỏc

- Chiều rộng mỗi song chắn được tớnh theo cụng thức:

1 1

min s

min min

h.B

q

= 0,176 0,25

033475,

0

ì = 0,76 (m/s) > 0,4(m/s)Với hmin = 0,25 m

Kết quả trên thoả mãn yêu cầu tránh lắng cặn.

- Độ dài phần mở rộng l1 được tính: chọn góc mở rộng của mương j=200

)(

37,1

l = − = 1,37× (0,6 – 0,176) = 0,58( m)

Với Bm - Chiều rộng mương dẫn, Bm = 0,6 m

- Độ dài phần thu hẹp l2 được tính theo cấu tạo:

vk = 0,91 m/s, vận tốc nước ở kênh 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

ξ - hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn.

αβ

Với: β = 1,79 - Hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn theo bảng 3.4″ Xử

lý nước thải- tính toán thiết kế công trình -Trường đại học xây dựng 1974” với tiết diện tròn d = 0,01m

α = 600 - góc nghiêng của song chắn so với mặt phẳng nằm ngang

Þ ζ=1 79

0 01

0 016

4 3

,



  sin600 = 0,83Tổn thất qua mỗi song chắn rác:

281,92

91,083,0

= 0,07 (m) = 7 (cm)

- Chiều cao xây dựng đặt song chắn rác:

HXD = hmax + hs + hbv = 0,82 + 0,07 + 0,3 = 1,19 (m)Với hbv = 0,3 m - Chiều cao bảo vệ

- Lượng rác lấy ra từ song chắn được tính:

1000365

×

= TT r

N a W

Trong đó: a - Lượng rác tính theo đầu người trong 1 năm, theo bảng 17-20TCN 51-84 với b

= 0,016 (m) có a = 8 l/người/năm

Ntt - Dân số tính toán theo chất lơ lửng Ntt = 25614 (người)

56,01000365

= 0,035 (T/h)

- Kh = 2 : Hệ số không điều hoà giờ

- Rác vớt lên theo phương pháp cơ giới rồi được nghiền nhỏ trước khi đổ trước song chắn rác

- Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác là 10 m3/1T rác

- Chiều dài phần lắng của bể lắng cát :

)

( 1000.0

m U

V H k

Trong đó:

Htt - Chiều sâu phần lắng của bể lắng cát,Htt=0,25-1,0m ta lấy Htt = 0,57 (m)

U0 - Độ thô thuỷ lực của hạt cát (mm/s)

Với điều kiện bể lắng cát giữ lại các hạt cát có đường kính lớn hơn 0,25 mm Theo bảng 24- 20TCN51-84, ta có U0 = 24,2 mm/s

K - Hệ số lấy theo bảng 24- 20TCN51-84, với bể lắng cát ngang và U0=24,2 mm/s thì K = 1,3

V - Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với qsmax : V = 0,3 m/s

)

(2,92

,24

3,0.57,0.1000.3,

- Diện tích tiết diện ướt của bể , ω (m2) được tính:

V n

qsmax - Lưu lượng tính toán lớn nhất của nước thải qsmax = 91 l/s = 0,091 m3/s

V - Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất V = 0,3 m/s

n - Số đơn nguyên công tác, n = 1.

Vậy

)

(6262,03

,0

091,

m

=

=ω

+ Diện tích mặt thoáng của bể:

Vậy

)(79,4019,0

091,

79,4

L n

min

(m/s)

Với Hmin là chiều sâu lớp nước trong bể ứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất (Lấy bằng chiều sâu lớp nước nhỏ nhất trong mương dẫn) Hmin = 0,25 m

Vmin =

258,025,052,0

033475,

0

=

Đảm bảo yêu cầu về vận tốc tránh lắng cặn

- Thời gian nước lưu lại trong bể:

)

(30)(67,303,0

2,9

s s

25614 02

, 0 1000

.

Ntt = 25614 (người): Dân số tính toán theo chất lơ lửng

p = 0,02 l/ng.ngđ : Lượng cát thải tính theo tiêu chuẩn theo đầu người trong một ngày

đêm

t = 1 ngày : Thời gian giữa hai lần xả cặn

- Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát: 9,2 0,54 0,1

512,0

- Để vận chuyển bằng thủy lực 1 m3 cặn cát ra khỏi bể phải cần tới 20 m3 nước

Lượng nước cần dùng cho thiết bị nâng thủy lực trong một ngày là:

Q = Wc 20 = 0,512 × 20 = 10,24 (m3/ngđ)

- Chiều cao xây dựng của bể:

HXD = Htt+ hc+ hbv (m)

Trong đó:

Htt - Chiều cao phần lắng của bể lắng cát Htt = 0,57 (m)

hbv - Chiều cao bảo vệ hbv = 0,4 (m)

hc - Chiều cao lớp cặn trong bể hc = 0,1(m)

Vậy HXD = 0,57 + 0,4 + 0,1 = 1,07 (m).

4.4.5 Tính toán sân phơi cát

Sân phơi cát có nhiệm vụ làm ráo nước trong hỗn hợp nước cát Thường sân phơi cát được xây dựng gần bể lắng cát, chung quanh được đắp đất cao Nước thu từ sân phơi cát được dẫn trở

,01000

h = 5 (m/năm) : chiều cao lớp cát trong một năm.

NTT = 25614 (người) : dân số tính toán theo chất lơ lửng

Chọn sân phơi cát gồm một ô với kích thước một ô là 8m x 8m

Do vậy diện tích sân phơi cát là 8 x 8= 64(m2)

Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức:

03,303,0

091,01

=

v

q f

(m2) Trong đó: qmã:lưu lượng tính toán giây lớn nhất (m3/s)

V1:tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm (lấy không quá 30mm/s) theo 6.5.9-20 TCN 51-84

Diện tích tiết diện ướt của bể lắng trong mặt bằng:

1300007,0

091,02

Ta chọn n = 2 bể như vậy diện tích mặt bằng mỗi bể sẽ là:

4 66,7

03,3130

n

f F F

(m2) Đường kính của mỗi bể lắng sẽ là:

5,814,3

7,66414

,3

4,114

,3

2/03,3414

,3

h1 =v2 ×t =0,0007×1,5×3600=3,8(m)

Với t =1,5h là thời gian lắng lấy theo quy phạm

Chiều cao phần hình nón của bể lắng:

h2 +h3 =B = 2

D

tgα= 2

4,9

tg45= 4,7 (m)Trong đó: α

-góc nghiêng ở đáy thường thiết kế 45

0

Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là:

H=h1+h2 +h3+h4 =3,8+4,7+0,4=8,9(m)

4

h :khoảng cách từ mực nước đến thành bể = 0,3-0,5 m(ở đây ta lấy 0,4m)

Hàm lượng chất lơ lửng sau song chắn rác và bể lắng cát giảm 8%:

C’= 337,6- 8% x 337,6= 310,59(mg/l)

Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng đợt I được tính theo công thức

100 1'

C

(mg/l) Trong đó: C’ :hàm lượng chất lơ lửng đi vào bể lắng đứng đợt I,mg/l

E1 :hiệu suất lắng tính bằng phần trăm phụ thuộc vào C hh và tốc độ lắng của hạt cặn u=0,7mm/s tra theo quy phạm

Ta thấy C1>150mg/l không thoả mãn tiêu chuẩn 6.5.3 TCN 51-84 để đưa nước thải vào bể biophin.Do đó cần tiến hành giai đoạn làm thoáng sơ bộ ở bể đông tụ sinh học để tăng cường hiệu suất lắng cho bể lắng đợt I

Sơ đồ bể đông tụ sinh học được thể hiện ở hình vẽ dưới:

D

H h

1-Ngăn đông tụ sinh học

2-Thiết bị phân phối không khí

Khi ứng dụng bể đông tụ sinh học ở trước bể biôphin,thì màng vi sinh vật dư cần thực hiện tái sinh trong vòng 24h

Thể tích tổng cộng của bể đông tụ sinh học,tính với 100% lưu lượng tính toán :

ở đây t2 là thời gian làm thoáng,t2 = 20 phút

Diện tích ngăn đông tụ sinh học trong mặt bằng:

4,3 25,4

2,1092

h

w F

(m2)Trong đó : -h:chiều cao ngăn đông tụ sinh học

h = vxt = 0,0008x1,5x3600=4,3(m)

(v-tốc độ chuyển động của nước thải trong vùng lắng,v không quá 0,8-0,85mm/s)

Diện tích phần lắng của bể đông tụ sinh vật:

0,0008 3600 113,75

5,327

Chọn hai bể,diện tích mỗi bể trên mặt bằng là: F’=F/2=69,58(m2)

Đường kính của bể đông tụ được tính theo công thức:

)(4,914,3

82,71414

,3

'

m F