Thiết kế về 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: Lưu lượng trung bình giây : - Lưu lượng giờ lớn nhất: Qhmax = 327,5 (m3/h) Lưu lượng giây lớn nhất: - Lưu lượng giờ nhỏ nhất: Qhmin = 120.51 (m3/h) Lưu lượng giây nhỏ nhất: 4.2.2. Xác định nồng độ bẩn của nước thải: a. Hàm lượng chất lơ lửng: - Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sinh hoạt được tính: CSH = (mg/l) Trong đó: a: Lượng chất lơ lửng của người dân thải ra trong một ngày đêm. Theo bảng 23 TCN51-84 ta có a = 55g/ng - ngđ 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: CĐH = 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: CTH = 2750 (mg/l) + Khu vực công cộng có tiêu chuẩn thải nước q0 = 200 (l/ng.ngđ) do đó có: CCC = 275 (mg/l) + Khu vực dân cư có tiêu chuẩn thải nước q0 = 200 (l/ng.ngđ) do đó có: CDC = 275 (mg/l) + Khu vực bệnh viện có tiêu chuẩn thải nước q0 = 300 (l/ng.ngđ) do đó có: CBV = 183 (mg/l) Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải được tính: CHH = 337,6 (mg/l) Vậy CHH = 337,6 (mg/l). b. Hàm lượng BOD5 của nước thải: * Hàm lượng BOD5 của nước thải sinh hoạt được tính: LSH = (mg/l) Trong đó: 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 = +Khu vực trường học có q0= 20 (l/ng.ngđ) nên: LTH = +Khu vực dân cư có q0= 200 (l/ng.ngđ) nên: LDC= +Khu vực công cộng có q0= 200 (l/ng.ngđ) nên: LDC= +Khu vực bệnh viện có q0= 300 (l/ng.ngđ) nên: LDC= * Hàm lượng BOD5 trong hỗn hợp nước thải được tính: LHH = 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 == 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 = Trong đó: -a : Hệ số tính toán đến các yếu tố thuỷ lực trong quá trình xáo trộn được tính toán theo công thức: : Hệ số tính toán đến độ khúc khuỷu của sông: L: Khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán theo lạch sông. L = 700 ( m) L0: Khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán theo đường thẳng. L0 = 400 (m). Từ đó ta tính được: j = : Hệ số phụ thuộc vào vị trí cống xả. =1,5 (với vị trí cống xả đặt ở xa bờ). +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 = = q: Lưu lượng trung bình giây của nước thải q = 0,05365(m3/s). Từ đó ta có: a = = 1,5 Vậy: a = = 0,99 Số lần pha loãng nước thải với nước sông được tính: n = = = 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: m = Trong đó: a = 0,99 q = 0,05365 (m3/s) Q = 14 (m3/s) p = 1 mg/l: hàm lượng chất lơ lửng tăng cho phép trong nước nguồn - đối với nguồn loại B (Bảng 47-20 TCN 51-84). 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´= 269,34 (mg/l) Mức độ cần thiết làm sạch theo chất lơ lửng được tính theo công thức: D = ´100% = ´100% = 20,22(%) c. Mức độ cần thiết làm sạch theo BOD5 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 ²Nguyên 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 BOD5 không vượt quá 8 mg/l. - BOD5 của nước thải cần đạt sau khi xử lý (LT) được tính theo: LT = Trong đó: + a = 0,99 q =0,05365 (m3/s) + Q =14 (m3/s). Ls = 8 (mg/l) K1 : hằng số tốc độ nhu cầu ôxy của hỗn hợp nước thải và nước nguồn ở 200C thì K1(200C) = 0,1. Với nước sông ở 220C thì K1(220C)= K1(200C)´1,047T-20 Þ K1(220C) = 0,1´1,04722-20 = 0,11 t: thời gian dòng chảy từ vị trí xả đến điểm tính toán tính theo ngày đêm. t = = = 0,01 (ngđ) Từ đó ta có: LT = = 14,22 (mg/l) Trong tính toán thiết kế công trình làm sạch, ta lấy giá trị LT =15mg/l. Mức độ cần thiết làm sạch theo BOD5 được tính theo công thức: D = ´100% = ´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: LT = Ta có: + a = 0,99 Os =7,5 mg/l +Q = 14 m3/s Ls = 8 mg/l +q = 0,05365 m3/s LT = = 183,75 (mg/l) Mức độ cần thiết làm sạch theo lượng ôxy hòa tan được tính: D = ´100% = ´100% = 17,27(%) 4.3. Chọn phương án xử lý và sơ đồ dây chuyền công nghệ. 4.3.1. Chọn phương pháp xử lý. - Các thông số cần thiết: + Theo BOD5 : D = 93,25% + Theo DO : D = 20,22% + Theo C : D = 17,27 % - Công suất trạm : Q =4635 m3/ngđ Để đảm bảo vệ sinh nguồn nước, ta quyết định chọn phương pháp xử lý sinh học hoàn toàn theo điều kiện nhân tạo. Xử lý nước thải với mức độ làm sạch theo BOD5với D = 93,9%. 4.3.2. Chọn dây chuyền xử lý. Cơ sở lựa chọn dây chuyền công nghệ trong trạm xử lý nước thải phụ thuộc vào các yếu tố sau: - 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: Nước thải Bơm nước thải Ngăn tiếp nhận Máy nghiền rác Song chắn rác Chôn lấp Sân phơi cát Bể lắng cát ngang X Bể mêtan Bể lắng đứng đợt I Thiết bị xử lý bùn cơ học Bón ruộng Bể Biôphin cao tải Bể tiếp xúc Máng trộn Bể lắng đứng đợt II Ra sông Hình 4.1 Sơ đồ trạm xử lý nước thải khu đô thị Bắc Cổ Nhuế- Chèm phương án 1 Nước thải Bơm nước thải Ngăn tiếp nhận Máy nghiền rác Song chắn rác Chôn lấp dựng Sân phơi cát Bể lắng cát ngang 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 Ra sông Hình 4.2 Sơ đồ trạm xử lý nước thải khu đô thị Bắc Cổ Nhuế- Chèm phương án 2  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: + q1ống = 25.825 l/s v = 1,05 l/s + d = 250mm i = 0,002 Theo bảng 9.3-Bảng tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước -ĐHXD Với Qhmax= 327.5( m3/h ) + Ta chọn kích thước ngăn tiếp nhận như sau: A=1500 H1 = 1000 l1 =800 B =1000 h =400 l =600 H=1300 h1 = 650 b =500 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 Bảng 4.1 - Kết quả tính toán thủy lực của mương. Thông số tính toán Lưu lượng tính toán (l/s) qtb= 53.65 qmax = 91 qmin = 33.475 Độ dốc i (%o) 1,25 1,25 1,25 Chiều ngang B (mm) 600 600 600 Tốc độ v(m/s) 0,84 0,91 0,52 Độ đầy h(m) 0,61 0,82 0,25 - 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) Þ Chiều cao xây dựng mương: H = 0,82 + 0,3 = 1,12 m 4.4.3. Tính toán song chắn rác. Nước thải sau khi qua ngăn tiếp nhận được dẫn tới song chắn rác theo mương hở. Ta sử dụng song chắn rác cơ giới. + Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng chiều cao lớp nước cửa cống dẫn nước thải h1 = hm = 0,82 m. - Số khe hở ở song chắn rác được tính: 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 = = 9(khe) Chọn một song chắn công tác, và một song dự phòng Hình 4.4 Cấu tạo song chắn rác - Chiều rộng mỗi song chắn được tính theo công thức: Trong đó: s - Chiều dày song chắn s = 0,01 (m) Vậy Bs = 0,01´(9 - 1) + 0,016´9 = 0,176 (m). Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy tại vị trí mở rộng của mương trước song chắn ứng với lưu lượng nước thải nhỏ nhất nhằm tránh sự lắng cặn tại đó. Vận tốc này phải > 0,4 m/s. Với qmin = 33.475 l/s = 0,033475 m3/s. = = 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. = 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: l2 = 0,5´l1 = 0,5 ´ 0,58 = 0,29( m) - Chiều dài đoạn mương mở rộng chọn theo cấu tạo l = 2m.Vậy chiều dài mương chắn rác là: lXD = l1 + l + l2 = 0,58 + 2 + 0,29 =2,87(m) - Tổn thất áp lực qua mỗi song chắn: Trong đó: 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. - hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn. Với: = 1,79 - Hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn theo bảng 3.4² Xử lý nước thải- tính toán thiết kế công trình -Trường đại học xây dựng 1974” với tiết diện tròn d = 0,01m. = 600 - góc nghiêng của song chắn so với mặt phẳng nằm ngang. Þ z=sin600 = 0,83 Tổn thất qua mỗi song chắn rác: = 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: 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). (m3/ngđ). Với dung trọng rác là 750 kg/m3 thì trọng lượng rác trong ngày sẽ là: P = 750 ´ 0,56 = 420 (kg/ngđ) = 0,42 (T/ngđ) Lượng rác trong từng giờ trong ngày đêm: P1 = = = 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 Q = 10. P = 10´0,56 = 5,6 (m3/ngđ) 4.4.4.Tính toán bể lắng cát. Bể lắng cát ngang được xây dựng để tách các hợp phần không tan vô cơ chủ yếu là cát ra khỏi nước thải. Bể lắng cát ngang phải đảm bảo vận tốc chuyển động của nước là 0,15 m/s £ v £ 0,3 m/s và thời gian lưu nước trong bể là 30” £ t £ 60” (Điều 6.3 20 TCN51-84). Việc tính toán bể lắng cát ngang khí được thực hiện theo chỉ dẫn ở mục 6.3-20TCN 51-84. Hình 4.5 Bể lắng cát ngang - Chiều dài phần lắng của bể lắng cát : 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. - Diện tích tiết diện ướt của bể , w (m2) được tính: 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 Vr = 0,3 m/s. n - Số đơn nguyên công tác, n = 1. Vậy + Diện tích mặt thoáng của bể: Trong đó: U - Tốc độ lắng trung bình của hạt cát và được tính theo công thức: Với W là thành phần vận tốc chảy rối theo phương thẳng đứng. W = 0,05. Vmax = 0,015 (m/s). U0 - Vận tốc lắng tĩnh, U0 = 24,2 (mm/s). Vậy Chiều ngang của bể lắng cát là: Xây bể lắng cát gồm 1 ngăn công tác và một ngăn dự phòng, kích thước mỗi ngăn là: L = 9,2 (m) và B = 0,52 (m). Kiểm tra chế độ làm việc của bể tương ứng với lưu lượng nhỏ nhất. qsmin = 33,475 (l/s) = 0,033475m3/s). Vmin = (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 = (m/s) > 0,15 (m/s). Đảm bảo yêu cầu về vận tốc tránh lắng cặn. - Thời gian nước lưu lại trong bể: Đảm bảo yêu cầu về thời gian lưu nước trong bể. - Thể tích phần lắng cặn của bể: (m3). Trong đó: 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: (m). - Cát được đưa ra khỏi bể bằng cách dùng thiết bị cào cát cơ giới về hố tập trung và dùng thiết bị nâng thuỷ lực đưa cát về sân phơi cát một lần một ngày. - 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 về trước bể lắng cát. Mặt cắt I-I .I I 1 2 3 4 1 ống dẫn cát từ bể lắng 2 Mương phân phối 3 ống dẫn để tiêu nước 4 Hai lớp nhựa lót sân Hình 4.6 Mặt bằng sân phơi cát - Diện tích sân phơi cát được tính theo công thức: (m2). Trong đó: p = 0,03 (l/ng - ngđ): lượng cát tính theo đầu người trong một ngày đêm. 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) 4.4.6. Tính toán bể lắng đứng đợt I. Nước thải sau khi qua bể lắng cát ngang được dẫn đến bể lắng đứng đợt I để lắng các tạp chất phân tán nhỏ dưới dạng cặn lắng xuống đáy hoặc nổi trên mặt nước. Hình 4.7 Cấu tạo bể lắng đứng Nước thải theo máng chảy vào ống trung tâm.Sau khi ra khỏi ống trung tâm nước thải va vào tấm chắn và thay đổi hướng đứng sang hướng ngang rồi dâng lên theo thân bể.Nước đã lắng trong tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể và đi ra ngoài. Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức: (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: (m2) Trong đó: v2 : tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng. Ta chọn n = 2 bể như vậy diện tích mặt bằng mỗi bể sẽ là: (m2) Đường kính của mỗi bể lắng sẽ là: (m) ta lấy D= 8,5(m) Đường kính ống trung tâm: (m) Chiều cao lớp nước trong bể lắng được tính theo công thức: (m) Với t =1,5h là thời gian lắng lấy theo quy phạm Chiều cao phần hình nón của bể lắng: B =tg=tg45= 4,7 (m) Trong đó: -góc nghiêng ở đáy thường thiết kế 450 Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H=(m) :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 (mg/l) Trong đó: C’ :hàm lượng chất lơ lửng đi vào bể lắng đứng đợt I,mg/l :hiệu suất lắng tính bằng phần trăm phụ thuộc vào 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: Hình 4.8 Bể đông tụ sinh học 1-Ngăn đông tụ sinh học 2-Thiết bị phân phối không khí 3-Ống xả bùn Bể đông tụ sinh học thực chất là bể lắng đứng đợt I,trong đó có bố trí ngăn làm thoáng sơ bộ –ngăn đông tụ sinh học. Thời gian làm thoáng 20 phút. Thường thường ngăn đông tụ sinh học chỉ bố trí 50% số bể lắng để chất lượng bùn hoạt tính không bị kém đi.Nhưng ở đây để nâng cao hiệu quả xử lý ta bố trí ngăn đông tụ sinh học ở 100% số bể lắng đợt I 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 : W1= Qxt1 = 327,6x1,5=491,4(m3) Trong đó: Q:lưu lượng lớn nhất giờ ,m3/h t :thời gian lắng 1,5h Thể tích ngăn đông tụ sinh học: W2= Qxt2=327,5x20/60= 109,2 (m3) ở đây t2 là thời gian làm thoáng,t2 = 20 phút Diện tích ngăn đông tụ sinh học trong mặt bằng: (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: (m2) Diện tích tổng cộng sẽ là: F=F1+F2= 113,75 + 25,4 = 139,15(m2) 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: Diện tích của một ngăn đông tụ sẽ là f’=52,43/4=13,11(m2) với kích thước mỗi cạnh 3,62m Ngăn đông tụ có mặt bằng hình vuông Chất lượng nước thải sau khi qua bể đông tụ sinh học và bể lắng có những thay đổi như sau: Do hiệu suất giữ các chất lơ lửng là75% nên nước thải đi ra với hàm lượng chất lơ lửng là: (mg/l)<C1=150(mg/l) BOD5 sau bể lắng đứng thuần tuý giảm 25%: 222,1- 25%x222,1=166,58(mg/l) Sau bể đông tụ sinh học giảm 50% : 222,1- 50%x222,1=111,05(mg/l) Lượng không khí cần cung cấp cho bể đông tụ sinh vật được xác định từ tiêu chuẩn 0,5m3/m3 chất lỏng: V=1/2xQ=0,5x327,5 = 163,75 (m3/h) Lượng bùn hoạt tính cần cung cấp cho bể đông tụ sẽ lấy bằng 50%lượng bùn hoạt tính dư (màng vi sinh vật dư):(m3/h) Trong đó: G:tiêu chuẩn màng vi sinh vật dư sau biophin cao tải G=28g/ng.ngđ với độ ẩm P=96%,lấy theo quy phạm. Thể tích bể tái sinh để màng vi sinh vật dư lưu lại trong 24 h: W1=0,374x24=8,98(m3) Chọn bể tái sinh với kích thước: Chiều sâu 2,245m Chiều rộng 2m Chiều dài 2m. 4.4.7 Bể lọc sinh học cao tải (loại thông gió nhân tạo) Nước thải sau khi đã làm thoáng sơ bộ ở bể đông tụ sinh vật và lắng ở bể lắng đứng đợt I được dẫn đến biophin cao tải(trong trường hợp đang xét cần bố trí trạm bơm để đưa nước thải đến biophin cao tải) Hình 4.9 Bể lọc sinh học cao tải Tính toán bể lọc sinh học cao tải dựa vào điều 6.14.17 và điều 6.14.18 TCN51-84 Để tính toán bể biophin cao tải ta chia nhiều trường hợp nhỏ để tính toán rồi chọn phương án sử dụng ,với nhiệt độ trung bình của mùa đông là : 180C. Xác định hệ số k0: ko== = 7,4 Trong đó: La: BOD5 của nước thải đưa vào bể biophin cao tải La=111,05 (mg/l) Lt: BOD5 của nước thải đã được làm sạch đi ra khỏi bể Lt=15 (mg/l) Chọn tải trọng thuỷ lực qo=20 m3/m2.ngđ Tra bảng 36-20TCN51-84 với nhiệt độ trung bình mùa đông 18oC ta có các kết quả tính toán như sau: Với lưu lượng không khí đưa vào bể B=8m3/m2 nước thải *Khi chiều cao bể H1=3,5m Ta có hệ số k1=18,05 Do k0<k1 nên không phải tuần hoàn nước thải. -Diện tích bể Biophin: F=(m2) Trong đó: Q: lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm qo: Tải trọng thuỷ lực F==231,75 (m2) -Thể tích của bể: W=F x H=231,75 x 3,5=811,125 (m3) * Khi chiều cao bể H=4m Ta có hệ số k1=21,8 Do k0<k1 nên không phải tuần hoàn nước thải. Diện tích bể Biophin: F=(m2) Trong đó Q: lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm qo: Tải trọng thuỷ lực F==231,75 (m2) -Thể tích của bể: W=F x H=231,75 x 4=927 (m3) Với lưu lượng không khí đưa vào bể là B=10 m3/m2.ngđ * Khi chiều cao bể H=3,5 m: Ta có hệ số k1=24,37 Do k0<k1 nên không phải tuần hoàn nước thải -Diện tích bể Biophin: F=(m2) Trong đó Q: lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm qo: Tải trọng thuỷ lực F==231,75 (m2) -Thể tích của bể: W = F x H = 231,75 x 3,5 = 811,25 (m3) * Khi chiều cao bể H=4m Ta có hệ số k1=28,8 Do k0<k1 nên không phải tuần hoàn nước thải. Diện tích bể Biophin: F=(m2) Trong đó Q: lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm qo: Tải trọng thuỷ lực F==231,75 (m2) -Thể tích của bể: W = F x H =231,75 x 4 = 927 (m3) Từ các số liệu tính toán ở trên ta quyết định thiết kế bể Biophin với trường hợp: + B = 8 m3/m2.ngđ + H = 3,5 m + F = 231,75 m2 + W = 811,125 m3 Với lý do: -Không phải tuần hoàn nước thải -Lượngkhông khí cấp vào nhỏ -Chiều cao công trình nhỏ -Diện tích công trình nhỏ *Chọn số bể n=2 * Diện tích mặt bằng một bể: f===115,88 (m2) *Đường kính bể: D==12,15 (m) Ta lấy D = 12,15 (m) *Chiều cao xây dựng bể biophin: HXD = Hct + h1 + h2 + h3 + h4 + h5 (m) Trong đó: Hct -là chiều sâu của lớp vật liệu lọc ; Hct = 3,5 m h1 - chiều sâu từ mặt nước trong bể đến lớp vật liệu lọc; h1 = 0,4 (m) h2 - chiều sâu không gian giữa sàn để vật liệu lọc và nền; h2 = 1(m) h3 - độ sâu của máng thu nước chính; h3 = 0,25 (m) h4 - độ sâu của phần máng; h4 = 0,5 (m) h5 - chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến thành bể); h5 = 0,4 (m) Þ HXD = 3,5 + 0,4 + 1 + 0,25 + 0,5 +0,4 = 6,05 (m) Cờu tạo của lớp vật liệu lọc: Cấu tạo là sỏi với cỡ đường kính hạt là là 5 (mm), lớp lót sàn đỡ vật liệu lọc 0,2 (m); dựng sỏi với cỡ đường kính ³ 6¸ 10 (mm). Khi chiều cao của bể biophin H > 2,5 (m) thì phải tiến hành thông gió nhân tạo.Dùng quạt gió đưa không khí với áp suất 100 mm cột nước vào khoảng không gian giữa hai đáy bể ,từ đó không khí theo thân bể đi lên. Theo 6.2.3 giáo trình XLNT ta có lượng không khí cần thiết có thể xác định theo công thức: m3 / (m3 nước thải.ngày) Trong đó: wkk: lượng không khí cần thiết,m3/(m3 .ngày) S0 : hàm lượng BOD5 của nước thải,g/m3.ngày. 21: tỷ lệ oxy trong không khí,% Từ đó ta có: Wkk= m3/(m3 nước thải.ngày) Tính toán hệ thống tưới phản lực: Điều kiện quan trọng để biophin làm việc bình thường là nước thải phải được phân phối đều trên bề mặt lớp vật liệu lọc.Đối với biophin có dạng hình tròn trên mặt bằng, nước thải thường được phân phối bằng hệ thống tưới phản lực (còn đối với biophin có dạng hình chữ nhật –bằng hệ thống vòi phun). Bể biophin thiết kế dạng hình tròn,phân phối nước thải bằng hệ thống tưới phản lực với các cánh tưới đặt cách lớp vật liệu lọc 0,2 m. Nội dung tính toán hệ thống tưới phản lực bao gồm các phần sau đây: Xác định đường kính hệ thống tưới Số lỗ trên các ống phân phối ly tâm Khoảng cách giữa các lỗ Số vòng quay của hệ thống tưới trong một phút áp lực cần thiết ở hệ thống tưới Lưu lượng tính toán nước thải trên một bể biophin cao tải: (l/s) Đường kính của hệ thống tưới : Dt = Db – 0,2 = 12,15 – 0,2 = 11,95 (m) 0,2 m là khoảng cách giữa đầu ống tưới tới thành bể Chọn 4 ống phân phối trong hệ thống tưới, đường kính của mỗi ống tưới xác định theo công thức: (m) lấy D = 150 (mm) Trong đó: v : vận tốc chuyển động của nước trong ống; v £ 1 (m/s), chọn v = 0,8 (m/s). Số lỗ trên mỗi cánh ống phân phối xác định theo công thức : (lỗ) Khoảng cách từ mỗi lỗ hở bất kì đến trục ống đứng là: Trong đó: i – Số thứ tự của lỗ kể từ trục cánh tưới Số vòng quay của hệ thống được xác đinh như sau : (vòng) Trong đó: d1:Đường kính lỗ trên ống tưới d = 12 mm (theo chỉ dẫn ở điều 6.14-20TCN 51-84) q0:: Lưu lượng của mỗi ống tuới, q0= 46,95 /4 = 11,74(l/s) (vòng/phút) Áp lực cần thiết để đảm bảo cho tốc độ đạt yêu cầu khi nước thải chảy qua lỗ hở của thành ống và khắc phục những tổn thất thuỷ lực,tính theo công thức: Trong đó: k – mô đun lưu lượng: k = 134 (tra bảng 6.6 giáo trình xử lý nước thải PGS.TS Hoàng Văn Huệ) (mm) = 0,27254( m) h = 0,27254 m > 0,2m Þ thoả mãn áp lực yêu cầu để hệ thống tưới phản lực hoạt động đuợc. 4.4.8 Tính toán bể lắng đứng đợt II Nước thải đi ra từ bể biophin sẽ được dẫn đến bể lắng đứng đợt II.Tại đây bể lắng đợt II sẽ giữ lại trong bể màng vi sinh vật dưới dạng lắng xuống đáy. Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức: (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 phần lắng : (m2) Trong đó: v2 : tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng. Ta chọn n = 4 bể như vậy diện tích mặt bằng mỗi bể sẽ là: (m2) Đường kính của mỗi bể lắng sẽ là: (m) ta lấy D = 8 (m) Đường kính ống trung tâm: (m) Chiều cao lớp nước trong bể lắng được tính theo công thức: (m) Với t=1,5h là thời gian lắng sau biophin cao tải lấy theo quy phạm. Chiều cao phần hình nón của bể lắng: B =tg=tg45= 4,5 (m) Trong đó: -góc nghiêng ở đáy thường thiết kế 450 Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng sẽ là: H=(m) :khoảng cách từ mực nước đến thành bể = 0,3-0,5 m Lượng cặn tích luỹ qua hai ngày được tính theo công thức: (m3) Trong đó: G: tiêu chuẩn màng vi sinh vật dư sau biophin cao tải 28 g/ng.ngđ với độ ẩm 96% Thể tích phần bùn của một bể: 35,86/4 = 8,97 (m3) 4.4.10 Tính toán trạm khử trùng nước thải Trạm khử trùng có tác dụng khử trùng triệt để các vi khuẩn gây bệnh mà chúng ta chưa thể xử lý được trong các công trình xử lý cơ học,sinh học trước khi xả ra sông.Để khử trùng nước thải,ta dùng phương pháp clorua hóa bằng clo hơi. Việc tính toán trạm khử trùng nước thải theo điều 6.20-20 TCN 51-84 Quá trình phản ứng giữa Clo và nước thải xảy ra như sau: Cl2 + H2O = HCl + HOCl Axit hypoclord một phần bị ion hoá. HOCl và đặc biệt là ion hypoclorit OCl- với nồng độ xác định sẽ tạo nên các điều kiện oxy hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi khuẩn. HOCl là axit không bền,dễ bị phân huỷ tạo thành axit clohydric và oxy nguyên tử: HOCl = HCl + O Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính theo công thức: Trong đó: Q: lưu lượng đặc trưng của nước thải m3/h (tính trong trường hợp mùa mưa) a: liều lượng Clo hoạt tính a = 3(g/m3). Theo điều 6.20.3-20TCN51-84 Từ đó ứng với từng lưu lượng đặc trưng ta có lượng clo hoạt tính cần thiết như sau: (kg/h) (kg/h) (kg/h) Để định lượng Clo, xáo trộn clo hơi với nước công tác,điều chế và vận chuyển đến nơi sử dụng ta dùng cloratơ chân không kiểu 10HUN-100. Theo bảng 3.10”Xử lý nước thải –Tính toán và thiết kế các công trình ĐHXD 1974” ta chọn một Cloratơ 10HUN-100 loại PC-3 làm việc và một Cloratơ dự phòng có các đặc tính kỹ thuật như sau: Công suất theo Clo hơi : 0,4 ¸2,05 kg/h Loại lưu lượng kế : PC -3 Áp lực nước trước ejector : 2,5¸3 kg/cm3 Trọng lượng :37,5 kg Lưu lượng nước : 2 m3/h Để phục vụ cho hai Cloratơ chọn 3 ban lông trung gian bằng thép để tiếp nhận Clo nước để chuyển thành Clo hơi và dẫn đến Cloratơ.Trong trạm khử trùng ta dùng các thùng chứa Clo có dung tích 512 l và chứa 500 kg Clo. Đường kính thùng chứa là D = 0,64m. Chiều dài thùng L = 1,8m. Lượng Clo lấy ra từ 1 m2 bề mặt bên thùng chứa là 3 kg/h. Bề mặt bên thùng chứa Clo là 3,6 m2. Như vậy lượng Clo lấy ra từ một thùng chứa là: qc = 3,6. 3 = 10,8 (kg/h) Số thùng chứa Clo cần thiết là: (Thùng) Chọn một thùng chứa công tác và một dự phòng Số thùng chứa Clo cần thiết dự trữ cho nhu cầu Clo trong một tháng sẽ là: (Thùng) Lưu lượng nước Clo lớn nhất được tính theo công thức: (m3/h) Trong đó: b: Nồng độ Clo hoạt tính trong nước,lấy bằng độ hoà tan của Clo trong nước của ejector,phụ thuộc vào nhiệt độ, b = 0,15 %. Lượng nước tổng cộng cần cho nhu cầu của trạm Clorator được tính theo công thức: (m3/h) Trong đó: V1: độ hoà tan Clo trong nước(phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải),với nhiệt độ nước thải t = 230C ta có V1= 0,864(l/g),theo bảng 3.11-Xử lý nước thải –Tính toán và thiết kế các công trình ĐHXD 1974). V2: lưu lượng nước cần thiết để bốc hơi Clo,sơ bộ lấy V2 = 300(l/kg) (m3/h) Nước Clo được dẫn ra máng trộn bằng ống cao su mềm nhiều lớp,đường kính ống 70 mm với tốc độ 1,5m/s. 4.4.11 Tính toán máng trộn-máng trộn vách ngăn có lỗ Để xáo trộn nước thải với Clo ta dùng máng trộn với thời gian xáo trộn được thực hiện trong vòng 1-2 phút. Máng trộn vách ngăn có lỗ thường gồm 2,3 vách ngăn với các lỗ có đường kính từ 20 đến 100mm.Chọn máng trộn hai vách ngăn với đường kính lỗ là 80mm Số lỗ trong một vách ngăn được tính : Trong đó: qmax - lưu lượng nước thải lớn nhất qmax= 0,091(m3/s) d - Đường kính lỗ ,d=0,08(m) V - Tốc độ của nước chuyển động qua lỗ,V=1(m/s) (lỗ) Chọn 4 hàng lỗ theo chiều đứng và 5 hàng lỗ theo chiều ngang. Khoảng cách các lỗ theo chiều đứng và theo chiều ngang lấy bằng 2d = 2 0,08 = 0,16 m. Chiều ngang máng trộn sẽ là: B = 2d5 = 0,165 = 0,8 m. Hình 4.11 Sơ đồ máng trộn vách ngăn đục lỗ Khoảng cách giữa tâm các lỗ theo chiều đứng của vách ngăn thứ nhất (tính từ cuối máng trộn) cũng lấy bằng 2d khi đó chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ nhất sẽ bằng: H1 = 2d4 = 0,164 = 0,64 m. Chiều cao lớp nước trước vách ngăn thứ hai là: H2 = H1 + h Trong đó : h: Tổn thất áp lực qua lỗ ở vách ngăn thứ nhất. (m) H2 = 0,64 + 0,13 = 0,77 (m) Trong đó m: hệ số lưu lượng, m = 0,62. Khoảng cách giữa các tâm các lỗ theo chiều đứng của vách ngăn thứ hai là: 0,77 : 4 = 0,1925 (m). Khoảng cách giữa các vách ngăn được tính: l = 1,5 x B = 1,5 x 0,8 = 1,2 (m) Chiều dài tổng cộng của máng trộn với hai vách ngăn là: L = 3 x l = 3 x 1,2 = 3,6 (m) Thời gian lưu nước trong máng trộn : (s) 4.4.12 Tính toán bể tiếp xúc ly tâm Hình 4.12 Bể tiếp xúc ly tâm Bể tiếp xúc ly tâm được thiết kế giống như bể lắng đợt một không có thiết bị vét bùn.Nước thải sau khi được xử lý ở bể tiếp xúc được dẫn ra sông(đến giếng bờ sông)theo mương dài 250 m với tốc độ dòng chảy 0,8m/s. Thời gian tiếp xúc của Clo với nước thảỉ trong bể tiếp xúc và trong máng dẫn ra sông là 30 phút. Thời gian tiếp xúc riêng trong bể tiếp xúc là: (phút) Trong đó: l - chiều dài máng dẫn từ bể tiếp xúc tới giếng xả, l = 250 (m). V - vận tốc dòng chảy trong máng dẫn, V = 0,8 (m/s). Thể tích hữu ích của bể tiếp xúc là: (m3) Chọn n=2bể. Diện tích của bể tiếp xúc trên mặt bằng: (m2) Trong đó: H1: chiều cao công tác của bể H = 3m. Đường kính của bể tiếp xúc: (m) Độ ẩm của cặn ở bể tiếp xúc 96%,cặn từ bể tiếp xúc dẫn đến khu xử lý bùn cơ học 4.4.13 Thiết bị đo lưu lượng 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. Hình 4.13 Máng Pac - san Kích thước máng được định hình theo tiêu chuẩn và được chọn tuỳ thuộc vào lưu lượng nước. Các giá trị lưu lượng tính toán của trạm là: qmax= 91 l/s. qtb = 53,65 l/s. qmin = 33,475 l/s. Theo bảng 16.6 trang 527 giáo trình ²Xử lý nước thải ĐHXD -2002” ta chọn máng Pac -san có các kích thước sau: + Khả năng vận chuyển lớn nhất : 110 l/s + Khả năng vận chuyển nhỏ nhất : 5 l/s b = 25cm l1 =132,5 cm l2 = 60 cm l3 =90 cm A = 78 cm B = `55 cm C = 22,5 cm 4.5Tính toán dây chuyền công nghệ và thuỷ lực phương án II 4.5.1. Tính toán song chắn rác. (giống như phương án I) 4.5.2. Tính toán ngăn tiếp nhận. (giống như phương án I) 4.5.3. Tính toán mương dẫn nước thải. (giống như phương án I) 4.5.4. Tính toán bể lắng cát. (giống như phương án I) 4.5.5. Tính toán sân phơi cát. (giống như phương án I) 4.5.6.Tính toán bể lắng hai vỏ. Nước thải sau khi qua song chắn rác và bể lắng cát ngang được dẫn đến bể lắng hai vỏ. Bể lắng hai vỏ hoàn thành hai nhiệm vụ sau đây: -Làm trong nước bằng cách lắng cặn, giữ lại các tạp chất thô không tan trong nước thải. -Chế biến cặn bằng cách lên men yếm khí. Chính vì vậy,nội dung tính toán bể lắng hai vỏ cũng gồm hai phần: tính toán máng lắng và tính toán ngăn bùn. Việc tính toán bể lắng hai vỏ đợt I được tiến hành theo chỉ dẫn điều 6.5.1 và 6.5.4 và6.5.9-20TCN-51-84 Chọn bể lắng hai vỏ có dạng hình tròn để tính toán. Hình 4.15 Sơ đồ bể lắng hai vỏ 1-ống xả cặn 2-Máng lắng 3-Khe hở của máng lắng a. Tính toán máng lắng. (máng lắng được tính toán tương tự bể lắng ngang). - Thể tích hữu ích của toàn bộ máng lắng được tính theo công thức: Wm = qmax.t(m3) + qmax: Lưu lượng lớn nhất của nước thải (m3/s). qmax= 0,091 (m3/s) + t : Thời gian lắng (s). Theo mục 6.5.3- 20TCN-51-84: Thời gian lắng của máng lắng là t= 1,5 (h) = 5400(s). Vậy: Wm= 0,091 ´ 5400 = 491,4(m3) - Diện tích tiết diện ướt của một máng lắng: w = w1 + w2 = bh1 + 0,3 b2 (m2). Nếu góc nghiêng ở đáy máng lắng được thiết kế với một góc a =50o ,trong đó: + b: Chiều ngang máng lắng (m). Chọn b = 3 (m). + h1: Chiều cao lớp nước phần hình chữ nhật (m), lấy không quá 1 m, h1= 1,0 m. w = 3 ´ 1,0 + 0,3 ´ 32 = 5,7 (m2). - Chiều cao lớp nước phần hình tam giác: h2 = (m). - Chiều dài máng lắng được tính theo công thức: L = = 10,8 (m). + n : Số bể lắng 2 vỏ n = 4. + n1: Số máng lắng trong 1 bể. n1 = 2. Chọn bể lắng hai vỏ có dạng hình tròn trên mặt bằng nên chiều dài của máng lắng bằng đường kính của bể: L = D = 10,8 (m) - Tốc độ lắng của hạt cặn qua máng lắng được tính theo công thức: (mm/s). Trong đó: + H: độ sâu trung bình ở máng lắng: H=h1 + 0,5 x h2 = 1,0 + 0,5 x 1,2 = 1,6(m) + t : thời gian lắng 1,5h Hiệu suất lắng ứng với tốc độ lắng của hạt cặn u và nồng độ chất lơ lửng ban đầu C1=337,6(mg/l) - Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi máng lắng là: E: Hiệu quả lắng. Theo mục 6.6.2- 20 TCN.51-84 Do C1=159,6® Không đạt yêu cầu khi đưa nước thải vào bể lọc sinh học hoặc aeroten xử lý sinh học hoàn toàn vì hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải lớn hơn 150 mg/l. Vì vậy ta phải kết hợp dùng bể làm thoáng sơ bộ nước thải trước khi đưa vào bể lắng hai vỏ. * Tính toán bể làm thoáng sơ bộ: Thể tích bể làm thoáng sơ bộ được tính theo công thức: trong đó: t- thời gian thổi khí (10 - 20 phút) ta lấy t = 15 phút. Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được xác định theo lưu lượng riêng của không khí: V= D. Qmax= 0,5. 327,5 = 163,75 (m3/h) Với D- là lưu lượng riêng của không khí trên 1 m3 nước thải = 0,5 m3 /m3. Diện tích của bể làm thoáng sơ bộ trên mặt bằng: trong đó: I- cường độ thổi khí lên 1m2 mặt nước trong 1 h (4 -7 m3/m2h) Chiều cao công tác của bể làm thoáng sơ bộ: B´L= 5 ´ 7m Sơ đồ bể làm thoáng sơ bộ được thể hiện ở hình vẽ sau. Hình 4.16 Sơ đồ bể làm thoáng sơ bộ Hàm lượng chất lơ lửng sau khi làm thoáng sơ bộ và lắng với hiệu suất 58% được tính theo công thức sau: Kết quả này thoả mãn yêu cầu : Chh< 150 mg/l. Hàm lượng BOD20 giảm với hệ số 0,92. Như vậy, BOD5 của nước thải sau khi làm thoáng sơ bộ và lắng là: L = 222,1.0,92. 0.92 = 208,41 (mg/l) (đã giảm 8% sau song chắn rác và bể lắng cát) b. Tính toán ngăn bùn: Thể tích ngăn bùn phụ thuộc vào thời gian lên men phần cặn hữu cơ,và phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của nước thải về mùa đông hoặc nhiệt độ trung bình năm của không khí. Nhiệt độ trung bình của nước thải vào mùa đông là 180C Thể tích tổng cộng của ngăn bùn được tính theo công thức: (m3) Trong đó: Wb: thể tích ngăn bùn tính cho đầu người(l),tuỳ thuộc vào nhiệt độ trung bình của nước thải vào mùa đông, lấy theo bảng 31 TCN 51-84.Từ 180C ta có Wb= 30 l/ng N : dân số của đô thị. K :hệ số tăng thể tích ngăn bùn đến 30% (K=1,3) khi bùn từ bể lắng đợt hai sau biophin được dẫn đến bể lắng hai vỏ (theo quy phạm) Thể tích ngăn bùn của một bể sẽ là: W1 = W/6= 998,95/6 = 166,5(m3) Chiều cao phần hình nón (với đáy nghiêng 300) được tính theo công thức: HN= 0,29D-0,2tg300= 0,29 x 5,4 – 0,2 x 0,6 = 1,45 (m) Thể tích phần hình nón được tính theo công thức: (m3) Thể tích phần hình trụ là: WT = W1-WN = 166,5– 23,9 = 142,6 (m3) Chiều cao phần hình trụ được tính theo công thức: Chiều cao xây dựng của bể lắng hai vỏ: HXD= h1 + h2 + h3 + h4 + HN + HT Trong đó: - h1,h2: đã tính toán ở trên h1=1,0m và h2 = 1,2m - h3 : chiều cao lớp trung hoà,tính từ mức bùn cao nhất đến khe hở của máng lắng,h3= 0,4 – 0,5 (m),ta lấy h3 = 0,45 m - h4 : khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h4= 0,4 -0,5 m,ta lấy h4 = 0,45 m Do đó: HXD = 1,0 + 1,2 + 0,45 + 0,45 + 1,45 + 6,23 = 10,8 (m) - BOD5 sau khi qua song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng hai vỏ giảm 25%. Vậy hàm lượng BOD5 sau khi ra khỏi bể lắng hai vỏ là: BOD5 = 222,1 - (mg/l) < 200(mg/l) Thoả mãn điều kiện đưa nước vào biophin cao tải 4.5.7 Tính toán bể biophin cao tải (loại thông gió nhân tạo) (như phương án I) 4.5.8 Tính toán bể lắng đứng đợt II (như phương án I) Ở đây ta xem xét tới việc dùng bể lắng đợt II cũng là bể lắng hai vỏ thì thấy số lượng bể quá lớn chính vì vậy hiệu quả kinh tế không cao nên ta dùng bể lắng đợt II là bể lắng đứng. 4.5.9 Tính toán trạm khử trùng (như phương án I) 4.5.10 Tính toán máng trộn (như phương án I) 4.5.11 Tính toán bể tiếp xúc ly tâm (như phương án I) 4.5.12 Tính toán thiết bị đo lưu lượng (như phương án I) CHƯƠNG 5 KHÁI TOÁN KINH TẾ - LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5.1.Khái toán kinh tế trạm xử lý – phương án I 5.1.1 Giá thành xây dựng công trình Cơ sở tính toán kinh tế dựa vào các tài liệu hiện hành sau định mức dự toán cấp thoát nước(ban hành theo quyết định số 411/BXD ngày 29/6/1996 của Bộ Xây Dựng: Bảng 5.1 Giá thành xây dựng công trình đơn vị trạm xử lý phương án I TT Công trình K.lượng Đơn giá Thành tiền Thiết bị Giá thành m3 1000đ/m3 1000đ 1000đ 1000đ 1 Ngăn tiếp nhận 9,2 1500 13800 13800 2 Song chắn rác 4,2 1500 6300 552 6852 3 Bể lắng cát ngang 14 1500 21000 6933 27933 4 Bể lắng đứng đợt I 2444,3 1500 3666450 453000 4119450 5 Bể Biophin 7175 2000 14350000 1435000 15785000 6 Bể lắng đứng đợt II 2902,9 1500 4354350 455000 4809350 7 Máng trộn 5,9 1500 8850 8850 8 Bể tiếp xúc ly tâm 279,54 1500 419310 170817 590127 9 Sân phơi cát 160 70 11200 11200 10 Trạm bơm 925,5 1500 1388250 277650 1665900 11 Trạm khử trùng 82 1500 123000 24600 147600 12 Trạm khí nén 60 1500 90000 18000 108000 13 Máng đo lưu lượng 1,5 1000 1500 1500 14 Trạm biến thế 1 145000 145000 145000 Tổng 30578162 5.1.2 Chi phí quản lý trạm xử lý Chi phí quản lý trạm xử lý bao gồm: - Lương công nhân trạm xử lý - Chi phí điện cho trạm bơm nước thải - Chi phí khấu hao tài sản - Chi phí hoá chất - Chi phí sửa chửa - Các chi phí khác Chi phí trả lương cho công nhân: Công nhân vận hành trạm bơm nước thải: 6 người Công nhân trong trạm xử lý: 30 người, tổng cộng 36 người. Lương bình quân 700.000đ/ người.tháng. GLương = 36 ´ 700.000 ´ 12 = 302.400.000 (đồng/năm) = 302,4 triệu/năm Chi phí điện năng cho trạm Chi phí điện năng cho trạm bơm nước thải: (đồng/năm) Trong đó: Qb - lưu lượng của bơm (m3/h) Qb = 427,08 (m3/h) Hb - áp lực của bơm ; Hb= 13,7 m T - Thời gian hoạt động của bơm trong ngày t = 24 giờ. hb - hiệu suất bơm nb = 0,8 hđc - hiệu suất động cơ : hđc = 0,65 A - giá điện; A = 1500 đ/kWh. (triệu/năm ) Các chi phí khác như điện thắp sáng và bơm nén khí:lấy bằng 50%.Vậy tổng tiền điện là: Gdien= 1,5 1450 = 2175 (triệu/năm) Chi phí khấu hao tài sản: Khấu hao thiết bị, chi phí này lấy bằng 10% vốn thiết bị: GKHThB = 0,13061352000 = 306,14 (triệu/năm) Khấu hao công trình,chi phí này lấy bằng 5%vốn xây dựng: GKHct = 0,05 27516810000 = 1375,84 (triệu/năm) Tổng chi phí khấu hao: GKH = GKHThB + GKHct = 306,14 + 1375,84 = 1681,98 (triệu/năm) Chi phí hoá chất: Lượng clo cần để khử trùng trong một năm: VTB= 1,31 24 365= 11475,6 (kg/năm) Giá tiền 1 kg Clo là 4500đ,do đó tổng số tiền chi phí cho hoá chất là: GClo = 11475,6 4500 = 51,64(triệu/năm) Chi phí sửa chữa: Chi phí sửa chữa lấy bằng 5% tổng vốn xây dựng công trình: GSC = 0,05 27516810000 = 1375,84(triệu/năm) Chi phí khác: Chi phí khác lấy bằng 3% tổng vốn xây dựng công trình: GK = 0,0327516810000 = 825,5 (triệu/năm) Tổng chi phí quản lý: GQL= GLuong+Gdien+ GKH+ GClo + GSC + GK = 302,4+2175+1681,98+51,64+1375,84+825,5=6412,36(triệu/năm) Gía thành quản lý 1m3 nước thải: (đồng/m3) Giỏ thành đầu tư cho 1 m3 nước thải: (đồng/m3) Giá thành xử lý 1 m3 nước thải: T = gql+ Vdt = 1614 + 7173 = 8787(đ/m3) 5.2.Khái toán kinh tế trạm xử lý – phương án II 5.2.1 Giá thành xây dựng công trình: Bảng 5.2 Giá thành xây dựng công trình đơn vị trạm xử lý phương án II TT Công trình K.lượng Đơn giá Thành tiền Thiết bị Giá thành m3 1000đ/m3 1000đ 1000đ 1000đ 1 Ngăn tiếp nhận 9,2 1500 13800 13800 2 Song chắn rác 4,2 1500 6300 552 6852 3 Bể lắng cát ngang 14 1500 21000 6933 27933 4 Bể lắng hai vỏ đợt I 2721 1500 4081500 408150 4489650 5 Bể Biophin 7175 2000 14350000 1435000 15785000 6 Bể lắng đứng đợt II 2902,9 1500 4354350 455000 4809350 7 Máng trộn 5,9 1500 8850 8850 8 Bể tiếp xúc ly tâm 279,54 1500 419310 170817 590127 9 Bể làm thoáng sơ bộ 169,08 1500 253620 253620 10 Sân phơi cát 160 70 11200 11200 11 Trạm bơm 925,5 1500 1388250 277650 1665900 12 Trạm khử trùng 82 1500 123000 24600 147600 13 Trạm khí nén 60 1500 90000 18000 108000 14 Máng đo lưu lượng 1,5 1000 1500 1500 15 Trạm biến thế 1 145000 145000 145000 Tổng 28732182 5.2.2 Chi phí quản lý trạm xử lý Chi phí quản lý trạm xử lý bao gồm: - Lương công nhân trạm xử lý - Chi phí điện cho trạm bơm nước thải - Chi phí khấu hao tài sản - Chi phí hoá chất - Chi phí sửa chửa - Các chi phí khác Chi phí trả lương cho công nhân: Hoàn toàn gíông phương án I GLương = 36 ´ 700.000 ´ 12 = 302.400.000 (đồng/năm) = 302,4 triệu/năm Chi phí điện năng cho trạm: Hoàn toàn giióng phương án I (triệu/năm ) Các chi phí khác như điện thắp sáng và trạm bơm khí nén:lấy bằng 50%.Vậy tổng tiền điện là: Gdien= 1,5 1450 = 2175 (triệu/năm) Chi phí khấu hao tài sản: Khấu hao thiết bị, chi phí này lấy bằng 10% vốn thiết bị: GKHThB = 0,12796702000 = 279,67 (triệu/năm) Khấu hao công trình,chi phí này lấy bằng 5%vốn xây dựng: GKHct = 0,05 25935480000 = 1296,77 (triệu/năm) Tổng chi phí khấu hao : GKH = GKHThB + GKHct =279,67 + 1296,77 = 1576,44 (triệu/năm) Chi phí hoá chất: Hoàn toàn giống phương án I: GClo = 11475,6 4500 = 51,64(triệu/năm) Chi phí sửa chữa: Chi phí sửa chữa lấy bằng 5% tổng vốn xây dựng công trình: GSC = 0,05 25935480000 =1296,77 (triệu/năm) Chi phí khác: Chi phí khác lấy bằng 3% tổng vốn xây dựng công trình: GK = 0,0325935480000 = 778 (triệu/năm) Tổng chi phí quản lý: GQL= GLuong+Gdien+ GKH+ GClo + GSC + GK = 302,4+2175+1576,44+51,64+1296,77+778=6180,25(triệu/năm) Gía thành quản lý 1m3 nước thải: (đồng/m3) Giá thành đầu tư cho 1 m3 nước thải: (đồng/m3) Giá thành xử lý 1 m3 nước thải: T = gql+ Vdt = 1752 + 7680 = 9432(đ/m3) 5.3 So sánh lựa chọn phương án Các chỉ tiêu lựa chọn phương án được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 5.3 Tổng hợp các chỉ tiêu so sánh lựa chọn phương án STT Chỉ tiêu Phương án I Phương án II (đồng) (đồng) 1 GXD 30578162000 28732182000 2 g 1814 1752 3 V 7773 7680 Rõ ràng ta thấy rằng ở phương án 1 việc sử dụng bể mêtan là không phù hợp với công suất của trạm xử lý ,cũng như giá thành ở phưng án 1 cũng cao hơn chính vì thế ở đây kiến nghị dùng phương án 2 Như vậy so sánh về cả giá thành xây dựng và quản lý vận hành trạm xử lý ta chọn phương án 2 làm phương án thiết kế.