tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

Chương 5
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH
HOẠTCHO KHU DÂN CƯ TÂN QUY ĐÔNG
5.1. Các thông số tính toán
5.1.1. Xác đònh lưu lượng tính toán của các loại nước thải
Lưu lượng nước thải sinh hoạt từ khu dân cư Tân Quy Đông được tính
trên cơ sở lượng nước cấp dự kiến 200 lít/người/ngày
Với số lượng dân cư dự kiến khoảng 5095 người, lưu lượng nước thải từ
khu dân cư Tân Quy Đông được ước tính như sau:
- Nước thải sinh hoạt: 200 lít/người/ngàêm x 5095 người = 1019
m
3
/ngàêm(1)
- Từ các nguồn khác như thấm qua hệ thống cống, nhà trẻ, trường học,
trạm y tế, … = 20% (1) = 203.8 m
3
/ngàêm. Tổng khoảng 1200 m
3
/ngàêm.
- Lưu lượng nước thải trung bình theo ngày :
Ngày
TB
Q
= 1200
m
3
/ngàêm
- Lưu lượng nước thải trung bình theogiờ:
h

TB
Q
, m
3
/h
h
TB
Q
=
24
Ngày
TB
Q
Suy ra:
h
TB
Q
=
24
1200
= 50 m
3
/h
- Lưu lượng trung bình giây:
s
TB
Q
, m
3
/s.

s
TB
Q
=
3600
h
TB
Q
Suy ra:
s
TB
Q
=
3600
50
= 0.014 (m
3
/s) = 14 (l/s)
- Lưu lượng nước thải lớn nhất ngày đêm:
Ngày
Q
max
, m
3
/ngày đêm
Ngày
Q
max
=
ngày

Ngày
TB
KQ
×
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 67 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

Trong đó: Hệ số không điều hòa chung
hngàyC
KKK
×=
(K
c
= 2. Bảng hệ số không điều hòa chung của nước thải sinh
hoạt)
K
ngày
= 1.15 – 1.3: Hệ số không điều hoà ngày. Chọn K
ngày
= 1.2
Q
tb.s
(l/s) 5 10 20 50 100 300 500 1000 1500
K
c max
2.5 2.1 1.9 1.7 1.6 1.55 1.5 1.47 1.44
K
c min
0.38 0.45 0.5 0.55 0.59 0.62 0.66 0.69 0.71
Bảng 5.1 . Hệ số không điều hòa chung của nước thải sinh hoạt

=> K
h
=
ngày
c
K
K
=
2.1
2
= 1.66
Suy ra:
Ngày
Q
max
=
2.11200
×
= 1440 m
3
/ngàêm
- Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ :
h
Q
max
, m
3
/h.
h
Q

max
=
h
h
TB
KQ
×
Suy ra:
h
Q
max
=50
×
1.66 = 83 m
3
/h
- Lưu lượng max giây:
s
Q
max
, m
3
/s.
s
Q
max
=
c
S
TB

KQ
×
Suy ra:
s
Q
max
= 0.014
×
2 = 0.028 m
3
/s
5.1.2. Các thông số đầu vào và đầu ra của hệ thống
STT Các thông số Đơn vò Giá trò
1 Lưu lượng m
3
/ngàêm 1200
2 pH 5 - 10
3 SS mg/l 220 - 400
4 BOD mg/l 250
5 COD mg/l 500
6 T- N mg/l 40
7 T- P mg/l 8
8 Tổng Coliform No/100ml 10
7
- 10
8
Bảng 5.2: Các thông số đầu vào của nước thải
Nước thải sinh hoạt khu dân cư Tân Quy Đông sau khi xử lý cần đạt
tiêu chuẩn – TCVN 6772-2000 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận:
STT Các thông số Đơn vò Giá trò

1 Lưu lượng m
3
/ngàêm 1200
2 pH 5.5 - 9
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 68 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

3 SS mg/l 50
4 BOD mg/l 30
5 COD mg/l 80
6 T- N mg/l 30
7 T- P mg/l 6
8 Tổng Coliform No/100ml 1000
Bảng 5.3: Các thông số đầu ra của nước thải
5.2. Tính toán thiết kế
5.2.1. Phương án thiết kế
- Song chắn rác
- Mương lắng cát
- Bể điều hòa
- Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước
- Bể lắng II
- Bể khử trùng
5.2.2. Sơ đồ công nghệ
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 69 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 70 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
NƯỚC THẢI VÀO
Song chắn rác
Hố thu gom

Mương lắng
cát
Bùn dư
NƯỚC THẢI ĐẦU RA
Q : 1200m
3
/ngày
BOD : 250mg/l
COD : 500 mg/l
SS : 220 – 400 mg/l
pH : 5 – 10
T-N : 40 mg/l
T-P : 8 mg/l
Q:1200m
3
/ngàêm
BOD < 50mg/l
COD < 100 mg/l
SS < 50 mg/l
pH : 5.5 – 9
T-N < 30 mg/l
T-P < 6 mg/l
Bể điều hòa
Bể lọc sinh học vật
liệu ngập nước
Sục khí
Bể lắng IIBể khử trùng
Sân phơi bùn
Cát
Clorine

H
2
SO
4
NaOH
Đường khí
Đường nước
Đường bùn
Hóa chất
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

5.2.3. Thuyết minh
- Song chắn rác
Nước thải từ hệ thống thoát nước của khu dân cư chảy trọng lực vào hệ
thống qua song chắn rác tại đây những vật lạ đi vào hệ thống được chặn lại,
thiết bò cào rác tự động cào và gait rác liên tục vào thùng chứa
- Mương lắng cát
Sau khi qua song chắn rác những vật có kích thước lớn được giữ lại,
trong nước thải chỉ còn cặn lơ lửng và một lượng cát chảy vào mương lắng cát.
Tại đây với chiều dài của mương và những bẫy bắt giữ, cát và những cặn có
đường kính lớn được giữ lại. Lượng cát lắng được thu bằng hệ thống gạt cát cơ
khí và được hút đến sân phơi cát. Nước thải từ mương lắng cát được chảy
trọng lực vào hố thu gom.
- Hố thu gom nước thải
Hố thu gom là nơi tập trung nước thải và có tác dụng đảm bảo lượng
nước tối thiểu cho bơm hoạt động liên tục.
- Bể điều hòa
Nước thải sau khi tập trung ở hố thu được bơm vào bể điều hòa, bể
điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và chất lượng dòng vào. Hệ thống
sục khí hoạt động liên tục để điều hòa chất lượng nước thải. Bơm chìm được

sử dụng vận chuyển nước thải đến bể lọc sinh học. Ngoài ra bể này còn có vai
trò chứa nước thải khi hệ thống dừng lại để bảo trì hoặc sửa chữa. Trước khi
vào bể này, pH của nước thải được điều chỉnh bằng NaOH và HCl. NaOH và
HCl được cấp vào bởi bơm đònh lượng và hoạt động dựa trên tín hiệu nhận
được từ đầu điều khiển pH đặt trong bể. pH của nước thải được điều chỉnh đến
khoảng pH phù hợp để vào bể lọc sinh học. Thông thường khoảng pH làm
việc tốt nhất được điều chỉnh đến khoảng từ pH = 6.5 đến pH = 7.6
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 71 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

- Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước
Nước thải được đưa vào bể lọc sinh học bằng bơm chìm tại bể điều hòa
và được phân bố đều khắp bể, tạo khả năng cho vi sinh vật bám dính tiếp
nhận thức ăn cách tốt nhất. Song song đó là quá trình cung cấp lượng oxy cần
thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật bám dính. Bể lọc
sinh học có nhiệm vụ xử lý hợp chất hữu cơ hòa tan bằng vi sinh vật hiếu khí
và hàm lượng cặn lơ lửng. Nước thải sau khi qua bể lọc sinh học được chảy
tràn qua bể lắng đợt II.
- Bể lắng II
Bể lắng đợt II có nhiệm vụ lắng những cặn lơ lửng và xác vi sinh vật bám
dính. Phần nước trong được chảy tràn qua bể khử trùng, phần cặn lắng được
xả vào sân phơi bùn.
- Bể khử trùng
Sau khi qua bể lắng đợt II, nước thải đã được kiểm soát các chỉ tiêu hóa, lý và
giảm được phần lớn các vi sinh vật gay bệnh có trong nước thải. Tuy nhiên
vẫn chưa an toàn cho nguồn tiếp nhận. Do đó cần phải khử trùng bằng một
lượng clorine thích hợp trước khi xả thải. Bể khử trùng có nhiệm vụ hòa trộn
hóa chất khử trùng với nước thải, tạo điều kiện tiếp xúc và thời gian đủ để
oxy hóa các tế bào vi sinh vật.
- Sân phơi bùn

Sân phơi bùn có nhiệm vụ tiếp nhận lượng cát từ mương lắng cát và lượng
bùn từ bể lắng đợt II. Tại đây bùn được phơi khô trước khi đưa đi xử lý.
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 72 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
B
s
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

5.2.4. Tính toán
5.2.4.1. Song chắn rác (S)
a. Chức năng: Ngăn chặn rác và những vật có kích thước lớn vào
hệ thống
Hình 5.1. Các tiết diện của thanh đan:
b. Tính toán song chắn rác:
A-A
h
B
h α h

B
m
ϕ
l
1
l
S
l
2
Hình 5.2. Cấu tạo song chắn rác
- Chiều cao lớp nước trong mương trước song chắn
1

h
=
mm
s
mã
Bv
Q
×
Trong đó: v
m
= 0.5 m/s: Vận tốc dòng chảy trong mương, m/s.
B
m
: Chiều rộng mương; B
m
= 0.2 m.
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 73 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
8 - 10
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

s
Q
max
: Lưu lượng giây lớn nhất,
s
Q
max
= 0.028 m
3
/s.

3.05.0
028.0
1
×
=
h
= 0.187 m
- Số lượng khe hở giữa các thanh
n
=
z
s
K
vhb
Q
×
××
1
max
Trong đó: Q
s
max
: Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giây, Q
s
max
= 0.028 m
3
/s
b: Khoảng cách giữa các thanh, m (b = 16
÷

25 mm, chọn b = 16 mm)
h
1
: Chiều sâu lớp nước trước song chắn, h
1
= 0.136 m
v: Vận nước chảy qua song chắn, v = 0.7 – 1.0 m/s.
Chọn v = 0.95 m/s
K
z
: Hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống
cào rác, K
z
= 1.05
n
=
05.1
95.0136.01016
028.0
3
×
×××
−
= 10.34
Chọn n = 11 (khe)
- Bề rộng thiết kế song chắn rác:
B
s
= d(n - 1) + b
×

n
Trong đó: B
s
: Chiều rộng song chắn rác, m
d : Chiều dày song chắn rác, m (d = 8
÷
10 mm, chọn d = 10
mm)
n : Số khe
b : Khoảng cách giữa các thanh, m.
=> B
s
= 10
×
10
-3
(11 - 1) + 16
×
10
-3

×
11 = 0.276 m
Chọn B
s
= 0.3 (m)
- Chiều dài đoạn mở rộng trước song chắn rác:
l
1
=

ϕ
tg
BB
ms
2
−
Trong đó: B
m
: Bề rộng của mương, B
m
= 0.2 (m)

GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 74 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

ϕ
= 20
0
: Góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác
l
1
=
0
202
2.03.0
tg
−
= 0.13737 m
- Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác:
l

2
=
2
1
l
=
2
13737.0
= 0.069 m
- Tổn thất áp lực qua song chắn rác
K
g
v
h
c
××=
2
2
ξ
Trong đó: v : Vận tốc dòng chảy qua song chắn rác, v = 0.95 m/s.
K : Hệ số tính đến việc tăng tổn thất áp lực do rác bám, K = 1.05
– 3 Chọn K = 2
ξ
: hệ số tổn thất áp lực cục bộ.
αβξ
sin
3
4
×







×=
b
d
Với:
α
:Góc nghiêng đặt song chắn rác so với mặt phẳng nằm ngang, chọn
α
= 60
0

β: Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh đan, chọn β = 2.42
β = 2.42 1.83 1.67 1.97 0.92
g: Gia tốc trọng trường, g = 9.81 m/s
2
d : Chiều dày song chắn rác, m (d = 10 mm)
b : Khoảng cách giữa các thanh, m (b = 16 mm)
60sin
1016
1010
42.2
3
4
3
3
×









×
×
×=
−
−
ξ
= 1.12 m
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 75 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

Suy ra:
2
81.92
95.0
12.1
2
×
×
×=
c
h
= 0.103 m

- Chiều cao xây dựng mương đặt song chắn rác:
H = h
1
+ h
c
+ h
bv
Trong đó: h
1
: Chiều sâu lớp nước trước song chắn, h
1
= 0.187 m
h
c
: Tổn thất áp lực qua song chắn rác, h
c
= 0.103 m
h
bv
: Chiều cao bảo vệ, h
bv
= 0.5 m.
=> H = 0.187 + 0.103 + 0.5 = 0.79 m
Chọn H = 0.8 m
- Chiều dài mỗi thanh:
L =
923.0
60sin
8.0
60sin

==
H
m
- Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác:
l = l
1
+ l
2
+ l
s
Trong đó: l
1
: Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác, l
1
= 0.13737 m
l
2
: Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác, l
2
= 0.069 m
l
s
: Chiều dài phần mương song chắn rác, l
s
= 2 m ; (l
s

≥
10 m,
Xử lý nước thải – PGS-TS Hoàng Huệ, trang 33)

=> l = 0.13737 + 0.069 + 2 = 2.20637 m
Chọn l = 2.2 m
- Hàm lượng chất lơ lửng (SS) giảm 4%, còn lại:
SS = 400 x (100 - 4)% = 384 mg/l
- Hàm lượng BOD
5
giảm 5% , còn lại:
BOD
5
= 250 x (100 - 5)% = 237.5 mg/l
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 76 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

Bảng 5.4. Tóm tắt kích thước song chắn rác
Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác, l (m) 2.2
Chiều cao xây dựng mương đặt song chắn rác, H (m) 0.8
Bề rộng thiết kế song chắn rác, B
s
(m) 0.3
Chiều sâu lớp nước trước song chắn, h
1
(m) 0.187
Chiều dài song chắn rác, L (m) 0.92
Chiều dài đoạn mở rộng trước song chắn rác, l
1
(m) 0.13737
Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác, l
2
(m) 0.069
Số song chắn rác 11 song

5.2.4.2. Mương lắng cát (M)
a. Chức năng: Có nhiệm vụ bắt giữ cát và cặn lơ lửng có đường kính lớn.
b. Tính toán mương lắng cát:
- Chiều dài của mương lắng cát được xác đònh theo công thức:
0
max
1000
U
vHK
L
×××
=
Trong đó: K : Hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng cát và độ thô thủy lực của
hạt cát U
0
Ứng với U
0
= 24.2 mm/s -> K =1.3 ; U
0
= 18.7 -> K = 1.7
H : Độ sâu tính toán của mương lắng cát, H = 0.25 – 1 m (Điều
6.3.4.a – TCXD-51-84). Chọn H = 0.3 m.
v
max
: Tốc độ lớn nhất của nước thải trong mương lắng cát, v
max
= 0.3 m/s.
U
0
: Độ thô thủy lực của hạt cát, U

0
= 18.7 – 24.2 mm/s ứng với đường kính
của hạt cát d = 0.2 – 0.25mm. Chọn U
0
= 18.7 mm/s.
(Nguồn: Xử lý nước thải đô thò và công nghiệp – Lâm Minh Triết)
7.18
3.05.07.11000
×××
=
L
= 13.64 m
- Chiều rộng của mương lắng cát được tính theo công thức:
Hv
Q
B
s
×
=
max
max

Trong đó:
s
Q
max
: Lưu lượng lớn nhất giây,
s
Q
max

= 0.028 (m
3
/s)
3.03.0
028.0
×
=
B
= 0.31 m
- Thể tích phần chứa cặn của mương lắng cát được tính theo công thức:
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 77 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
Chương 5:Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt KDC Tân Quy Đông

1000
tNP
w
××
=
Trong đó: P: Lượng cát lắng được trong mương lắng cát. P= 0.02
l/người.ngàêm (Điều 6.3.5-TCXD-51-84)
N: Dân số tính toán, N = 5095 người
t : Chu kỳ xả cát, t = 2 ngày đêm
1000
2509502.0
××
=
w
= 0.2038 m
3
- Tiết diện ướt của mương:

3.0
028.0
max
max
==
v
Q
F
s
= 0.093 m
2
- Số ngăn trong mương:
3.031.0
093.0
×
=
×
=
HB
F
n
= 1.003
Chọn n = 1 ngăn
Phần lắng cát được bố trí ở phía trước của mương lắng cát. Trên mặt
bằng có dạng hình vuông, kích thước 1x1m, sâu H + 0.64 = 0.3 + 0.64 = 0.94
m. Phần lớp đệm rút nước có độ sâu 0.64 m
GVHD: Th.s Lâm Vónh Sơn - 78 - SVTH: Nguyễn Công Hanh
1
2
3

4
5
6