Thiết kế công trình Môi Trường (Nước Thải Nước Cấp)

THIẾT KẾ VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH MÔI TRƯỜNG

Môn học: Thiết kế và Vận hành Công Trình Môi Trường.
Giảng viên: ThS. Đoàn Thị Oanh.
Bài tập: Tính toán công suất xử lý, đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý
nước cấp, nước thải. Có: mặt bằng 12, mật độ dân số 8000 người/km2,
Nhà máy in có 440 công nhân, bệnh viện có 400 giường, trường học có
1170 học sinh, hướng gió Bắc.
Bài Làm:
Từ mặt bằng 12, chọn tỉ lệ 1:1000 tính ra được diện tích khu dân cư:
- Từ diện tích và mật độ dân số, tính được số dân: 14,5891962934 (km2)
- Từ diện tích và mật độ dân số ta tính được số dân:
8000 x 14,5891962934 = 116714 (người)
Vì số dân làm tròn: 116714 người
Tính toán công suất của nhà máy
- Theo TCXDVN 33:2006 ta có tiêu chuẩn 200l/người.ngày, tỉ lệ cấp
nước là 100%.
→ 200 x 116714 x 10-3 = 23342,8 (m3)
- Nhà máy in
Nước cấp cho công nhân: Bảng 3.4 số ca x số công nhân x hệ số kđh
2 x 440 x 25 x 3 x 10-3 = 66 (m3)
- Bệnh viện: Theo TCVN 4470:2012 – điều 7.2.1.5: số giường x tiêu
chuẩn 1m3/giường/ngày:
400 x 1 = 400 (m3)
- Trường học: Tiêu chuẩn x số học sinh


20 x 1170 x 10-3 = 23,4 (m3)
- Nước chữa cháy: 10% x nước sinh hoạt
10% x 23342,8 = 2334,28 (m3)
- Nước tưới cây, rửa đường: 10% x nước sinh hoạt

10% x 23342,8 = 2334,28 (m3)
- Nước dự phòng: 20% x tổng lượng nước
20% x (23342,8 + 400 + 23,4 + 2334,28 + 2334,28) = 5686,952 (m3)
- Nước sử dụng cho nhà máy: 7% x tổng lượng nước ở trên
7% x (23342,8 + 66 + 400 + 23,4 + 2334,28 + 2334,28 + 5686,952) =
2393,13984 (m3)
- Tổng lượng nước:
Q = QSH+ QCT + QBV + QTH + QNCC + QNXP + QNDP + QNBT (m3)
= 36580,85184 (m3).
● Đề xuất dây chuyển xử lý nước cấp
Cl2

Chọn công suất là 36581 m3/ngđ.
Nước
nguồn

Thùng quạt
gió

Bể lắng
ngang

Bể lọc
nhanh

Bể chứa
nước sạch

Trạm
Bơm II

Mạng lưới
cấp nước


Tính toán các công trình xử lí nước cấp
1. Thùng quạt gió
Cấu tạo thùng quạt gió
 Hệ thống phân phối nước
 Vật liệu tiếp xúc
 Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc
 Quạt gió
 Ông cấp khí để rửa thông quạt gió
 Ống cấp nước để rửa thông quạt gió
 Ống xả nước rửa thông quạt gió

 Diện tích thùng quạt gió

F=
 Q : Công suất trạm xử lý ( m3/ h)
 qm : cường độ mưa tính toán ( m3/ m2.h )


- Khi dùng vật liệu tiếp xúc là gỗ, tre : qm = 40 ÷50
m3/m2.h
- Khi dùng vật liệu tiếp xúc là Rasiga : qm = 60 ÷90
m3/m3.h
 Diện tích thùng quạt gió
F = m2
 Chọn số thùng quạt gió là 2 ta có diện tích mỗi thùng là

f = = = 15,25 m2
 Đường kính thùng
D = = 3,6 m
 Chiều cao toàn bộ của thùng quạt gió:
H = Hnt + HVUX + Hfm (m)
 Trong đó
Hnt: Chiều cao ngăn thu nước ở đáy thùng, Hnt≥0,5m.
HVLTX: Chiều cao lớp vật liệu tiếp xúc (m)
Hfm: Chiều cao phun mưa trên lớp vật liệu tiếp xúc, Hfm ≥
1,0m.
H=1+3+1=5m
Chiều cao
Bán kính
Số bể

m
m
Bể

2, bể lắng ngang
Bể lắng ngang hoạt động như sau:

5
3,6
2



Nước theo máng phân phối ngang vào bể qua đập tràn thành mỏng
hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể dọc suốt chiều rộng.


Đối diện ở cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và
đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi cao hơn mực nước 0.15 – 0.2 m và
không sâu quá 0.25 – 0.5m. để thu và xả chất nổi, người ta đặt một máng
đặc biệt ngay sát kề tấm chắn.

Tấm chắn ở đầu bể đặt cách thành cửa vào khoảng 0.5 – 1 m và
không nông hơn 0.2m với mục đích phân phối đều nước trên toàn bộ
chiều rông của bể.

Đáy bể làm dốc để thuận tiện cho việc thu gom cặn. Độ dốc của hố
thu cặn không nhỏ hơn 450.

 Tổng diện tích mặt bằng của bể lắng ngang:

F=
Với:
- Q = 36581 m3/d
- α hệ số sử dụng thể tích lấy bằng 1,3
- U0 : tốc độ rơi của cặn trong bể lắng.
Nước đục vừa xử lý bằng phèn => U0 = 0,45 – 0,5 mm/s chọn 0,45

F = = 26419 m2
Chọn 10 bể lắng ngang:
f1b= 2642m2
Chiều dài của bể lắng:


L=
+ Htb: chiều cao của vùng lắng 3-4m, chọn Htb = 4m

+ Vtb: vận tóc trung bình của dòng chảy ở đầu bể: 7 – 10mm/s,
chọn 10mm/s
=> L = = 80 m
=> B = = 33m
Chiều cao:
Hxd = Htb + Hbv + Hb
Trong đó
Htb: chiều cao của vùng lắng
Hbv: chiều cao lớp bảo vệ
Hb: chiều cao bùn
Hxd = 4 +0,5 + 0,3 = 4,8m
Chiều dài
Chiều rộng
Chiều cao
Số bể

m
m
m
Bể

80
33
4,8
10


3, Bể lọc nhanh
 Diện tích các bể lọc của trạm F =
+ T: thời gian làm việc của trạm trong 1 ngày: 24h/d

+ Vtb: chọn bể lọc nhanh 2 lớp vật liệu ta có
Vtb = 7 -10m/h chọn Vtb= 8m/h
Vtc = 8,5 -12m/h, chọn Vtc = 10m/h
+ a: số lần rửa bể lọc trong 1 ngày ở chế độ trung bình: 1,5
+W: Cường độ rửa lọc 14-16L/s.m2, chọn W=15L/s.m2
+ t1 : thời gian rửa lọc (h) 7-6p, chọn 6p = 0,1h
+ t2 : thời gian ngừng bể lọc để rửa: 0,35h
=> F = = 200 m2
Số lượng bể có thể chọn theo CT thực nghiệm
N = 0,5 = 0,5. =7,07
Chọn N= 7 => f1b = 28,57 m2
Bán kính của bể R = 3,01m
- Chiều cao của bể: H = Hd + Hl +Hn + Hbv
+ Hd : Chiều dày lớp đỡ: cỡ hạt 20 - 10mm : chọn Hd = 150mm =
0,15m
+ Hl : Chiều dày lớp vật liệu lọc = Hcát thạch anh + Hangtraxit
= 750 + 350 = 1100mm = 1,1m
+ Hn: Chiều cao lớp nước :2m
+ Hbv : Chiều cao bảo về 0,3m
=> H = 3,55m
Bán kính
Chiều cao
Số bể

m
m
Bể

3,01
3,55

7


* Đề

xuất dây chuyền nước thải

- Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt
Lưu lượng nước thải: 36581 x 80% = 29264,8 (m3)
Chọn công suất nhà máy là: 29300m3
- Theo TCVN 7957:2008:
+ SS nước thải 60- 65g/ng.đ
+ BOD5 đã lắng 30 – 35 g/ng.đ, chọn 30g/ng.đ.
+ Nồng độ SS =271 mg/l
+ Nồng độ BOD5:354 mg/l
Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải


MÁY

SONG

NGHIỀN RÁC

CHẮN RÁC CƠ GIỚI

Rác nghiền

BỂ LẮNG CÁT
NGANG

SÂN
PHƠI CÁT

BỂ LẮNG NGANG
Cát

I

BỂ AEROTEN ĐẨY

Bùn
tuầnNGANG
BỂ LẮNG

II

hoàn

BỂ MÊ TAN

SÂN PHƠI BÙN

Bùn dư

MÁNG TRỘN

BỂ TIẾP XÚC

Sông

Tính toán

Khử trùng


1. Tính toán song chắn rác.
Nước thải sau khi qua ngăn tiếp nhận được dẫn tới song chắn rác
theo mương hở. Chọn hai song chắn rác công tác, một song dự phòng.
Trong đó ta sử dụng SCR cơ giới.
+ Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng chiều cao lớp nước
cửa cống dẫn nước thải
h = hmax = 0,64 m.
- Số khe hở ở song chắn rác được tính:

n

q max
k
v s b h1

Trong đó:
n: Số khe hở
qmax = 0,339 m3/s (lưu lượng giây lớn nhất của nước thải).
vs = 0,9 m/s - tốc độ nước chảy qua song chắn rác. (điều 7.2.10
TCVN7957-2008)
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.

Chọn một song chắn công tác, và một song dự phòng

- Chiều rộng mỗi song chắn được tính theo công thức:
Bs s(n1  1)  b.n1

Trong đó:
s - Chiều dày song chắn s = 0,01 (m)


Trong đó:
s = 0,01 m (chiều dày của thanh song chắn rác)
Vậy Bs = 0,01(39 - 1) + 0,0239= 1,16 (m).
- Chiều cao xây dựng đặt song chắn rác:
HXD = hmax + hs + hbv = 0,64+ 0,27 + 0,3 = 1,21(m)
Với hbv = 0,3 - Chiều cao bảo vệ.
Số khe

khe

39

Chiều dài mương

m

1,01

Chiều rộng mương

m

1,16

2. Tính toán Bể lắng cát ngang
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
Thời gian lưu nước trong bể là :
30”  t  60” (Điều 8.3.4 TCVN7957-2008).
Việc tính toán bể lắng cát ngang khí được thực hiện theo chỉ dẫn ở
mục 8.3 TCVN 7957-2008.


1

2

1 - m ¬n g d É n n í c v µo
2 - m ¬n g d É n n í c r a

3

3 - h è t h u c Æn
4 - m ¬n g ph ©n ph è i
5 - m ¬n g t h u n í c

2

1
5

4

- Chiều dài bể lắng cát :

L  k.

1000.H tt .v
(m).
U0

Trong đó:
Htt - Chiều sâu tính toán của bể lắng cát Htt = 0,6 (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 TCVN7957-2008, ta có U0 = 24,2 mm/s.
K - Hệ số lấy theo bảng 27 TCVN7957-2008, với bể lắng cát ngang
K = 1,3.
v - Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với qsmax : v = 0,3 m/s. theo bảng
28 TCVN7957-2008
m
- Diện tích tiết diện ướt của bể,  (m2) được tính:


qmax
n.v


qsmax - Lưu lượng tính toán lớn nhất của nước thải qsmax = 545 l/s =
0,545 m3/s.
V - Vận tốc dòng chảy trong bể ứng với lưu lượng lớn nhất V r = 0,3

m/s.
n - Số đơn nguyên công tác, n = 4.
Vậy
F

+ Diện tích mặt thoáng của bể:

q max
(m 2 )
U

Trong đó:
U - Tốc độ lắng trung bình của hạt cát và được tính theo công thức:
2

U  U0  W 2

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).
U  (24,2.10  3 ) 2  0,015 2 0,019(m / s ).

Chiều ngang của bể lắng cát là:

Xây bể lắng cát gồm 4 ngăn công tác và một ngăn dự phòng, kích thước
mỗi ngăn là: L = 9,6 (m) và B = 0,46 (m).
- Chiều cao xây dựng của bể:
HXD = Htt+ hc+ hbv (m).

Trong đó:
Htt - Chiều cao tính toán của bể lắng cát Htt = 0,6 (m).
hbv - Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m).
hc - Chiều cao lớp cặn trong bể hc = 0,143 (m).
Vậy HXD = 0,6 + 0,5 + 0,143 =1,243 (m)
Chiều dài bể

m

9,6

Chiều rộng bể

m

0,46

Chiều cao bể

m

1,3

Số bể

Bể

4

3. . 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.
- Diện tích sân phơi cát được tính theo công thức:

Trong đó:
p = 0,02 (l/ng - ngđ): lượng cát tính theo đầu người trong một
ngày đêm.
h = 5 (m/năm) : chiều cao lớp cát đã phơi khô trong một năm.
NTT = 116174 (người) : dân số tính toán theo chất lơ lửng.
Chọn sân phơi cát gồm 8 ô với kích thước mỗi ô là 10m ´ 4m


Hình 4.4: Sơ đồ sân phơi cát
1:Ống dẫn cát từ bể lắng cát
2:Mương phân phối
3:Ống dẫn D200 để tiêu nước
4:Hai lớp nhưa lót sân

4

3
2

I

1

I

4. Tớnh toỏn b lng ngang t I.
B lng ngang c dựng gi li cỏc tp cht thụ khụng tan trong
nc thi.

Hbv

Vic tớnh toỏn b lng ngang t I c tin hnh theo ch dn iu
8.5 TCVN7957-2008

má ng dẫn n ớ c vào

2

má ng dẫn n ớ c r a

3

hố t hu c ặn

4

m ơng phân phố i n ớ c

5

m ơng t hu n ớ c

hc t : c hiều c ao c ô ng t á c

Hth

1

2

Hct

1

3

3

ht h: c hiều c ao l ớ p t r ung hò a

5

hbv: Chiều c ao l ớ p bảo vệ

2

1
4

- Chiu di b lng ngang c tớnh:
L

v.H
K .U 0

Trong ú:
v = 6 mm/s : Tc dũng chy. iu 8.5.4 TCVN7957-2008
H =4 m : Chiu cao cụng tỏc ca b lng. iu 8.5.11
TCVN7957-2008


K - Hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng, đối với bể lắng ngang K =
0,5. Điều 8.5.4 TCVN7957-2008
U0 - Độ thô thuỷ lực của hạt cặn, được xác dịnh theo công thức:
1000
.K .H
U0 =

 K .H 
.t.

 h 

n

 

Trong đó:
n - Hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng, đối với nước thải
sinh hoạt, n = 0,25.
 - Hệ số tính đến ảnh hưởng nhiệt độ của nước thải.
0
Theo bảng 31 TCVN7957-2008, với nhiệt độ nước thải là t = 20 C,
ta có α= 1

t - Thời gian lắng của nước thải trong bình hình trụ với chiều sâu
lớp nước h đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán và được lấy
theo bảng 31 TCVN 7957-2008.
Với CHH = 276 (mg/l) ta nội suy t = 545 (s), hiệu suất lắng E = 51 %.
Trị số

 K .H 


 h 

n

tra theo bảng 34 TCVN7957-2008.

Với H = 4m, ta


 K .H 


có  h 

n

= 1,41.

= 0,02 (mm/s): Vận tốc cản của dòng chảy theo thành phần đứng tra

theo bảng 32 TCVN7957-2008.


Chiều dài bể là:

-Thời gian nước lưu lại trong bể:

Không đảm bảo thời gian lắng trong bể lắng ngang đợt I. Để đảm bảo
thời gian lắng ta lấy t = 1,5 (giờ), ta tăng chiều dài bể lắng ngang lên.
L = V . t (m).
Trong đó: V - Vận tốc tính toán trung bình của vùng lắng, v = 6 (mm/s).
t - Thời gian lắng, t = 1,5 (giờ).
Vậy chiều dài bể lắng xây dựng là: L = 0,006  5400 = 32,4 (m).
- Diện tích tiết diện ướt của bể lắng ngang:

- Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang:

Trong đó:
H = 4m : Chiều cao công tác của bể lắng.
Chọn số đơn nguyên của bể lắng n =4. Khi đó chiều rộng mỗi đơn
nguyên:
(m).
Chiều dài bể

m

32,4

Chiều cao bể

m

4


Chiều rộng

m

3,53

Số bể

Bể

4

5. Tính toán bể Aeroren
Aeroten đẩy là công trình xử lý hiếu khí nước thải bằng bùn hoạt
tính, trong đó bùn hoạt tính được tiếp xúc dần với nước thải theo chiều
dài công trình.Oxy được cung cấp qua hệ thống tấm phân phối hoặc đĩa
phân phối khí nén bố trí dọc chiều dài bể.
Lưu lượng nước tính toán:Do hệ số không điều hoà Kch =1,32 <1,25
nên
Qtt = Qmax=1221 (m3/h).
Việc tính toán bể Aeroten dựa theo các điều 8.16 TCVN7957-2008.
Trước khi vào bể Aeroten, hàm lượng cặn lơ lửng và hàm lượng BOD
như sau:
C = 128 (mg/l);

La = 280 (mg/l)

Nước thải được phân phối theo chiều dài bể nên tốc độ ôxy hoá sinh hoá
diễn ra một cách điều hoà.Vì La = 506 (mg/l) >150 mg/l nên thiết kế bể
Aeroten có tái sinh bùn hoạt tính.
Thời gian oxy hóa các chất hữu cơ được tính theo công thức:
trong đó:
-La: Hàm lượng BOD của nước thải trước khi vào bể aeroten: L a =
280 (mg/l)


-Lt : Hàm lượng BOD của nước thải sau khi ra khỏi aeroten: L t = 50
(mg/l)
-ar : Liều lượng bùn hoạt tính trong ngăn tái sinh(g/l) xác định như
sau
Với a:Liều lượng bùn hoạt tính theo chất thô,lấy a=2 g/l theo 8.16.4
TCVN 7957-2008.
R:tỷ lệ tuần hoàn bùn xác định theo công thức sau:

-Tr : Độ tro của bùn hoạt tính, lấy tr = 0,3 theo bảng 46TCVN79572008
-:Tốc độ oxy hóa riêng các chất hữu cơ(mg BOD/g chất không tro
của bùn trong 1h) được tính theo công thức:
-max : Tốc độ oxy hoá mgBOD/g chất không tro, max = 85 (g/l) ( 
phụ thuộc vào hàm lượng BOD của nước thải trước và sau khi làm
sạch, theo bảng 46TCVN7957  2008 )
-  : Hệ số kể đến sự kìm hãm quá trình sinh học bởi các sản phẩm
phân hủy bùn hoạt tính;  =0,07 (theo bảng 46TCVN7957  2008)
-Co: Nồng độ oxy hòa tan cần thiết duy trì trong Aeroten Co = 2 mg/l
-Ko: Hằng số kể đến ảnh hưởng của oxy hòa tan; K o=0,625 (theo bảng
46TCVN7957  2008)

-Kl:Hằng số đặc trưng cho tính chất của chất bẩn hữu cơ trong nước
thải
( mgBOD/l):Kl=33 (theo bảng 46TCVN7957  2008)

(g/l)
Vậy h

Thời gian cấp khí trong ngăn aeroten tính theo công thức
h
Do giá trị này nhỏ hơn 2h nên thời gian thổi khí thực tế ta=2h
Thời gian cần thiết để tái sinh bùn hoạt tính:
h
Thể tích bể aeroten được tính theo công thức:

-Thể tích của ngăn aeroten Wa(m3)
m3
-Thể tích của ngăn tái sinh bùn Wts (m3)
m3
-Tổng thể tích bể aeroten W (m3)
trong đó:


-Q : lưu lượng nước thải tính toán, theo lý luận ở trên có Q = 1221
(m3/h)
Chọn chiều cao lớp nước trong bể aeroten đẩy H ln = 4(m). Diện tích của
mặt bằng bể aeroten là:
FAe= (m2)
Xây dựng 4 đơn nguyên hình chữ nhật, diện tích mỗi đơn nguyên là:

Fđơnnguyên =1128:4 = 282 (m2)
Chọn kích thước của một đơn nguyên là B  L = 6 x 48 m
Xét tỷ lệ nên ta chia mỗi đơn nguyên làm 4 hành lang
- Mỗi đơn nguyên chia làm 4 hành lang, chiều rộng mỗi hành lang là:
b= (m)
Chiều cao của bể
H = Hln + hbv
trong đó:
-Hln : Chiều cao lớp nước trong bể, Hln = 4 (m)
-hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv= 0,5 (m)


H = 4 + 0,5 = 4,5 (m)

Kích thước của 1 bể
Chiều dài
Chiều rộng
Chiều cao

: B  L  H = 6  48  4,5.
48
6
4,5

m
m
m


6. Bể lắng ngang đợt II .

Đối với bể lắng đợt II, ta tính toán kích thước bể theo phương pháp tải
trọng thuỷ lực bề mặt.

+ Xác định tải trọng thủy lực tính toán của bể lắng ngang đợt II sau bể
Aeroten theo công thức: ( theo 8.5.7 /TCVN 7957-2008)
(m3/m2.h)
Trong đó:
+ Ks: Hệ số sử dụng dung tích bể lắng với bể lắng ngang =0,4
+a :Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten lấy không quá 1,5g/l
+a t :Nồng độ bùn hoạt tính của nước sau lắng không dưới
10g/l
+I :Chỉ số bùn (cm/g)
(m3/m2.h)
+ Diện tích mặt thoáng của bể lắng:
Với Qhmax= 1221 (m3/h)


Chọn vận tốc nước chảy trong bể v =5 mm/s = 0,005 m/s
+ Diện tích mặt cắt ướt của bể: m2
+ Chiều rộng bể:

m

Chọn số đơn nguyên n = 4.
Chiều rộng một đơn nguyên: (m).
+ Chiều dài bể lắng ngang đợt II là: (m).
+ Chiều cao xây dựng của bể lắng ngang đợt II: HXD = hbv + H + hth
+ hb.
Trong đó:
hbv - chiều cao bảo vệ bể, hbv = 0,5 m.

H - chiều cao công tác của bể, H = 4 m.
hth - chiều cao lớp nước trung hoà của bể, hth = 0,5 m.
hb - chiều cao lớp bùn, hb = 0,2 m.
Vậy HXD = 0,5 + 4 + 0,5 + 0,2 = 5,2 (m).
Kích thước bể lắng ngang đợt II là: HxBxL = 5,2m x16,95m x32,74 m .
Chiều dài

m

32,74

Chiều rộng

m

16,95

Chiều cao

m

5,2

Số bể

Bể

4