Tiểu luận Kỹ thuật xử lý nước thải: Nghiên cứu và thiết kế mô hình xử lý sơ bộ trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Báo cáo chuyên đề

Kỹ thuật xử lý nước thải
Đề tài

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH
XỬ LÝ SƠ BỘ TRONG HỆ THỐNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
Nhóm thực hiện
STT
1
2
3
4
5

Họ và tên
Lê Hòa Phát
Huỳnh Minh Tuấn
Võ Thị Mỹ Tiên
Nguyễn Quốc Phú
Đỗ Minh Quân

MSSV
14163200
14163305
14163012
14163204

14163216

GVHD: ThS. Lê Tấn Thanh Lâm

TP. HCM 04/2017


MỤC LỤC
A. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI ..................................................................................................................... 1
B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................................................................... 1
I. Song chắn rác và lưới chắn rác .................................................................................................. 1
1.
Thông số thiết kế ................................................................................................................ 1
2.
Phân loại ............................................................................................................................. 1
II.
Bể lắng cát .............................................................................................................................. 4
1.
Tính toán thiết kế ................................................................................................................ 4
2.
Phân loại ............................................................................................................................. 6
3. Bể điều hòa ................................................................................................................................ 6
4. Bể lắng sơ cấp ............................................................................................................................ 7
4.1 Cấu tạo .................................................................................................................................... 7
4.2. Phân loại................................................................................................................................. 7
C. THIẾT KẾ MÔ HÌNH .................................................................................................................. 8
I. Chuẩn bị vật liệu: ....................................................................................................................... 8
II.
Tính toán thiết kế.................................................................................................................... 8
III. Chi phí mô hình ......................................................................................................................... 8

IV. Mô tả thí nghiệm ......................................................................................................................... 9
D.
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............................................................................................... 10
1.
Thuyết minh ...................................................................................................................... 10
2.
Đánh giá kết quả ............................................................................................................... 10
E. KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 10


DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1: Song chắn rác loại thô lớn ......................................................................... 1
Hình 2: Song chắn rác loại trung bình .................................................................... 2
Hình 3: Song chắn rác loại nhỏ .............................................................................. 2
Hình 4: Song chắn rác cố định .............................................................................. 2
Hình 5: Song chắn rác dạng ống ........................................................................... 3
Hình 6: Song chắn rác thủ công ............................................................................ 3
Hình 7: Song chắn rác loại thô lớn ......................................................................... 3
Hình 8: Sơ đồ mặt đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng.......................................... 7
Bảng 1: Tải trọng bề mặt của bể lắng cát hay độ lớn thủực theo đường kính hạt trong
nước thải đô thị ở 150C .........................................................................4
Bảng 2: Giá trị m đối với cửa tràn theo giá trị của góc tới θ .............................. 5


A. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

-

Áp dụng kiến thức đã học và các tài liệu liên quan đến xử lý nước thải để
nghiên cứu thiết kế mô hình tiền xử lý và xử lý sơ bộ.

Vận dụng phương pháp và kỹ thuật để vận hành mô hình. Từ đó hiểu được cách
vận hành của mô hình trong thực tế. Đặc biệt, là ở giai đoạn tiền xử lý và xử lý
sơ bộ này. Đây là giai đoạn cơ sở cho các giai đoạn xử lý tiếp theo.
B. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I. Song chắn rác và lưới chắn rác
1. Thông số thiết kế
- Song chắn hoặc lưới chắn rác trong dây chuyền xử lý nước thải đặt trước
trạm bơm trên đường tập trung nước thải chảy vào hầm bơm.
- Song chắn rác thường đặt đứng vuông góc với dòng chảy, song chắn gồm
các thanh kim loại (thép không rỉ) tiết diện 5x20 mm đặt cách nhau 20 – 50 mm
trong một khung thép hàn hình chữ nhật, dễ dàng trượt lên xuống dọc theo hai khe
ở thành mương dẫn, vận tốc nước qua song chắn Vmax ≤ 1 m/s (ứng với Qmax).
- Lưới chắn rác thường đặt nghiêng 45 – 60o so với phương thẳng đứng, vận
tốc qua lưới Vmax ≤0.6 m/s. Khe rộng của mắt lưới thường từ 10 – 20 mm. Làm
sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công, hay bằng các thiết bị cơ khí tự động
hoặc bán tự động. Ở trên hoặc bên cạnh mương đặt song, lưới chắn rác phải bố trí
sàn thao tác đủ chỗ để bỏ thùng rác và đường vận chuyển.
2. Phân loại

❖ Theo khe hở của song chắn rác
Lượng rác được giữ lại ở song chắn rác phụ thuộc vào khe hở giữa các thanh
chắn rác. Do đó, chọn đúng kích thước sẽ giúp rác thải được giữ lại một cách tối
ưu mà không quá ảnh hưởng tới dòng chảy.
- Loại thô lớn (30 – 200mm)

Hình 1: Song chắn rác loại thô lớn
( Nguồn: Công ty TNHH Phát triển thương mại và kỹ thuật Phú Kiến)

1

-

Loại trung bình (16 – 30mm)

Hình 2: Song chắn rác loại trung bình
( Nguồn: Công ty TNHH Phát triển thương mại và kỹ thuật Phú Kiến)
- Loại nhỏ (dưới 16mm)

Hình 3: Song chắn rác loại nhỏ
( Nguồn: Công ty TNHH Phát triển thương mại và kỹ thuật Phú Kiến)
Lượng rác được giữ lại ở song chắn rác phụ thuộc vào khe hở giữa các thanh
chắn rác. Do đó, chọn đúng kích thước sẽ giúp rác thải được giữ lại một cách
tối ưu mà không quá ảnh hưởng tới dòng chảy.
❖ Theo cấu tạo: có 2 loại
- Song chắn rác cố định

Hình 4: Song chắn rác cố định ( Nguồn: Cty CPXD cơ điện miền Bắc)
- Song chắn rác di động: SCR dạng bằng chuyền, SCR dạng đĩa và dạng
trống.

2


Hình 5: Song chắn rác dạng ống ( Nguồn: timtailieu.vn)
Theo phương thức lấy rác
- Song chắn rác thủ công

Hình 6: Song chắn rác thủ công ( Nguồn: slideshare.net)

- Song chắn rác cơ giới

Hình 7: Song chắn rác loại thô lớn ( Nguồn: Cty CPXD cơ điện miền Bắc)

3


II. Bể lắng cát

-

1. Tính toán thiết kế
a. Bể lắng cát ngang
Tốc độ lắng:

(Theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai, 2009, trang
33)
Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải (m3/s).
F: diện tích mặt nước (m2).
- Diện tích mặt nước:

Trong đó:
K: hệ số kinh nghiệm tính đến ảnh hưởng của dòng chảy rối cục bộ trong bể, làm cản trở
tốc độ lắng của hạt K =1,3 khi U0=18 mm/s; K=1,1 khi U0=24mm/s;
Bảng 1: Tải trọng bề mặt của bể lắng cát hay độ lớn thủy lực theo đường kính hạt
trong nước thải đô thị ở 150C
Đường kính
0,1
0,12

0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,5
hạt cát(mm)
Tải trọng bề
mặt bể hay độ
lớn thủy lực
Uo(mm/s) của
hạt ở 150C

5,12

7,37

11,5

18,7

24,2

28,3

34,5

40,7

51,6

(Theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai, 2009, trang 33)
-

Tỷ số chiều dài và chiều sâu:

Trong đó: v: vận tốc chuyển động của nước trong bể (m/s) ứng với Qmax=>v=0,2m/s
ứng với Qmin=>v=0,15m/s (theo thông số đã thực nghiệm)

4


-

-

Chiều rộng bể:

▪ Chiều cao H phần công tác của bể chọn theo tỷ lệ giữa chiều dài và chiều cao,
và kiểm tra thể tích bể để thời gian lưu nước trong bể ứng với Qmax trong
khoảng từ 30s đến 90s, thường là 60s
▪ Bể lắng cát trong các nhà máy xử lý nước thải có công suất trên 100m3/ngày
thì thiết bị để giữ được các hạt cát có cỡ hạt ≥ 0,2 mm. nếu chọn kích thước
hạt bé hơn thì nhiều cặn hữu cơ lắng xuống và bùn cặn bị thối rữa rất khó xử
lý.
▪ Muốn cho cặn hữu cơ không lắng trong bể lắng cát, vận tốc dòng chảy trong
bể phải giữ không đổi, v = 0,2 m/s-0,15m/s mặc dù lưu lượng qua bể thay đổi
từ Qmax xuống Qmin Để thực hiện điều này ,cuối bể lắng cát xây dựng máng
tràn kiểu máng đo theo tỉ lệ với độ ngập nước H trong bể lắng cát.

Chiều rộng máng tràn:

Trong đó:
g: gia tốc trọng trường, g=9,81 m/s2

m: Hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới θ chọn theo bảng sau:
Bảng 2: Giá trị m đối với cửa tràn theo giá trị của góc tới θ

5


-

Độ chênh lệch đáy:

b. Bể lắng cát sục khí:
Bể lắng cát sục khí có cấu tạo như một bể chứa hình chữ nhật. Dọc một phía
tường của bể đặt hệ thống ống sục khí nằm cao hơn đáy bể 45-60 cm. Dưới dàn
ống sục khí là máng thu cát. Độ dốc ngang của đáy bể là i=0,2-0,4 dốc về phía
máng thu để cho cát trượt theo đáy vào máng.
2. Phân loại
- Có ba loại bể lắng cát chính
▪ Bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (dạng chữ
nhật hoặc vuông).
▪ Bể lắng cát có sục khí.
▪ Bể lắng cát có dòng chảy xoáy.
3. Bể điều hòa
Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu
lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm
bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này.

- Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay
ngoài dòng thải xử lý. Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể
dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều
hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó. Vị trí tốt nhất để
bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc
vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải.
•

Có 2 loại bể điều hòa:
Sơ đồ bể điều hòa lưu lượng

6


• Sơ đồ bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

4. Bể lắng sơ cấp
4.1 Cấu tạo
Bể lắng có cấu tạo mặt bằng là hình chữ nhật hay hình tròn, được thiết kế để
loại bỏ bằng trọng lực các hạt cặn có trong nước theo dòng chảy liên tục vào bể
và ra bể.
Trong những dữ liệu viết về bể lắng, các tác giả phân chia bể lắng làm 4 vùng:

Hình 8: Sơ đồ mặt đứng thể hiện 4 vùng trong bể lắng
(Theo Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai, 2009)
Bể lắng dùng trong xử lý nước thải được thiết kế để loại bỏ khỏi nước ba loại
cặn:
Cặn cứng (cát) là các hạt phân tán, có kích thước và vận tốc lắng không đổi
trong suốt quá trình lắng.
Cặn lơ lửng có bề mặt thay đổi, có khả năng dính kết và keo tụ với nhau trong

quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn thay đổi
theo chiều cao lắng.
Bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1000 mg/l.
4.2. Phân loại
- Theo hình dạng chúng có thể có hình dạng chữ nhật, hình vuông hoặc tròn;
- Theo cách đưa nước vào chúng có thể là loại liên tục hoặc gián đoạn;
- Theo hướng dòng chảy, có thể có loại nằm ngang hoặc thẳng đứng.
7


Bể lắng ngang là loại có thiết kế đơn giản nhất, cho phép nước chảy ngang qua
một bể lắng khá dài. Đây là loại bể thường được tìm thấy trong các nhà máy xử lý
nước quy mô lớn. Bể lắng hình chữ nhật có nhiều lợi thế như khả năng dự báo, chi
phí hiệu quả, và bảo trì thấp. Ngoài ra, các bể lắng hình chữ nhật ít có khả năng
ngắn dòng. Một bất lợi của bể hình chữ nhật đòi hỏi một diện tích đất lớn.
Ưu điểm của bể lắng ngang: Dễ thiết kế, xây dựng và vận hành, thường áp
dụng cho lưu lượng lớn

C. THIẾT KẾ MÔ HÌNH
I. Chuẩn bị vật liệu:
Kính, keo dán kính, kéo, máy bơm, kẽm...
II. Tính toán thiết kế
Giả sử ta có lưu lượng của một nhà máy: Q=0,005 m3/s = 17 L/s
1. Độ lớn thủy lực của hạt 0,2mm (tra bảng 1) có độ lớn thủy lực hạt cần
giữ Uo=0,0187 m/s
2. Diện tính mặt thoáng của bể lắng cát:
F=K*

=1,3*

=0,36 m2

3. Tỷ số giữa chiều dài và phần chiều cao công tác của bể:

4. Chọn chiều cao lớp nước công tác H=0,086 m (nhóm chọn 0,2m)
Chiều dài bể L=13,9*0.086=1,2 m
5. Chiều rộng bể:

Bể chia làm 2 ngăn: ngăn thứ nhất có chiều dài 0.2m, phần còn lại là
vùng lắng chó chiều dài 1m
6. Chọn gốc tới θ =45o , Cotg θ =1
Chiều rộng máng đo theo tỷ lệ (tính theo bảng 2):

b=
P=

=0,64m
=

m

8


III. Chi phí mô hình
STT

Tên vật liệu

Đơn giá

Số lượng

Thành tiền

1

Kính thủy tinh 5
mm

260.000Đ/m2

2

520.000Đ

2

Keo silicon

45.000Đ/ống

3

135.000Đ

3

Lưới kẽm

40.000Đ/tấm

1

40.000Đ

4

Ống nước các loại

5

Nhựa mica

100.000Đ
30.000Đ/tấm

THÀNH TIỀN

1

30.000Đ
825.000Đ

IV. Mô tả thí nghiệm
- Thí nghiệm 1: Kết hợp song chắn rác với bể điều hòa và bể lắng ngang.

-

Thí nghiệm 2: Bể keo tụ và bể lắng ngang

9


D.KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
1. Thuyết minh
1.1 Thí nghiệm 1
Nước thải sinh hoạt sẽ được chảy vào bể thu gom, từ bể thu gom nước sẽ được
bơm qua SCR để đi vào bể phân phối nước đều và chảy tràn qua bể lắng sau đó
nước sẽ được thu ở máng thu nước ra chảy qua bể xử lý tiếp theo kết thúc quá trình
xử lý sơ bộ.
1.2 Thí nghiệm 2
Nước thải sinh hoạt sẽ được chảy vào bể thu gom, từ bể thu gom nước sẽ được
bơm qua SCR để đi vào bể khuấy trộn hóa chất.Tại bể khuấy trộn hóa chất nước
sẽ tiếp tục được bơm vào bể keo tụ tại đây sẽ diễn ra quá trình tạo bông cặn, sau đó
chảy tràn qua tấm phân phối nước đều đến vùng lắng của bể lắng. Tại đây quá trình
lắng sẽ diễn ra và nước sẽ đi qua máng thu nước ra chảy qua bể xử lý tiếp theo kết
thúc quá trình xử lý sơ bộ.
2. Đánh giá kết quả
Mô hình đã đáp ứng được được yêu cầu về tách rách ở SCR và có thể lắng được
những hạt cặn lớn để có thể dễ dàng thực hiện cho việc thực hiện các giai đoạn
tiếp theo.

E. Kết luận
Thí nghiệm 1

Thí nghiệm 2

Ưu điểm
Loại bỏ được các chất

rắn lớn trộn lẫn vào nước
thải.
Loại bỏ được các hạt cặn
nhỏ lơ lửng tốt hơn
phương pháp lắng thông
thường.

Nhược điểm
Thời gian để lắng cặn
lâu.
Chỉ lắng được các hạt cặn
kích thước lớn.
Cần hóa chất để vận
hành.
Dễ tắc nghẽn máy bơm
do bông cặn.

10


F.Tài liệu tham khảo
1.Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,TS.Trịnh Xuân Lai, Nhà xuất bản xây
dựng Hà Nội, 2009.
2.Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp,TS.Trịnh Xuân Lai,Nhà xuất bản xây
dựng Hà Nội, 2004.

11


12