Đề tài 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 Họ và tên MSSV 1 Lê Hòa Phát 14163200 2 3 4 5 Huỳnh Minh Tuấn Võ Thị Mỹ Tiên Nguyễn Quốc Phú Đỗ Minh Quân 14163305 14163012 14163204 14163216 TP. HCM 04/2017 GVHD: ThS. Lê Tấn Thanh Lâm 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 1 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) 2 - 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. 3 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) 4 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 hạt cát(mm) 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 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) 5 - 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 6 - 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 7 • 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. 8 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= =0,64m P= = m 9 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 100.000Đ 5 Nhựa mica 30.000Đ/tấm 1 30.000Đ THÀNH TIỀN 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 10 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 Ưu điểm Nhược điểm Thí nghiệm 1 Loại bỏ được các chất rắn lớn trộn lẫn vào nước thải. Thời gian để lắng cặn lâu. Chỉ lắng được các hạt cặn kích thước lớn. Thí nghiệm 2 Loại bỏ được các hạt cặn nhỏ lơ lửng tốt hơn phương pháp lắng thông thường. Cần hóa chất để vận hành. Dễ tắc nghẽn máy bơm do bông cặn. 11 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. 12