Bài tập môn kĩ thuật xử lý nước thải

Bài tập môn Kĩ thuật xử lý nước thảiBài tâp: Hãy xác định thể tích của bể điều hòa và thời gian lưu nước thải trong bể điều hòa vừa tính được đối với nguồn nước thải có số liệu trong bả

Bài tập môn Kĩ thuật xử lý nước thải

Bài tâp: Hãy xác định thể tích của bể điều hòa và thời gian lưu nước thải trong bể

điều hòa vừa tính được đối với nguồn nước thải có số liệu trong bảng sau Hãy đưa ra các nhận xét và đánh giá kết quả thu được:

Thời gian đo lúc Lưu lượng, m³/s Lưu lượng, m³/h Thể tích tích lũy, m ³

Q TB = 55.3125 m³/h

1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h 22h 23h 24h 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Thể tích tích lũy, m³

Thể tích tích lũy, m³

Thời gian đo lúc

Từ đồ thị  Thể tích của bể điều hòa là: V=220m³

QTB= 55,3125 m³/h

 Thời gian lưu nước thải trong bể là: tlưu= V/QTB = 220/55,3125=3,98h

Bài tập : Tính toán bể lắng 1( bể lắng ngang) cho công trình xử lý nước thải công

suất 2000 m³/ngày

 Bể lắng ngang : L/B=4:1

 Chiều cao vùng lắng: 3,6m

 Tải trọng bề mặt: 35m³/m².ngày

Bài Làm

-Diện tích bề mặt lắng:

F= Q/U0= 2000/35= 57 m²

F= BxL= Bx 4B=57 B=3,7m ˜ 4m  L=16m

 F= 4x16= 64m²

 V=64x3,6= 230m³

 HRT=V/Q=(230x24)/2000= 2 ,76 h

Bài 1: Xác định nhu cầu năng lượng lý thuyết và diện tích cần thiết của cánh khuấy

để đạt gradient vận tốc 50 s⁻¹ trong một bể khuấy trộn có thể tích V=3000 m³ Giả thiết , nhiệt độ của nước là 15 ˚C, hệ số ma sát của cánh khuấy hình chữ nhật là 1,8, vận tốc đỉnh cánh khuấy Vp=0,6 m/s và vận tốc tương đối của cánh khuấy trong chất lỏng bằng 0,75 m/s

Năng lượng cần truyền vào nước:

P=μ.G².V=1139.10⁻³.50².3000= 8,543 kW

P= (CD.A.ρ.V³)/2  A= 2P/(CD.ρ.V³)=104,3 m²

Bài 2: Một hệ thống thiết bị keo tụ gồm một bể khuấy trộn có thể tích bằng 5,7

m³, một bể keo tụ có chiều rộng 4,6m; chiều dài 21m; chiều sâu mực nước trong

bể 2,5m và một bể lắng hình vuông có cạnh bằng 23m, chiều sâu mực chất lỏng 3,6m Hãy tính các thông số quan trọng trong thiết kế các thiết bị này căn cứ vào lưu lượng nước thải bằng 11400 m³/ngày

V1=5.7 m³

V2=L.B.H=4,6.21.2,5=241,5 m³; A= 2,5x4,6=11,5 m²

V3= a².H= 23.23.3,6=1904,4 m³; A= a²=23.23=529 m²

Q=11400m³/ngày =475m³/h

HRT1=5,7/475=0,012h=43,2s

HRT2 =241,5/475=0,5h

HRT3 = 1904,4/475= 4h

Bài 3: Thiết kế thiết bị tuyển nổi làm việc không tuần hoàn và có tuần hoàn để làm

cô đặc bùn hoạt tính có nồng độ 0.3% lên 0.4% Hàm lượng chất rắn trong hỗn hợp lỏng-rắn bằng 3000 mg/l Hệ thống làm việc ở những điều kiện như sau: _Tỷ số Gkk/Gr tối ưu là 0.008 ml/mg;

_Nhiệt độ nước là 20 ˚C;

_Độ hòa tan không khí 18.7 mg/l;

_Tải trọng bề mặt bằng 8 l/m².phút;

_Lưu lượng bùn bằng 400 m³/ngày;

Bài làm:

 Không tuần hoàn

Gkk/Gr=[1,3.b.(f.P – 1)]/CR

0,08=[1,3x18,7x(0,5xP - 1) /3000 P=3,98 atm

P=(p+101,35)/101,35 p= Px101,35 – 101,35= 302 kPa

Tiết diện bể: A= (400x1000)/(8x24x60)=34,7 m²

 Có tuần hoàn

P=(p+101,35)/101,35= (275+101,35)/101,35=3,71atm

Gkk/Gr=[1,3.b.(f.P – 1).R]/(CR.Q)

0,08=[1,3.18,7.(0,5.3,71 – 1).R]/(3000.400)  R=461,9 m³/d

Tiết diện bể: A=(461,9x1000)/(8x24x60)=40,1 m²

Bài 4: Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào cuả nhà máy xử lý nước thải, người

ta đã lấy một mẫu để phân tích và có được kết quả phân tích như sau:

Khối lượng đĩa nung và mẫu sau khi bay hơi ở 105˚C để nguội đến

nhiệt độ trong phòng

62.039g

Phần mẫu còn lại trên giấy lọc và sau khi sấy khô ở 105˚C 1.552g Phần mẫu còn lại trên giấy lọc và sau khi sấy khô ở 550˚C 1.549g Hãy xác định :

1 Nồng độ tổng chất rắn (TS)

2 Nồng độ tổng chất rắn bay hơi (TVS)

3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)

4 Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi (VSS)

5 Tổng chất rắn hòa tan (TDS)

Biết rằng lượng từng mẫu đem phân tích bằng 50 ml

Bài làm:

1 Nồng độ tổng chất rắn (TS):

TS=(62,039 - 62,006).10⁶/50= 660 mg/l

2 Nồng độ tổng chất rắn bay hơi ( TVS)

TVS= (62,039 – 62,036).10⁶/50=60 mg/l

3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)

TSS= (1,552 – 1,540).10⁶/50= 240 mg/l

4 Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi (VSS)

VSS= (1,552 - 1,549).10⁶/50 = 60 mg/l

5.Tổng chất rắn hòa tan (TDS)

TDS= 660 – 240 = 420mg/l

Bài 5: Thiết kế bể lắng cát có sục khí làm việc ở điều kiện sau:

 Lưu lượng trung bình của nước thải 16000 m³/ngày;

 Lưu lượng cực đại 40 000 m³/ngày;

 Hiệu suất máy thổi khí 60%;

 Hiệu suất động cơ 90%;

 Giá điện 2000 đồng/kWh;

Xác định:

 Lượng khí cần thiết và áp suất tại của ống xả của máy thổi khí

 Nặng lượng cần thiết;

 Chi phí và năng lượng hàng tháng

Bài Làm:

Qtb=16000 m³/ngày=01852m³/s

Qmax=40000 m³/ngày= 0,4630m³/s

Chọn thiết kế 3 bể lắng cát thổi khí (2 bể công tác và 1 bể dự phòng)

Chọn đường kính nhỏ nhất của hạt cặn d = 0,2 (mm)

 u0 = 18,7 (mm/s) = 0, 0187 (m/s) ( Theo Bảng 27, Mục 8.3.3, TCVN 7957:2008).

Diện tích tiết diện ướt của một bể lắng cát:

F= V × n Q = 0,12× 20,4630 = 1,93 (m2)

Trong đó:

 Q: Lưu lượng lớn nhất của nước thải (m3/s) Q = 0,4630 (m3/s)

 n: Số bể n = 2

 V: Vận tốc của nước trong bể (m/s) V = 0,12 (m/s)

Theo Mục 8.3.4b, TCVN 7957:2008.

Chọn chiều rộng B và chiều sâu H của bể lắng cát theo mối quan hệ sau:

B× H = 1,93 m2

B : H = 1,25

H =2Hn

Trong đó: Hn là chiều sâu tính toán của bể

Từ đó ta tính được:

Hn = 0,625(m)

H = 1,25(m)

B = 1,56 (m)

Kết quả tính toán cho thấy chiều sâu của bể lắng cát thổi khí H = 1,25 m, không

nằm trong khoảng cho phép H = 2 - 3,5m (Theo Mục 8.3.4b, TCVN 7957:2008).

Chiều dài công tác của bể lắng cát:

L = K × 1000 H U n

0

V= 2,25× 1000× 0,62518,7 × 0,12 = 9,024 (m)

Trong đó:

 U0: Độ lớn thủy lực của hạt (mm/s), xác định bằng tốc độ lắng tự do của hạt

ở trạng thái động trong bể (Theo Bảng 26, Mục 8.3.3, TCVN 7957:2008) U0

= 18,7 (mm/s)

 K: Hệ số tỷ lệ U0 : U (Theo Bảng 27, Mục 8.3.3, TCVN 7957:2008) Chọn tỷ

lệ B/H = 1,25  K = 2,25

 Hn: Chiều cao tính toán của bể lắng cát bằng một nửa chiều cao tổng cộng của bể Hn = 0,625 (m)

 V: Vận tốc chuyển động của nước thải trong bể mm/s

(Theo Bảng 28, Mục 8.3.3, TCVN 7957:2008) V = 0,12 (mm/s).

 Độ dốc ngang của đáy bể i = 0,4 Theo Mục 8.3.4b, TCVN 7957:2008.

Thời gian lưu nước trong bể lắng cát thổi khí ứng với kích thước đã được xác định:

t = F × L ×n Q

max = 1,93× 9,024 ×20,4630 = 75,23(s) = 1 phút 25 giây

Kích thước tính toán của bể lắng cát:

L = 9,024 (m)

H = 1,25 (m)

B = 1,56 (m)

Tính toán bơm cát.

 Chọn xả cát trong 30 phút, lưu lượng bơm cát: Q = 16 m3/h.( lượng cát thải trong mỗi bể là 4 m3)

 Chiều cao cột áp: H = 10 m

 Công suất của bơm:

N= Q b × H × ρ × g × k

16 × 10 ×1008 ×9,81 ×2 1000× 0,8 ×3600 =1,1 kW

Trong đó:

 Qb - Lưu lượng bơm: Qb = 16 (m3/h)

 H - Cột áp của bơm: H = 10 m

  - Khối lượng riêng của chất lỏng, ¿ 1008 kg/m3

 g - gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2

  - Hiệu suất của bơm,  = 0,7 ¿ 0,9, chọn  = 0,8

 k : Hệ số an toàn khi thiết kế trong thực tế, k = 2

Tính toán hệ thống thổi khí.

 Cường độ nén khí: W = 5 (m3/m2.h)

Theo Mục 8.3.4c, TCVN 7957:2008.

 Lượng khí cần cung cấp:

Qkhí = W×B×L = 5×1,56 × 9,024 = 70,3872 (m3/h) = 0,0195 (m3/s)

 Chọn đường kính ống thổi chính d = 100 (mm)

 Tốc độ thổi khí:

Vthổi = 4 Q khí

π d2 = 4 × 0,0195 3,14 ×0,12 = 2 ,48 (m/s)

Đặt ống ở độ sâu:

0,75H = 0,75 × 1,25 = 0,9375˜ 0,94 (m)

 Áp lực cần thiết của máy thổi khí xác định theo công thức:

Hct = hd + hc + hf + hhi = 0,4 + 0,4 + 0,5 +0,94 = 2,24 (m) (T148-[LMT])

Trong đó:

 hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiếu dài ống dẫn (m), giá trị này không vượt quá 0,4m

 hc là tổn thất cục bộ (m), không vượt quá 0,4m

 hf là tổn thất qua thiết bị phân phối (m), không quá 0,5m

 hhi là chiều sâu thổi khí hhi = 0,94m

 Theo tinh toán của nhà sản xuất áp lực cần thiết của máy thổi khí là:

PS=(10332+ P2

10332+ P1−1)×10332=(10332+280010332−500−1)×10332=3467(mmH2O).

Trong đó:

 P1 – Áp suất hút tĩnh, Chọn P1 = -500 mmH2O

 P2 – Áp suất khí ở dòng ra, P2 = +2800 mmH2O

Áp lực máy thổi khí

P= 98066,5.(1+(H/10,33)) =106966,53 (Pa)

Công suất máy thổi khí N=3,64.(p0.29−1).Qk

Chọn xả cát trong 30 phút, lưu lượng bơm cát: Q = 16 m3/h.( lượng cát thải trong mỗi bể là 4 m3) Chiều cao cột áp: H = 10 m

Công suất bơm N’ =Q cát H ρ g K 1000 ᶇ =16.10.1008 9,81 21000.0,9 3600 =0,98 Kw

Chi phí hàng tháng =( 2,89.10⁻⁴+ 0,98).24.30.2000= 1411616,16 đồng

Bài 6: Thiết kế bể lắng cát theo các số liệu sau:

 Lưu lượng nước thải 0.5 m³/s;

 Thời gian lưu của bể lắng cát có sục khí bằng 4 phút;

 Tỷ lệ chiều dài/ chiều rộng bằng 5/1 và chiều sâu bằng 3;

 Tốc độ sục khí 12l/s.m chiều dài bể;

 Lượng cặn cát 30 m³/10⁶ m³

Bài làm:

-Thể tích của bể: V= Q.t=0,5x4x60= 120 m³

-Diện tích của bể: A= Q / H= 120/3= 40 m²

-Có A= L x B=40 và L/B=5/1 Suy ra L=14,1421 m, B= 2,8254 m

-Vận tốc nước trong bể là: v= Q/A= 0,5/40= 0,0125 m/s

-Lượng khí cần thiết: Lk= I x L= (12/1000) x 14,1421= 0,17 m³/s

-Vận tốc thổi khí (giả sử đường ống thổi khí là d=0.1m)

V thổi=(4Lk/πd ²¿= 21,66 m/s

Nhận xét:

o Ứng dụng:

- Trạm xử lý nước thải công suất lớn;

- Khí sẵn có, rẻ tiền;

- Quá trình sục khí làm tăng hiệu quả xử lý;

o Ưu điểm:

- Hiệu quả không phụ thuộc vào lưu lượng;

- Quá trình sục khí cung cấp năng lượng tách chất hữu cơ khỏi cát;

- Hiệu quả tách cát cao;

- Tránh quá tình phân hủy hữu cơ khi vận tốc dòng chảy nhỏ

Bài 7: Thiết kế hệ thống chắn rác loại rác loại thanh đứng để lọc nước thải chảy

vào hệ thống xử lý cống hình tròn có đường kính D= 1.25 m, hệ số độ nhám n bằng 0,013, và góc nghiêng S bằng 0,00064 Biết Q max= 4QTB và khe hở giữa các thanh chắn chọn bằng 25mm

A=π r2= (1.25²x3.14)/4=1,23 m²

Áp dụng phương trình Hazen-Williams, trường hợp nước chảy đầy ống, lưu lượng lớn nhất là:

Qmax =4QTB  QTB =0,275 m³

Vận tốc trung bình dòng chảy trong ống là :

Vtb= Vmax/4= 0,9/4= 0,225 m/s

Giả sử thanh chắn rác có kích thước s=10 mm Bề rộng song chắn là 1,5m

Số thanh chắn cần thiết là:

n= (1,5x1000 – 25 )/(25+10)=42,1 chọn 42 thanh

Tổn thất cột nước ứng với Vtb là:

hL=B(s/b)^ ₃.hv.sin⁴̷₃.hv.sin θ

Chọn

B=1,83 thanh hình chữ nhật, θ=90 °

s=10mm=0,01m b= 25mm=0,025m, hv=Vtb²/2g

 hL= 0,014m

Bài 8: Thiết kế một bể lọc sinh học để xử lý nước thải từ bể lắng sơ cấp có lưu

lượng 500 m³/ngày và hàm lượng BOD₅ bằng 150 mg/l Tải lượng tính theo BOD₅ của bể lọc bằng 0,5 kg/m³.ngày Tính diện tích và chiều sâu của bể, tỷ số tuần hoàn Biết:

- Tổng BOD₅ ở dòng ra là 20 mg/l; tổng SS ở dòng ra là 20 mg/l

- TSS trong dòng ra có 60% có thể phân hủy sinh học và bằng 1,42 BODϲ và BOD₅/BODϲ là 0,68;

- LD/Lo là 10 −KD

, trong đó LD là hàm lượng BOD₅ hòa tan ở độ sâu D tính theo mg/l, Lo là hàm lượng BOD hòa tan sau khi trộn lẫn với nước tuần hoàn đưa vào bể lọc, mg/l; K- tốc độ khử BOD ( K=0,49 l/m)

Hiệu suất khử của bể lọc bằng 68%

Bài làm

Q= 500 m³/ngày

BODSL1 = 150 mg/l < 300 có tuần hoàn nước

Chọn thiết bị loại giọt:

-Chiều cao làm việc Hlv =2m

-Tải trọng bề mặt Lq= 2 m³/m².ngày

LBOD₅ =0,5 kg/m³ ngày = 500 g/m³.ngày

Thể tích môi trường lọc là:

Vmtr= Q BODSL1 LBOD = 500.150500 =150 m³

Thời gian lưu của nước trong bể:

HRT= Vmtr Q =150500 = 0,3 ngày= 7, 2h

Ta chọn bẻ hình trụ có đường kính là D

 Vmtr=πD ²4 Hlv  D= 9,8m  A =πD ²4 =75m²

Chất lượng nước đầu ra:

BOD₅ sau= BOD₅ht + BOD₅ll = BOD₅ht + SS x 1.42 x 0.6 x 0.68 =

20 + 20.1,42.0,6.0.68 = 31.5872 mg/l

SS= 20 mg/l

Hiệu quả xử lý theo BOD₅ hòa tan:

E =BODSL 1−BOD BODSL1 ₅ x 100 % =150−20150 x 100% = 86,67%

 Mỗi ngày tuần hoàn 350m³ vào bể

Tỷ số tuần hoàn R= Qth Q =350500 = 0.7

LD/Lo= 10 −KD=10 −0,49.9,8=10 −4,802

Lo= 31.5872 mg/l

 LD = 0.0005 mg/l

Bài 9: Tính các thông số cho quá trình bùn hoạt tính xử lý nước thải có lưu lượng

2000 m³/d và BOD₅= 180 mg/l Nước thải sau khi xử lý đạt BOD₅= 30mg/l Các điều kiện sau: X=2500 mg/l ; R=0,5; OLR=0.5 kg.BOD₅/m³/d

OLR= Q S ˳ V 10⁻³  V= Q S ˳ OLR .10⁻³ = 2000.1800,5 = 720m³

V=

Q S ˳

X F

M  M F =Q S ˳ V X =2000.180720.2500 = 0.2 d ⁻1

Tốc độ sử dụng chất nền của một gam bùn hoạt tính:

ρ= (M F ) E

! 00

; E =S ˳−S S ˳ 100  ρ= (M F ). S ˳−S

S ˳

100

100 = 16 d−1

R= Qr Q =Xr−X X  Qr=1000 m³/d ; Xr=540 mg/l

Thời gian lưu thủy lực

θ= Q+Qr V =2000+1000720 = 0.24 d = 5.76 h

LBOD₅ =Q S ˳ V = 500 mg/l.d

Bài 10: Câu hỏi:

1- Sục khí vào bể aeroten nhằm mục đích gì?

Tăng lượng oxy hòa tan vào nước, cung cấp oxy cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật

Đảm bảo oxy cần thiết cho vi sinh vật ở mọi điểm của bể

Đảo trộn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng để tiếp xúc với các chất ô nhiễm

ở nước thải

2- Tại sao hệ thống phân phối khí lại đặt gần sát ở đáy bể aeroten?

Tăng quãng đường, thời gian của bọt khí

Để lượng khí kịp hòa tan trong nước, tăng khả năng hòa tan của không khí

Tăng hiệu quả đảo trộn bùn, hạn chế sự lắng của bùn với nước do bùn thường có xu hướng lắng xuống đáy bể

3- Tại sao phải định kỳ thải bỏ một lượng bùn ra khỏi hệ thống aeroten?

Theo đúng yêu cầu thiết kế, đảm bảo hàm lượng bùn và vi sinh vật theo giá trị thiết kế  duy trì được các thông số F/M

 Đảm bảo hiệu quả hoạt động

Đảm bảo lượng bùn vào bể lắng ổn định Đảm bảo chất lượng nước 4- Có thể rút bùn ra liên tục được không?

Phụ thuộc vào quy mô công suất của hệ thống

5- Có thể lấy bùn ra ở vị trí nào?

Ở cả bể hiếu khí và bể lắng

Bài 11: Thiết kế một hồ hiếu khí – yếm khí để xử lý nguồn nước thải có lưu lượng

bằng 3800 m³/ngày Do hồ này nằm gần khu vực dân cư nên một số thiết bị thông khí bề mặt đã được sử dụng để duy trì hàm lượng oxy cần thiết ở lớp nước trên mặt hồ Giả thiết hồ làm việc ở điều kiện như sau:

- Hàm lượng SS ở dòng vào 300 mg/l;

- Hàm lượng BOD₅ ở dòng vào 200 mg/l;

- Nhiệt độ nước về mùa hè 25 ℃; nhiệt độ nước về mùa đông 15℃;

- Tổng hằng số tốc độ phân hủy bậc 1 của BOD ở 20℃ bằng 0,25 l/ngày;

- Hệ số nhiệt độ 1,06 ; chiều sâu hồ được chọn 1,2m;

- Tổng hiệu suất khử BOD₅ bằng 80%

Bài làm

Cách 1

S˳= 200 mg/l = 0.2 kg/m³

Tải trọng hữu cơ bề mặt: A=Ls L

Ls= 350 x (1.107 – 0.002 xT ) T−25 = 350 x (1.107−0.002 x 15)15−25= 166,7

(kgBOD₅/ha.ngày) Tổng lượng BOD₅ đầu vào:

L= S˳ Q= 0.2 x 3800= 760 kg/ngày

A= L/Ls = 760 : 166.7=4.6 ha= 46000 m²

Thể tích của hồ: V= A.h= 46000 1,2 = 55200m³

Thời gian lưu:

t= V/Q = 15 ngày

Chọn tỷ lệ L : B= 3:1  B = 124m ; L=372m

Cách 2

Q= 3800 m³/d

SS= 300 mg/l

BOD₅ = 200 mg/l

Ts= 25℃ ; Tw=15℃

K20= 0.25

H= 80%

θ= 1.06

Hằng số tốc độ :

K15 = K20 θ Tw−20 = 0.25 x 1.06 15−20 =0.19 (l/d)

Ta có H=80%  BOD₅ ra= 300100 20 =60 mg/l

Có BOD vào BOD ra = 1+ Kt1  30060 = 1+ 0.19t1  t=21d V= Q.t = 3800 21= 79800 m³

Chiều sâu h= 1.2m

 A= V/h = 79800/1,2 = 66500 m²

Có A= L.B  L.B= 66500

Chọn tỷ lệ L:B= 3: 1

 L= 444m ; B 148m