Tính toán thiết kế bể lắng ly tâm (sinh học, hóa lý) trong xử lý nước thải

Tài liệu tính toán thiết kế bể lắng lý tâm (sinh học + hóa lý) dành cho hệ thống xử lý nước thải công suất 3000 m3ngày. Bài đồ án này mình dùng để làm luận văn tốt nghiệp được 7.5 điểm, mọi người có thể tham khảo cách tính của mình, ngoài ra mình còn 1 số tài liệu khác như tính toán lưới lọc rác tinh, mương oxi hóa,... Những loại bể và thiết bị này tìm thấy rất ít tài liệu hướng dẫn cách tính nên mình mong rằng nó có ích cho các bạn.

 Tính chất nước thải đầu vào

Bảng 1 1: Tính chất nước thải đầu vào [CITATION Hướ \l 1033 ]

 Yêu cầu đầu ra

Chất lượng nước thải sau xử lý từ hệ thống chính phải đáp ứng các yêu cầu của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40-2011/BTNMT, cột

A (nguồn tiếp nhận là sông Suối Cái được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt), Kq= 0,9 (0<Q<50 m3/s), Kf = 1,0 (lưu lượng nguồn thải lớn nhất là 3000 m3/24h nằm trong quy định khoảng từ 500<F<5000 m3/24h) [ CITATION QCV \l 1033 ]

Bảng 1 2: Yêu cầu đối với chất lượng nước đã qua xử lý từ hệ thống xử lý [ CITATION QCV \l 1033 ]

STT Thông số Đơn vị Giá trị C C max = C*K q *K f

4 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 45

CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

Thông số tính toán:

 Công suất xử lý : 3000 m3/ngày đêm

 Chất rắn lơ lửng SS : 100 mg/l

Tính toán lưu lượng thiết kế:

 Lưu lượng trung bình ngày: Qtb ngày= 3000 m 3/ngày

 Lưu lượng trung bình giờ: Qtb h=

 Lưu lượng trung bình giây:

Hệ số không điều hòa chung chọn Kmax= 1,2

Lưu lượng lớn nhất:

Qh max= Q h tb × Kmax = 125×1,2= 150 m 3/h

= Qh tb × Kmax = 34,72×1,2= 41,67 l/s= 0,042 m 3/s

4.2.3 BỂ LẮNG SINH HỌC (BỂ LẮNG LY TÂM)

A Nhiệm vụ

Bể lắng bùn sinh học có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải, làm giảm SS được thiết kế đặc biệt tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bể

B Tính toán thiết kế

Chọn tải trọng bề mặt: LA = 16 (m3/m2.ngày) (L A = 16 ÷ 25, Nguồn [4]–trang 179)

Tải trọng chất rắn: LS = 5 (kg/m3.h)

Diện tích bề mặt lắng theo tải trọng bề mặt

= = (m2)

Trong đó:

ngd

tb

Q :Lưu lượng trung bình ngày đêm, Q tb ngd= 3000 (m3/ngđ)

Diện tích bề mặt lắng theo tải trọng chất rắn

= = 107,25 (m2)

Trong đó:

Qh: Lưu lượng trung bình giờ, Qh = 125(m3/h)

Qr: Lưu lượng bùn tuần hoàn

MLSS: Nồng độ bùn hoạt tính, chọn MLSS = 3000(g/m3)

Ls: Tải trọng chất rắn, Ls = 5 (kg/m2.h)

Do AL > AS, nên chọn bề mặt lắng F = AL để thiết kế

Đường kính của bể lắng sinh học:

D = = =12,4 (m)

Trong đó:

n: Số bể lắng đợt 1 làm việc đồng thời, chọn n = 1

Chọn D = 13m

Chọn chiều cao công tác của bể lắng H = 2m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,5m, chiều cao lớp nước trung hòa hth =0,3m và chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m

Chiều cao xây dựng của bể lắng ly tâm ( Nguồn [2]):

Hxd = H + hth + hb +hbv = 2+ 0,3 + 0,5 + 0,5 = 3,3 (m)

Trong đó:

hth: Chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 (m)

hb: Chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0,5 (m).

hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m)

 Tính ống lắng trung tâm

Đường kính ống trung tâm:

d = 20% ×D = 20%×13 = 2,6 (m)

Chọn ống lắng trung tâm có đường kính d = 1,4 (m)

Chiều cao của ống trung tâm:

Htt = 60% × Hl = 60% × 2 = 1,2 (m)

Trong đó:

Hl: Chiều cao hữu ích vùng lắng, m

Đường kính phần loe ống trung tâm:

D1 = 1,35 × d = 1,35 × 2,6 = 3,51 (m)

Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe:

dc = 1,3 × 3,51 = 4,56 (m)

[1]–-trang 256).

 Tính toán máng thu nước

Tải trọng máng tràn:

A = = = 113,1 (m3/m.ngày)

Trong đó:

ngđ

Q : lưu lượng nước thải ngày đêm, Q ngđ= 3000 (m3/ngđ);

th

Q :lưu lượng bùn tuần hoàn, Q th = 1620 (m3/ngđ);

D: đường kính bể lắng, D = 13 (m);

n: số bể lắng công tác, n = 1

Đường kính máng thu nước:

Dm = 0,8 × D= 0,8 × 13= 10,4 (m).

Chiều dài máng thu nước:

L = π × Dm = π × 10,04= 31,54 (m)

Chọn chiều cao máng thu nước là 400 (mm)

 Thiết kế máng răng cưa:

Chiều dài máng răng cưa: Lm = 31,54 (m)

Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 900 để điều chỉnh cao độ mép máng Chiều cao máng răng cưa là 250mm, chiều cao hình chữ V là 75mm, bề dày 3mm, bề rộng khe

là 100mm, bề rộng răng là 100mm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V Ta có 158 khe chữ V/31,54m máng răng cưa

Lưu lượng nước qua 1 khe là:

Q = = = 0,79 (m3/h.khe)

Chiều sâu ngập nước của khe:

q= = =

5 2

1, 42 h Trong đó:

h: Chiều cao mực nước trong khe chữ V, (m)

: góc đáy chữ V

Cd: Hệ số chảy tràn, chọn Cd = 0,6

Rút ra h = 45mm < 75mm, đạt yêu cầu

 Kiểm tra lại thời gian lưu nước của bể lắng (Nguồn [2]-trang 438).

Thể tích phần lắng

VL = (D2 – d2) × H = (132 – 2,62) × 2 = 254,8 (m3)

Thời gian lưu nước

T = = = 1,42 (giờ)

Thể tích phần bùn lắng cho 1 bể

Vb = A× Hb = 113,1 × 0,5 = 56,55 (m3).

 Chọn thiết bị - bơm bùn thải

Thời gian lưu bùn thải trong bể

tbt = = = 1,05 (giờ)

Đường kính ống dẫn bùn thải ra khỏi bể lắng sinh học:

Đường kính ống:

D = = 0,02(m)

t: thời gian hút bùn, chọn t =30 phút

Vậy đường kính ống chọn là: D = 27 mm (Catalog ống nhựa uPVC Bình Minh) N= = 2,01 (kW)

Trong đó:

H: Cột áp toàn phần của bơm, H = 10 (mH2O);

bun

bùn = 53,75 (m3/h)

Công suất thực tế của máy bơm:

Ntt = β× Nyc= 1,5 × 2,01 = 3,02 (kW)

Trong đó:

β: Hệ số dự trữ , β = 2 ÷ 1,5 chọn β = 1,5

Chọn 01 bơm bùn thải cho bể lắng hiệu EU/G7 Công suất bơm bằng 2,2kW/3 pha/380V/50Hz

 Chọn thiết bị - bơm bùn dư

Thời gian lưu bùn dư trong bể

tbd = = = 28,4 (giờ)

Đường kính ống dẫn bùn dư ra khỏi bể lắng sinh học:

Đường kính ống:

D = = 0,03(m).

t: thời gian hút bùn, chọn t =30 phút

Vậy đường kính ống chọn là: D = 34 mm (Catalog ống nhựa uPVC Bình Minh) N= = 0,07 (kW)

Trong đó:

H: Cột áp toàn phần của bơm, H = 10 (mH2O);

bun

bùn = 1,99 (m3/h)

Công suất thực tế của máy bơm:

Ntt = β× Nyc= 2 × 0,07= 0,14 (kW)

Trong đó:

β: Hệ số dự trữ , β = 2 ÷ 1,5 chọn β = 2

Chọn 01 bơm bùn dư cho bể lắng hiệu EU/G7 Công suất mỗi bơm bằng 2,2kW/3 pha/380V/50Hz

 Đường kính ống chảy chuyển tiếp

Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống là v = 1,5(m/s)

Lưu lượng nước thải: 125 (m3/h) = 0,035 (m3/s)

Đường kính ống:

D = = = 0,17 (m)

Vậy đường kính ống chọn là: D = 200 mm (Catalog ống Bình Minh uPVC)

Kiểm tra lại vận tốc:

V = = 1,11 (m/s) (nằm trong khoảng 1 – 2 m/s)

 Tính toán bơm bùn tuần hoàn:

Công suất bơm:

N = = = 2,01 (kW)

Cột áp của bơm: H = 10m

Công suất thực tế của máy bơm:

Ntt = β Nyc = 1,2 2,01 = 2,412 (kW)

Trong đó:

β: Hệ số dự trữ , β = 1,5 ÷ 1,2 chọn β = 1,2

Chọn 02 bơm bùn tuần hoàn cho bể lắng hoạt động (01 bơm chạy, 01 bơm dự phòng) hiệu EU/G7 Công suất bơm bằng 2,2 kW/380V/3pha/50Hz

 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn

Đường kính ống:

Chọn vận tốc chảy trong ống là v = 1,5m/s

D = = = 0,113 (m)

Vậy đường kính ống chọn là: D = 114 mm (Catalog ống uPVC Bình Minh )

Bảng 4 1: Kết quả tính toán bể lắng sinh học

Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn mm 114

4.2.4 BỂ LẮNG HÓA LÝ (BỂ LẮNG LY TÂM)

A Nhiệm vụ

Bể lắng hóa lý có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đi qua các công trình xử lý trước

B Tính toán thiết kế

Thể tích tổng cộng của bể lắng II được xác định theo công thức:

tb

Trong đó:

h

tb

Q : Lưu lượng trung bình theo giờ, Q tb h=125 (m3/h)

t: Thời gian lắng được xác định bằng thực nghiệm về động học lắng Trường hợp không tiến hành thực nghiệm được, thời gian lắng đối với bể lắng đợt II có thể lấy bằng 2h (Nguồn [2])

W= 125 × 2 = 250 (m3)

Diện tích của bể trong mặt bằng:

F= = 125 (m2)

Trong đó:

H : Chiều sâu vùng lắng của bể lắng ly tâm có thể lấy từ 1,5 đến 5,0 m Tỷ lệ giữa đường kính D và chiều sâu vùng lắng (D : H) lấy trong khoảng từ 6 đến 12 (Nguồn [2]), chọn H = 2 m

Đường kính của bể lắng ly tâm:

D==

Chọn D = 13 (m)

Kiểm tra tỉ lệ:

= = 6,3 (thỏa mãn)

Chiều cao xây dựng của bể lắng ly tâm (Nguồn [2]):

Hxd= H + hth + hb + hbv = 2 + 0,3 + 0,5 + 0,5 = 3,3 (m)

Trong đó:

hth: Chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 (m).

hb: Chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0,5 (m)

hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m)

Chiều cao ống trung tâm:

Htt = 60% × H= 0,6 × 2= 1,2 (m)

Đường kính ống trung tâm:

d= 20% × 13,8 = 0,2 × 13,8= 2,76 (m)

Đường kính phần loe ống trung tâm:

D1= 1,35 × d = 1,35 × 2,76= 3,73 (m)

 Tính toán máng thu nước

Tải trọng máng tràn:

A= =

Trong đó:

ngđ

Q : lưu lượng nước thải ngày đêm, Q ngđ= 3000 (m3/ngđ)

D: đường kính bể lắng, D = 12,6 (m)

n: số bể lắng công tác, n = 1

Đường kính máng thu nước:

Dm = 0,8 D= 0,8 12,6 = 10,08(m)

Chiều dài máng thu nước:

L= π Dm= π 10,08 = 34,7 (m)

Chọn chiều cao máng thu nước là 400 (mm)

 Thiết kế máng răng cưa

Chiều dài máng răng cưa: Lm = 34,7 (m)

Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 900 để điều chỉnh cao độ mép máng Chiều cao máng răng cưa là 200mm, chiều cao hình chữ V là 75mm, bề dày 3mm, bề rộng khe

là 100mm, bề rộng răng là 100mm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V Ta có 195 khe chữ V/38,94m máng răng cưa

Lưu lượng nước qua 1 khe là:

Q= = (m3 / h.khe)

Chiều sâu ngập nước của khe:

Q= = =

5 2

1, 42 h Trong đó:

h: Chiều cao mực nước trong khe chữ V, (m)

 : góc đáy chữ V

Cd: Hệ số chảy tràn, chọn Cd = 0,6

Rút ra h = 48mm < 75mm, đạt yêu cầu

Tính toán thanh gạt nước thu ván nổi:

Tốc độ quay thanh gạt:  0,02 0, 05 (vòng/phút) Chọn   0, 03(vòng/phút)

(Nguồn [4])

Đường kính làm việc của thanh gạt:

Dg = 0,8 × Dm = 0,8 × 10,08 = 8,83 (m)

 Tính máng thu ván nổi

Bố trí máng thu ván nổi dài:

lm= = 3,04 (m)

Chọn chiều rộng máng thu là 400mm, chiều sâu máng thu là 400mm

 Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể lắng:

D= 0,19 (m)

Chọn ống dẫn nước thải ra với D = 200mm

Hiệu quả khử SS và BOD (Nguồn [4]):

= = = 34,5 (%)

Trong đó:

R: hiệu quả khử BOD hoặc SS, (%)

t: Thời gian lưu nước, (h)

a,b: hằng số thực nghiệm chọn theo bảng

Bảng 4 2: Giá trị của hằng số thực nghiệm a,b ở t o ≥ 20 o C

= = = 56,3 (%)

 Tính toán lượng bùn lắng

Lượng cặn lắng theo trọng lượng khô:

Thể tích bùn cặn sinh ra trong 1h:

)

Giả sử bùn tươi có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%), khối lượng riêng bùn tươi là 1,053 (kg/l) (Nguồn [4])

Chọn thời gian hút bùn về bể nén bùn là 6h và thời gian hút là 30 phút, vậy lưu lượng bơm bùn là:

/ h)

Đường kính ống dẫn bùn:

Dbùn= 0,012 (m)

Trong đó:

vb: vận tốc của bùn trong ống dẫn, chọn v = 1,2 m/s

n: số bể công tác, n = 1

Chọn ống dẫn bùn có đường kính D = 21 mm ( Catalog ống Bình Minh uPVC) Công suất bơm bùn bể:

N= = = 0,18 (kW)

Trong đó:

H: Cột áp toàn phần của bơm, H = 10(mH2O)

b

Q : Lưu lượng bơm bùn, Q b = 0,48 (m3/h)

Công suất thực tế của máy bơm:

=  × N= 2 × 0,18= 0,36 (kW)

Trong đó:

β: Hệ số dự trữ , β = 2 ÷ 1,5 chọn β = 2

Chọn 2 bơm bùn cho mỗi bể (1 hoạt động, 1 dự phòng) hiệu EU/G7 1.1kW/380V/3pha/50Hz

Bảng 4 3: Kết quả tính toán bể lắng hóa lý