TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC HẠNG MỤC ĐƠN VỊ CỦA QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC HẠNG MỤC ĐƠN VỊ CỦA QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM I.. Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất có kích thước lớn chủ yếu là rác.. Đây là c

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC HẠNG MỤC ĐƠN VỊ CỦA QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

I Song chắn rác

1 Nhiệm vụ

Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất có kích thước lớn( chủ yếu là rác) Đây là công trình đầu tiên trong thành phần của hệ thống xử lý nước thải

Song chắn rác có nhiệm vụ bảo vệ bơm, van đường ống, cánh khuấy…

2 Tính toán

Bảng 1-1

Phương pháp lấy rác

Kích thước song rác

+ Rộng

+ Sâu

+ Khoảng cách giữa

những thanh song

chắn

+ Độ dốc so với

phương thẳng đứng

+ Vận tốc trong

mương

+ Tổn thất áp lực

cho phép

mm mm mm

Độ m/s mm

5-15 25-38 25-50

30-45 0,3-0,6 150

5-15 25-38 15-75

0-30 0,6-1,0 150-600

Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp- tính toán thiết kế công trình- Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân

Mương dẫn

Chọn hệ số giờ cao điểm k=2

- Lưu lượng giờ trung bình QhTB=

200

24 = 8,33m3/h

- Lưu lượng giờ lớn nhất Qhmax = 16,7m3/h

Chọn: Vận tốc nước chảy trong mương Vs = 0,6 m/s

Chọn bề rộng mương là 0,25m

Chiều cao lớp nước trong mương:

h=

Qsmax¿ VsxB ¿

- Tính toán kích thước song chắn:

+ Chọn thamh chắn có kích thước b x d = 5x 25mm

+ Khoảng cách giữa các thanh w = 25mm

Mối quan hệ giơax chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở như sau:

Bm = 5 x n + ( n +1 ) x 25

250 = 5 x n + 25n +25

⇒ 225 = 30n ⇒ n = 7,5 ⇒ Chọn số thanh là 8

Đặt lại khoảng cách giữa các thanh:

250 = 5n + ( n + 1 ) W

= 5 x 8 + 9w ⇒ w =

210

9 = 23,33 mm Tổng tiết diện các khe song chắn:

A = ( B – b x n )h

Với

B: Chiều rộng mương m

b: Chiều rộng thanh chắn

h: Chiều cao lớp nước trong mương

A = ( 0,25 – 0,005 x 8 ) x 0,031 = 0,00651 m2

Vận tốc dòng chảy qua song chắn rác:

V =

q

A =

0,00464 0,00651 = 0,713 m/s

Với : q: lưu lượng giây lớn nhất

- Tổn thất áp lực qua song chắn:

HL =

1

0,7

V2− v2

1 0,7

0,7132−0,62

Bảng 1-2: Lưới chắn rác trung bình:

- Hiệu quả khử cặn lơ lửng %

- Tải trọng l/m2p

- Kích thước mắt lưới mm

- Tổn thất áp lực m

- Công suất motor HP

- Chiều dài trống tay quay m

- Đường kính trống m

5

Nguồn giáo trình xử lý nước thải đại học bách khoa Tp Hồ Chí Minh, Nguyễn Phước Dân

- Lưới:

Chọn lưới cố định ( dạng lõm ) có kích thước mắt lưới d =0,35 mm tương ứng tải trọng 520l/pm2

Diện tích bề mặt lưới yêu cầu:

A =

Q h l

L A =

16,7m3/h

520l/ pm 2 .

1h

60 p

1.000 l

m3 = 0,54 m2 Giả sử kích thước lưới chắn rác định hình là 0,4 x 0,65

- Tải trọng làm việc thực tế:

L =

Q hmax

0,4 x 0, 65=

16, 7m3

/h 0,4 x 0, 65.

1h

60 p

1 000 l

m3 = 1.07l/ phút/m2 Bảng 1-3: Kết quả tính toán:

Mương

+ Rộng

+Sâu

- Song chắn

+ Bề rộng tiết diện

ngang thanh

+ Bề dài tiết diện ngang

thanh

- Lưới

+ Kích thước mắt lưới

m m

mm mm

mm

0,25 0,5

5 25

0,35

II Ngăn tiếp nhận

1 Nhiệm vụ:

Ngăn tiếp nhận có nhiệm vụ nhận nước thải từ mương dẫn vào

2 Tính toán:

- Chọn thời gian lưu t = 20p

- Lưu lượng:

Q =

16,7

60

m3 P

- Thể tích ngăn:

V =

16,7

60 x20 = 5,57 m3

- Chọn chiều sâu hữu ích 2m:

- Chiếu cao an toàn: 0,5m Khoảng cách từ mực nước đến khê dẫn nước vào là 500mm

Chiều cao khe là 0,6m Chiều cao từ khe lên thành bể là 0,2m

Chiều cao tổng cộng: H = 2,0 + 0,5 + 0,6 + 0,2 = 3,3m

- Chọn tiết diện ngang hình vuông:

F =

V

H=

5,57

2 = 2,785m2 → cạnh = √ 2,785 = 1,67m

- Kích thước: 3,3 x 1,67 x 1,67 m x m xm

- Đường kích ống dẫn nước thải vào và ra bể điều hòa:

- Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 0,9m/s (v = 0,9-1,9m/s)

- Đường kính ống:

- Với:

Q = 0,00464 m3/s

V = 0,9 m/s

Thay vào : D = √ 4 x0,00464 0,9 x3,14 = √ 0,00657 = 0,081m

Chọn ống nhựa đường kính thương mại ɸ114 áp suất 9 bar

- Tổn thất dọc đường:

Hd =

Q2

K2xL

( Công thức 9.43 giáo trình cơ lưu chất trường ĐHBK )

Trong đó :

K =

3 ,14 D2

1

4(

D

4 )

2 3

Với : D = 0,0063m

n = 0,016

Tra mục lục 9,3 giáo trình cơ lưu chất trường ĐHBK

Thay vào: K =

3,14 x 0,00812

1

0,016 x(

0,081

4 )

2 3

= 0,0239 = 0,024

Vậy: hd =

Q2xL

K2 =

0, 006462x 7

0 ,01232 = 0,996

( L = 7m tổng chiều dài từ bể điều hòa đến ngăn tiếp nhận )

- Tổn thất cục bộ tại khớp nối:

- Hc=

kxv2

2 g =

1,1 x0,92

2 x9,81 = 0,0454m

K = 1,1 là hệ số tổn thất

Tổng thất tổng cộng:

H = 0,996 + 2 x 0,0454 = 1,0868m

 Công suất máy bơm chìm bơm nước từ ngăn tiếp nhận đến bể điều hòa:

N =

ρ gHQ

1000xη

Trong đó :

η: Hiệu suất máy bơm 0,8

Q: Lưu lượng nước thải m3/s

H = Cột áp của bơm

Chọn H = 8m

Ta có :

1.000x 9,81x 8 x0,00464

Bảng 2 Tính toán thiết kế ngăn tiếp nhận:

Kích thước

+ Rộng

+ Dài

+ Sâu

- Công suất máy bơm

- Số máy bơm

m m m kw Cái

1.67

1,67 3,3 0,455 3

Ghi chú : 2 máy bơm hoạt đọng luân phiên, 1 máy dự phòng

III Bể điều hòa

1 Nhiệm vụ:

Bể điều hòa có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý, nó có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm Bên cạnh đó quá trình thổi khí tránh được sự lắng cặn và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý nước thải tiếp theo

2 Tính toán:

 Kích thước bể:

+ Chọn thừi gian lưu nước trong bể là 8h

+ Thể tích bể điều hòa:

V = Qtb

hxt = 8,35 x 8 = 66,64 m3 + Chọn chiều cao bể là 3m

+ Chọn chiều cao an toàn 0,5m

+ Chiều cao thực:

H = 3 + 0,5 = 3,5m

Diện tích bể:

F =

V

H=

66,64

3 = 22,213m2 Vậy kích thước bể 3,5 x 4 x 5,6 m x m x m

Bảng 3-1: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa:

Khuấy trộn cơ khí

Tốc độ khí nén

4-8 10-15

W/m3 L/m3 phút(m3 thể tích bể)

Nguồn xử lý nước thải đô thị và công nghiệp Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân – 2001

Giả sử khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí, lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn:

Qk = R x Vđh(tt) = 0,012m3 / px66,64m3 = 0,78m3 / p = 0,013m3 / s = 13,33l/ s

Với : R – tốc độ khí nén ; R = 12 l/m3p = 0,012m3/ p

V: Thể tích thực tế bể điều hòa m3

Bảng 3-2.Các thông số cho thiết bị khuyết tán khí:

Loại khuyết tán khí Lưu lượng khí l/phút các Hiệu suất chuyển hóa O2

tiêu chuẩn ở độ sâu 4,6m %

- Đĩa sứ - lưới

- Chụp sứ - lưới

- Bản sứ - lưới

- Ống plastic xốp cứng

bố trí

+ Dạng lưới

+ Hai phía hai chiều dài

+ Một phía theo chiều dài

- Ống plastic xốp mềm

bố trí

+ Dạng lưới

+ Một phía theo chiều dài

- Ống khoan lỗ vị trí

+ Dang lưới

+ Một phía theo chiều dài

- Khuyết tán không

xốp

+ Hai phía theo chiều dài

+ Một phía theo chiều dài

11 ÷ 96

14 ÷ 71

57 ÷ 142

68 ÷ 113

85 ÷ 311

57 ÷ 340

28 ÷ 198

57 ÷ 198

28 ÷ 113

57 ÷ 170

93 ÷ 283

283 ÷ 990

25 ÷ 40

27 ÷ 39

26 ÷ 33

28 ÷ 32

17 ÷ 32

13 ÷ 25

26 ÷ 36

19 ÷ 37

22 ÷ 29

15 ÷ 19

12 ÷ 23

9 ÷ 12

Nguồn xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân – 2001

Chọn hệ thống khuyết tán khí bằng đĩa đường kính đĩa là 170mm bố trí theo dạng lưới có lưu lượng khí 70l /p, vậy số đĩa khuyết tán khí:

n=

480l/ p

70l/ p = 12 cái

- Tính toán thủy lực ống dẫn khí nén:

Bảng 3-3: Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn:

25 ÷75

100 ÷ 250

300 ÷ 610

760 ÷1.500

6 ÷ 9

9 ÷ 15

14 ÷ 20

19 ÷ 33

+ Lưu lượng khí q = 13,33 l/svà với vận tốc 9 m/s có thể chọn ống thương mại có đường kính 50 mm

Chọn ống 4 nhánh:

+ Lưu lượng khí trong ống nhánh:

Q =

13,33l/ s

4 = 3,333l/ s + Tiết diện ống nhánh:

A =

0,003333 m3/s

6m/s = 5,555.10-4 ⇒ d = √ 3,14 4 xA = …………

Giả sử trạn khí đặt ở độ cao mực nước biển( Pt = 760 mmHg ) = 10,33m cột nước Nhiệt

độ mùa nóng nhất 360C, hiệu suất máy thổi khí η = 0,7

+ Xác định tăng nhiệt độ trong quá trình nén khí:

Δ =

T1

η [ ( p2

p1)n−1] Giáo trình XLNT ĐHBK Nguyễn Phước Dân

Trong đó:

T1: Nhiệt độ không khí xung quanh vào mùa nóng nhất 0K

η:Hiệu suất máy thổi khí, η = 0,65 – 0,8

p1: Áp suất tuyệt đối đầu vào m cột nước

p2: Áp suất tuyệt đối đầu ra m cột nước

n : Hệ số n = ( k- 1)/k = 0,283 đối với không khí

Thay vào ta có:

Δt =

( 36+273 )

0,7 [ ( 10,33+4,5 10,33 )0 ,283−1 ] = 480C

+ Nhiệt độ không khí ở đầu máy thổi khí là:

t= 36 + 48 = 840C

Số Reynolds được tính theo hai công thức sau

NR =

1528 q s

μdd

Trong đó:

Qs : Lưu lượng khí trong ống( l/s) dưới áp suất và nhiệt độ đang vận hành D: Đường kính ống dẫn khí mm

µ: Độ nhớt không khí centipoises được xác định

µ = ( 70 + 0,5t0C) 10-4

t : Nhiệt độ trung bình trong ống dẫn 0C lấy từ 700C

µ = ( 170 + 0,5 700C)10-4 = 205.10-4 centipoises

Tính được:

NR =

1528 x 13,33l/ s

205 10−4centiposex 50 = 1,99.10-4

+ Xác định lưu lượng khí trong ống bằng biểu thức sau:

p1V1

T1 =

p2V2

10 ,33 x 8

(10 ,33+4,5) xV2 (273+70)

Với V2 = 10,873 l/s

+ Tốc độ khí nén trong ống:

V =

V2

10,87 l/s 10−3m3/l

(50 mm.10−3m/mm)2.3 ,14

4 = 5,54m/s + Áp suất đầu ra:

P = 10,33m + 4,5m = 14,83 m

14,83 x101,3 kp a

+Trọng lượng riêng của không khí ở áp suất 145kpa và nhiệt độ 700C

γ = 0,284

p

RT

Với: p: áp suất kp3

R: Hằng số khí kĩ thuật R = 8,314kJ/kmol0R

T: nhiệt độ koC

Thay vào công thức ta có:

+ Cột áp vận tốc hi

Hi = 5,22 v2γa

Với: hi: Cột áp vận tốc mm

V: tốc độ khí nén m/s

γ a : Trọng lượng riêng của không khí ở điều kiện đang xét

hi = 5,22 x………

+ Tổn thất áp lực theo chiều dài ống thổi khí:

Hl = f

L

D h1

= ………

Với f: 0,0325 chọn theo biểu đồ

L: Chiều dài tổng của ống từ máy thổi khí đến bể điều hòa

- Đối với ống nhánh:

NR =

1528 q s μdd

Với: Qs: Lưu lượng khí trong ống nhánh( l/s)1,134l/s dưới áp suất và nhiệt độ đang vận hành

d : Đường kính ống dẫn 27mm

µ : 205.10-4centipoises

Tính:NR = ………

Xác định lưu lượng khí trong onhs bằng biểu thức:

p1V1

T1 =

p2V2

10,33 x 3,333

(10,33+4,5)V2

+ Tốc độ khí nén trong ống:

V =

V1

+ Cột áp vận tốc:

hi= 5,22xV2γa

kN

m3

= ………

- Tổn thất áp lực theo chiều dài ống thổi khí:

hL = f

L

D h i

= ………

Tổn thất áp lực 4 ống nhánh là 20,56x4 = 82,24mm

Trong đó: ρ : Hệ số ma sát tra theo biểu đồ trang 407 tính toán thiết kế công trình

xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân

L: Chiều dài ống nhánh

D: Đường kính ống nhánh

- Áp lực lên máy nén khí:

Với 4 là độ sâu ngập nước an toàn

0,065 là tổn thất trong hệ thống thổi khí

- Công suất máy nén khí( Nnk):

Với: G: Trọng lượng dòng không khí( kg/s)

G = A.1,29 = 0,013 x 1,29 = 0,017

A: Lượng khí cần cung cấp m3/s

R = 8,314 kj/kmol0K

T = 2980K

29,7 hệ số chuyển đổi

n= o,283 đối với không khí

p1 = 1atm

p2 = 1 + 0,5 = 1,5

η: Công suất máy nén khí

Vậy: Nnk=

0,017 x 8,314 x298 29,7 xo ,283 x 0,75 [ ( 1,5 1 )0 ,283−1 ] = 0,812kw = 1,08 Hp

+ Công suất máy bơm( Nb):

Nb =

ρgHQ

1000η

Với: H = 10m Chọn H

ρ = 1000kg/m3

g = 8,81 m/s2

Q = 8,33m3/h = 0,0023 m3/s

η= 0,8

Thay vào ta có:

Nb =

1000x 9,81x 10 x0,0023

Bảng 3-4: Giá trị tính toán bể điều hòa

- Kích thước bể:

+ Rộng x dài + Chiều cao

- Thời gian lưu

- Đĩa

- 3 máy bơm nước thải

- 1 máy bơm nén khí + hệ thống phân

phối khí

m x m m h các kw kw

4 x 5,6 3,5 8 12 0,282 0,812

IV Bể khuấy trộn

1 Nhiệm vụ:

Sauk hi nước thải điều hòa về lưu lượng sẽ được dẫn vào bể trộn để các hạt keo lơ lửng trong nước kết hợp với hóa chất keo tụ tạo thành các bông cặn dễ lắng

Phèn được bơm vào bể khuấy trộn trong 2 phút và gradient vận tốc là 900s-1

So với trộn bằng thủy lực thì trộn bằng cơ khí có thể điều chỉnh vận tốc khuấy theo ý muốn, thể tích bể nhỏ nhưng tốn điện năng và đòi hỏi quản lý tốt

2 Tính toán

- Thể tích bể:

V = t.Qtb

p= 2 phút

8,33

60 = 0,3 m3

Chọn bể trộn có đường kính 0,6m → Tiết diện

0,62

4 x 3,14 = 0,2826 Chiều sâu mực nước 1m

Chiều cao an toàn 0,3m

Chiều cao tổng cộng H = 1+ 0,3 = 1,3m

- Dùng cánh khuấy turbin 4 cánh hướng dòng lên trên

- Đường kính cánh khuấy bằng

1

2 đường kính bể

dk=

1

2x0,6 = 0,3m

- Trong bể đặt 4 tấm chặn để ngăn chuyển động xoáy của dòng nước + Chiều cao tấm chặn bằng chiều cao của bể 1m

+ Chiều rộng tấm chặn:

b=

1

10 D=

1

10 x 0,6 = 0,06m

- Chiều rộng cánh khuấy::

bk =

1

5d k=1

5x0,3 =0,06m

- Chiều dài cánh khuấy:

Lk=

1

4d k=1

4x0,3 = 0,075m Năng lượng khuấy cần truyền vào nước:

P = G2xvxµ

Với: G: gradient vận tốc cho quá trình khuấy trộn

V: Thể tích bể (m3)

µ: Độ nhớt động lực của nước thải ở 250C (Ns/m2 )

⇒ P = 9002 x 0,001 x 0,3 = 243 w = 0,243 kw

- Công suất động cơ:

N =

P

μd =

0,243

0,8 = 0,31 kw = 0,413 Hp

Với hiệu suất động cơ là 0,8

- Số vòng quay của cánh khuấy:

n= ( kd Pk 5p )13= ( 243 1,08 x 0,35x1000 )13

= 1,357 vòng / giây = 82 vòng /phút Với: P: Năng lượng khuấy trộn

K: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy đối với cánh khuấy turbin 4 cánh K = 1,08

- Lượng phèn sử dụng:

600mg /lx

200m3

ngày =

kg ngày

- Lượng polime:

0,2l

m3 x 200

m3 ngày = 40 l/ngày

Khối lượng polime cần dùng: 40lx

0,6g

l = 24 g/ ngày

 Bể chứa dung dịch NaOH và bơm châm NaOH

Lưu lượng thiết kế:

QTB

h = 8,33m3 /h

PH vào = 4,4

PH trung hòa = 6,5

K = 0,00001 mol/l

Khối lượng phân tử NaOH = 40g/ mol

Nồng độ dung dịch NaOH = 20%

Trọng lượng riêng của dung dịch = 1,53

Liều lượng châm vào;

q =

0,00001 x 40x 8,33x 1000

Lưu 30 ngày:

- Thể tích bể:

Vbồn = 0,011 x 24 x 3 0 = 7,921 chọn thùng chứa 10 lít

- Nồng độ phèn 5% ⇒ 50kg/m3

- Nồng độ phèn cung cấp:

q=

120 kg/ngày

50 kg/m3 = 2,4 m3/ ngày = 0,1 m3/h

- Lưu 1 ngày

 Thể tích bể (Vbể):

Vbể = 0,1m3/h x 24 h x 1 ngày = 2.400 lít

- Lưu lượng polime:

q= 40l/ngày =

40

24 = 1,67 l/h Lưu lượng 30 ngày:

Vbồn = 1,67 x 24 x 30 = 1.202,4 lít

Bảng 4-1 Giá trị tính toán công trình

- Kích thước bể

+ Đường kính

+Chiều cao

- Thời gian lưu

- Turbin 4 cánh

+ Đường kính cánh khuấy

+ Chiều rộng cánh khuấy

+ Chiều dài cánh khuấy

- Bình chưá NaOH

+ Dung tích

+ lưu lượng bơm

m m p cái m m m cái l l.h

O,6 1,3 2 1 0,3 0,06 0,075 1 10 0,011

- Thiết bị tự động châm NaOH

- Bơm định lượng phèn

- Bơm định lượng NaOH

- Bơm định lượng polime

cái cái cái cái

1 2 2 2