TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN

Tính toán lưu lượng nước thải

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN

CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

Nước thải  SCR - bể chứa bể điều hòa  bể tuyển nổi bể aerotank  bể lắng đơt II  bể khử trùng  môi trường tiếp nhận.Phương án 1

Tính toán lưu lượng nước thải

Lưu lượng thiết kế

 Tính chiều rộng các thanh chắn và chiều rộng kênh dẫn nước thải

- Vận tốc nước trong mương : chọn v = 0,5 m/s

- Chọn kích thước phần mương đặt SCR: B x H = 0,5m x 0,5m

 Chiều cao lớp nước trong mương

m s

m , h s

h m B

v

Q

5 , 0 / 5 0 / 3600

/ 95 , 61 3600

3 max

- Kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 0,015m x 0,025m

- Kích thước khe hở giữa các thanh: w = 0,05 m

- Giả sử song chắn rác có n khe hở, m = n-1 thanh

 Tổng tiết diện các khe

h bm B

h m A

q

/ 3600 027

, 0

/ 95 , 61 2

81 , 9 2

5 , 0 64 , 0 7 , 0

1 2

7 , 0

V: Vận tốc dòng chảy qua song chắn

v:vận tốc nước thải trong mương

 Chiều cao của song chắn:

m

H

60 sin

5 , 0 60

450 500

tg tg

W B

B: Chiều rộng của song chắn rác

W: Chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi song chắn rác

Ls: Chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls = 1,5m

Mương xây bằng bêtông cốt thép có chiều dày là 100mm

= 21m3/h × 2,95 = 61,95 m3/h = 52 L/s

Vận tốc nước trong mương : chọn v = 0,64 m/s

- Chọn kích thước phần mương đặt lưới chắn rác: B = 0,5m

Khoảng cách giữa các thanh 10mm

Q V

L l

B L  0 , 255

hL = Vl2 ×1,354×0,5 =0,62×1,354×0,5=0,244m

kích thước lưới chắn rác BL×hL = 0,255m×0,244m

được đặt sau song chắn rác thô

Hàm lượng chất lơ lửng SS và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác thô vàlưới chắn rác tinh giảm 4%, còn lại:

 Chọn chiều sâu hữu ích h = 3m, chiều cao an toàn = 0,5m

Vậy chiều sâu tổng cộng:

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

Chọn hầm bơm có tiết diện ngang là hình chữ nhật trên mặt bằng

Diện tích mặt bằng của hầm bơm

3

65 , 20

m m

m h

V



 Kích thước hầm bơm: A×B×H = 3m×2,5m×3m

 Bơm nước ở bể điều hòa, tính tương tự ở hố thu gom

H = h1+ h2

h1: chiều cao cột nước trong bể; h1 = 3,5m

h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,

h2 = 2 – 3m H2O Chọn h2 = 2m

 H = 2 +3,5 = 5,5m

 = 1000kg/m3: Khối lượng riêng của nước thải

 = 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm

kW s

m m

kg m

ngày m

24 3600 8

, 0 1000

/ 81 , 9 / 1000 5

, 5 /

 Kích thước bể điều hòa

- Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t =4 h

- Thể tích bể điều hòa:

Vb = Qtb×t = 21m3/h×4h = 84m3

- Chọn chiều sâu hữu ích của bể h = 4m

- Chiều cao bảo vệ = 0,5m

Vậy chiều cao tổng cộng H = 4m +0,5m = 4,5m

Diện tích bề mặt bể điều hòa

4

84

m m

m H

m

m Q

V

/ 21

96 3

, 4 4

Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa (bằng khí nén)

Bảng 4.4: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa

Vđh = thể tích thực tế của bể điều hòa

Bảng 4.5: Các thiết bị khuếch tán khí ở bể điều hòa có thể chọn theo bảng sau:

+Hai phía theo chiều dài

(dòng chảy xoắn hai bên) 85 – 311 17 – 28

+Một phía theo chiều dài

(dòng chảy xoắn một bên) 57 – 340 13 – 25

Ống plastic xốp mềm bố trí

+Một phía theo chiều dài 57 – 198 19 – 37

Ống khoan lỗ bố trí

+Một phía theo chiều dài 57 – 170 15 – 19

Khuếch tán không xốp

+Hai phía theo chiều dài 93 – 283 12 – 23

+Một phía theo chiều dài 283 – 990 9 – 12

Chọn ống cấp khí cho bể điều hòa bằng PVC khoan lỗ, gồm n = 4 ống nhánh đặtdọc theo chiều dài bể (6m) Trong đó đặt 2 ống gần tường

Ống đặt gần tường của bể có lưu lượng bằng một nửa lưu lượng các ống giữa bể

 Lưu lượng khí của ống giữa bể là

h m h

m n

q

2

/ 65 ,

 Cường độ sục khí của ống đặt giữa bể là

h m m m

h m chieudaibe

L

6

/ 825 ,

m L

2

/ 825 13 2

3

3 1

 Cường độ sục khí của ống đặt sát tường là

h m m m

h m chieudaibe

L

6

/ 913 ,

s m v

Q

52 052 , 0 14 , 3 / 9

4 / 0192 , 0

4 0192 , 0 4

s m

h m v

q d

ong

ong

3600 /

8

/ 825 , 13 4 3600

v = m s

D

q

/ 83 , 7 3600 025

, 0 14 , 3

4 825 , 13 4

s m

h m v

q d

ong

ong

3600 /

8

/ 913 , 6 4 3600

, 0 14 , 3

4 913 , 6 4

m n

q ong

/ 058 , 0 120

/ 913 ,

q ong

/ 115 , 0 120

/ 825 ,

q

lo

3600002

,0

/115,044

vlỗ =

h m d

q

lo

3600002

,0

/058,044

Áp lực và công suất của hệ thống thổi khí (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp –

tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết

hf = Tổn thất qua thiết bị phân phối (m)

H = Chiều sâu hữu ích của bể, H = 3mTổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m; Tổn thất hf không quá 0,5m

9 , 3 33 , 10 33

, 10

33 , 10

1

2

p p

(4.13)

Trong đó:

- Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW

- G: lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong một giây (kg/s)

- Với Q = Lưu lượng không khí Q = 27,65m3/giờ = 0,0077 m3/s

-  = khối lượng riêng của không khí,  = 1,2 kg/m3

G = Q ×  =0,0077m3/s ×1,2 kg/m3 = 0,0092kg/s

- R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K

- T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K

- p1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm

- p2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = 1,38 atm

n=

K

K 1 = 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí )29,7 : hệ số chuyển đổi

e: Hiệu suất của máy , chọn e= 0,8

Vậy : Pmáy = 0,290092,708314,2830298,8 1 0 , 323kW

1

38 ,

Hàm lượng BOD5 qua bể điều hòa giảm 15%

BOD5 = 869,76×(1- 0,15) = 739,296mg/L

COD = 1256× (1- 0,15) = 1067,6mg/L

Bảng 4.7 Các thông số thiết kế cho bể điều hòa

Phần thiết kế xây dựng

643,5Sau khi qua bể điều hòa nước thải vào bể tuyển nổi tiếp tục công đoạn xử lý

 Bơm nước ở bể điều hòa, tính tương tự ở hố thu gom

H = h1+ h2

h1: chiều cao cột nước trong bể; h1 = 3,5m

h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,

h2 = 2 – 3m H2O Chọn h2 = 2m

 H = 2 +3,5 = 5,5m

 = 1000kg/m3: Khối lượng riêng của nước thải

 = 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm

kW s

m m

kg m

ngày m

24 3600 8

, 0 1000

/ 81 , 9 / 1000 5

, 5 /

 Chọn 3 bơm CV-22-80, 2 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng

Thông số kỹ thuật của bơm

Công suất: 2,2kW

Khối lượng 32kg

ngày m

/ 35 , 0 / 21 /

A 1,3 (  1)

l mg

P l ml

/ 8 , 124

) 1 5 , 0 ( / 6 , 16 3 , 1 03 ,

Vậy P = 2,346 atm

P p p 101 , 35 (P 1 ) 101 , 35 ( 2 , 346 1 ) 136 , 62kPa

5 , 101

5 , 101

• sa = Độ hòa tan của khí, ml/l

• Hệ số 1,3 là trọng lượng của 1ml không khí tính bằng mg, giá trị (-1)tính đến yếu tố hệ thống hoạt động ở áp suất khí quyển

 Thể tích cột áp lực

3

/ 60 24

1

/

h phut h

đ ng đ

ng m t

 Chọn chiều cao cột áp lực H = 2m Vậy đường kính cột áp lực:

H

W

66 , 0

4 2

694 , 0 4

o Tốc độ gỉ: 0,06mm/năm

o Môi trường làm việc lỏng (nước):   1000kg/m3

o Áp suất làm việc: P = 2,436(atm) = 136,62kPa

o Chiều cao nước trong cột H=2(m)

  P C

P D S

- P là áp suất yêu cầu cho cột áp lực = 136,62kPa

- Pn – Là áp suất thuỷ tĩnh do mực chất lỏng tác dụng lên

10

m N

C1-Hệ số ăn mòn của môi trường thiết bị làm việc, C1 = 1mm

C2- Hệ số ăn mòn trực tiếp của môi trường, C2 = 0mm

C3- Hệ số bổ sung do dung sai, C3 = 0,6mm

10 24 , 156

10 146

3 6

h

364 , 2 6 , 1 7 , 0 10 146 2

10 24 , 156 1000

3 1

Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử

P0 = 1,5P +Pn = 1,5156,24103 + 19,62103 = 244,55103(N/m2) (4.18)

2,1)

(2

)(

m N C

S

P C S

 

10 160 2 , 1 10 073 , 0 7

, 0 6 , 1 4 2

10 55 , 244 6

, 1 4

6 3

Vậy bề dày thân cột áp lực S = 4mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc

D P k

P D S

hb- Chiều cao phần lồi của đáy, hb = 0,2Dt = 0,21000 = 200(mm)

(theo bảng XIII.10, trang 382 -Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2)

k- Hệ số không thứ nguyên, k = 1

10 62 , 136

10 146

3 6

P D S

, 3

1





) ( 88 , 0 200

2

1400 7

, 0 1 10 146 8 , 3

10 62 , 136 1000

6

3

mm C C

Vì S – C =0,88< 10mm  tăng lên 2mm cho giá trị C

(6,7

)(2

m N C

S kh

P C S h

h b

10 160 10

76 , 91 7

, 0 ) 6 , 3 5 ( 200 1 6 , 7

10 62 , 136 ) 6 , 3 5 ( 280 2

6 3

3 Kích thước cột áp lực

Đường kính, D Chiều cao, H

mm

12

 Kích thước bể tuyển nổi hình tròn

- Tải trọng bề mặt bể tuyển nổi 48m3/m2.ngày tương ứng với hiệu quả khửcặn lơ lửng đạt 90% và khử dầu mỡ đạt 85%

- Hàm lượng COD qua lưới chắn rác và bể tuyển nổi giảm 50% và BOD5 giảm 36%

(Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết)

- Vì trong quá trình vận hành không thể đạt được ở hiệu suất tối ưu nên hàmlượng COD qua lưới chắn rác và bể tuyển nổi giảm khoảng 30% và BOD5 giảm20%

- Chọn thời gian lưu nước trong bể tuyển nổi là 30 phút Trong đó, thời giannước lưu lại ở vùng tuyển nổi là 10 phút, ở vùng lắng là 20 phút.

 Lưu lượng thiết kế: Q = 21m3/giờ = 0,35 m3/phút

 Thể tích vùng tuyển nổi: V tn = Q x t = 0,35(m 3 /phút) x 10(phút) = 3,5 m 3

 Chọn chiều sâu phần tuyển nổi: Htn = 2 m

=>Đường kính phần tuyển nổi:

m m

m H

W D

2

28,624

m

m Q

V t

tn

tn

) / ( 35 , 0

28 , 6 3

- Bố trí máng thu váng nổi dọc theo đường kính bể

- Chiều dài máng thu váng nổi

- Đường kính máng thu nước dm = 0,8Dbể = 0,8×2m = 1,6m

- Chiều dài máng thu nước:

Lm =3,14dm = 3 , 14  1 , 6  5 , 024 (m)

- Chiều cao máng thu nước hm = 200 mm

- Lưu lượng vào máng thu nước Qm = 500(m3/ngày)

- Tải trọng máng tràn trên 1m dài của máng

Ld = 99 , 52 ( / )

024 , 5

500 m3 m ngày L

Hình 4.2 Chi tiết máng răng cưa

 Đường kính ống thu váng nổi

- Chọn ống xả 100mm

 Đường kính ống trung tâm

- Chọn tốc độ của nước trong ống trung tâm: Vu = 25 mm/s = 0,025m/s (lấy

không lớn hơn 30 mm/s theo điều 6.5.9 TCDX 51-84).

- Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm:

) / ( 3600 )

/ ( 025 , 0

) / )(

95 , 61

h s s

mm

h m V

- Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần tuyển nổi 2 m

- Đường kính ống trung tâm: d = f 0 , 94m

14 , 3 69 , 0 4 4

739,296 (mgBOD5/L) x (1-0,2) = 591,44 mgBOD5/LHàm lượng SS sau lắng kết hợp tuyển nổi :

124,8 mgSS/L ×(1-0,5) = 62,4mg/LLượng chất lơ lửng thu được mỗi ngày

124,8mgSS/L×0,5×500(m3/ngày)×1(kg)/1000(g)= 31,2 kgSS/ngàyTrong đó: 30% cặn được tách từ quá trình tuyển nổi và 20% cặn được tách từquá trình lắng

Lượng cặn lắng thu được mỗi ngày:

124,8mgSS/L×0,3×500(m3/ngày)×1(kg)/1000(g)= 18,72kgSS/ngàyLượng bọt thu được từ quá trình tuyển nổi

124,8mgSS/L × 0,2×500(m3/ngày) ×1(kg)/1000(g) = 12,48kgSS/ngàyGiả sử cặn lắng có hàm lượng chất rắn là TSV = 3,4%, VSV = 65% và khốilượng riêng là SV = 1,01 kg/L

Dung tích bùn tươi cần xử lý mỗi ngày:

l

m l

kg

ngay kgSS

M SS

/ 55 , 0 ) ( 1000

) ( 1 ) / ( 01 , 1 034 , 0

) / ( 72 , 18 01 , 1

% 4 , 3

3

3 )

Chiều cao, H

m

1 , 5 33 , 10 33

, 10

33 , 10

1

2

p p

Trong đó:

Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW

G: lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong một giây (kg/s)

Với Q = Lưu lượng không khí Q = 240m3/giờ = 0,068 m3/s

 = khối lượng riêng của không khí,  = 1,2 kg/m3

G = Q ×  =0,068m3/s ×1,2 kg/m3 = 0,0816kg/s (4.24)

R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K

T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K

p1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm

p2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = 1,494 atm

494 ,

=3,62kW Chọn máy có công suất 4 kW

Sau khi qua bể tuyển nổi toàn bộ nước sẽ chuyển đến bể aerotank

Bể aerotank

 Bể aerotank xáo trộn hoàn toàn

- Lưu lượng nước thải 500m3/ngđ = 21m3/h

- Hàm lượng BOD5 vào aerotank là 591,44mg/L

- Cặn lơ lửng đầu vào TSSvào = 62,4mg/L

- Hàm lượng CODvào = 747,32mg/L

- Chọn các thông số động học cho bể aerotank

Lượng BOD5 đầu vào 591,44 mg/l BOD5 /BOD20 =0,68 hay BOD5/COD = 0,68.Lượng BOD5 đầu ra 50 mg/L

Nhiệt độ nước thải t =200

Cặn lơ lửng ở đầu ra : SSra= 30 mg/L gồm có 65% là cặn có thể phân hủy sinh học.Các thông số vận hành:

- Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào X0 =0

- Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính được duy trì trong

bể Aerotank: 2500 – 4000 mg/l, chọn X = 3000 mg/l (tra bảng 6-1,

sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS Trịnh Xuân Lai

- Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn( tính theo chất rắn lơ lửng)10000mg/l hay 8000mg/l

- Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn):chọn c =10 ngày.

( tra bảng 6-1, sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải,

TS Trịnh Xuân Lai)

- Hệ số phân hủy nội bào:Kd.= 0,055 (tra bảng 5-1, sách Tính toán thiết

kế các công trình xử lý nước thải, TS Trịnh Xuân Lai).

- Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào tạo thành với lượng chất nền

được tiêu thụ ) Y= 0,5 (tra bảng 5-1, sách Tính toán thiết kế các công

trình xử lý nước thải, TS Trịnh Xuân Lai).

- Tỷ số chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng(MLSS) có trong nước thải là 0,8 (MLVSS/ MLSS =0,8 )

- Độ tro của bùn họat tính , thường là Z= 0,3

- Loại và chức năng bể : bể aerotank khuấy trộn hoàn toàn Ưu điểm sẽkhông sảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất kỳ phần nào của bể

- Nước thải có đủ chất dinh dưỡng BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 và nồng

độ các chất kim loại nặng không vượt quá mức cho phép

 Xác định nồng độ BOD 5 hoà tan trong nước thải đầu ra

Phương trình cân bằng vật chất

BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan + BOD5 chứa trong cặn lơ lửng

BOD5 chứa trong 30 mg/l cặn lơ lửng đầu ra :

- Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng đầu ra:

- Lượng BOD5hòa tan khi ra khỏi bể lắng: 50 – 18,83 = 31,17 mg/l

 Hiệu quả xử lý BOD 5 của bể Aerotank là :

V

h Q

Thời gian tối ưu của bể Aerotank là 5-15 giờ Chọn c=10 giờ

Các kích thước điển hình của bể aerotank xáo trộn hoàn toàn:

Chiều cao hữu ích, mChiều cao bảo vệ, mKhoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí, m

Tỉ số rộng : sâu (W:H)

3,0 – 4,60,3 – 0,60,45 – 0,75

1,0:1 – 2,2:1(Bảng 9-11 xử lý nước thải đô thị và công nghiệp của Lâm Minh Triết chủ biên)Chọn chiều cao hữu ích là 4 m, chiều cao bảo vệ là 0,5 m

Chiều cao tổng cộng của bể là :

Hình : sơ đồ làm việc của hệ thốngTrong đó: Q, Qr,Qw,Qe : Lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưulượng bùn xả và lưu lượng nước đầu ra, m3/ngày

S0,S : Nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền saukhi qua bể aerotank và bể lắng, mg/l

Xo,X, Xr, Xe :lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào, nồng độ chất rắn bayhơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bểlắng đợt II, mg/l

Phương trình cân bằng vật chất đối với bể lắng đợt 2

Q Q rX Q eX eQwX r Q rX r

 Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn.

X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank (mg/l), X= 3500mg/l

Qe: lưu lượng nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng (m3/ngày), Qe= Q= 500 (m3/ngày)coi như lượng nước theo bùn không đáng kể

Xe: nồng độ bùn sau khi qua bể lắng đợt II ,( mg/l) ,Xe=SSra=30mg/l

Xr: nồng độ bùn tuần hoàn, mg/l, Xr= 8000mg/l

 Tính hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể.

Xác định lưu lượng tuần hoàn theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính

đi vào và đi ra bể

Trong đó : α : Tỷ lệ tuần hoàn

Q: lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý(m3/ngày.đêm).Q= 500(m3/ngày.đêm)

Qr : lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m3/ngày.đêm)

X: Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, mg/l.X = 3500mg/l

Xr : nồng độ bùn tuần hoàn, mg/l X= 8000mg/l

X0: hàm lượng bùn hoạt tính ở đầu vào., X0=0

Lưu lượng bùn tuần hoàn:

Gía trị này nằm trong khoảng cho phép (F/M = 0,2 – 0,6 ngày-1)

- Giá trị của tốc độ  sử dụng chất nền (BOD5) của 1gram bùn hoạt tính trong một ngày

Giá trị này nằm trong khoảng cho phép L = 0,8 – 19 kg BOD5/ m3ngày

Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD 20

Trong đó: CS: Nồng độ bão hòa oxy trong nước ở 200, CS=9,08mg/l

CL: nồng độ oxy duy trì trong bể Aerotank, CL=2mg/l

Chọn hệ thống phân phối khí bọt nhỏ, dựa vào bảng 7.1 trang 112 tài liệu “ tính

toán thiết kế các công trình xử lý nước thải của TS Trịnh Xuân Lai “ Ou =7grO2/

m3.m

Bể sâu 4,5 m, độ sâu ngập nước là 4 m

Công suất hòa tan của thiết bị : OU = Ou h = 74= 28 ( grO2/m3)

Lượng không khí cần thiết tính theo công thức:

- Ống phân phối khí bố trí dọc theo thành chiều dài thành bể

- Vận tốc khí đi trong một đường ống chính được duy trì trong khoảng 15 -20 m/s, chọn

kk

Vận tốc khí qua mỗi nhánh v = 15m/s

- Đường kính ống nhánh