TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI3.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ

Lưu lượng ngày trung bình : Q ng

- Nước thải sau xử lý: Đạt tiêu chuẩn QCVN 24-2009, loại B

pH : 5,5 – 9

SS : < 100 mg/lBOD5 : < 50 mg/lCOD : < 100 mg/l

3.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

dụng song chắn rác trong các công trình xử lý nước thải giúp tránh được các hiệntượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và gây hỏng hóc bơm.

3.2.1.2 Tính toán

+ Lưu lượng nước thải vận chuyển qua song chắn rác qtbs= 0,007 (m3/s)

+ Chọn các thông số thuỷ lực của mương đặt song chắn rác:

- Lưu lượng qmaxs = 0,007 m3/s

- Độ dốc i = 0,008

- Chiều ngang mương dẫn B = 0,3m

- Vận tốc nước chảy qua song chắn Vmax = 0,75 m/s

- Độ đầy (chiều cao ngập nước) h1 = 0,03 m

+ Số khe hở của song chắn rác :

max max

- qmaxs : Lưu lượng lớn nhất giây qmaxs= 0,007 m3/s

- b : Khoảng cách giữa các khe hở, b =60-100mm,

- S : Chiều dày song chắn, chọn S = 0,008 m

2

- n : Số khe hở của song chắn rác n = 6 khe

- Dkhe: Khoảng cách giữa các khe hở :60 mm -100mm, ta chọn = 0,06 m

Bs = 0,008  (6–1) + 0,06  6 = 0.4 (m)Chọn Bs = 0,4 m

+ Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn,ứng với lưu lượng nước thải q = 0,007 m3/s Vận tốc này không được nhỏ hơn 0,4m/s

583,003,0.4,0

007,0max







xh B

q V

s

s kt

(m/s) > 0,4 (m/s)+ Tổn thất áp lực qua song chắn:

2 max



=

20,75

S b

   

0

360sin06

,0

008,042,

Trong đó:

-φ: góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác Chọn φ=20o

- B : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào Chọn B = 0,3 m

+ Chiều dài ngăn đoạn thu hẹp sau song chắn

l2 = 0,5.l1 = 0,5.0,137 = 0,069(m)+ Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác

L = l1 + l2 + ls = 0,137 + 0,069 + 0,3 = 0,509(m)Chọn L = 0,51m

BOD5 = 92.(1 – 0,05) = 87 mg/l+ Hàm lượng COD còn lại :

COD =145.(1 – 0,05) = 138 mg/l

4

Bảng 3.1 Tóm tắt kết quả tính toán song chắn rác

Chọn thời gian lưu nước t = 30 phút

Thể tích ngăn

3

25 30

12.5( )60

V   Q t   m

Chọn chiều sâu hữu ích : hhi = 3 m

Khỏang cách từ mực nước đến khe dẫn nước vào là 0,1m

Chiều cao bảo vệ là 0,5m

Chiều cao tổng cộng

H = 3+ 0,1 +0,4 = 3,5 m

Kích thước bể : dài x rộng x cao : 2,6 m x 1,1 m x 3,5 m

Tính máy bơm

Vận tốc nước trong ống : 1 m/s

Từ định luật Bernulli ta có thể xác định cột áp của bơm :

Z1 : chiều cao đẩy = 2,9 m (độ cao bể điều hòa)

Z2 : chiều cao hút = - 2,9 m (độ sâu ngăn tiếp nhận)

H1 = 2,9 – (- 2,9 ) = 5,8 m

 H2 : cột áp để khắc phục chênh lệch cột áp ở hai đầu đọan ống

 m g

p p H

=0

Trong đó :

p1 , p2 : áp suất hai đầu ống (p1 = p2)

ρ : khối lượng riêng của nước thải ( kg/m3) , ρ ≈ 1000 kg/m3

 H3 : cột áp để khắc phục trở lực trong ống

 m g

v d

l H

Chế độ chảy của lưu chất được đặc trưng chuẩn số Renol

3

3 142,5 1010

8,0

1000114,01

,0

1146

6

Re

7 / 8 7

/ 8

,0

114220

220

Re

8 / 9 8

/ 9

5,142

100114

15,046,11,0Re

10046

25 , 0

Vậy công suất thực của bơm là Nthực = 1,34 x 0,53 = 0,71 Hp

Chọn bơm có công suất 0,75 Hp

Bảng 3.2: Các thông số thiết kế bể gom:

8

Trong bể có tiến hành sục khí để xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của cácchất bẩn xảy ra trong bể, cung cấp ôxy vào nước thải nhằm tránh sinh mùi hôi thối tạiđây và làm giảm khoảng 20 -30% hàm lượng COD, BOD có trong nước thải Việc sửdụng bể điều hòa trong quá trình xử lý mang lại một số thuận lợi sau:

Ổn định lưu lượng và nồng độ các chất đi vào công trình xử lý sinh học.Tăng cường hiệu quả xử lý nước thải của công trình xử lý sinh học phía sau, như giảmthiểu hoặc loại bỏ hiện tượng gây sốc do tăng tải trọng đột ngột, pha loãng các chấtgây ức chế cho quá trình xử lý sinh học, ổn định pH của nước thải mà không cần tiêutốn nhiều hóa chất

Giúp cho nước thải cấp vào các bể sinh học được liên tục trong thời giankhông có nước thải đổ về trạm xử lý

Nâng cao hiệu quả lắng cặn ở các bể lắng vì duy trì được tải trọng chất rắnvào các bể lắng là không đổi

3.2.3.2 Tính toán

9

Để xác định chính xác dung tích của bể điều hòa, ta cần có các số liệu về độ biếnthiên lưu lượng nước thải theo từng khoảng thời gian trong ngày, lưu lượng trung bìnhtrong ngày Ở đây do chưa có điều kiện để đo về độ biến thiên của nước thải cụ thểtrong ngày theo từng khoảng thời gian, do đó ta chỉ tính thể tích của bể điều hòa mộtcách gần đúng.

Chọn thời gian lưu nước trong bể là: t = HTR = 8h (theo W.Wesley Eckenfelder,Industrial Water Pollution control, 1989)

66,7( )3

khí/ m3bể.phút) hay I= 0,9 (m3khí/m3 bể.h) (Lâm minh triết, XLNT)

Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa đường kính 170mm, diện tích bề mặt 0,023 m3 ,lưu

lượng riêng phân phối của đĩa Z= 80-100 l/phút ( tra theo Cataloue)

Chọn Z=100 l/phút = 6 m3/h

Vậy số đĩa phân phối:

10

Q N

Z

đĩa ; chọn đĩa N = 30 đĩa

Lưu lượng khí cung cấp cho bể là:

Tính máy bơm

Vận tốc nước trong ống : 1 m/s

Từ định luật Bernulli ta có thể xác định cột áp của bơm :

H = H1 + H2 + H3

11

Với :

 H1 : cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học

H1 = Z1 – Z2

Trong đó :

Z1 : chiều cao đẩy = 3,2 m (độ cao bể trộn)

Z2 : chiều cao hút = - 3,2 m (độ sâu bể điều hòa)

H1 = 3,2 – (- 3,2 ) = 6,4 m

 H2 : cột áp để khắc phục chênh lệch cột áp ở hai đầu đọan ống

 m g

p p H

=0Trong đó :

p1 , p2 : áp suất hai đầu ống (p1 = p2)

ρ : khối lượng riêng của nước thải ( kg/m3) , ρ ≈ 1000 kg/m3

 H3 : cột áp để khắc phục trở lực trong ống

 m g

v d

l H

Chế độ chảy của lưu chất được đặc trưng chuẩn số Re

12

3 142,5 1010

8,0

1000114,01

,0

1146

6

Re

7 / 8 7

/ 8

,0

114220

220

Re

8 / 9 8

/ 9

5,142

100114

15,046,11,0Re

10046

25 , 0

Chọn bơm có công suất 1 Hp.

Bảng 3.3 : Thông số thiết kế bể điều hòa

t : thời gian lưu nước :,chọn t = 15 phút

14

Q : lưu lượng nước cần xử lý, Q = 25 (m3/h).

Năng lượng khuấy cần truyền vào nước :

P = G2 V µ = 7002 6.3 0,89 x 10-3 = 2750 (W)

Bảng 3.5 Các loại cánh khuấy :

Chân vịt 3 lưỡiTurbin 4 cánh phẳngTurbin 6 cánh phẳngTurbin 6 cánh congTurbin quạt 6 cánhBản phẳng, 2 cánh D/W=4Bản phẳng, 2 cánh D/W=6Bản phẳng, 2 cánh D/W=8

0,326,36,34,81,652,251,61,15

Nguồn: Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, “Xử lý nước

thải đô thị và công nghiệp” , NXB ĐHQG TP.HCM.

Chọn cánh khuấy turbin 6 cánh có hệ số KT = 6,3 ; số vòng quay 120 vòng/phút:

15

 : Khối lượng riêng của nước thải Ở nhiệt độ 250C,  = 1000 kg/m3.

Kiểm tra số Reynold :

Như vậy Dk và số vòng quay n đã chọn đạt chế độ chảy rối

Bảng 3.7: Thông số thiết kế bể khuấy trộn

3.2.5 Bể khuấy chậm ( bể tạo bông):

16

II Đường kính ống dẫn nước vào và ra khỏi bể d = 114 mm

t : thời gian lưu nước :,chọn t = 15 phút

Q : lưu lượng nước cần xử lý, Q = 25 (m3/h)

Năng lượng khuấy cần truyền vào nước :

P = G2 V µ = 7002 6.3 0,89 x 10-3 = 2750 (W)

Với:

G : gradient vận tốc cho quá trình khuấy trộn G = 700 (s-1)

V : thể tích bể (m3)

µ : độ nhớt động lực của nước thải ở 250 c (Ns/m2)

Chọn cánh khuấy turbin 6 cánh cĩ hệ số KT = 6,3 ; số vịng quay 50 vịng/phútĐường kính cánh khuấy:

Kiểm tra số Reynold :

Như vậy Dk và số vòng quay n đã chọn đạt chế độ chảy rối

Bảng 3.8: Thông số thiết kế bể tạo bông:

Q

v =

0, 007

0, 0007 = 10m2.Trong đó :

- F1: Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng, m

- Q tb

s : lưu lượng nước thải trung bình giây Q s tb = 0,007 m3/s

- v : tốc độ tính toán trung bình trong vùng lắng, 0,5 mm/s – 0,8mm/s ( Điều 6.5.4 TCXD 51-84) Chọn v = 0,7 mm/s = 0,0007m/s.

18

- Diện tích tiết diện buồng phân phối trung tâm:

0,007

0, 470,015

tb s tt tt

Q S v

m2

Trong đó :

- f tt: Diện tích tiết diện buồng phân phối trung tâm, m

- v tt: tốc độ nước thải chuyển động trong ống trung tâm, lấy không lớn

- Đường kính buồng phân phối trung tâm :

- Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và

bằng 1,35 đường kính ống trung tâm ( Điều 6.5.9 TCXD 51-84 )

d’ = 1,35 dtt = 1,35 0,8= 1,08 m

- Đường kính tấm hắt bằng 1,3 đường kính miệng loe Góc nghiêng giữa bề mặttấm với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o ( Điều 6.5.9 TCXD 51-84)

d’’= 1,3  d’= 1,3  1,08 = 1,4 mChiều cao từ mặt dưới của tấm hắt đến bề mặt lớp cặn từ 0,2 – 0,5m Chọn h’’

- Tải trọng máng tràn:

3

600 /

50,33,14 3,8

ng tb s

- h2: chiều cao lớp trung hoà

- h3: chiều cao giả định của lớp cặn trong bể lắng

- D: đường kính trong của bể lắng, D = 3m

- dn: đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6m

- : góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, Chọn  =

45o

- Chiều cao tổng cộng của toàn bể :

H = h1 + hn+ hbv = 1,6+ 1,6 + 0,3 = 3,5mTrong đó:

- h1 : chiều cao phần công tác của bể, h1> 1,5m Chọn h1 = 1,6m (Điều

6.5.6 TCXD 51-84)

- hn: chiuề cao phần hình nón của bể lắng, hn = 1,6m

- hbv: Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,3

- Thể tích phần công tác của bể :

Vct =

 24



 3,5 = 39,7 m3

- Thời gian lưu nước trong bể lắng :

20

- d n : đường kính cảu đáy hình nón, d n = 0,6m.

Tính toán máng thu nước :

Máng thu nước sau lắng được bố trí sát thành ngoài bể và ôm theo chu vi bể.Máng răng cưa được neo chặt vào thành trong bể nhằm điều chỉnh chế độ chảy lượngnước tràn qua để vào máng thu

Máng thu nước đặt cách tâm từ 3/4 đến 4/5 bán kính bể Chọn khoảng cách từtâm bể đến máng thu nước bằng 4/5 bán kính bể

- Đường kính máng thu nước:

D d

Chọn h mang = d mang = 0,4m

- Diện tích mặt cắt ngang máng thu:

F mang = b mang x h mang = 0,4  0,4 = 0,16m2

21

Vận tốc nước trong máng thu: trong quá trình lắng, bùn cặn sẽ lắng xuống nên

để tính máng chảy tràn ta chỉ quan tâm đến lưu lượng nước (hàm lượng bùn theo dòngnước tràn ra máng thu coi như không đáng kể)

- Vận tốc nước trong máng thu:

3 2

0, 007 / 1000

43,75 /0,16

s tb mang

Q l

Tính toán máng răng cưa:

Chọn chiều cao mực nước ngập ở mỗi răng cưa là h ngap 20mm

s tb

9, 42

0,1188

1 2 35 (70 35) 140

rang

h  h h     mm

Trong đó:

- h 1: chiều cao răng, h1 = 35mm

- h2: chiều cao phía dưới của răng để gắn vào máng thu nước, chiềucao để bắt bulong là 70mm, chiều cao từ đỉnh bulong đến góc mở củarăng là 35mm

- : khối lượng riêng của cặn, =1053kg/m3

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

- H: chiều cao cột áp của bơm, chọn H = 8m

- h: hiệu suất chung của bơm, h= 0,72 - 0,93, chọn h= 0,8

Chọn bơm bùn DMX có công suất 0,25 kW = 1/3 Hp

23

Bảng 3.9 Tóm tắt giá trị tính toán bể lắng 2

Đường kính bể lắngChiều cao công tácChiều cao tổng cộngThể tích công tác của bểThể tích xây dựng của bểĐường kính ống trung tâmThời gian lưu nước

mmm

m3

m3

mh

3,834,511,339,70,80,48

Bể lọc nhanh với một lớp vật liệu lọc là cát thạch anh

Tra bảng 7.2 ( trang 221, Sách Trịnh xuân Lai, xử lý nước cấp cho sinh hoạt và côngnghiệp, 2004) Ta có kích thước lớp vật liệu lọc như sau:

Cát thạch anh:

Đường kính hạt: d = 0,5 - 1,2 mm

24

Đường kính tương đương: d td= 0,7 - 0,8 mm

Q : Lưu lượng nước cần xử lý, Q = 600 m3/ngày = 25 m3/h

Thời gian làm việc của trạm trong một ngày đêm, T =24 giờ

Vbt : Tốc độ lọc tính toán ở chế độ làm việc bình thường, vbt = 9m/s

Thời gian tiếp xúc giữa dung dịch NaOHCl với nước là 10 phút

Thể tích hữu ích của bể tiếp xúc được tính theo công thức:

V =Q×t=25×0,17=4 ,25m3

Q: Lưu lượng nước thải, Q = 600 m3/ngày = 25 m3/ht: Thời gian tiếp xúc giữa nước thải và dung dịch Clorua vôi, t = 15 phút

= 0,17hVận tốc nước chảy trong bể tiếp xúc, v = 2 ÷ 4,5 m/phút Chọn v = 2 m/phútDiện tích bể tiếp xúc:

Chiều rộng: B = 0,7 m

Chiều dài bể:

b: Bề dày vách ngăn, b = 0,1mChiều cao bảo vệ: hbv = 0,5mChiều cao bể: H = h + hbv = 1 + 0,5 = 1,5 mTính toán lượng hoá chất:

Lượng Clo châm vào:

X =Q×a=600×2=1200g/ngày=1,2kg/ngày

Trong đó:

Q: Lưu lượng nước thải Q = 600 m3/ngày a: Liều lượng clo hoạt tính, liều lượng chlorine cho vào khử trùng đốivới nước thải sau xử lý bùn hoạt tính là 2- 8g/m3 a = 2 g/m3 = 2.10-3 kg/m3

Đường kính ống dẫn nước thải:

D= √ 3600vπ 4Q = √ 3600×0,7×3,14 4×25 =0,112m

Trong đó:

v: Vận tốc chảy trong ống v = 0,7m/sQ: Lưu lượng nước thải, Q = 25 m3/h

Chọn ống PVC φ114

Bảng 4.10 Các thông số thiết kế bể khử trùng

Chọn thời gian lưu trong bể chứa bùn là 5 ngày.

Lưu bùn dư cần thải bỏ mỗi ngày:

4 Chọn chiều cao làm việc của bể là h = 3,2m

5 Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m

6 Chọn chiều dài L = 2,6m.

7 Chọn chiều rộng B = 1,1m.

Thể tích xây dựng bể:

32,6 1,1 3, 2 9, 2

xd

V   L B H     m

Bảng 3.12 Tóm tắt giá trị tính toán bể chứa bùn

Chiều dàiChiều rộngChiều cao công tácChiều cao tổng cộngThể tích công tác của bểThể tích xây dựng của bể

mmm

m3

m3

m

2,61,13,23,57,69,2

28

Thời gian lưu bùn ngày 5

3.2.10 Sân phơi bùn

3.2.10.1.Nhiệm vụ

Cặn có độ ẩm cao cần làm ráo nước để đạt độ ẩm cần thiết tạo thuận lợi cho vậnchuyển và xử lý tiếp theo Sân phơi bùn có nhiệm vụ giảm thể tích và khối lượng bùncặn để sử dụng làm phân bón, giảm độ ẩm của bùn còn 75 – 80%

8 qo: tải trọng cặn lên sân phơi bùn, lấy theo bảng 5.4

9 Qw: lượng bùn, cặn thải bỏ, Qw = 1,52 m3/ngày

Bảng 3.13 Tải trọng cặn trên 1m 2 sân phơi bùn

Loại cặn dẫn đến sân phơi

bùn

Tải trọng cặn, m3/m2.nămNền tự nhiên

không có ống rútnước

Nền nhân tạo

có ống rút nước

Cặn tươi và bùn hoạt tínhchưa lên men

Nguồn: Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, “Xử lý nước

thải đô thị và công nghiệp” , NXB ĐHQG TP.HCM.

Trong trường hợp đang xét với cặn tươi và bùn họat tính chưa lên men, với nềnnhân tạo có hệ thống rút nước, chọn qo = 1,5 m3/m2.ngày

29

+ n: hệ số phụ thuộc điều kiện khí hậu, tạm thời có thể lấy theo:

- Đối với các tỉnh phía Bắc: n = 2,2 – 2,8

- Đối với các tỉnh miền Trung: n = 2,8 – 3,4

- Đối với các tỉnh phía Nam, n = 3,0 – 4,2 (cần lưu ý đến 6 tháng mùamưa, khi đó cần có biện pháp rút nước nhanh)

2

106

5,918

11 F1: diện tích hữu ích của sân phơi bùn

12 f diện tích của 1 ô phơi bùn, f = 18m2.Chọn N = 6 ô

- Diện tích phụ của sân phơi bùn gồm đường sá, mương, máng:

Chọn thời gian phơi bùn là 21 ngày ứng với chiều cao lớp bùn h1 = 0,5m

30

Trên đáy ô phơi bùn đổ một lớp sỏi cỡ hạt 8 – 10mm, dày 200mm, trong lớp sỏiđặt hệ thống ống khoan lỗ d = 8 - 10mm hình xương cá để rút nước về hố thu

Trên lớp sỏi là lớp cát lọc cỡ hạt 0,5 – 2mm, dày 150 – 200mm

- Chiều cao tổng cộng của sân:

H = h1 + h2 + h3 + hbv = 0,5+ 0,15+0,15 = 0,8Trong đó:

14 h1: chiều cao lớp bùn ,chọn h1 = 0,5m

15 h2: chiều cao lớp sỏi, chọn h2 = 0,15m

16 h3: chiều cao lớp cát lọc, h3 = 0,15m

Bảng 3.14 Tóm tắt giá trị tính toán sân phơi bùn

Chiều dài 1 ôChiều rộng 1 ôChiều cao công tácThời gian lưu bùn

mmmngày

36m0,821

31