tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải luộc gỗ

tính toán thiết kế trạm xử lý nước thải luộc gỗ

CHƯƠNG 4:

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI LUỘC GỖ

4.1.CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ:

Lưu lượng ngày trung bình : Q ng

ng tb b

N tổng : 80 mg/l

- Nước thải sau xử lý: Đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 (B)

-4.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

4.2.1.Song chắn rác

Nhiệm vụ

Song chắn rác có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau Việc sử dụng song chắn rác trong các công trình xử lý nước thải giúp tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, mương dẫn và gây hỏng hóc bơm

Tính toán

- Lưu lượng nước thải vận chuyển qua song chắn rác qtbs= 0,0023 (m3/s)

- Chọn các thông số thuỷ lực của mương đặt song chắn rác theo [1]:

• Lưu lượng qmaxs = 0,007 m3/s

• Độ dốc i = 0,008

• Chiều ngang B = 0,3m

• Vận tốc nước chảy qua song chắn Vmax = 0,7 m/s

• Độ đầy (chiều cao ngập nước) h = 0,03 m

- Số khe hở của song chắn rác :

875 , 21 05 , 1 7 , 0 03 , 0 016 , 0

007 , 0

. max

s

k V h b

q

Trong đó:

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

• b : Khoảng cách giữa các khe hở, b =16-25mm,

chọn b = 16mm = 0,016 m [1].

• h : Chiều sâu lớp nước qua song chắn được lấy bằng chiều sâu lớp nước trong mương dẫn h1 = 0,03 m Chọn h= 0,03 m

• Vmax : Vận tốc nước chảy qua song chắn Vmax = 0,7 – 1,0 m/s [1].

Chọn Vmax = 0,7 m/s

• K0 : Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cản rác Chọn K0 = 1,05

Chọn n = 22 khe hở

- Chiều rộng của song chắn rác

Bs = S × (n –1) + b× nTrong đó:

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

• n : Số khe hở của song chắn rác n = 22 khe

• b : Khoảng cách giữa các khe hở b = 16 mm = 0,016 m

Bs = 0,008 × (22 –1) + 0,016 × 22 = 0,52 (m)Chọn Bs = 0,6 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 0,4 m/s [1].

47 , 0 03 , 0 5 , 0

007 , 0

=

xh B

q V

81 , 9 2

7 , 0 832 , 0

β×  ÷ × α

016 , 0

008 , 0 42 ,

oα : Góc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang α = 600

- Chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn:

41 , 0 20 2

3 , 0 6 , 0 20 2

1 = s − o = − o =

tg xtg

B B

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 = 0,5.0,41 = 0,205(m)

- Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác

L = l1 + l2 + ls = 0,41 + 0,205 + 0,3 = 0,915(m)Chọn L = 1m

H = h1 + hs + hbv= 0,03 + 0,042 + 0,3 = 0,372 m.

Trong đó :

• h1 : chiều sâu lớp nước qua song chắn, h1 = 0,03m

• hs : tổn thất áp lực của song chắn , hs = 0,021m

• hbv : chiều sâu bảo vệ, chọn hbv = 0,3m

Hình 4.1 Sơ đồ lắp đặt song chắn rác.

Bảng 4.1 Tóm tắt kết quả tính toán song chắn rác

STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế

1 Số khe hở khe 22

4.2.2.Bể gom

Nhiệm vụ

Bể gom là nơi tập trung nước thải từ các nhà máy, có nhiệm vụ kiểm soát dòng chảy Giúp các công trình đơn vị phía sau không phải thiết kế âm sau trong đất và bảo đảm lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động

Tính toán

Thời gian lưu nước : t = 10 ÷30 phút Chọn t = 30 phút = 0,5 h

Thể tích hố thu nước thải theo giờ lớn nhất

V = Qmaxh × t = 25 × 0,5 = 12.5 m3

- Chọn chiều dài hố thu là L = 2,5 m

- Chọn chiều rộng hố thu là B = 1,5 m

- Chiều cao hữu ích của hố thu là

h1 = LV×B=

10,382,5 1,5× = 3.3m

- Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m

- Chiều cao tổng cộng là

H = h1 + hbv = 3 + 0,5 = 3,5m

Bề thu gom gồm hai bơm chìm, hoạt động luân phiên.

Lư u lượng: Q = 25m3/h

Áp lực của bơm cần để chọn tại bể điều hòa:

H = Hh + Ht + Hd

 Hh : Chiều cao hình học bơm nước, Hh = 3,5 m

 Ht : Tổn thất áp lực trong trạm bơm, Ht = 2 m

 Hd : Tổn thất dọc đường, Hd = 1 – 3 m

xg QxHx N

1000 3600

=

Trong đó:

 ρ: Khối lượng riêng của nước thải, lấy ρ = 1000kg/ m3

 η:Hiệu xuất của bơm, η ∈(0 , 7 ÷ 0 , 9) Chọn η= 0,7

kW x

x

x x x

7 , 0 1000 3600

81 , 9 1000 7 25

=

=

Chọn bơm ly tâm có công suất 1 HP

Vậy chọn 2 bơm chìm có công suất 2HP, cột áp 10mH2O, 3 phase 380V hoạt động luân phiên để bơm nước lên bể vớt dầu

Nguyên tắc hoạt động: Khi mực nước trong bể cao hơn ngưỡng mực nước lớn nhất thì bơm hoạt động, còn khi nước ở dưới ngưỡng nhỏ nhất thì bơm không hoạt động

Chọn ống dẫn bơm nước từ bể thu gom sang bể điều hòa ống PVC φ 114

Bảng 4.2: Các thông thiết kế hố thu gom nước thải tập trung

STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị

4.2.3 Bể vớt dầu

- Chọn chiều cao làm việc H =2,5 m

- Chiều cao bảo vệ hbv = 0.2 m

Diện tích bể

10 2

5 , 2

25

m H

V

F = = =

- Chiều dài bể L = 6 m

- Chiều rộng bể L = 1,7 m

Chia bể làm 3 buồng bằng các vách ngăn hướng dòng theo phương thẳng đứng.Ngăn 1

Chiều dài L1 = 2 m, ngăn này có chức năng giữ lại các hạt dầu còn lại sau khi qua ngăn 1

Ngăn 2

Chiều dài L2 = 2 m, ngăn này có chức năng giữ lại các hạt dầu còn lại sau khi qua ngăn 1.

Thể tích cần thiết của bể

Vct = 0,5 × 10 + 20,4 = 25,4(m3)Mực nước cao nhất trong bể

=

=

=

Bảng 4.3: các thông số thiết kế bể vớt dầu

hiệu

Kích thước Đơn vị

5 Mực nước thấp nhất 0,5 m

4.2.4 Bể điều hòa

Nhiệm vụ

Xây dựng bể điều hòa để điều hòa về lưu lượng và tải lượng ô nhiễm nhằm kiểm soát và giảm thiểu sự dao động về tính chất nước thải, tạo điều kiện tối ưu cho các công trình xử lí phía sau., nồng độ và nhiệt độ, tạo điều kiện tối ưu cho các quy trình xử lý về sau

Trong bể có tiến hành sục khí để xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của các chất bẩn xảy ra trong bể, cung cấp ôxy vào nước thải nhằm tránh sinh mùi hôi thối tại đây và làm giảm khoảng 20 -30% hàm lượng COD, BOD có trong nước thải Việc sử dụng 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 giảm thiểu hoặc loại bỏ hiện tượng gây sốc do tăng tải trọng đột ngột, pha loãng các chất gây ức chế cho quá trình xử lý sinh học, ổn định pH của nước thải mà không cần tiêu tốn nhiều hóa chất

•Giúp cho nước thải cấp vào các bể sinh học được liên tục trong thời gian không 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 rắn vào các bể lắng là không đổi

Tính toán

Chọn thời gian lưu nước trong bể là: t = 4h

- Thể tích cần thiết của bể là:

60 4 25 max,hxt x m3

Q

- Kích thước của bể điều hòa được thiết kế như sau:

• Chiều dài L = 4,5 m

• Chiều cao công tác H = 4,0 m

• Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m

• Thể tích thực của bể V = 75m3

 Tính toán lượng khí cần để xáo trộn trong bể.

Trong bể điều hòa ta sử dụng hệ thống khuấy trộn bằng bằng khí nén Nhiệt độ của khí nén trong bình cao hơn so với nhiệt độ của môi trường nên việc dùng khí nén để khuấy trộn trong bể hòa có thể nâng nhiệt độ của nước thải lên khoảng vài độ C, ngoài ra còn có những ưu điểm như:

•Tăng lượng ôxy hòa tan trong nước thải

•Ôxy hóa một phần chất thải ở dạng hữu cơ trong nước thải (làm giảm tải lượng BOD, COD cho các công trình sinh học phía sau)

Đối với bể điều hoà, nếu dùng hệ thống sục khí thì lượng khí cần từ 0,01 ÷ 0,015 m3khí/m3 dung tích bể trong một phút (0,6 ÷ 0,9 m3khí/m3bể.giờ) Chọn I = 0,8

m3khí/m3 bể.giờ [2].

- Lượng khí nén cần thiết cho xáo trộn trong bể:

/ 48 60 8 ,

V I

- Lượng khí nén cần để chọn máy thổi khí:

/ 96 48

Q f

Chọn số đĩa phân phối là 12 đĩa Chọn số ống nhánh dẫn khí là 4 ống, trên mỗi ống đặt 3 đĩa phân phối khí.

Bể có một ống chính dẫn khí nén đi từ máy nén khí đến bể rồi phân thành 4 ống nhánh được bố trí dọc theo chiều dài của bể

Vận tốc khí trong ống chính vống = 10 – 15 m/s.[2] Chọn vống = 10 m/s

- Đường kính ống chính:

061 , 0 3600

1 14 , 3 / 10

/ 96 4

m s

h s

m

h m v

Q D

Chọn ống chính có D = 63mm

- Đường kính ống nhánh :

03 , 0 3600

1 14 , 3 / 10 4

/ 96 4

m s

h s

m

h m v

q d

Chọn ống nhánh φ 34mm

- Áp lực cần thiết của máy thổi khí:

Hm = hl + hd + H = 0,4 + 0,5 + 4 =4,9 (m) = 0,49 at

Trong đó:

• hl Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển (gồm tổn thất áp lực do

ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn và tổn thất cục bộ qua máy thổi khí, các phụ tùng nối ống như tê, cút, van một chiều, thiết bị chống ồn, .),h1 = 0,4m.[2 ]

• hd Tổn thất qua lỗ phân phối khí, hd = 0,5m.[2]

• H : Độ sâu ngậm nước của ống khuếch tán khí, H = 4m.[2]

- Công suất của máy thổi khí:

283 , 0

1

2

P

P e N

T R G

Trong đó:

• P m: Công suất yêu cầu của máy thổi khí, kW

• G: Trọng lượng của dòng không khí, kg s

+ Q khi : lượng khí thổi cần thiết, Q ct = 0,03m3/s

• R: Hằng số khí, R= 8 , 314 kJ kmol.o K

• T : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T = 289oK

• P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at

• P2 : Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra

N (đối với không khí K = 1 , 395)

• 29,7 : Hệ số chuyển đổi

• e: Hiệu suất của máy từ 0,7 – 0,8, chọn e = 0,7

96 , 1 1 1

49 , 1 7 , 0 283 , 0 7 , 29

298 314 , 8 039 ,

Chọn công suất máy thổi khí: P m = 2,2 KW , áp lực 3m theo phụ lục Sử dụng

2 máy thổi khí, hoạt động luân phiên

 Tính bơm từ bể điều hoà sang bể keo tụ

Chọn 2 máy bơm nhúng chìm bố trí trong bể, 2 bơm hoạt động luân phiên

- Lưu lượng mỗi máy bơm : Q = 8.33 m3 h Cột áp: H = 9-10 m.

- Công suất bơm: N =8.331×.000ρ×ηg×H

Trong đó:

• ρ− Khối lượng riêng nước thải, lấy ρ = 1 000 kg m3

• η− Hiệu suất chung của bơm (0,72 – 0,93), chọn η = 0 , 8

) ( 3 0 3600 8

0 1000

10 81 9 1000 33

, 8

Chọn bơm có công suất: 0,75 KW theo phụ lục 4

Bảng 4.4 Tóm tắt kết quả tính toán bể điều hòa

4.2.5.Bể keo tụ tạo bông

4.2.5.1.Bể keo tụ

Tính toán

Chọn thời gian lưu nước trong bể: t=5phút=0,008h

Thể tích cần thiết của bể là:

Vct= Qmaxh x t = 25x0,008=2 m3

Chọn kích thước bể là:1.2x1.2x1.4m

Chọn chiều cao bảo vệ là: 0.3m

Chiều cao xây dựng của bể là:H=1.4+0.3=1.7m

Kích thước xây dựng của bể là: 1.2x1.2x1.7=2.4m3

Dùng máy khuấy chân vịt ba cánh, nghiêng góc 45°C hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên trên Chọn cánh khuấy có :

• Đường kính cánh khuấy: D = 0,4m (<= ½ chiều rộng bể, D ≤ ½ 1,2 = 0,6m)

• Máy khuấy đặt cách đáy h = D = 0,4m

• Chiều rộng cánh: R = 1/5xD = 1/5 x 0,4 = 0,08 (m)

• Chiều dài cánh khuấy: d = ¼ D = ¼ x 0,4 = 0,1 (m)

- Năng lượng truyền vào nước khi không có tấm chặn:

P = G2Vµ = 2002 x 2 x 1.10-3 = 40J/s = 0.04kWTrong đó:

• G: giadient vận tốc, G = 200 s-1

• V: thể tích bể, V = 2 m3

• µ: độ nhớt động lực học của nước, ứng với t = 30°C, µ = 1.10-3 Ns/m2

Hiệu suất động cơ η = 0,8

Công suất động cơ là: 0.04/ 0,8 = 0.05kW Theo phụ lục 9, chọn máy khuấy APM – 302 có công suất 1kW

• Chọn số vòng quay cánh khuấy 60 vòng/phút

Bảng 4.5: Các giá trị K chọn cánh khuấy

Loại cánh Giá trị Kt

Chân vịt 3 lưỡi 0.32Tua bin 4 cánh phẳng 6.3Tua bin 6 cánh phẳng 6.3Tua bin 6 cánh cong 4.8

4.2.5.2.Bể tạo bông

Tính toán

Chọn thời gian lưu nước trong bể: t=10phút=0,17h

Thể tích cần thiết của bể là:

Vct= Qmaxh x t = 25x0,17=4 m3

Chọn kích thước bể là:1,4x1,4x2m

Chọn chiều cao bảo vệ là: 0.3m

Chiều cao xây dựng của bể là:H=2+0.3=2,3m

Kích thước xây dựng của bể là: 1,4x1,4x2,3=4,5m3

Dùng máy khuấy chân vịt ba cánh, nghiêng góc 90°C so với trục cánh khuấy hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên trên Chọn cánh khuấy có:

• Đường kính cánh khuấy: D = 0,5m (<= ½ chiều rộng bể, D ≤ ½ 1,4 = 0,7m)

• Máy khuấy đặt cách đáy h = D = 0,5m

• Chiều rộng cánh: R = 1/5xD = 1/5 x 0,5 = 0,1(m)

• Chiều dài cánh khuấy: d = ¼ D = ¼ x 0,5 = 0,125 (m)

- Năng lượng truyền vào nước khi không có tấm chặn:

P = G2Vµ = 502 x 4 x 1.10-3 = 10J/s = 0.01kWTrong đó:

• G: giadient vận tốc, G = 50 s-1

• V: thể tích bể, V = 4 m3

• µ: độ nhớt động lực học của nước, ứng với t = 30°C, µ = 1.10-3 Ns/m2

Hiệu suất động cơ η = 0,8

Công suất động cơ là: 0.01/ 0,8 = 0.0125kW Theo phụ lục 9, chọn máy khuấy APM – 302 có công suất 0.5kW

• Chọn số vòng quay cánh khuấy 5 vòng/phút

4.2.6 Bể lắng 1

Nhiệm vụ

Dùng để tách các chất lơ lửng có khả năng lắng được dưới tác dụng của trọng lực Bể lắng 1 giúp loại bỏ cặn lơ lửng có thể ảnh hưởng xấu đến công trình tiếp theo là bể lọc sinh học hiếu khí

Tính toán

 Chọn bể lắng đứng, có mặt bằng hình tròn Các thông số thiết kế bể lắng đứng thể hiện trong bảng sau:

Bảng 4.6 Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng 1 [2]

Dao động Đặc trưngThời gian lưu nước

Tải trọng bề mặt + Lưu lượng trung bình

+ Lưu lượng cao điểm

Tải trọng máng tràn

giờ

m3/m2.ngày

m3/m.ngày

1,5-2,510-1532-4881-122124-496

2,0

40,089,0248 Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng:

2 3 , 13 15

ng : lưu lượng nước thải trung bình ngày Q ng tb = 200m3/h

• Chọn tải trọng bề mặt làL A = 15m 3 /m 2 ngày

Diện tích tiết diện buồng phân phối trung tâm:

0,0023

0,1150,02

tb s tt tt

Q f v

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 = 0,0023 m3/s

• v : tốc độ tính toán trung bình trong vùng lắng, v = 0,5 – 0,8 mm/s.

( Điều 6.5.4 - [3]) Chọn v = 0,5 mm/s = 0,0005m/s.

- Diện tích tiết diện buồng phân phối trung tâm:

0,0023

0,1150,02

tb s tt tt

Q f v

Trong đó :

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

• vtt: tốc độ nước thải chuyển động trong ống trung tâm, lấy không lớn

hơn 30mm/s ( Điều 6.5.9- [3]) Chọn vtt = 20mm/s = 0,02m/s

- Diện tích tổng cộng của bể lắng:

F = F1 + ftt = 13.3 + 0,115 = 13.415 m2

- Đường kính bể lắng được xác định bằng công thức:

14 , 3

415 , 13 4 4

m F

D = ×π = × =

Chọn đường kính bể D = 3,2m

- Đường kính buồng phân phối trung tâm :

4 4 0,115

0,383,14

tt tt

f d

π

×

- 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 - [3])

d’ = 1,35× dtt = 1,35× 0,38= 0,513 m

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

d’’= 1,3 × d’= 1,3 × 0,513 = 0,667 m

Chiều cao từ mặt dưới của tấm hắt đến bề mặt lớp cặn từ 0,2 – 0,5m

(Điều 6.5.9 - [3]) Chọn h’’ 0,3 m

Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của tấm hắt theo mặt phẳng qua trục:

) ( 032 0 ) 4 0 2 4 ( 14 3 02 0

0023 0 4 )

( 14

v

Q l

n k

×

×

=Trong đó:

• l: khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của tấm hắt theo mặt phẳng qua trục, m

• vk: tốc độ dòng chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk ≤20mm/s = 0,02m/s Chọn vk = 0,02m/s

• D: đường kính bể, D = 4.2m.

• d n :đường kính đáy hình nón, d n = 0,4m

- Xác định tải trọng bề mặt của bể theo Qng

tb :

3 13

200

F

Q tb ngay (m3/m2.ngày)

Giá trị này nằm trong khoảng cho phép 10 – 15 (m3/m2.ngày) [2]

- Xác định tải trọng bề mặt của bể theo Qh

Giá trị này nằm trong khoảng cho phép 31 – 50 (m3/m2.ngày) [2]

- Tải trọng máng tràn:

Ls= =

×D

Q ng tb

14

Trong đó:

• 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 = 4.2m

• dn: đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,4m

• α : góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 50o(Điều 6.5.9 - [3]) Chọn α = 50o

- Chiều cao tổng cộng của toàn bể :

H = h1 + hn+ hbv = 3 + 2.2 + 0,3 = 5.5 mTrong đó:

• h1 : chiều cao phần công tác của bể, chọn h1 = 3m (Bảng 4-4 , [2])

• hn: chiều cao phần hình nón, hn = 2.2m

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

- Thể tích phần công tác của bể :

3 × 2 × 5.5 = 76 m3

- Thời gian lưu nước trong bể lắng :