tài liệu miễn phí chuong 3

tài liệu miễn phí chuong 3 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực k...

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

3.1 NGĂN TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI

Trạm bơm nước thải của Thành Phố sẽ bơm nước thải theo đường ống áp lực đến ngăn tiếp nhận của trạm xử lý nước thải được đặt ở vị trí cao để nước thải từ đó có thể tự chảy qua từng công trình đơn vị của trạm xử lý

Lưu lượng tính toán: Qmax – h = 4000 (m3/h)

Dựa vào bảng 3 – 4 (XLNT CN & ĐT, Lâm Minh Triết), chọn hai ngăn tiếp nhận với các thông số mỗi ngăn như sau:

• Đường ống áp lực từ trạm bơm đến mỗi ngăn tiếp nhận:

à 2 ống với đường kính mỗi ống Þ = 600

• Kích thước của mỗi ngăn tiếp nhận như sau:

– Chiều rộng ngăn tiếp nhận: A = 2800 mm;

– Chiều dài ngăn tiếp nhận : B = 2500 mm;

– Chiều cao từ đáy mương dẫn đến mực nước cao nhất : h1 = 900 mm ;

– Chiều cao từ đáy ngăn tiếp nhận đến mực nước cao nhất : H1 = 1600 mm;

– Chiều cao từ đáy ngăn tiếp nhận đến đáy mương dẫn nước thải: h = 750 mm;

– Chiều rộng mương dẫn nước thải: b = 800 mm;

– Tổng chiều cao ngắn tiếp nhận : H = 2000 mm

3.2 SONG CHẮN RÁC

Mục đích : 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 trạm xử lý nước thải

Tính toán : việc tính toán song chắn rác bao gồm các phần sau :

– Tính toán mương dẫn nước thải từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác và mương dẫn ở mỗi song chắn rác

– Tính toán song chắn rác

3.2.1 Tính toán mương dẫn :

Mương dẫn nước thải từ ngăn tiếp nhận đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật

Dựa vào bảng tính toán thủy lực, kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn được ghi trong bảng 3.1:

Bảng 3.1 Kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn nước thải sau ngăn tiếp nhận

Lưu lượng tính toán (l/s) Thông số thuỷ lực

Bảng 3.2 Các thông số thuỷ lực mương dẫn nước thải ở mỗi song chắn rác

Lưu lượng tính toán (l/s) Thông số thuỷ lực

3.2.2 Tính toán song chắn rác :

Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với Qmax:

H1 = Qmax = 0,3 m Số khe hở của song chắn rác được tính theo công thức :

max 1

− N : số khe hở;

− Qmax: Lưu lượng lớn nhất của nước thải, Qmax = 1,11 (m3/s)

− v : Tốc độ nước chảy qua song chắn rác;

− l : khoảng cách giữa các khe, l = 16 mm;

− k : hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, k = 1,05

Có hai song chắn rác công tác nên số khe hở là :

n1 = 116 : 2 = 58 khe Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức :

( 1) ( * ) 0, 008(58 1) (0, 016 *58) 1, 4

s

Trong đó:

- S : bề dày của thanh song chắn, thường lấy S = 0,008

Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn ứng với Qmin để khắc phục khả năng lắng đọng cặn khi vận tốc nhỏ hơn 0,4 m/s

min min

− Qmin: Lưu lượng lớn nhất của nước thải, Qmin = 0,5 (m3/s)

Tổn thất áp lực qua song chắn rác xác định theo công thức :

max 1

− k : Hệ số tăng tổn thất do vướng mắc rác, k = 2

− v : Tốc độ nước chảy trong mương trước song chắn rác, v = 1,05 (m/s)

− ς : Hệ số tổn thất cục bộ phụ thuộc vào tiết diện của thanh đan:

4

sin

S b

Với:

+ S : Chiều dày của thanh đan (m)

+ α : Góc nghiêng đặt song chắn rác

+ b : Chiều rộng của khe hở (m)

− 200 : Góc mở rộng

− B S : Chiều rộng tổng cộng của song chắn rác, B S= 1,4 (m)

− B m : Bề rộng của mương dẫn, B m= 1 (m)

Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn rác:

l : Chiều dài đặt song chắn rác, chọn l S= 1,5 (quy phạm l S > 1 m)

Chiều cao xây dựng mương đặt song chắn rác:

( )

max S BV 0, 6 0,106 0,5 1, 2

Trong đó:

− hmax: Mực nước cao nhất trong mương ứng với Qmax

− h S : Tổn thất áp lực qua song chắn rác

− h BV : Chiều cao bảo vệ

Khối lượng rác lấy ra trong ngày đêm từ song chắn rác:

3 1

10, 9( / )365*1000 365*1000

− Nll : dân số tính toán theo chất lơ lửng

Trong lượng rác ngày đêm được tính theo công thức :

Trong đó:

− G : khối lượng riêng của rác, (điều 4.1.11 – tiêu chuẩn xây dựng TCXD – 51 – 84 )

Trọng lượng rác trong trong giờ trong ngày đêm:

− Kh : Hệ số không điều hoà giờ của rác Lấy bằng 2

Rác được nghiền nhỏ ở máy nghiền rác (gồm hai máy, trong đó 1 máy công tác và 1 dự phòng, công suất mỗi máy là 0,68 (tấn/giờ) Rác sau khi nghiền được dẫn đến bể mêtan để xử lý cùng với bùn tươi và bùn hoạt tính

Lượng nước cần cung cấp cho máy nghiền rác lấy theo điều 6.2.4 – tiêu chuẩn xây dựgn TCXD –

51 – 84 : 40 m3 cho 1 tấn rác

3

n

Tổng số song chắn rác là 3, trong đó 2 công tác, 1 dự phòng

Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 4 %:

3.3 Tính toán bể lắng cát ngang :

Mục đích: bể lắng cát ngang được thiết kế để loại bỏ các tạp chất vô cơ không hòa tan như cát,

sỏi, xỉ vá các vật liệu rắn khác có vận tốc lắng lớn hơn các chất hữu cơ có thể phân hủy trong nước thải

a) Tính toán thủy lực mương dẫn nước thải từ song chắn rác đến bể lắng cát:

Tính toán thủy lực ương dẫn nước thải từ song chắn rác đến bể lắng cát dưa vào lưu lượng lớn nhất và dựa vào bảng tính toán thủy lực để xác định kích thước của mương dẫn

Bảng 3.3 Các thông số thuỷ lực mương dẫn nước thải từ song chắn rác đến bể lắng cát

Lưu lượng tính toán, L/s Thông số thuỷ lực

b) Tính toán bể lắng cát ngang:

Chiều dài bể lắng cát ngang :

− Hmax: độ sâu lớp nước trong bể lắng cát ngang, có thể lấy bằng độ đầy h trong mương dẫn

nước thải ứng với Qmax

− U0 : Kích thước thuỷ lực của hạt cát, lấy theo bảng 3 – 9 (TTTK, Lâm Minh Triết)

− K : Hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng

của hạt cát trong bể lắng cát: K = 1,3 ứng với U0 = 24,2 mm/s và K = 1,7 ứng với U0 = 18,7 mm/s

Theo phương án xử lý được lựa chon thì cặn từ bể lắng 1 sẽ được xử lý ở bể mêtan bằng quà trình sinh học kị khí, do đó nhiệm vụ của bể lắng cát là phải loại bỏ được cát có cỡ hạt d = 0,25 mm để tránh ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học kị khí Khi đó, U0 = 24,2 mm/s

Diện tích mặt thoáng F của nước thải trong bể lắng cát nagng :

2 max.

Trong đó :

− Nll : Dân số tính toán theo chất lơ lửng

− P : Lượng cát giữ lại trong bể lắng cát cho một người trong ngày đêm : P = 0,02 l/ng.ngđ

− T : chu kỳ xả cát: t ≤ 2 ngày đêm

Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong một ngày đêm :

10

0, 22

* * 9, 7 * 2, 4 * 2

c c

Kiểm tra lại tính toan với điều kiện vmin ≥ 0,15 m/s

min min

− Nước công tác do máy bơm với áp lực 2 – 3 at;

− Thời gian mỗi lần xả cát dài 30 phút

− Độ ẩm của cát: 60%

− Trong lượng thể tích của cát : 1/5 T/m3

Lượng nươc công tác cần thiết cho thiết bị nâng thuỷ lực :

c) Tính toán sân phơi cát

nhiệm vụ của sân phơi cát là làm ráo nước trong hỗn hợp cát – nước để dễ dàng vận chuyển cát

đi nơi khác

Diện tích hữu ích của sân phơi cát :

Chọn sân phơi cát gồm 4 ô, diện tích mỗi ô là 730 : 4 = 183 m2

Kích thước mỗi ô trong mặt bằng: L * B = 19 * 10 m

3.4 Tính toán bể lắng I :

Mục đích : nhiệm vụ của bể lắng 1 là loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lý trước đó

Thể tích tổng cộng của bể lắng I:

3 max h* 4000 *1,5 6000

Trong đó:

− Qmax-h : Lưu lượng lớn nhât giờ : Qmax-h = 4000 m3/h

− T : Thời gian lắng được xác định bằng thực nghiệm

Chọn 2 bể, 1 công tác và 1 bể dự phòng, thể tích của mỗi bể sẽ là:

3 1

F

p

Chọn đường kính mỗi bể : D = 30 (m)

Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng trong bể lắng được tính theo công thức:

Hiệu suất lắng của chất lơ lửng trong nước thải ở bể lắng I phụ thuộc vào tốc độ lắng của hạt cặn

lơ lửng trong nước thải (U = 0,82 mm/s) và hàm lượng ban đầu của các chất lơ lửng (Ctc = 313,5mg/l) lấy theo Bảng 3 – 10 (TTTK, Lâm Minh Triết) có:

Hiệu suất lắng : E = 43 %

Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt I:

3.5 Tính toán bể làm thoáng sơ bộ:

Thể tích bể làm thoáng sơ bộ có thể tính theo công thức sau:

3 max * 4000 *15

1000( )

h t

Trong đó:

− Qmax-h : Lưu lượng lớn nhât giờ : Qmax-h = 4000 m3/h

− t : Thời gian làm thoáng, thông thường t = 10 – 20 phút, chọn t = 15 phút

Lượng không khí cần cung cấp cho bể làm thoáng được tính theo công thức:

3 max h* 4000 *0,5 2000( )

Trong đó:

− D : Lưu lượng của không khí trên 1 m3 nước thải, D = 0,5 m3/m3

Diện tích bể làm thoáng sơ bộ trên mặt bằng được tính theo công thức :

2

2000

334( )6

t W

tc b

− E : hiệu suất lắng, E = 65 %

− T : thời gian tích luỹ cặn, t = 8 giờ

− P : độ ẩm của cặn, P = 95 % nếu xả cặn bằng tự chảy, P = 93 % nếu xả cặn bằng máy bơm

− n : số bể lắng công tác, n = 2 bể

3.6 Tính toán bể Aeroten :

Các thông số nước thải đi vào bể aetoten:

− Lưu lượng trung bình của nước thải: Q = 80.000 (m3/ng.đ) = 3334 (m3/h)

− Hàm lượng NOS20 của nước thải vào bể aeroten: NOS20 = 129,7 mg/l.= 130 mg/l

− Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải vào bể aeroten: C = 62,6 mg/l

− Hàm lượng NOS20 của nước thải can đạt sau xử lý: Lt = 20 mg/l

− Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải cần đạt sau xử lý: Cs = 18 mg/l

− Nhiệt độ của nước thải: t = 24 0C

Giả sử rằng chất lơ lửng trong nước thải đầu ra là chất rắn sinh học (bùn hoạt tính) trong đó có 80

% là chất dễ bay hơi và 60 % là chất có thể phân hủy sinh học

Các thông số cơ ản để tính toán bể aeroten:

− Thời gian lưu bùn : qc = 5 – 15 ngày

− Tải trọng thể tích : 0,8 – 1,92 kgNOS20/m3-ngày;

− Tỷ số thể tích bể / lưu lượng giờ : W/Q= 3 – 5 h;

− Tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính : Qth/Q = 0,25 - 1,0

2) Tính nồng độ NOS5 hoà tan của nước ở đầu ra :

NOS5 (ra) = NOS20 (hoà tan trong nước đầu ra + NOS5 của chất lơ lửng đầu ra

• NOS5 của chất lơ lửng đầu ra :

− Phần có khả năng phân huỷ sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là :

0,6 * 18 mg/l * 1,42 mgO2/l tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hoá = 15,3 mg/l

− NOS5 của chất lơ lửng ở đầu ra là:

3) Xác định hiệu quả xử lý E:

Hiệu quả xử lý :

4) Xác định thể tích bể aeroten:

Thể tích bể aeroten được xác định theo công thức sau:

- Q : Lưu lượng nước thải, Q = 80.000 (m3/ngày)

- La : Hàm lượng NOS5 đầu vào, La = 88,4 (mg/l)

- Lt : Hàm lượng NOS5 đầu ra, Lt = 3,2 (mg/l)

- X : Nồng độ bùn hoạt tính cần thiết duy trì trong bể, X = 3500 (mg/l)

- Y : Hệ sốsản lượng bùn, Y = 0,4 – 0,8 (mg VSS/mg BOD5), chọn Y = 0,6

− Kd : Số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 (1/ngày)

− c : Thời gian lưu bùn hoạt tính trong bể (tuổi của cặn), c= 10 (ngày)

5) Tính toán lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày:

Hệ số sản lượng quan sat tính theo công thức:

Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày = lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS – hàm lượng chất

lơ lửng còn lại trong dòng ra = 3195 – (80.000*18*10-3) = 1755 (kg/ngày)

6) Xác định lưu lượng bùn thải:

Giả xử bùn dư được thải bỏ (dẫn đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn Qth = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn

lơ lửng (SS) Khi đó lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính theo công thức sau:

- W : Thể tích bể aerotank, W = 7303 (m3)

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

- XRa : Nồng độ bùn tuần hoàn, XRa = 18 x 0,8 = 14,4 (mg/l)

- QRa : Lưu lượng nước đi ra sau xử lý, xem như lượng nước theo bùn không đáng kể,

QRa = Q = 80.000 (m3/ngày)

- θC : Thời gian lưu bùn, θC = 10 (ngày)

7) Xác định tỷ số tuần hoàn bằng cách phường trình cần bằng vật chất :

Cân bằng vất chất cho bể aeroten:

− Q : lưu lượng nước thải;

− Qth : lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn;

− X0 : nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể aeroten;

− X : nồng độ VSS ở bể aeroten, X = 3500 mg/l;

− Xth : Nồng độ VS Strong bùn hoạt tính, Xth = 8000 mg/l

Giá trị X0 thường rất nhỏ só với X và Xth, do đó trong phương trình cân bằng vất chất có thể bỏ qua đại lượng Q.X0 như vậy:

80.000

Q m ngày

9) Xác định lượng oxy cấp cho bể aeroten theo NOS 20 :

Khối lượng NOS 20 cần xử lý mỗi ngày:

Tính thể tích không khí theo yêu cầu:

Giả xử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an toàn khi sử dụng trong thực tế là 2

Lượng không khí yêu cầu theo lý thuyết (giả xử không khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng và trong lượng riêng của không khí ở 200C là 0,0118 kN/m3 = 1,18 kg/m3) là:

Aùp lực và công suất của hệ thống nén khí :

Khí phân phối vào bể bằng các ống khoan lỗ đặt dọc theo các hành lang, vận tốc khí ra khỏi lỗ là

5 – 10 m/s

Aùp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo công thức:

HCT = hd + hC + hf + H Trong đó:

− hd : Tổn thất áp lực theo chiều dài ống dẫn

− hC : Tổn thất cục bộ

− hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối khí

− H : Chiều sâu hữu ích của bể

Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0.4 m; tổn thất hf không quá 0.5m; vậy áp lực cần thiết là:

− q : lưu lượng không khí, q = 9,4 (m3/s)

− h : hiệu suất máy nén khí, h = 0,7 – 0,9 , chọn h = 0,8

Để sử dụng thuận tiện, chọn 4 máy nén khí sử dụng riêng lẻ cho hai đơn nguyên, mỗi đơn nguyên sử dụng 2 máy, mỗi máy có công suất 118 kW

Kiểm tra các chỉ tiêu vận hành của bể Aerotank

Tỷ số khối lượng chất nền trên khối lượng bùn hoạt tính F/M:

88, 4

0, 25

a L F

Cả hai giá trị này đều nằm trong giới hạn cho phép đối với aeroten xáo trộn hoàn toàn

10) Xác định kích thước bể aeroten:

Diện tích aeroten trên mặt bằng:

7303

1826( )4

− H : chiều cao công tác của bể aeroten;

Tổng chiều dài các hành lang của bể aeroten:

1826

228, 25( )8

− b : chiều rộng của bể aeroten, chọn b = 8 m

chọn aeroten gồm 2 đơn nguyên, mỗi đơn nguyên gồm 4 hành lang, như vậy chiều dài mỗi hành lang:

− N : số đơn nguyên, N = 2

− n : số hành lang trong mổi đơn nguyên, n = 4

Chiều cao xây dựng bể aeroten:

4 0, 4 4, 4

XD

3.7 Tính toán bể lắng đợt 2 :

Mục đích : Bể lắng đợt II làm nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể aeroten dẫn đến và bùn

lắng ở bể lắng đợt II được gọi là bùn hoạt tính

Số liệu tính toán bể lắng đợt II :

• Thời gian lắng ứng với Qmax và với xử lý sinh học hoàn toàn : t = 2h

• Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II ứng với NOS20 sau xử lý (15 mg/l) là 12 mg/l

Thể tích bể lắng đợt II :

3 max h* 4000 * 2 8000

Trong đó:

− Qmax-h : Lưu lượng lớn nhât giờ : Qmax-h = 4000 m3/h

− t : Thời gian lắng

Chọn 2 bể công tác, thể tích của mỗi bể sẽ là:

3 1

4000

5, 7( )706,5

− 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 = 0,3 m

Thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng đợt II :

− C b : hàm lượng bùn hoạt tính trong nước ra khỏi aeroten,(g/m3) có thể lấy như sau: với xử lý sinh học hoàn toàn, ứng với NOS20 sau xử lý là 15, 20, 25 mg/l thì C b tương ứng là 160, 200,

220 g/m3

− C tr : hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II, C tr = 12 mg/l

− Q TB h− : lưu lượng trung bình giờ của nước thải, Q TB h− = 3334 (m3/h)

− t : thời gian tích luỷ bùn hoạt tính trong bể, t = 2 h

− n : số bể lắng công tác, n = 2

− P : độ ẩm của bùn hoạt tính

3.8 Tính toán bể nén bùn :

Mục đích : nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư bằng cách lắng

(nén) cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94 – 96%) phục vụ cho việc xử lý bùn bằng quá trình phân huỷ kị khí ở bể Mêtan

Lượng bùn hoạt tính dư có thể xác định dựa vào công thức :

− α : Hệ số lấy bằng 1,25 – 1,35, với việc xử lý hoàn toàn chọn α = 1,3

− Cll : Hàm lượng chất lơ lửng của nước thải sau bể lắng đợt 1, Cll = 62,6 (mg/l)

− Ctr : Hàm lượng bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 2, Ctr = 12 (mg/l)

Hàm lượng bùn hoạt tính lớn nhất :

- k : hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính dư , k = 1,15 – 1,2 chọn k = 1,15

Lưu lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất giờ dẫn vào bể nén bùn hoạt tính:

3 max