mot so bai tap tinh toan

Hố Thu: 2.1Nhiệm vụ : Thu gom nước thải từ các nơi trong nhà máy về khu xử lí nước 2.2 Tính tốn : Hố thu được thiết kế chìm trong đất để đảm bảo tất cả các loại nước thải từ các nơi tr

2 Hố Thu:

2.1Nhiệm vụ :

Thu gom nước thải từ các nơi trong nhà máy về khu xử lí nước

2.2 Tính tốn :

Hố thu được thiết kế chìm trong đất để đảm bảo tất cả các loại nước thải từ các nơi trong nhà máy tự chảy về hố thu

Chọn thời gian lưu nước trong hố thu là T = 15 phút

Thể tích hố thu cần thiết:

Vth = q * T = 0,0104 15 60 = 9,36 m3 Chọn kích thước hố thu là:

Dài * rộng = 3m * 2m

Độ sâu của hố thu là :

Chọn độ sâu của hố là 2m

Chiều cao dự trữ : 2 – 1,56 = 0,44m

Chọn mặt đất là code  0m Để đảm bảo nước từ nơi xa nhất cĩ thể tự chảy vào hố thu thì mép trên của hố thu phải cách mặt nước là:

m i

x

H   *  150 * 0 , 02   3

Trong đĩ :

x : nơi xả nước thải xa nhất tính từ hố thu của trạm xử lí nước thải, x = 150m

i : độ dốc cần thiết của đường ống dẫn nước vào trạm xử lí, chọn i = 2%

Vậy mép trên của hố thu cách mặt đất là 3m

3 Bể điều hịa

3.1 Nhiệm vụ

Lưu lượng nước và nồng độ chất bẩn trong nước do nhà máy thải ra thay đổi theo giờ nên bể điều hồ cĩ nhiệm vụ điều hồ lưu lượng và nồng độ chất bẩn cho tương đối ổn định cho các quá trình xử lí sau này

3.2 Tính tốn:

Chọn thời gian lưu nước trong bể là 6 giờ

Thể tích bể cần thiết là:

m

V

56 , 1 2

* 3

36 ,

9 





Rộng

* Dài

Wđh = q*T = 0,0104 * 6 * 3600 = 224,64 m3

Chọn kích thước bể :

Dài * rộng = 10m * 7m Chiều cao công tác bể :

Chiều cao dự trữ của bể 0,3m

Chiều cao thực của bể là 3,2 + 0,3 = 3,5 m

Bể được xây nổi trên mặt nước với chiều cao mực nước trên mặt đất là 3,2m Trong bể có tiến hành sụt khí để xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của các chất bẩn xảy ra trong bể

Tính toán lượng khí cần để xáo trộn trong bể :

Lượng khí cần cho 1m3

nước thải sau song chắn rác là 3,74m3 không khí

( theo giáo trình” Industrial Water Pollution Control “ – Wesley Eckenfelder, Ir)

Lượng khí cần cho bể :

Q * 3,74 = 900 * 3,74 = 3366 m3/ ngày

= 38,96 lít/giây Chọn thiết bị phân phối khí dạng dĩa có đường kính 170mm, diện tích bề mặt 0,02m2, cường độ thổi khí thoát ra bề mặt dĩa 200lít/phút

Số dĩa cần phân phối trong dĩa:

Số dĩa cần trong bể là 12 dĩa

Khí được cung cấp từ máy nén khí rồi đi vào ống dẫn chính và sau đó đi vào hai ống nhánh rồi phân phối ra dĩa cung cấp cho bể

Tính toán ống dẫn khí: một ống chính dẫn khí nén đi từ máy nén khí đến bể

rồi phân thành 3 ống nhánh dọc theo chiều rộng của bể, trên mỗi ống nhánh gắn 4 dĩa phân phối khí Mỗi ống nhánh cách thành bể 2 mét và cách ống kế 3 mét Mỗi dĩa trên ống nhánh cách nhau 1,5 mét

Chọn vận tốc khí trong các ống là 15m/s

Đường kính ống chính :







V

Q

14 , 3

* 15

03869 , 0

* 4

= 0,057 m = 57mm Chọn ống có đường kính 61mm

Q : lưu lượng khí đi trong ống, 0,03869 m3

/s

V : vận tốc khí đi trong ống Đường kính các ống nhánh :

m

7 10

64 ,

224 





óa

d

69 , 11 200

60

* 96 , 38





14 , 3

* 15

0129 , 0

* 4

Chọn ống cĩ đường kính 34mm

với Q là lưu lượng khí trong ống Q 0 , 0129m /s

3

03869 ,



Tính tốn các ống dẫn nước vào và ra khỏi bể điều hồ:

Nước thải được bơm từ hố thu vào bể điều hồ Chọn vận tốc nước vào bể là 2m/s , đường kính ống là :





14 , 3

* 2

0104 , 0

* 4

V

Chọn vận tốc nước ra khỏi bể điều hồ là 1m/s

Đường kính ống ra là :





14 , 3

* 1

0104 , 0

* 4

r

Tính tốn máy nén khí:

Ap lực cần thiết của máy nén khí:

Hm = hl + hd + H Trong đĩ:

 hl : Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển hl = 0,4m

 hd : Tổn thất qua dĩa phun hd = 0,5m

 H : Độ sâu ngậm nước của dĩa phun H = 3,2m

Hm = 0,4 + 0,5 + 3,2 = 4,1m

= 0,41 at Năng suất yêu cầu của máy:

Q = 0,039 m3 /s Cơng suất của máy thổi khí :































7 , 29

283 , 0

1

2

P

P ne

GRT

Pmáy

Trong đĩ :

 Pmáy: Cơng suất yêu cầu của máy khí nén, kW

 G: trọng lượng của dịng khơng khí, kg/s

G = 0,039 * 1,3 = 0,051 kg/s

 R: Hằng số khí R = 8,314 KJ/K.molo

K

 T1: Nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí đầu vào T1= 298 oK

 P1: Ap suất tuyệt đối của khơng khí đầu vào P1 = 1 atm

 P2: Ap suất tuyệt đối của khơng khí đầu ra P2 = Hm +1= 1,41 atm

 N =

K

K  1= 0,283 (K= 1,395 đối với khơng khí)

 29,7: Hệ số chuyển đổi

 e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7

1

41 , 1 7 , 0

* 283 , 0

* 7 , 29

298

* 314 , 8

* 051 ,

































má

4 Bể trộn:

4.1 Nhiệm vụ :

Dùng năng lượng cánh khuấy tạo ra dịng chảy rối để trộn đều nước thải với các hố chất cho vào như :phèn bùn, sút, polymer

4.2 Tính tốn :

Thời qian lưu nước trong bể là 5 phút

Lưu lượng nước vào bể 0,0104 m3

/s Thể tích của bể trộn :

V = Q * T = 0,0104 * 5 * 60 = 3,125 m3 Chiều cao mực nước trong bể được chọn là 1,5 m

Diện tích mặt bằng của bể :3,125 / 1,5 = 2,08m2

Chọn kích thước của bể là:

Dài * rộng * cao = 1,5 * 1,5 * 1,8 Trong đĩ chiều cao dự trữ của bể là 0,3m

Bể được khuấy trộn bằng hệ thống cánh khuấy cơ khí

Cơng suất cần thiết để khuấy trộn :

N = 51 C F V3 Trong đĩ :

 C : hệ số trở lực của nước, phụ thuộc vào tỉ lệ chiều dài l và chiều rộng b của cánh khuấy Chọn l/b = 5 thì C = 1,2

 F : tổng diện tích của cánh khuấy, m2 Chọn l =200mm, b = 40mm và số cánh khuấy là 6 Nên F = 6 * 0,2 * 0,04 = 0,048 m2

 V : vận tốc chuyển tương đối của cánh khuấy so với nước, m/s được xác định theo cơng thức :

s m n

R

60

50

* 3 , 0

* 14 , 3

* 2

* 75 , 0 60

*

* 2

* 75 ,

0





+ R : bán kính chuyển động của cánh khuấy tính từ mép ngồi của cánh đến trục ngang Chọn R = 0,3m

+ n : số vịng quay của cánh, chọn n = 50 vịng /phút

Cơng suất cần thiết của máy khuấy trộn :

N = 51 * 1,2 * 0,048*1,183 = 4,8 kW

Tra cataloque, chọn động cơ có công suất 5,5kW

Trên mặt nước của bể trộn có lắp đặt phễu tràn để thu nước ra, đường kính phễu là 300mm, đường kính ống dẫn lấy bằng đường kính ống dẫn nước vào và bằng 114mm

5 Bể phản ứng lắng:

5.1 Nhiệm vụ:

Đây là nơi để phản ứng tạo bông xảy ra, các hoá chất cho vào bị thủy phân rồi kết hợp với các chất bẩn có trong nước thải tạo thành những bông lớn Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

 Nồng độ , liều lượng hoá chất cho vào

 Chế độ khuấy

 Thời gian lưu nước…

Mặt khác , bể phản ứng còn kết hợp với lắngđứng nên ngoài chức năng phản ứng tạo bông, nó còn dùng để lắng các bông phèn được tạo thành trong bể phản ứng

5.2 Tính toán:

Chiều cao công tác của bể lắng đứng :

m T

V

h  0 , 7 * 10 3* 2 * 3600  5

Trong đó:

+ V : vận tốc nước dâng , chọn V = 0,7 mm/s + T : thời gian lưu của nước, chọn T = 2 giờ

Theo giáo trình “ Tính Toán Các Công Trình Xử Lí Nước Thải” – Trịnh Xuân

Lai

Thể tích vùng lắng của bể:

3 75 12

1

* 900

Q

Diện tích mặt bằng lắng của bể lắng( không kể diện tích buồng phản ứng)

2 15 5

75

m h

V

l   

Diện tích bể phản ứng xoáy:

3 5 , 2 5 , 4

* 3600

* 24

60

* 18

* 900 60

.

m H

t q F

f

trong đó:

+ t : thời gian nước lưu lại trong bể, t = 18phút ( trong qui phạm t = 15 – 20 phút)

+ Hf : chiều cao bể phản ứng ( lấy bằng 0,9 lần chiều cao bể = 5 * 0,9

= 4,5 m

Diện tích mặt bằng bể phản ứng lắng:

15 + 2,5 = 17,5 m2 Đường kính bể phản ứng lắng:

m

S

72 , 4 14 , 3

5 , 17

* 4

* 4









Chọn đường kính D = 5m

Trong đĩ đường kính phần phản ứng:

m

d pu 1 , 78

14 , 3

5 , 2

*



Vùng chứa cặn của bể cĩ chiều cao bằng 1/12 bán kính hình trụ của vùng lắng: h c   0 , 39m

12

72 , 4

0,4m Chiều cao vùng lắng của bể:

5 – 0,4 = 4,4m Chiều cao bể phản ứng lấy bằng 0,9 lần chiều cao lắng :

0,9 * 4,4 = 3,96 m

Tính máng thu nước:

Máng thu nước hình răng cưa đặt theo chu vi bể cĩ đường kính bằng 0,95 đường kính bể :

5 * 0,95 = 4,75 m Tải trọng máng thu nước :

ày

ng m L

Q

14 , 3

* 75 , 4





L : chu vi máng thu nước

Tính tốn các đường ống dẫn nước :

Ong dẫn nước vào và ra khỏi bể lắng cĩ đường kính bằng đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể trộn bằng 114mm

6 Bể chứa nước:

6.1 Nhiệm vụ:

Chứa nước đi ra từ bể lắng và là nơi đặt bơm nước lên bể Aeroten

6.2 Tính tốn:

Thời gian lưu nước trong bể là 5 phút

Thể tích bể :

V = 0,0104 * 5 * 60 = 3,12 m3 Kích thước bể được lựa chọn :

Dài * rộng * cao = 1,5m * 1,5m * 2,0m Trong đó chiều cao dự trữ là 0,3m

Bể được xây chìm trong đất sao cho nước tự chảy từ bể lắng vào bể chứa

7 Bể Aerotank:

7.1 Nhiệm vụ:

Bể Aeroten hoạt động theo phương pháp xử lí sinh học hiếu khí, các vi sinh sử dụng oxy hoà tan để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước

Nước thải sau khi qua các công trình xử lí phía trước vẫn còn một lượng lớn các chất hữu cơ, do đó chúng được đưa vào bể Aeroten để các vi sinh vật phân huỷ chúng thành các chất vô cơ như CO2, H2O, … và tạo thành sinh khối mới, góp phần làm giảm COD, BOD của nước thải Đặt tính của dòng nước thải trước khi vào bể aeroten :

COD = 415 mg/l BOD5 = 275 mg/l

Độ màu = 194 Pt- Co Tổng N = 3,16 mg/l N_NH3 = 1,08 mg/l Tổng P = 1,34 mg/l

7.2 Tính toán :

Các thông số thiết kế :

Ngoài các thông số kể trên, khi tính toán thiết bể Aeroten còn có các thông

số sau :

 Lưu lượng nước thải Q = 900m3

/ ngày đêm= 0,0104 m3/s

 Nhiệt độ nước thải duy trì trong bể 25o

C

 Nồng độ chất rắn bay hơi hay bùn hoạt tính ( MLVSS) được duy trì trong bể là 3000mg/l

 Nước thải khi vào bể aeroten có hàm lượng chất rán lơ lửng bay hơi( bùn hoạt tính ) ban đầu không đáng kể

 Tỷ số chất rắn lơ lửng bay hơi và chất rắn lơ lửng (MLSS) trong hỗn hợp cặn ra khỏi bể lắng là 0,7

 Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn là 10000mg/l

 Thời gian lưu của bùn hoạt tính ( tuổi bùn ) trong bể là 10 ngày

 Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là : 0,68

 Hệ số phân huỷ nội bào Kd = 0,06 ngày-1

 Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại : Y = 0,46

 Nước thải được điều chỉnh sao cho BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1

 Nước thải sau khi xử lí đạt tiêu chuẩn loại B

+ BOD5 đầu ra < 30mg/l + COD đầu ra < 95 mg/l + SS đầu ra < 30 mg/l trong đó có 65% cặn có thể phân huỷ sinh học

7.2.1 Xác định hiệu quả xử lí của bể :

Lượng cặn hữu cơ có trong chất rắn ra khỏi bể lắng :

0,65 * 30 = 19,5 mg/l Lượng cặn hữu cơ được tính toán dựa vào phương trình sau :

C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 = 2H2O + NH3 + Năng lượng

1mg 1,42 mg Dựa vào phương trình trên thì lượng BOD cần sẽ bằng 1,42 lần lượng tế bào

Do đó lượng chất hữu cơ tính theo BOD là:

1,42 * 19,5 = 27,69 mg/l Lượng BOD5 có trong chất rắn lơ lửng ra khỏi bể lắng :

0,68 * 27,69 = 18,83 mg/l Lượng BOD5 hoà tan ra khỏi bể lắng bằng BOD5 ở đầu ra trừ đi lượng BOD5

có trong cặn lơ lửng

30 – 18,83 = 11,17 mg/l Hiệu quả xử lí BOD5 phải thiết kế :

% 9 , 89 100

* 275

30

275 



E

Hiệu quả xử lí BOD5 theo thiết kế :

% 96 100

* 275

17 , 11 275







E

7.2.2 Xác định thể tích bể Aeroten :

Thể tích bể được tính theo công thức :

) 1

.(

) (

.

c d

c K X

S S Y Q V











Trong đó:

 Q :Lưu lượng nước thải 900m3

/ngày

 c : tuổi bùn

 S0 : hàm lượng BOD5 ở đầu vào

 S :hàm lượng BOD5 ở đầu ra

3 6 , 227 )

10

* 06 , 0 1 ( 3000

) 17 , 11 275 (

* 10

* 46 , 0

* 900

m







Chọn chiều cao chứa nước trong bể: 4m

Diện tích bề mặt bể :

2 9 , 56 4

6 , 227

m



Chọn kích thước bể :

Dài * rộng = 10m * 6m

Vậy kích thước bể aeroten :

Dài * rộng * cao= 10m * 6m * 4,5m

Trong đó chiều cao dự trữ là 0,5m

7.2.3 Xác định thời gian lưu nước :

253 , 0 900

6 , 227







Q

V

7.2.4 Xác định lượng bùn xả ra hàng ngày :

Hệ số tăng trưởng của bùn :

2875 , 0 10

* 06 , 0 1

46 , 0









c d b

K

Y Y



Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày :

) 17 , 11 275 ( 900

* 2875 , 0 ) (

= 68129 g/ ngày

= 68,13 kg/ ngày Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra trong một ngày :

35 , 97 7 , 0

13 , 68 7 ,

c

P

Lượng bùn xả ra hàng ngày được tính :

r r T xa c

X Q X Q

X V





*

.



5 , 7 10

* 7000

10

* 21

* 900 3000

* 6 , 227

m X

X Q X V Q

c T

c r r





/ngày Trong đó:

 V : thể tích bể aeroten, = 227,6 m3

 X : nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể aeroten, 3000mg/l

 Qr : lưu lượng nước ra khỏi bể lắng 2, xem như bằng lưu lượng vào của bể ( nước theo bùn không đáng kể )

 Xt : nồng độ chất rắn bay hơi có trong bùn tuần hoàn lại bể, = 0,7 *

10000 = 7000mg/l

 Xr : nồng độ chất rắn bay hơi có trong bùn hoạt tính trong nước ra khỏi bể lắng 2 , = 0,7 * 30 = 21 mg/l

7.2.5 Xác định lượng bùn tuần hoàn lại bể :

Nồng độ bùn hoạt tính trong bể aeroten luôn được duy trì ở giá trị 3000mg/l

ta có phương trình cân bằng vật chất như sau :

T T T

v Q Q X Q

X* (  )  *

675 900

* 3000 7000

3000

X X

X

T







Hệ số tuần hoàn bùn :

75 , 0 900

675 





V

T Q

Q



7.2.6 Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng thể tích của bể :

36 , 0 3000

* 253 , 0

275



X

S M

( giá trị này nằm trong qui phạm cho phép của các thông số thiết kế 0,2 – 1)

Tải trọng thiết kế của bể :







6 , 227

275

* 900

* 0

V

S Q

= 1,087 kg BOD5/m3 ngày ( giá trị này nằm trong qui phạm cho phép của các thông số thiết kế 0,8 – 1,9)

7.2.7 Xác định lượng oxy cần cung cấp cho bể aeroten :

Tính lượng oxy cần theo tiêu chuẩn:

OCo =

f

S S

Q( o  )

-1,42Px

= 1 , 42 * 68 , 13

68 , 0

10 ) 17 , 11 275 (

900  3 

= 252,5kg O2/ngày

f : hệ số chuyển đổi BOD5 và BOD20, f = 0,68

Lượng O2 cần thực tế:

Oct = OCo

l s

s C C

C

Trong đó:

Cs: DO bảo hoà ở nhiệt độ 25o

C: 8,1 mg/l

Cl: DO cần duy trì : 2mg/l

 OCt = 252,5*

2 1 , 8

1 , 8

 = 335,3 kg O2/ngày

Lượng không khí cần cung cấp:

Qkk =

OU

OC t

.f OU: cơng suất hồ tan oxy ở độ sâu 4m

OU = Ou* h

Tra bảng 7.1 trang 112 sách “Tính tốn các cơng trình xử lí nước thải” ta

cĩ

Ou = 7g O2/ m3.m

 OU= Ou* h = 7* 4 =28g O2/m3

f: hệ số an tồn f = 1,5

Qkk= 3

10 28

5 , 335

 1,5= 17,96 103 m3/ ngày = 748 m3/giờ

Chọn dĩa phân phối khí cĩ đường kính 0,17m, diện tích bề mặt 0,0227m2

Cường độ thổi khí 200 lít/ phút = 12 m3/ giờ

Số dĩa cần thiết:

12

748=62,3 dĩa

Ta chọn số dĩa bố trí trong bể là 63 dĩa

7.2.8 Xác định cơng suất máy nén khí:

Ap lực cần thiết của máy nén khí:

Hm = hl + hd + H Trong đĩ:

 hl : Tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển hl = 0,4m

 hd : Tổn thất qua dĩa phun hd = 0,5m

 H : Độ sâu ngậm nước của dĩa phun H = 4m

Hm = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9m

= 1,49 at Năng suất yêu cầu của máy:

Q = 0,21 m3 /s Cơng suất của máy thổi khí :































7 , 29

283 , 0

1

2

P

P ne

GRT

Pmáy

trong đĩ :

 Pmáy: Cơng suất yêu cầu của máy khí nén, kW

 G: trọng lượng của dịng khơng khí, kg/s

G = 0,21 * 1,3 = 0,273 kg/s

 R: Hằng số khí R = 8,314 KJ/K.molo

K

 T1: Nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí đầu vào T1= 298 oK

 P1: Ap suất tuyệt đối của khơng khí đầu vào P1 = 1 atm

 P2: Ap suất tuyệt đối của khơng khí đầu ra P2 = Hm +1= 1,41 atm

 N =

K

K  1= 0,283 (K= 1,395 đối với khơng khí)

 29,7: Hệ số chuyển đổi

 e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7

1

49 , 1 7 , 0

* 283 , 0

* 7 , 29

298

* 314 , 8

* 273 ,



































áy

7.2.9 Tính tốn các đường ống dẫn khí:

Các ống dẫn khí được làm bằng sắt tráng kẽm

Vận tốc khí đi trong các ống được duy trì trong khoảng 15 – 20 m/s Chọn vận tốc để tính tốn là 18 m/s

Lưu lượng khí đi trong ống chính là Qkk= 748 m3/giờ = 0,21 m3

/s Đường kính ống chính :

mm v

Q

14 , 3

* 18

21 , 0

* 4

*

* 4









Từ ống chính khí đi vào hai ống trung gian Lưu lượng khí trong ống trung

105 , 0 2

21 , 0

Q

tg   

Đường kính ống trung gian :

mm v

Q

14 , 3

* 18

105 , 0

* 4

*

* 4









Chọn ống trung gian cĩ đường kính 88mm

Từ mỗi ống trung gian khí đi vào 5 ống nhánh vào dĩa rồi cung cấp cho bể

021 , 0 5

105 , 0

m

Đường kính mỗi ống nhánh là :

mm

14 , 3

* 18

021 , 0

* 4





Chọn ống nhánh cĩ đường kính 42mm

7.2.10 Tính tốn các đường ống dẫn nước thải vào và ra bể aeroten :

Vận tốc nước thải trong ống ở bể aeroten cần được di trì trong khoảng 0,8 –

1 m/s, chọn vận tốc này là 1m/s Đường kính các ống là:

mm v

Q

14 , 3

*

0104 , 0

* 4

*

* 4









Vận tốc bùn tuần hồn lại bể được chọn là 0,6 m/s Lưu lượng bùn tuần hồn là 675m3/ngày = 0,008 m3/s Đường kính ống tuần hồn bùn :