Tính toán mương dẫn nước thải từ song chắn rác đến bể lắng cát

Tính toán mương dẫn nước thải từ song chắn rác đến bể lắng cátTrong thành phần cặn lắng nước thải thường có cát với độ lớn thuỷ lực u ¿ 18mm/s.. Mặc dù không độc hại, nhưng chúng cản trở

a Tính toán mương dẫn nước thải từ song chắn rác đến bể lắng cát

Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có cát với độ lớn thuỷ lực u ¿ 18mm/s Đây là các phần tử vô cơ có kích thước và tỷ trọng lớn Mặc dù không độc hại, nhưng chúng cản trở hoạt động của các công trình xử lý nước thải (XLNT) như tích tụ trong bể lắng, bể mêtan,…làm giảm dung tích công tác của các công trình, gây

khó khăn cho việc xã bùn cặn, phá huỷ quá trình công nghệ của trạm XLNT,… Để

đảm bảo cho các công trình xử lý sinh học hoạt động ổn định cần phải có công trình và thiết bị lắng cặn phía trước

Như vậy, nước thải sau khi đi qua song chắn rác được mương dẫn nước trong song chắn rác đưa đến bể lắng cát ngang Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ các khoáng chất vô cơ, chủ yếu là cát

Bể lắng cát ngang được xây dựng dọc theo mương dẫn nước thải của song chắn rác Do vậy, bể lắng cát ngang được chọn giống như mương dẫn phía trước

b Tính toán bể lắng cát ngang

Các lưu ý khi thiết kế:

 Vận tốc dòng chảy khi lớn nhất là 0,3 m/s, khi lưu lượng nhỏ nhất là 0,15 m/s

 Thời gian lưu nước trong bể là 30s  t  60s

Tính toán thiết kế: Việc tính toán, thiết kế dựa theo TCVN 7957-2008 điều 8.3.3

- Chiều dài của bể lắng cát ngang được tính theo công thức :

Llgc =

max 0

1000 K H V 1000 1,3 0,32 0,3

5,22(m) (2.26)

K = 1,3 : hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng cát và độ lớn thuỷ lực của hạt cát Uo Ở đây chọn loại bể là bể lắng cát ngang và hạt cát có độ lớn thuỷ lực là 24,2 mm/s

H = 0,32m: độ sâu tính toán trong bể lắng cát (H = 0,25-1m)

Lấy bằng độ sâu h trong mương dẫn ứng với qmax

Vtb = 0,3m/s: tốc độ nước thải trong bể lắng cát ngang ứng với lưu lượng lớn nhất,

(theo bảng 28 - Điều 8.3.4 TCVN 7957:2008)

Uo = 24,2 mm/s: độ lớn thuỷ lực của hạt cát (theo bảng 28 - Điều 8.3.4 TCVN 7957:2008)

- Diện tích mặt thoáng F của nước thải trong bể lắng cát ngang được tính theo công thức:

F=

max

-3 0

U 24,2 x 10 6,19 m2 (2.27)

qmax= 539,11 L/s = 0,15 m3/s : lưu lượng lớn nhất của nước thải.

n = 2: số bể lắng cát làm việc có trong trạm xử lí nước thải

- Chiều ngang tổng cộng của bể lắng cát: B =

= =

L 5,22 1,19 m

- Chọn bể lắng cát ngang gồm 3 đơn nguyên, trong đó có 2 đơn nguyên công tác và 1

đơn nguyên dự phòng Chiều ngang mỗi đơn nguyên khi đó sẽ là: b =

B

2 = 0,4 m

- Kiểm tra lại tính toán với điều kiện vmin ¿ 0,15 (m/s) ) theo điều 8.3.4 TCVN

7957:2008

vmin =

min min

Q

n b h   =

0,03

2 0,4 0,12   = 0,33 ¿ 0,15 (m/s) → đảm bảo (2.28)

- Thể tích phần chứa cặn của bể lắng cát ngang được tính theo công thức:

Wc =

P N t 0,02 14678 1

0,29 (m3/ngđ) (2.29)

P = 0,02 L/ng.ngđ : lượng cát giữ lại trong bể lắng cát ngang cho một người trong ngày đêm (theo bảng 28)

N = 14678 người: công nhân

t = 1 ngày: chu kì xả cát, tránh được sự phân huỷ của cặn

- Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát ngang trong 1 ngày đêm:

hc =

c

L b n   5,22 0,4 2   0,07 m (2.30)

n = 2: số bể lắng cát làm việc có trong trạm xử lí nước thải

- Chiều cao xây dựng của bể lắng cát ly tâm:

Hlg.c = hmax + hc + hbv = 0,32 + 0,07 + 0,4= 0,9 m (2.31)

hmax= 0,32 m: chiều cao lớp nước trong bể lắng cát ngang ứng với lưu lượng lớn nhất

hbv= 0,4 m : khoảng cách từ mực nước đến thành bể

- Cát lắng ở bể được gom về hố tập trung ở đầu bể bằng thiết bị cào cát cơ giới

Hình 2 1 Cấu tạo bể lắng cát ngang

1.1.1 Bể điều hòa

Nằm sau bể lắng cát ngang

Dùng để điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải sản xuất Làm giảm và ngăn cản lượng nước có trong nồng độ các chất trong nước thải và ngăn ngừa

sự lắng động, các bể này cần đặt các thiết bị khuấy trộn

Độ pH của nước thải ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất xử lý của các công trình sau, đặc biệt là các công trình xử lý sinh học nên việc trung hòa nước thải là cần thiết Hóa chất sử dụng là H2SO4 hoặc NaOH, được châm ở đầu bể để tạo điều kiện tiếp xúc giữa hóa chất và nước thải và xây dựng các vách ngăn zích zắc

Nước thải từ song chắn rác sẽ tự chảy qua bể điều hòa Tại bể gắn hệ thống sục khí nhằm giảm bớt sự dao động hàm lượng các chất bẩn trong nước do quá trình thải

ra không đều, giữ ổn định nước thải đi vào các công trình xử lý tiếp theo, làm giảm và ngăn cản lượng nước có nồng độ các chất độc hại cao đi trực tiếp vào công trình tiếp theo Do đó hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích thước các công trình

xử lý tiếp theo

Từ lưu lượng nước thải của KCN, chọn thời gian lưu nước trong bể là t = 4-8h Chọn t = 6h

Thể tích bể điều hòa:

Vđh = qmax × t = 539,11 × 6 = 3234,64 m3 (2.32) Trong đó: qmax : Lưu lượng nước thải lớn nhất của KCN, qmax = 539,11 m3/h

Bể điều hoà có hình dạng hình chữ nhật, chọn chiều cao công tác của bể Hct = 4m, chiều cao phần bảo vệ hbv = 0,5m, vậy chiều cao xây dựng bể điều hoà:

H= Hct + hbv = 4,0 + 0,5 = 4,5 m (2.33)

Diện tích bể:

2 dh

ct

F = = = 808,66 (m )

Kích thước bể điều hòa: L×B×H = 32m × 22,5m × 4,5m (2.35)

Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn:

Chú thích

1- Mương dẫn nước vào

2- Mương dẫn nước ra

3- Hố thu cát

4- Mương phân phối

5- Mương thu nước

4

3

5

2 1

qkhí= R × Vđh = 0,01 × 3234,6 = 32,35 m3/phút (2.36)

Trong đó:

R: Để tránh hiện tượng lắng cặn nên cung cấp 1 lượng khí, tốc độ khí nén, R =

10 ÷ 15 l/m3.phút, chọn R = 10 l/m3.phút Bảng 9-7-[5]

Chọn thiết bị khuyếch tán bằng đĩa sứ, có lưu lượng khí r = 11 – 96 l/phút.cái Chọn r = 50 l/phút.cái Bảng 9-8-[5]

Vậy số đĩa

khi

r 50 đĩa (2.37)

* Các thông số của ống chính cấp khí:

Chọn đường kính của ống dẫn khí chính: d = 250 mm

Tiết diện ống:

2

(2.38) Vận tốc khí trong ống:

í

3 kh

q 1.482 10





=

32,35/60 0,05 = 10,98 m/s; đảm bảo vận tốc đặc trưng trong ống dẫn (v = 9 ÷ 15 m/s)

lí sinh học và phía sau bể điều hoà

- Mục đích :

Nhằm loại bỏ các tạp chất lơ lửng có trong nước thải trước khi xử lý sinh học Ở đây, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất

có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước và được thiết bị gạt cặn tập trung về máng thu chất nổi sau đó dẫn đến hố tập trung

- Nguyên lí hoạt động:

Nước thải chảy theo ống trung tâm theo chiều từ dưới lên qua múi phân phối và vào bể Sau khi ra khỏi ống trung tâm, nước thải va vào tấm chắn hướng dòng và thay đổi hướng đi xuống Sau đó sang ly tâm và dâng lên thân bể Nước đã lắng trong tràn

Ghi chú:

1 Mướng dẫn nước vào

2 Ống dẫn khí

3.Ống dẫn hóa chất

4 Ống dẫn nước ra

5 Bơm

Hình 2 2 Cấu tạo bể điều hòa

qua máng thu đặt xung quanh thành bể và được dẫn ra ngoài Cặn lắng được dồn về hố thu cặn nhờ hệ thống cần gạt cặn và được xả ra nhờ áp lực thủy tĩnh

-Các lưu ý khi thiết kế bể lắng ly tâm I: ( Điều 8.5.11 TCVN7957:2008)

+ Thời gian lắng phụ thuộc vào nồng độ chất lơ lửng

+Chiều sâu vùng lắng H lấy từ 1,5- 5,0 m Tỉ lệ giữa đường kính và chiều sâu vùng lắng lấy từ 6-12 trong một số trường hợp có thể lấy từ 6 – 30 (đối với nước thải sản xuất)

+Đường kính ống trung tâm không nhỏ hơn 1 m

+Lớp nước trung hòa 0,3 m

-Hiệu suất của bể lắng ly tâm I: Sau khi qua bể lắng ly tâm I, nồng độ chất rắn lơ lửng giảm 45-55%

Cấu tạo của bể lắng ly tâm đợt I được thể hiện trong Hình 2.7

Bán kính bể lắng ly tâm 1 (theo Điều 8.5.4 – [2]):

tb,h 0

q R



    (2.39)

qtb.h : Lưu lượng trung bình giờ, qtb.h = 400 m3/h;

K : Hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng, với bể lắng ly tâm K = 0,45;

N : Số bể lắng ly tâm công tác, chọn N = 2 bể;

Uo : Độ lớn thủy lực của hạt cặn:

0,85 805 1,16 KH

α t

h

Chú thích:

1- Ống dẫn nước thải vào

2- Ống hướng dòng

3- Máng thu chất nổi

4- Sàn công tác

5- Ống dẫn nước ra

6- Ống dẫn cặn ra bể

Hình 2 3 Cấu tạo bể lắng ly tâm 1

Giá trị ( K H h )n = 1,16 ứng với chiều cao công tác của bể lấy Hct = 2 m; (Bảng 34 –

[2]);

n : Hệ số kết tụ, phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng, lấy n = 0,25;

α :Hệ số tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ của nước thải đối với độ nhớt, với nhiệt độ nước thải t = 29ºC tương ứng với α = 0,85 (Bảng 31 – [2])

t :Thời gian lắng (s) của nước thải trong bình thí nghiệm hình trụ với chiều sâu lớp nước h, đạt hiệu quả lắng bằng hiệu quả lắng tính toán; khi thiếu số liệu thực nghiệm thì t lấy theo Bảng 33 – [2] Với CSS = 245 mg/L và hiệu suất lắng của bể lắng

ly tâm đợt I là ESS = 55% ta được t = 805,0 s;

V :Tốc độ tính toán trung bình vùng lắng, tốc độ tại tiết diện ở điểm giữa tính từ tâm ra biên bán kính Đối với bể lắng ly tâm V = 5 – 10 mm/s, chọn V = 7 mm/s;

ω :Thành phần thẳng đứng của tốc độ của nước thải xác định (Bảng 32 – [2]) Ứng với V = 7 mm/s ta được = 0,02 mm/s

tb,h

0

3,6 π K U N    3,6 π 0,45 1,11 2   

(2.41)

Đường kính của 1 bể lắng ly tâm: D = 2 × R = 12 m

Tỷ lệ giữa đường kính và chiều sâu vùng lắng của bể ly tâm từ 6 – 12 (Điều 8.5.11 – [2]) Kiểm tra tỷ lệ: 12/2 = 6 (thỏa mãn)

Đường kính ống hướng dòng: d = 15%×D = 0,15 × 12 = 1,8m (2.42)

Diện tích tiết diện của 1 bể lắng ly tâm I:

2

Thể tích ngăn công tác của bể: Wb = F × H = 111 × 2 = 222 m3 (2.44)

Với: H : Chiều sâu tính toán của bể lắng, H = 2m

Kiểm tra lại thời gian lưu nước:

b

tb.h

W N 222 2

qtb.h : Lưu lượng trung bình giờ, qtb.h = 400 m3/h;

N : Số bể lắng ly tâm công tác, chọn N = 2 bể;

Wb : Thể tích ngăn công tác của bể, Wb = 222 m3

* Tính toán máng tràn thu nước xung quanh bể:

Lưu lượng nước thải trong một bể:

3 tb.h

tb

q = = = 200 (m /h) (2.46)

qtb.h : Lưu lượng trung bình giờ, qtb.h = 400 m3/h;

N : Số bể lắng ly tâm công tác, chọn N = 2 bể;

Chọn máng tràn có bề rộng B = 500 mm

Tải trọng của máng tràn: (Điều 8.5.10 – [2]).

3 b

u = = = 5,36(m /m.h) = 1,48 l/m.s < 10 l/m.s (2.47)

π×D 3,14×12

Tải trọng của bề mặt:

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

SSr

C ×(100 E ) 245×(100 55)

CSSv: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải đưa vào xử lý, CSS = 245 mg/L;

ESS: Hiệu suất lắng chất lơ lửng của bể lắng li tâm ESS = 55%

Bể lắng ly tâm I có dạng hình trụ tròn, độ dốc đáy bể 1% (Điều 8.5.11b – [2]) Chọn thời gian giữa 2 lần xả cặn là t = 8h (Điều 8.5.10 – [2])

Dung tích cặn trong mỗi bể được tính theo công thức:

3 SS

c/b

q × C × E × t × K 400 × 245 × 55 × 8 × 1,1

(100-p)×1000×1000×n (100-94)×1000×1000×2

T : Chu kỳ xả cặn, T = 8h;

CSS : Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải đầu, CSS = 245 mg/L;

E : Hiệu suất lắng của bể lắng li tâm đợt I, E = 55%;

P : Độ ẩm của cặn lắng, P = 94% (theo Điều 8.5.5 – TCVN 7957:2008);

K : Hệ số kể đến khả năng tăng lượng cặn do có cỡ hạt lơ lửng lớn, K = 1,1;

qtb : Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ, qtb = 400 m3/h

N : Số bể lắng ly tâm công tác, chọn N = 2 bể;

Lượng cặn tổng cộng của 4 bể: Wc = 2 × 3,95 = 7,9 m3/8h

Chiều cao xây dựng của bể lắng ly tâm là :

Hb = H1 + h2 + h3 + h4 = 2 + 0,3 + 0,5 + 0,42 = 3,23 m (2.51)

H1 = 2 m : chiều cao vùng lắng trong bể lắng ly tâm;

h2 = 0,3m : chiều cao của lớp trung hoà (theo Điều 8.5.11b – [2]);

h3 = 0,5m : chiều cao bảo vệ;

h4 = 0,42m : chiều cao phần tạo độ dốc:

h4= Rb rtan 6,5 1 tan5 

= (6 – 1) x tan50 = 0,42 m (2.52) Với : Rb : bán kính bể, Rb = 6 m;

tanα : góc tạo độ dốc, α=5o

r : bán kính đáy bể, r = 1m

* Tính toán chi tiết bể lắng ly tâm I:

Đường kính ống phân phối nước trung tâm: Dtt = 300mm

Đường kính của ống hướng dòng: dtt = 1,8m.

Chiều cao của ống hướng dòng lấy bằng 2/3H = 1,3m

Đường kính ống thu nước sau lắng chọn D = 300mm

Đường kính ống xả cặn chọn dc = 200mm

Nước thải sau khi qua bể lắng ly tâm I có nồng độ các chất như sau:

CSS = 110 mg/L; CLBOD = 299 mg/L;

1.1.3 Bể trộn

Nước thải công nghiệp có thành phần chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) rất ít, không đủ để tạo điều kiện thích hợp cho vi sinh vật sống và hoạt động Do đó cần được bổ sung chất dinh dưỡng Chất dinh dưỡng cung cấp là dung dịch phân urê và canxi photphat

Cấu tạo của bể trộn được thể hiện tại Hình 2.8

Tính toán kích thước bể trộn chất dinh dưỡng:

Chọn thời gian lưu nước: t = 5 phút

Dung tích của ngăn trộn: W = qtb.h × t = 400 × 5/60= 33,3 m3 (2.54)

Chọn chiều cao lớp nước trong bể: H = 1,5 m

Chiều cao xây dựng của bể: HXD = 1,5 + 0,5 = 2,0m

Diện tích bề mặt :

3

F = = = 22,2 (m ) (2.55)

Chọn chiều dài bể: L = 4,5m

Chiều rộng bể:

B = = = 4 (m) (2.56)

Kích thước của bể trộn: L × B × H = 4,5m × 4m × 2m

Sau khi qua bể trộn chất dinh dưỡng, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước thải

có tăng lên nhưng không đáng kể, đó cũng là những chất rắn vô cơ nên dễ dàng lắng được

1.1.4 Bể Aeroten

Thông số của nước thải đầu vào:

Hình 2 4 Cấu tạo bể trộn

Ghi chú:

1 Mương dẫn nước vào

2 Ống cấp hóa chất

3 Vách ngăn hướng dòng

4 Mương dẫn nước ra

Q = 9600 m3/ngđ, CSS = 110 mg/L, CL BOD5

= 299 mg/L

Do nồng độ chất hữu cơ theo BOD5 LBOD5

C

= 299 mg/L > 150 mg/L nên ta thiết kế

bể aerotank có ngăn tái sinh bùn hoạt tính ( Điều 8.16.3 TCVN 7957:2008 )

Yêu cầu của nước thải sau xử lý đạt cột B tiêu chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT

và xả ra nguồn tiếp nhận không dùng cho cấp nước sinh hoạt: CSS = 81 mg/L, CL BOD5

=

40 mg/L

Tính tỷ lệ tuần hoàn bùn:

Sơ đồ tính toán:

Liều lượng bùn hoạt tính chọn a = 2g/l

Tỷ lệ tuần hoàn bùn:

a R

1.000

a I



2 1.000

2 100



 0,25 (theo Điều 8.16.4 – [2]) (2.57) I: Chỉ số bùn, chọn I = 100 mg/L

Vậy lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn:

Qth = 0,25 × Q = 0,25 × 400 = 100 m3/h = 2400 m3/ngđ Lưu lượng nước tuần hoàn từ bể nén bùn và máy ép bùn:

QNTH = 296,04 + 66,33 = 362,37 m3/ngđ = 15,1 m3/h (2.58) Lưu lượng tổng cộng hỗn hợp bùn – nước vào bể aeroten:

Qa = Q + Qth + QNTH (2.59)

= 400 + 100 + 15,1 = 515,1 m3/h = 12362,37 m3/ngđ

Xác định thời gian làm việc của các ngăn aeroten:

Xác định thời gian cấp khí của hỗn hợp nước thải và bùn tuần hoàn tính riêng cho

aeroten (giờ) theo Điều 8.16.4 – [2]:

a

t

L 2,5

L a

, (h) (2.60) a: Nồng độ bùn duy trì trong aeroten, a = 2 g/l

La: BOD5 của nước thải đưa vào bể, La = 299 mg/L

Lt: BOD5 của nước thải sau xử lý, Lt = 40,5 mg/L

Lắng II

Qth, Xth Aeroten

a 0,5

t = ×lg = 1,83 (h) (2.61)

Chọn t a = 5h

Thời gian oxy hoá các chất bẩn hữu cơ to (h), (theo Điều 8.16.7 – [2]):

o

r

t

R a (1 Tr)





    , h (2.62)

R : Tỷ lệ bùn hoạt tính tuần hoàn so với lưu lượng tính toán R = 0,25;

Tr : Độ tro của bùn trong một liều lượng đơn vị khối lượng bùn, Tr = 0,3;

ar : Nồng độ bùn trong ngăn tái sinh (theo Điều 8.16.7 – [2]);

r

 : Tốc độ ôxy hóa trung bình các chất bẩn tính bằng mgBOD5 trên 1g chất không tro cả bùn trong một giờ:

max



       (2.64)

max: Tốc độ oxy hoá riêng lớn nhất trong 1h (mg BOD5/g chất khô không tro của bùn );

Co : Nồng độ oxy hoà tan cần thiết phải duy trì trong aeroten, Co = 4 mg/L;

Kt : Hằng số đặc trưng cho tính chất của chất bẩn hữu cơ trong nước thải, (mgBOD5/l);

Ko : Là hằng số kể đến ảnh hưởng của oxy hoà tan,( mgO2/l);

φ : Hệ số kể đến sự kìm hãm quá trình sinh học bởi các sản phẩm phân huỷ bùn hoạt tính (l/h);

Các giá trị ρmax = 85; K1 = 33; K0 = 0,63; φ = 0,07 và Tr = 0,3 lấy trong Bảng

46 – TCVN 7957:2008

85 40,5 4 33 4 0,63 40,5 1 0,07 2



0

299 - 40,5

0,25 × 6 × (1-0,25) × 37,83 Chọn t0 = 7h

Thời gian cần thiết để tái sinh bùn hoạt tính: tts = to – ta = 7 – 5 = 2h (2.67)

Dung tích và kích thước bể:

Thể tích của ngăn aeroten: (theo Điều 8.16.7 – [2]):

Wa = ta × Qa × (1 + R) = 5 × 515,1 × (1+ 0,25) = 3219,37 m3 (2.68)

Thể tích của ngăn tái sinh:

Wts = tts × R × Qa = 2 × 0,25 × 515,1 = 257,55 m3 (2.69)