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 : 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,

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 =

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: 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:

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

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:

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

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

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]): 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;

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

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]).

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)

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: 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:

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

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:

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:

* 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 dinhdưỡng:

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

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

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, CLBOD5

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: 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

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]);

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

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,

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

Tổng thể tích của ngăn khôi phục bùn và aeroten:

W = Wa + Wts = 3219,37 + 357,55 = 3476,92 m3 (2.70)

Đối với bể Aeroten và các ngăn khôi phục bùn: Số lượng đơn nguyên không nhỏ hơn 2 (theo Điều 8.16.15 – [2]) Chọn số bể aerôten là 4 bể, chọn mỗi bể có m = 4 hành lang trong đó 1 hành lang làm nhiệm vụ tái sinh bùn và 3 hành lang làm nhiệm vụ oxi hóa chất bẩn.

Chọn chiều cao công tác của bể: H = 4,5 m (theo Điều 8.16.15 – [2]) Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5m Vậy chiều cao xây dựng của bể: Hxd = hct + hbv = 4,5 + 0,5 = 5

Ca: Lượng chất lơ lửng trong nước thải vào bể aeroten, Ca = 110 mg/L; La: Lượng chất hữu cơ theo BOD5 trong nước thải vào bể, La = 299 mg/L.

Pr = (0,8 × 110) + (0,3 × 299) = 177,7 mg/L = 0,177 g/m3 (2.75)

Tính toán hệ thống cấp khí cho bể aeroten :

Lưu lượng không khí đơn vị tính bằng m3 để làm sạch 1m3 nước thải (theo Điều

z : Lưu lượng oxy đơn vị tính bằng mg để xử lý 1mg BOD5 Bể Aeroten làm sạch không hoàn toàn thì z = 0,9 (mgOxy/mg BOD5) ;

K1: Hệ số kể đến kiểu thiết bị nạp khí Với thiết bị phân tán khí dạng tạo bọt khí nhỏ, hệ số K1 được xác định theo tỉ lệ giữa diện tích vùng được cung cấp khí và toàn bộ diện tích bể (Bảng 47 – [2]) Ta chọn f/F = 0,75 tương ứng với K1

Với: ttb = 29ºC là nhiệt độ trung bình của nước thải trong tháng mùa hè.

n2: Hệ số kể đến sự thay đổi tốc độ hoà tan ôxy trong nước thải so với trong nước sạch, đối với nước thải sản xuất n2 = 0,7 (theo Điều 8.16.13 – [2]) ;

Cp: Độ hoà tan ôxy của không khí vào trong nước được xác định theo công thức:

CT: Độ hòa tan của oxy không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất, lấy theo bảng tính độ hòa tan của oxy không khí trong nước Với nhiệt độ ttb

H : Chiều sâu công tác của bể, H = 4,5 m ; t : Thời gian thổi khí aeroten, t = 5 h.

Kiểm tra: Ja = 6,54 m3/m2.h > Jmin = 3,5 m3/m2.h (thỏa mãn)

Lưu lượng không khí cần thổi vào aerotank trong một đơn vị thời gian:

n : Số hành lang, n = 16.

Chọn thiết bị phân tán không khí dạng tạo bột khí nhỏ là đĩa khí có đường kính 250 mm, diện tích bề mặt là 0,05m2, cường độ khí 1 đĩa là 200 l/phút = 3,3l/s Số đĩa phân phối trong bể là:

Vậy 1 bể có 79 đĩa, mỗi bể có 4 ngăn chia làm 8 đường ống dẫn khí vậy mỗi đường ống có 10 đĩa Các đĩa cách nhau 1,64 m, cách sàn là 0,2m.

Cấu tạo bể aeroten được thể hiện tại Hình 2.9.

1.1.5 Bể lắng ly tâm II

Bể lắng II có nhiệm vụ lắng hỗn hợp nước – bùn từ bể aeroten dẫn đến và bùn lắng ở đây được gọi là bùn hoạt tính

Tính toán kích thước bể lắng ly tâm đợt II:

Thể tích của bể lắng ly tâm sau bể aeroten được tính theo công thức: W = Qa × t = 515,1 × 2 = 1030,2 m3 (2.87)

Qa : Lưu lượng nước thải ra khỏi aeroten, Qa = 515,1 m3/h;

t : Thời gian lắng trong bể lắng ly tâm II, t = 2h (Điều 8.5.8 Bảng 35) Chọn 2 bể lắng đợt II làm việc song song, khi đó diện tích của mỗi bể: 10 Cửa phân phối bùn

11 Mương dẫn nước vào máng tập

Chiều cao xây dựng của bể lắng đợt II:

Hxd = H1 + hth + hc + hbv = 2,0 + 0,3 + 0,75 + 0,5 = 4 m (2.90) hth: Chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3m;

hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5m; hc : Chiều cao vùng chứa nén cặn: Wb : Thể tích ngăn công tác của bể, Wb = 515 m3

* Tính toán máng tràn thu nước xung quanh bể:

Lưu lượng nước thải trong một bể:

Tính toán thể tích ngăn chứa bùn của bể lắng ly tâm đợt II:

Lượng bùn hoạt tính qua 1 bể Wb: Cb : Lượng bùn hoạt tính (độ tăng sinh khối bùn), Cb = Pr = 177,7 g/m3;

Ctr : Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt II, Ctr = 35,88 mg/ L;

Qa : Lưu lượng nước thải ra khỏi aeroten, Qa = 515,1 m3/h; t : Thời gian giữa hai lần xả cặn, t = 2h;

P : Độ ẩm của bùn hoạt tính, P = 99%.

Lượng cặn tổng cộng của 2 bể: Wc = 2 × 7,32 = 14,64 m3/h

Tính toán ngăn phân phối:

Đường kính ống phân phối nước trung tâm: Dtt = 300 mm Đường kính của ống trung tâm: dtt =15%D = 0,15×18 = 2,7m Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng 2/3H = 1,33m.

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

Nước thải sau khi ra khỏi bể lắng II được dẫn đến bể tiếp xúc để khử trùng bằng dung dịch NaOCl 10% Bể tiếp xúc được thiết kế với dòng chảy zic-zắc qua từng ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo với nước thải Tính toán bể tiếp xúc với thời gian lưu nước trong bể 30 phút.

Dung tích bể: W = Qtb × t = 515,1× 0,5 = 255,85 m3 (2.98) Chiều sâu lớp nước trong bể được chọn: H = 2 m

Diện tích mặt thoáng của bể tiếp xúc:

Bùn hoạt tính từ bể lắng đợt II có độ ẩm cao 99% Một phần lớn loại bùn này được dẫn trở lại aeroten, phần bùn còn lại được dẫn vào bể nén bùn hòa trộn với cặn tươi từ bể lắng I Nhiệm vụ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của hỗn hợp bùn bằng cách lắng để đạt độ ẩm thích hợp 94% phục vụ cho việc xử lý bùn bằng quá trình ép bùn bằng thiết bị ép bùn kiểu lọc dây đai.

Pr : Độ tăng sinh khối của bùn trong các ngăn aeroten, Pr = 177,7 mg/L Lượng bùn dư lớn nhất đưa vào bể nén bùn:

P : Độ tăng sinh khối bùn lớn nhất, P = 231,42 mg/L; qtb : Lưu lượng giờ của nước thải, qtb = 400 m3/h;

C : Nồng độ bùn hoạt tính dư phụ thuộc vào đặc tính của bùn, C = at =6000 mg/L; P : Phần trăm bùn hoạt tính tuần hoàn về ngăn tái sinh, P = 25%.

Lượng bùn dư lớn nhất vào bể nén bùn:

Xây dựng 2 bể nén hoạt động đồng thời, mỗi ngày nén một lần Diện tích bể nén bùn đứng được tính theo công thức:

v1 : Tốc độ chuyển động của bùn ở vùng lắng trong bể nén bùn kiểu đứng, theo Điều 8.19.3 – [2], vận tốc không được lớn hơn 0,2 mm/s, chọn v1 = 0,15mm/s;

qmax : Lưu lượng bùn dư lớn nhất, q = 15,79 m3/h.