TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ THEO PHƯƠNG ÁN 1

Thuyết Minh Đồ Án Môn HọcXử Lý Nước Thải

Trang 1

Chương 4

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH

ĐƠN VỊ THEO PHƯƠNG ÁN 1

Bảng 4.1 Các thông số tính toán ban đầu

4.1 TÍNH TOÁN NGĂN TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI

Ngăn tiếp nhận nước thải đặt ở vị trí cao để nước thải có thể tự chảy qua từng công trình đơn vị của trạm xử lý

Từ lưu lượng tính toán ở trên Qmax-h = 1669,5 m3/h

Dựa vào bảng 3-4 ( Lâm Minh Triết 2005 ) ta chọn một ngăn tiếp nhận với thông số mổi ngănnhư sau:

Bể Anoxic

Nước thải Song chắn

rác

Bể lắng cát thổi khí

Bể điều hòa

Bể lắng đợt 1

Bể Bể thổi khí

Bể tiếp xúc

Bể chứa bùn

Máy ép bùn Sân phơi bùn

Sân phơi cát Thùng chứa

Trang 2

Đường ống áp lực từ trạm bơm đến ngăn tiếp nhận như sau: 2 ống với D ống là 500 mm

Kích thướt ngăn tiếp nhận:

Chiều dài ngăn tiếp nhận : A = 2400 mm

Chiều rộng của ngăn tiếp nhận : B = 2300 mm

Chiều cao từ đáy mương dẩn 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 mương dẫn nước thải : h = 750 mm

Chiều rộng của mương dẫn nước thải : 800 mm

Chiều cao ngăn tiếp nhận : H = 2000 mm

Hình 4.1 Chú thích ngăn tiếp nhận nước thải sinh hoạt

Bảng 4.2 Các thông số thiết kế của ngăn tiếp nhận

4.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SONG CHẮN RÁC

4.2.1 Tính Toán Thuỷ Lực Mương Dẫn Nước Thải

Mương dẫn nước thải có tiết diện hình chữ nhật Tính toán thủy lực của mương dẫn xác định độdốc i, vận tốc v, độ đầy h/H

Tính toán với Q tb

Chọn vận tốc ban đầu là 1m/s, ta có:

Diện tích ướt

64 , 0 9

Trang 3

Chu vi ướt: P = (B + h)  2 = (1,25 + 0,5)  2 = 3,5 (m)

Bán kính thủy lực:

18 , 0 5 , 3

64 , 0

n: hệ số độ nhám = 0,012 – 0,015 phụ thuộc vào vật liệu làm ống và kênh

y: chỉ số mũ, phụ thuộc vào độ nhám, hình dáng và kích thước của ống

Vì R = 0,18 < 1 nên y = 1,5n1/2

Chọn n = 0,013  y = 1/6

8 , 57 013

, 0

2 2

2

10 35 , 1 18 , 0 8 , 57

9 ,

v

Với lưu lượng là 580 l/s, độ dốc thủy lực i = 1,4 Tra bảng 35 (Uyển, 2003) và bằng cách nội

suy ta tính được v = 1,07 m/s, độ đầy h/H = 0,34 m

Tính toán với Q max

Tính tương tự như Qtb

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng 3.1

Bảng 4.3 Kết quả tính toán thuỷ lực mương dẫn nước thải.

Thông số thủy lực Lưu lượng tính toán m3/s

Chiều cao lớp nước qua song chắn rác bằng chiều cao lớp nước trong mương dẫn.

Số lượng khe hở qua song chắn rác

Trang 4

80 79 05 , 1 02 , 0 5 , 0 9 , 0

68 , 0

- h là độ sâu mực nước ở chân SCR , h = 0,45m

- l là khoảng cách giữa các khe hở, chọn l = 20mm = 0,02 m ( đối với nước thải sinh hoạt có thểchọn 16mm – 25 mm )

- K là hệ số tính đến sự thu hẹp dòng chảy, lấy K = 1,05

g

v

8 , 9 2

9 , 0 467 , 0 2

2 2

, 0

008 , 0 83 , 1

3 / 4 3

 : hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh SCR,   1 , 83( Triết 2008)

 : góc nghiêng của song chắn so với hướng dòng chảy,   60 0

Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác L1:

82 , 0 30 2

25 , 1 2 , 2 2

tg tg

(L0 chiều dài đoạn mương đặt SCR chọn L0 = 2 m, L0 không nhỏ hơn 1 ( Huệ 2004 ) )

Kiểm tra lại vận tốc của dòng chảy qua song chắn rác sạch ứng với lưu lượng min

28,0

Trang 5

68,0

48,060

(H0 : chiều cao an toàn mương, H0 = 0,5 m)

Chiều cao thực của SCR

Ht = 1 , 44

87 , 0

8 , 0 60

m, (H là chiều cao của mương H = 0,8 m)

Khối lượng rác lấy ra ngày đêm từ SCR

/ 7 , 5 1000 365

500 259 8 1000

365

3

m N

Trang 6

STT Thông số Đơn vị Giá trị

vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi

Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kimloại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng… để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, lắng cặn trongcác kênh hoặc ống dẫn, giảm Có nhiều loại bể lắng cát phụ thuộc vào đặt tính dòng chảy: bểlắng cát có dòng chảy ngang trong mương tiết diện hình chữ nhật, bể lắng cát có dòng chảy dọctheo máng tiết diện hình chữ nhật đặt theo chu vi của bể tròn, bể lắng cát sục khí, bể lắng cát códòng chảy xoáy, bể lắng cát ly tâm Ở đây ta chọn bể lắng cát thổi khí để tính toán thiết kế

Bể lắng cát thổi khí có dạng hình chữ nhật, có hệ thống sục khí bằng ống nhựa khoan lỗ, lấy cát

ra khỏi bể bằng bơm phun tia để dồn cát về mương thu cát

4.3.1 Tính Toán Kích Thước Bể Lắng Cát

Lưu lượng nước thải qua bể lắng cát: Q tb = 0,58 m 3 /s.

Thiết kế 2 bể lắng cát thổi khí, để khi cần ngừng 1 bể trong thời gian sữa chữa hoặc xúc cặn.Thời gian lưu nước (HRT) chọn 3 phút = 180 s (Quy phạm 3 – 5 phút; Diệu, 2008)

Thể tích một bể:

Trang 7

2 , 52 180 2

58 , 0

Chọn chiều cao nước trong bể 2,5 m.

Tỷ số chiều rộng và chiều cao B : H = 1,5 : 1 (Quy phạm B : H từ 1 – 1,5) (Diệu, 2008)

Chiều rộng bể: B = 2,51,5 = 3,75 (m)

Chiều dài bể:

6 , 5 5 , 2 75 , 3

9 , 27

0,0

03 , 0 4 4

Ống thổi khí cách đáy bể 50 cm (Quy phạm từ 45 – 60 cm) (Diệu, 2008)

Cách mực nước cao nhất: 0,75H = 0,752,5 = 1,9 (m) (Quy phạm 0,7 – 0,75 H) (Diệu,2008)

Trên ống gió chính khoan các lỗ có đường kính dlỗ = 5 mm (Quy phạm dlỗ = 3,5 – 5 mm) và nốivào lỗ các ống có chiều dài 150 mm Khoảng cách giữa các lỗ 250 mm

Số lỗ trên ống chính:

Trang 8

36 2 250

4500 2

 L

4.3.3 Hệ Thống Bơm Phun Tia

Để dồn cát về máng thu, dọc đáy bể đặt ống cấp nước

Chọn đường kính ống cấp nước chính  = 100 mm (Quy phạm > 100 mm) (Diệu, 2008)Trên ống cấp nước chính chia thành nhiều ống nhánh Các vòi cách nhau 0,4 m (Diệu, 2008)Đường kính các vòi d = 50 mm (Quy phạm 35 – 50 mm; Huệ, 2004)

Đường ống cấp nước cách tường mỗi bên 100 mm

Số vòi phun:

5 , 22 2 400

4500 2

Lưu lượng cát a = 0,02 l/ng.ngđ = 0,00048 m3/người.h

Số dân cư tính toán là Ntt = 259.500 người

Thu cát liên tục sau 3 phút = 0,05 giờ

Thể tích mương chứa cát:

228 , 6 05 , 0 500 259 00048 ,

228 , 6

Chiều cao bờ chắn H = 1 m (Quy phạm 1 – 2 m)

Dân số tính toán Ntt = 259.500 người

Lượng cát tính theo đầu người a = 0,02 l/người.ngđ

Chiều cao lớp cát 4 m/năm (Quy phạm 4 – 5 năm; Triết, 2006)

Trang 9

Diện tích hữu ích sân phơi:

6,4734

1000

365500.25902,01000

mm và phủ một lớp đá mỏng

Tường thành chắn dày 500 mm

Ống dẫn cát từ bể lắng cát sang sân phơi cát có đường kính d3 = 200 mm

Máng phân phối cát kích thước 200 mm  200 mm có độ dốc i = 0,01

Đáy của các ngăn có độ dốc i = 0,01 dốc về phía ống thu nước rỉ của cát

Bảng 4.5 Các thông số thiết kế Bể Lắng Cát

Kích thước bể Hệ thống thổi khí Hệ thống phun tia Mương thu cát

Q tb = 0,58 m 3 /s W = 5 m 3 /m 2 h Đ.kính  = 100 mm a = 0,02 l/người.ngđ

Thiết kế 2 bể Q khí = 0,03 m 3 /s Số vòi là 24 N tt = 259.500 người

HRT = 3 phút V gió = 0,24 m/s K.cách vòi 400 mm 3 phút thu cát một lần

V = 52.2 m 3 D gió = 400 mm d vòi = 50 mm V = 6,228 m 3

H = 2,5 m L gió = 4500 mm V = 0,0065 m/s F = 1,25 m 2

B = 3,75 m Cách tường 250 mm Q = 0,14 m 3 /s Đáy bé: 1 m

Độ dốc i = 0,2 Khoan lỗ d lỗ = 5 mm Góc nghiêng thành bên:

60 o Khoảng cách các lỗ 250 mm

Bảng 4.6 Các thông số thiết kế Sân Phơi Cát

Kích thước sân phơi Kích thước 1 ngăn Ống thu nước rĩ từ rác

N tt = 259.500 người Chiều cao H = 1 m Chiều cao 1 m Có 4 đường ống

a = 0,02 l/người.ngđ Chiều dài39,5 m Chiều dài 12 m d 1 = 100 mm

F = 473.6 m 2 Chiều rộng 12 m Chiều rộng 10 m Cách thành chắn 3 m

Chia thành 4 ngăn Độ dốc i = 0,01 Độ dốc i = 0,003 Chiều cao lớp cát là 4

m/năm

Tường thành chắn dày

500 mm

Bố trí 2 đường ống thu nước rĩ từ cát

Khoan lỗ có đường kính lỗ là d 2 = 5 mm

4.4 BỂ ĐIỀU HÒA

Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy về nhà máy xử lý thườngxuyên dao động theo các giờ trong ngày Khi hệ số không điều hòa K  1,4, xây dựng bể điềuhòa để các công trình xử lý làm việc với lưu lượng đều trong ngày sẽ kinh tế hơn Tùy theo điềukiện đất đai, và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom là mạng cống chung thường ápdụng bể điều hòa lưu lượng để tích trữ được lượng nước sau cơn mưa Ở các mạng thu gom là

hệ thống riêng và ở những nơi có chất lượng nước thải thay đổi thường áp dụng bể điều hòa cảlưu lượng và chất lượng

Trang 10

Ở khu vực dân cư (nước thải sinh hoạt) nước thải được thải ra với lưu lượng biến đổi theo giờ,mùa (mưa, nắng) Trong khi đó các hệ thống sinh học phải được cung cấp nước thải đều đặn vềthể tích cũng như hàm lượng các chất cần xử lý 24/24 giờ Do đó cần thiết phải có một bể điềuhòa Bể điều hòa có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần xử lý để bảo đảmhiệu quả cho các quy trình xử lý sinh học về sau, nó chứa nước thải và các chất cần xử lý ở cácgiờ cao điểm, phân phối lại trong các giờ không hoặc ít sử dụng để cung cấp ở một lưu lượngnhất định 24/24 giờ cho các hệ thống sinh học phía sau.

Các lợi ích của bể điều hòa:

- Bể điều hòa làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng “shock” của hệthống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ,giảm được diện tích xây dựng các bể sinh học (do tính toán chính xác) Hơn nữa các chất ức chếquá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạtđộng của vi sinh vật

- Chất lượng của nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng đợt I được cải thiện dolưu lượng nạp các chất rắn ổn định

- Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước thải giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện.chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn

Lưu lượng nước thải sinh hoạt và chế độ xả thải của Quận được tổng hợp trong Bảng 4.7

Bảng 4.7 Lưu lượng nước thải sinh hoạt và chế độ xả thải của Quận

Trang 11

Thể tích bể điều hòa được tính như sau:

9 , 7184 81

, 4875 09

Tính Toán Hệ Thống Phân Phối Khí (với các bọt khí có kích cỡ trung bình)

Các bọt khí có kích cỡ trung bình

Thiết bị gồm các ống khoan lỗ có đường kính lỗ 5 mm phía dưới đáy ống, lỗ khoan thành 2hàng phân phối so le ở nửa bên và có hướng tạo thành 45o so với phương thẳng đứng Khoảngcách tâm lỗ bằng 10 lần đường kính lỗ Các ống gắn với nhau thành hình xương cá Chọn vậntốc khí đi trong ống nhánh là Vn = 15 m/s, vận tốc khí đi trong ống chính là Vc = 10 m/s

Lượng khí nén cần cho bể điều hòa:



v

Q

0,52 m = 520 mmVận tốc khí ra khỏi lỗ Vmin = 5 m/s và Vmax = 20 m/s

Dùng ống nhựa PVC ( Lai, 2000 )

Trang 12

Lưu lượng gió tối thiểu đi qua 1 lỗ là :

qg = vmin x Sl =     

4

005 , 0 14 , 3 5 4

d

vmin 2 2 0,1.10-3 m3/s

Tổng số lỗ: N = 

 1031 , 0

16 2

21.600 lỗ

Số lỗ trên 1 m chiều dài ống : n =  

 2 005 , 0 8

1

40 lỗ/mChọn mỗi ống nhánh dài 12 m

Lưu lượng gió tối thiểu đi qua 12 m chiều dài ống nhánh là:

Bảng 4.8 Các thông số thiết kế bể điều hòa

9 Lưu lượng gió tối thiểu đi qua 1 lỗ m 3 /s 0,1.10 -3

10 Q min,gió qua 1 m chiều dài ống nhánh m 3 /s.m 0,01

11 Lưu lượng gió cần thiết của máy bơm khí m 3 /s 2,16

Trang 13

, 0 6 , 3

2079 6

Chiều dài của bể : L = m

B N

F

75 , 57 10 2

Q

/ 10 / 01 , 0 2 3 10

58 , 0

H B

88 , 1 3 2 10

3 10

01

,

1

88 , 1 10

2

10 42 , 5 88 , 1 81 , 9

010 ,

Không đảmn bảo điều kiện ổn định dòng

Để giảm trị số Re và tăng giá trị Fr ta giữ nguyên chiều rộng của bể nhưng đặt thêm một váchngăn không chịu lực, chia chiều rộng làm 4 ngăn, mỗi ngăn b = 2,5m, vận tốc nước chảy khôngđổi

Bán kính thuỷ lực cho 1 ngăn b = 2,5 m

Trang 14

1

10 0 ,

10 2 , 1 88 , 0

4.5.2 Vùng phân phối nước vào

Hiệu quả lắng phụ thuộc rất nhiều vào kết quả làm việc của quá trình tạo bông cặn trong mươnghay trong ống dẫn, nước từ bể tạo bông cặn sang bể lắng làm sao không phá vỡ bông cặn, không

để bông cặn lắng xuống đáy mương, phân phối càng gần bể lắng càng tốt, vận tốc nước chảytrong muơng là 0,3 m/s tránh để xáo trộn bề mặt Để đảm bảo nước vào đều hai bể lắng, mỗi bểđặt bốn cửa lấy nước từ mương dẫn nước chung vào Cửa lấy nước đặt van bướm để điều chỉnhlưu lượng và tổn thất áp lực qua cửa thu chọn lớn hơn hoặc bằng 0,01 m

Để đảm bảo phân phối đều 8 cửa (4 bể lắng, mỗi bể 2 cửa phân phối) theo nguyên tắc phân phốitrở lực lớn Cửa thu ø = 600 mm

Vận tốc qua cửa thu :

Q

/ 25 , 0 4 8

58 , 0 4

8

45 , 0

25 , 0 1 2

2 2

Fn = b(Hl -0,3) = 2,5(3-0,3) = 6,75 m2

Lưu lượng tính toán qua mỗi ngăn của bể : qn = 260m /h 0 , 072m /s

4 2



Diện tích cần thiết của các lỗ có vách ngăn phân phối vào: 0,288 2

25,0

072,0

m V

q f lo

Trang 15

Tổng số lỗ vách ngăn phân phối : 110

00285,0

288,0

f

Tổng số lỗ ở ngăn phân phối bố trí thành 11 hàng dọc và 10 hàng ngang, tổng số lỗ đục là :

11  10 = 110 lỗ

Khoảng cách giữa trục các lỗ theo hàng dọc : (3 – 0,3)/10 = 0,27 m

Khoảng cách giữa các lỗ theo hàng ngang : 2,5/15 = 0,17 m

4.5.3 Máng thu nước

Chọn tải trọng thu nước bề mặt a = 2 l/s.m, (Quy phạm tải trọng yêu cầu 1,5 ÷ 3 l/s.m).

Chiều dài mép máng:

290

/102

/58,0

3 3

s m a

Q

10 65 , 0 3 5

58 , 0 5

Q m

Chiều dài máng thu: 290/2 = 145 (m)

Chiều dài máng thu một bể: 145/4 = 36,3 (m)

58 , 0 2

Q

mt (m/s) < 6,5.10-4 (thỏa)

Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90o để điều chỉnh cao độ mép máng

Lưu lượng nước qua một khe chữ V góc đáy 90o

0242 , 0 1 , 12 10

2 3

1máng     

Trang 16

Chọn tốc độ trong máng thu vm = 0,6 m/s (Dung, 2005)

Tiết diện của máng thu

2 , 0 2 , 0 ) ( 04 , 0 6 , 0

0242 ,

Máng thu nước trong mỗi ngăn ta bố trí 3 máng thu nước, mép máng cách tường 0,25 m

Chiều dài máng thu : 2/3 L = 2/3 50 = 33 m

Tốc độ trong máng thu lấy V = 0,6 m/s ( quy phạm 0,6 – 0,8 m/s )

1875 , 0



 = 0,20,2Máng hình chữ V, 5 chữ V/1m, máng

Q

T

Trong đó

T: thời gian làm việc giữa hai lần xả cặn

C: hàm lượng cặn còn lại trong nước sau khi lắng 10 ÷ 12 mg/l

 : nồng độ trung bình của cặn đã nén chặt theo bảng 3-3 (Nguyễn Ngọc Dung, 2005)

Hàm lượng cặn trong nước đưa vào bể lắng :

Cmax = Cn + KP + 0,25M + V

Trong đó

Cn: hàm lượng cặn nước nguồn (mg/l)

P: lưu lượng phèn tính theo sản phẩm không ngậm nước (g/m3)

K: hệ số phụ thuộc vào độ tinh khiết của phèn sử dụng, đối với phèn nhôm không sạch K= 1,0M: độ màu của nước nguồn (thang độ màu pt-co)

Trang 17

V: liều lượng vôi kiềm hoá nước nguồn (nếu có) mg/l

Cmax = 150 + 145 + 0,2525+ 0 = 202 mg/l

3

16830000

2

)10202(2079

F

f be   Chiều cao trung bình của vùng chứa nén cặn : Hcặn = m

f

W be

5,577

168



Chiều cao trung bình của bể lắng : Hb = H0 + Hcặn = 3 + 0,3 = 3,3 m

Chiều cao xây dựng bể có kể chiều cao bảo vệ : Hxd = 3,3 + 0,5 = 3,8 m

Tổng chiều dài bể lắng kể cả hai ngăn phân phối và thu nước : Lb = 57,75 + 21,5 = 60,75 mThể tích một bể lắng : Wb = Lb  Hb  B = 60,75  3,3  10 = 2005 m3

Lượng nước tính bằng % mất đi khi xả cặn ở 1 bể là:

%01,1242

2079

1001685,1

Hệ thống xả cặn làm bằng máy đục lỗ ở hai bên và đặt dọc theo trục mỗi ngăn

Thời gian xả cặn quy định t = 810 phút lấy t = 8 phút, tốc độ nước chảy ở cuối máng khôngnhỏ hơn 1m/s

Dung tích chứa cặn 1 ngăn : 84 3

2

168

m

W cn  Lưu lượng cặn ở một ngăn : m s

14,0