trình bày về tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thuộc da
Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI lý nước thải' title='tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải'>Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI thống xử lý nước thải thủy sản' title='tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thủy sản'>Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI hệ thống xử lý nước thải bệnh viện' title='tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải bệnh viện'>Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI thống xử lý nước thải sinh hoạt' title='tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt'>Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Yêu cầu: Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thuộc da của công ty Đặng Tư Ký với lưu lượng nước thải dòng tổng Q tổng = 300 m 3 /ngày, thành phần tính chất nước thải và lưu lượng của mỗi dòng thải được cho trong Bảng 4.1, yêu cầu chất lượng nước thải sau xử lý đạt Tiêu chuẩn môi trường Việt Nam ( loại C ). Biết rằng diện tích dự kiến đặt trạm xử lý khoảng 3200 m 2 ( 80 m x 40 m ). Bảng 4.1 – Thành phần tính chất của mỗi dòng thải Thông số Các công đoạn khác Thuộc crôm pH BOD 5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) TKN (mg/l) S 2- (mg/l) Cr 3+ (mg/l) 9.2 2057 3495 3186 1000 25 - 3.82 1000 2400 2070 1257 - 5000 Lưu lượng 300 m 3 /ngày Yêu cầu nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường loại C pH = 5 ÷ 9 BOD 5 ≤ 100 mg/L COD ≤ 400 mg/L SS ≤ 200 mg/L Sunfua ≤ 1 mg/L Crôm (III) ≤ 0.5 mg/L Trang 31 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải 4.1 MƯƠNG DẪN VÀ SONG CHẮN RÁC a. Chức năng Dẫn nước thải và giữ lại các thành phần rác có kích thước lớn : thòt, mỡ, rẻo da nhờ đó tránh làm tắt bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải. b. Tính toán Nội dung tính toán gồm 2 phần - Tính toán mương dẫn nước thải : gồm 2 đoạn : trước và sau song chắn rác. - Tính toán song chắn rác 4.1.1 Tính toán mương dẫn đoạn trước song chắn rác Tất cả nước thải từ các trống quay được xả từng mẻ vào một mương dẫn chung. Sau song chắn rác ta sẽ phân thành 2 mương dẫn riêng biệt để dẫn 2 loại nước thải : nước thải thuộc crôm và nước thải các công đoạn còn lại. Sau khi hoàn tất xong công đoạn hồi tươi hay ngâm vôi thì khoảng 12 m 3 nước thải ( của mỗi công đoạn ) được xả thẳng vào bể điều hòa ( trước đó đã qua song chắn rác ) trong khoảng thời gian 15 phút. Còn công đoạn thuộc crôm chỉ xả khoảng 10 m 3 trong 15 phút vào bể thu gom riêng để xử lý crôm trước khi nhập chung với các loại nước thải khác. Vậy lưu lượng trung bình của mương dẫn lấy bằng lưu lượng một lần xả của nước thải thuộc crôm và lưu lượng lớn nhất của mương dẫn lấy bằng lưu lượng một lần xả của nước thải các công đoạn còn lại. Lưu lượng trung bình Q TB = 40 m 3 /h = 11.11 l/s Lưu lượng lớn nhất Q max = 48 m 3 /h = 13.33 l/s Mương dẫn nước thải từ các trống quay đến song chắn rác có tiết diện hình chữ nhật. Khi tính toán thủy lực của mương dẫn, ta cần xác đònh độ dốc i, vận tốc V (m/s), độ đầy h (m) bằng cách dựa vào công thức tính toán của Manning : Trang 32 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải 2 3 2 1 í iR n V ××= Trong đó o V : Vận tốc nước thải trong mương dẫn, m/s. Vận tốc này phải luôn luôn lớn hơn vận tốc lắng cặn ( V > 0.7 m/s ) o n : Độ nhám, chọn n = 0.012 o i : Độ dốc thủy lực, chọn i = 0.005 o R : Bán kính thủy lực, m hb hb P A R 2+ × == Trong đó • A : Diện tích mặt cắt ướt, m 2 • P : Chu vi mặt cắt ướt, m • b : Bề rộng của mương dẫn, m. Chọn b = 0.2 m • h : Độ đầy của mương dẫn, m Kết quả tính toán thủy lực của mương dẫn nước thải trước song chắn rác Lưu lượng tính toán, l/s Thông số thủy lực Q TB = 11.11 Q max = 13.33 Chiều ngang b ( m ) Độ dốc i Độ đầy h ( m ) Vận tốc V ( m/s ) 0.2 0.005 0.08 0.74 0.2 0.005 0.12 0.85 Vậy chiều cao mương dẫn H = h max + h bv = 0.12 + 0.28 = 0.4 m 4.1.2 Tính toán song chắn rác Lưu lượng nước thải vận chuyển qua song chắn rác Q max = 0.0133 m 3 /s Chiều sâu lớp nước ở song chắn rác lấy bằng độ đầy tính toán của mương dẫn ứng với Q max : h = h max = 0.12 m Trang 33 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Số khe hở của song chắn rác 55.805.1 12.0016.085.0 0133.0 0 max =× ×× =× ×× = K hbV Q n ≈ 9 khe Trong đó o Q max : Lưu lượng lớn nhất của nước thải, Q max = 0.0133 m 3 /s o V : Tốc độ nước chảy qua song chắn rác, V = 0.85 m/s o b : khoảng cách giữa các khe hở b = 16 mm = 0.016 m o h : Chiều sâu lớp nước qua song chắn, h = 0.12 m o K 0 : Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cản rác, K 0 = 1.05 Song chắn rác có n khe hở, vậy số thanh là ( n – 1 ) thanh. Chiều rộng của nơi đặt song chắn rác B s = S x ( n – 1 ) + b x n Với S : Chiều rộng song chắn, S = 0.008 m Suy ra B s = 0.008 x ( 9 – 1 ) + 0.016 x 9 = 0.208 m Vậy kích thước thanh : rộng x dày = b x d = 8 mm x 25 mm và khe hở giữa các thanh b = 16 mm. Tổng số song chắn rác là 2, trong đó : 1 công tác, 1 dự phòng. Tổn thất áp lực qua song chắn 06.02 81.92 85.0 83.0 2 2 2 max =× × ×=× × ×= K g V h S ξ m Trong đó o V max : Tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn ứng với lưu lượng lớn nhất, V = 0.85 m/s o K : Hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn. K = 2 – 3 . Chọn K = 2 o ξ : Hệ số sức cản cục bộ của song chắn Trang 34 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải 83.060sin 016.0 008.0 42.2sin 0 3 4 3 4 =× ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ×=× ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ×= αβξ b S • β : Hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh. Tiết diện chữ nhật β = 2.42 • α : Góc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang, α = 60 o Chọn chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác : L S = 0.4 m Hàm lượng chất lơ lửng, COD và BOD 5 của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm 5%, còn lại o Đối với công đoạn thuộc crôm SS ra = SS vào x ( 100 – 5 )% = 2070 x 95% = 1966.5 mg/L BOD 5 (ra) = BOD 5 (vào) x ( 100 – 5 )% = 1000 x 95% = 950 mg/L COD ra = COD vào x ( 100 – 5 )% = 2400 x 95% = 2280 mg/L o Đối với các công đoạn còn lại SS ra = SS vào x ( 100 – 5 )% = 3186 x 95% = 3026.7 mg/L BOD 5 (ra) = BOD 5 (vào) x ( 100 – 5 )% = 2057 x 95% = 1954.2 mg/L COD ra = COD vào x ( 100 – 5 )% = 3495 x 95% = 3320.3 mg/L 4.1.3 Tính toán mương dẫn đoạn sau song chắn rác Đoạn mương dẫn sau song chắn rác được thiết kế giống với đoạn trước song chắn để tạo điều kiện thuận lợi, dễ dàng cho việc thi công. Sau đó đoạn mương dẫn này được tách ra làm hai : một mương dẫn nước thải thuộc crôm vào bể chứa để xử lý riêng, một mương dẫn nước thải của các công đoạn còn lại vào thẳng bể điều hòa. Ta sẽ lắp đặt các cửa xả ở mỗi mương. Hai mương này cũng được thiết kế theo các thông số của mương dẫn chính. o Chiều rộng b = 0.2 m, chiều cao H = 0.4 m o Độ đầy h max = 0.12 m, h TB = 0.08 m o Vận tốc trong mương dẫn V max = 0.85 m/s, V TB = 0.74 m/s o Độ dốc trong mương dẫn i = 0.005, độ nhám n = 0.012 Trang 35 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải 4.2 BỂ THU GOM NƯỚC THẢI THUỘC CRÔM Ta sẽ thiết kế bể chỉ chứa nước thải cho một lần xả ( xả 10 m 3 trong 15 phút ) vì thời gian giữa hai lần xả nước thải là 14 h. Trong khi đó hệ thống xử lý crôm chỉ cần khoảng 10 h là có thể xử lý hết 10 m 3 nước thải thuộc crôm. Lưu lượng nước thải Q = 40 m 3 /h = 0.011 m 3 /s Thời gian lưu nước t = 10 ÷ 30 phút, chọn t = 20 phút Thể tích bể thu gom 33.13 60 2040 = × =×= tQV m 3 Kích thước bể thu gom L x B x H = 2.5 m x 2.5 m x 2.2 m Bơm nước thải vào bể trộn o Chọn 1 bơm nước thải và 1 bơm dự phòng. o Lưu lượng mỗi bơm Q = 40 m 3 /h = 0.011 m 3 /s o Cột áp bơm được xác đònh theo phương trình Becnulli : ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ Σ+× × + × − + × − +−= ξλ ρ d l g V g VV g PP ZZH 22 2 2 1 2 212 12 Trong đó • Z 2 – Z 1 = 4 m • P 1 = P 2 : Áp suất ở đầu ống đẩy, hút. • V 1 = V 2 = V : Vận tốc nước thải trong đường ống, V = 1.2 m/s • l : Chiều dài toàn bộ đường ống, l = 8 m • d : đường kính ống dẫn, d = 50 mm • λ : hệ số ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds : 30000 102 05.02.1 Re 6 = × × = × = − ν dV Trang 36 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Vì 2 000 < Re < 100 000 nên ta có 024.0 30000 3164.0 Re 3164.0 25.025.0 === λ • Σξ : Tổng hệ số trở lực cục bộ Σξ = 3 x ξ c o + ξ vào + ξ ra = 3 x 0.9 + 0.5 + 1 = 4.2 Vậy chiều cao cột áp bơm 6.42.4 05.0 8 024.0 81.92 2.1 4 2 = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +×× × +=H ≈ 5 m H 2 O o Công suất bơm 67.0 8.01000 581.91000011.0 1000 = × ××× = ××× = η ρ HgQ N kW Trong đó • Q - năng suất của bơm, m 3 /s • H - cột áp của bơm, m H 2 O. • ρ - khối lượng riêng của bùn, kg/m 3 . ρ =1000 kg/m 3 • g - gia tốc rơi tự do, m/s 2 . Lấy g = 9.81 m 2 /s • η - hiệu suất của bơm. Lấy η =0.8 (thường η = 0.72 ÷ 0.93) o Công suất thực của máy bơm N’ = 1.2 N = 1.2 x 0.67 = 0.8 kW Vậy chọn bơm có công suất 0.8 kW Trang 37 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải 4.3 BỂ TRỘN VÀ BỂ LẮNG THU HỒI CRÔM TỪ NƯỚC THẢI - Tính toán bể trộn hóa chất để nâng pH tạo môi trường cho crôm kết tủa. - Tính toán bể lắng cặn chứa crôm. 4.3.1 Tính toán bể trộn cơ khí Trước tiên ta sẽ cho FeSO 4 vào nước thải để khử Cr 6+ thành Cr 3+ , sau đó ta sẽ cho NaOH vào để nâng pH lên khoảng 8.5 ÷ 9.5. Khi đó Cr 3+ sẽ dễ dàng tạo kết tủa dưới dạng Cr(OH) 3 . Hệ thống sẽ xử lý 10 m 3 nước thải trong 10 h nên lưu lượng nước thải được bơm vào bể trộn Q = 1 m 3 /h = 2.78 x 10 -4 m 3 /s Thời gian khuấy trộn t = 3 phút. Thể tích bể trộn 05.06031078.2 4 =×××=×= − tQV m 3 Chọn chiều cao bể trộn H = 0.4 m. Vậy diện tích bể trộn F = 0.125 m 2 Đường kính bể trộn 4.0 125.044 = × = × = ππ F D m Ống dẫn nước thải vào ở đỉnh bể ( có đường kính 50 mm ) , dung dòch cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể, nước đi từ trên xuống dưới qua lỗ của thành bể để dẫn sang bể lắng crôm. Dùng máy khuấy bản 6 cánh ( phẳng, đầu vuông ) thành trơn, đặt thẳng góc hướng xuống dưới để đưa nước từ trên xuống. Chọn đường kính cánh khuấy d k = 0.2 m. Máy khuấy đặt cách đáy bể một khoảng H = 0.2 m Chiều rộng bản cánh khuấy khoảng 1/5 đường kính cánh khuấy b = 0.04 m Chiều dày bản cánh khuấy lấy khoảng ¼ đường kính cánh khuấy l = 0.05 m Trang 38 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Tốc độ cánh khuấy 33.53 3 280 = × = × = t GC n Dt vòng/phút = 0.88 v/s ≈ 1 v/s Trong đó o C t : Hàm phân bố thời gian khuấy, C t = 80 ( tra bảng 3.6 / 155 – Quá trình và thiết bò công nghệ hóa học và thực phẩm – tập 1 : Các quá trình và thiết bò cơ học – Nguyễn Văn Lụa ) o G D : Đồng dạng hình học. 2 2.0 4.0 === K D d D G . o t : Thời gian khuấy, t = 3 ph Năng lượng cần thiết của cánh khuấy 22.0110003.6 5353 =×××=×××= K dnKN ρ W Trong đó o K : hệ số sức cản của nước, phụ thuộc kiểu cánh khuấy, K = 6.3 ( trang 126 – Cấp nước – tập 2 : Xử lý nước thiên nhiên cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trònh Xuân Lai ) o ρ : Khối lượng riêng của chất lỏng, ρ = 1000 kg/m 3 o d K : Đường kính cánh khuấy, d K = 0.2 m o n : Số vòng quay của cánh khuấy, n = 1 v/s Công suất động cơ 3 8.0 2 2.1 =×== η N KN đđ W Trong đó o K đ : Hệ số dự trữ công suất, K đ = 1.1 ÷ 1.5. Chọn K đ = 1.2 o η : hiệu suất động cơ, η = 0.7 ÷ 0.9. Chọn η = 0.8 Cường độ khuấy trộn 200 05.0001.0 2 = × = × = V N G µ s -1 Trong đó Trang 39 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải o N : Năng lượng tiêu hao tổng cộng, N = 2 J/s o V : Dung tích bể trộn, V = 0.05 m 3 o µ : độ nhớt động lực của nước, µ = 0.001 Ns/m 2 Nước thải từ bể trộn sẽ tự chảy sang bể lắng cặn crôm. Vận tốc trong ống dẫn nằm trong khoảng ( 0.6 ÷ 0.9 ) m/s. Chọn V = 0.8 m/s Đường kính ống dẫn nước thải 021.0 8.0 1078.244 4 = × ×× = × × = − ππ V Q D ống m = 21 mm. Vậy chọn ống dẫn bằng nhựa PVC có đường kính 21 mm. 4.3.2 Tính toán bể lắng kết tủa crôm Lưu lượng nước thải xử lý Q = 1 m 3 /h Thời gian lưu nước trong bể lắng t = 1 h. Thể tích bể lắng V = Q x t = 1 x 1 = 1 m 3 Chiều cao bể lắng Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng h L = 0.7 m, chiều cao dự trữ trên mặt thoáng h bv = 0.1 m; chiều cao lớp bùn lắng trong bể là 0.3 m. Bể lắng có dạng hình trụ có đổ thêm bêtông dưới đáy bể để tạo độ dốc 10% về tâm. Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng crôm H = h L + h bv + h b = 0.7 + 0.1 + 0.3 = 1.1 m Diện tích bề mặt cần thiết của bể lắng 91.0 1.1 1 === H V F m 2 Đường kính bể lắng 08.1 91.04 = × = π bể D m ≈ 1.1 m Trang 40 [...]... máng thu nước Lmáng = π x Dmáng = 3.14 x 0.88 = 2.8m Tải trọng thu nước trên 1 mét dài của máng tràn Trang 41 Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải LS = Q L máng = 1 = 0.36 m3/m dài.giờ = 1 x 10-4 m3/s 2.8 Ở máng thu nước ta đặt ống dẫn nước thải sau xử lý sang bể điều hòa Vận tốc trong ống dẫn nằm trong khoảng ( 0.6 ÷ 0.9 ) m/s Chọn V = 0.8 m/s Đường kính ống dẫn nước thải Dống...Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Đường kính ống trung tâm dtt = 0.2 Dbể = 0.2 x 1.1 = 0.22 m Chiều cao ống trung tâm h = 0.6 hL = 0.6 x 0.7 = 0.42 m Thể tích phần lắng 2 2 π × (D bể − d tt ) Vl = 4 × hL = π ×... sử bùn tươi của nước thải chứa crôm có hàm lượng cặn 5% ( độ ẩm 95% ), và khối lượng riêng của bùn tươi là 1.053 kg/lít Vậy lượng bùn cần phải xử lý là Qb = 5 G = = 95 lít/h = 0.095 m3/h ρ × 0.05 1.053 × 0.05 Thời gian lưu giữ bùn trong bể tb = Vb 0.27 = = 2.84 h Qb 0.095 Bùn dư sẽ được bơm ra và đem đi nơi khác xử lý vì trong bùn có độc tố crôm Chọn bơm có công suất 0.3 kW Máng thu nước sau lắng được... bằng mực nước trên bề mặt bể khi công trình bò lún hoặc nghiêng o Chọn tấm răng cưa hình chữ V bằng thép không gỉ dày 3 mm có góc ở đáy 90o ( để điều chỉnh cao độ mép máng ), cao h = 70 mm, dài L = 2.8 m Chiều cao hình chữ V là 20 mm, chiều dài đáy chữ V là 40 mm, khoảng cách giữa 2 đỉnh là 80 mm o Số răng cưa Ta có: Lmáng = n x 40 + ( n + 1 ) x 40 = 2800 Suy ra n ≈ 35 răng cưa o Lưu lượng nước vào... có: Lmáng = n x 40 + ( n + 1 ) x 40 = 2800 Suy ra n ≈ 35 răng cưa o Lưu lượng nước vào mỗi khe chữ V q = 8 ×Cd 15 2 g × tg θ 2 5 2 5 2 × h ngap = 1 4 h ngap Với: Cd – hệ số tràn, Cd = 0.6 θ - góc ở đỉnh của khe, θ = 90o o Chiều cao mực nước trong khe chữ V q= LS 1 × 10 −4 52 = = 1.4hngap 12.5 12.5 Suy ra hngập = 8 mm < 20 mm ( đạt yêu cầu ) Trang 42 . qua song chắn rác ) trong khoảng thời gian 15 phút. Còn công đoạn thuộc crôm chỉ xả khoảng 10 m 3 trong 15 phút vào bể thu gom riêng để xử lý crôm trước. Ta sẽ thiết kế bể chỉ chứa nước thải cho một lần xả ( xả 10 m 3 trong 15 phút ) vì thời gian giữa hai lần xả nước thải là 14 h. Trong khi đó hệ thống