8.1 Công nghệ xử lý nước Tính toán các công trình xử lý nước cấp : giàn mưa, thùng quạt gió, bể lắng , bể lọc. Giàn mưa Diện tích mặt bằng giàn mưa: F = Qqn (m2 ) Trong đó: F: diện tích mặt bằng giàn mưa. Q: lưu lượng nước xử lý ( m3h). qn: cường độ phun mưa m3 m2.h Diện tích mặt bằng 1 ngăn giàn mưa: f = FN ( m2 ) N: Số ngăn . Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc: Ftx = G(K.∆Ctb) ( m2) Trong đó: G: Lượng CO2 tự do cần khử ( kgh) K: Hệ khử khí lấy ∆Ctb: Lực động trung bình của quá trình khử khí ( kgm3). ∆Ctb = (CmaxCt)(2300.lg CmaxCt) (kgm3) Trong đó Cmax = 1,64 Fe2+ + Cđ (mgl) Lượng CO2 tự do cần lấy đi: G = (Cl.Q)1000 = (kgh) Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý ( m3h ). Cl: Lượng CO2 tự do đơn vị lấy đi khỏi nước để tăng độ PH lên 7,5: Cl = 1,64Fe2+ + ( Cđ – Ct ) (mgl) Trong đó Fe2+ : Hàm lượng sắt có trong nước nguồn. 1,64: Lượng CO2 tự do tách ra khi thủy phân 1 mg Fe của nguồn nước (mgl) Cđ: Hàm lượng CO2 tự do ban đầu trong nước ngầm (mgl). Ct: Nồng độ CO2 ứng với PH = 7,5 và độ kiềm của nguồn Ct = Cbđ . . (mgl) hệ số kể đến hàm lượng muối hòa tan trong nước. (mgl) hệ số kể đến nhiệt độ của nước lấy. Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc: W = Ftxftx (m3) Trong đó: ftx : Diện tích bề mặt tiếp xúc của lớp vật liệu tiết xúc Chiều cao tổng cộng lớp vật liệu tiếp xúc trong giàn mưa: Htx = WF m Lượng nước lên mỗi ngăn của giàn mưa. q = QN m3h hoặc ls
1 KIẾN THỨC NGÀNH 8.1 Công nghệ xử lý nước Tính toán công trình xử lý nước cấp : giàn mưa, thùng quạt gió, bể lắng , bể lọc Giàn mưa 1.1 − Diện tích mặt giàn mưa: F= − (m2 ) Trong đó: F: diện tích mặt giàn mưa Q: lưu lượng nước xử lý ( m3/h) qn: cường độ phun mưa m3/ m2.h Diện tích mặt ngăn giàn mưa: f = ( m2 ) − N: Số ngăn Tổng diện tích bề mặt tiếp xúc: Ftx = ( m2) Trong đó: G: Lượng CO2 tự cần khử ( kg/h) K: Hệ khử khí lấy Ctb: Lực động trung bình trình khử khí ( kg/m3) Ctb = (kg/m3) Trong Cmax = 1,64 Fe2+ + Cđ (mg/l) Lượng CO2 tự cần lấy đi: G = =(kg/h) Trong đó: Q: Công suất trạm xử lý ( m3/h ) Cl: Lượng CO2 tự đơn vị lấy khỏi nước để tăng độ PH lên 7,5: Cl = 1,64Fe2+ + ( Cđ – Ct ) (mg/l) Trong Fe2+ : Hàm lượng sắt có nước nguồn 1,64: Lượng CO2 tự tách thủy phân mg Fe nguồn nước (mg/l) 1 2 Cđ: Hàm lượng CO2 tự ban đầu nước ngầm (mg/l) Ct: Nồng độ CO2 ứng với PH = 7,5 độ kiềm nguồn Ct = Cbđ β γ (mg/l) − β hệ số kể đến hàm lượng muối hòa tan nước (mg/l) γ hệ số kể đến nhiệt độ nước lấy Khối tích lớp vật liệu tiếp xúc: W = (m3) Trong đó: − ftx : Diện tích bề mặt tiếp xúc lớp vật liệu tiết xúc Chiều cao tổng cộng lớp vật liệu tiếp xúc giàn mưa: Htx = m − Lượng nước lên ngăn giàn mưa q = m3/h l/s Thùng quạt gió 1.2 − Diện tích thùng quạt gió xác định F = (m2 ) f = ( m2 ) Trong : Q: công suất trạm xử lý m3/h f: Diện tích thùng quạt gió m2 qm: cường độ mưa m3/ m2-h + Khi dùng vật liệu tiếp xúc gỗ tre: qm = 40 – 50 m3/ m2-h + Khi dùng vật liệu tiếp xúc rasiga: qm = 60 - 90 m3/ m2-h − Đường kính thùng xác định: D= m − Chiều cao toàn tung gió: H= Hnt + Hvltx + Hfm (m) Trong đó: Hnt: chiều cao ngăn thu nước đáy thùng, tối thiểu 0,5m Hvltx: chiêu cao phụ thuộc vào độ kiềm nguồn chọn theo TCXD Hfn: chiều cao phun nước mưa lên vật liệu tiếp xúc, tối thiểu 1m 2 1.3 Bể lắng Bể lắng ngang: ( theo Nguyễn Lan Phương ) Sử dụng cho trạm xử lý có Q>3000 m3/ngđcho trạm xử lý có dùng phèn trạm không dùng phèn − Diện tích mặt bể: Trong đó: Q : công suất trạm xử lý m3/h U0 : tốc độ lắng hạt cặn mm/s α : hệ số kể đến ảnh hưởng dòng chảy rối Trong : Vtb tốc độ trung bình dòng chảy theo phương ngang Vtb= K.U0 (m/s) 3 4 Với K hệ số phụ thuộc vào chiều dài L chiều cao vùng lắng H0 L/H0 10 15 20 25 K 7.5 10 12 13.5 α 1.33 1.5 1.67 1.82 Chú ý : ban đầu giả thiết tỷ lệ L/H0 sau kiểm tra lại − Chiều rộng bể lắng ngang: ( m) Trong : H0 chiều cao vùng lắng H0=2.5-4.5m N số bể − Chiều dài bể: L= Bể lắng đứng: ( theo Nguyễn Lan Phương ) − Diện tích mặt bể: Trong đó: β hệ số sử dụng dung tích bể phụ thuộc vào đg kính D chiều cao lắng H bể D/H 1.5 2.5 β 1.3 1.5 1.75 Chiều cao lắng H= 2.6-50 m Q lưu lượng tinhs toán trạm: m3/h v: tốc độ chuyển động dòng nước lên mm/s tốc độ lấy tốc độ lắng U0 hạt cặn 4 5 n số bể Ff diện tích mặt phần phản ứng (m2) U0 mm/s Đặc điểm nước Xử lý nước có dùng phèn 0.35-045 Nước đục ( hàm lượng cặn C0< 50mg/l) 0.35-045 Nước đục vừa ( hàm lượng cặn C0< 50- 250mg/l) 0.45-0.5 Nước đục ( hàm lượng cặn C0= 250-2500mg/l) 0.5-0.6 Xử lý sắt nước ngầm 0.6-0.65 Xử lý nước mặt không dùng phèn 0.12-0.15 − Đường kính bể: D= (m) − Phần nén cặn: Wc= 1/3.h1(F1+F2+ m3 =) Trong : h1 chiều cao vùng lắng cặn D dg kính mặt (m) d đg kính đáy (m) Bể lắng li tâm ( theo Nguyễn Lan Phương ) − Diện tích mặt bể 5 6 F= Trong : Q lưu lượng nước tính m3/h U0: tốc độ lắng mm/s xác định thực nghiệm U0= 0.4-1.5 mm/s f diện tích vùng xoáy bể lắng m2 f= m2 Trong : rx bán kính vùng xoáy rx= rp+ (m) rp bán kính ngăn phân phối nước hình trụ rp= 2-4 m( trị số lớn dùng cho công suốt Q>=12000m3/ngd − Bán kính bể − R= Chiêu cao bể: H = h+ R.i Trong đó: h chiều sâu thành bể lắng h=1.5-2.5 m i: độ dốc đáy bể: i= 0.05-0,08 Bể lắng có lớp cặn lơ lửng ( theo Nguyễn Lan Phương ) − Diện tích toàn phần bể lắng trong: gồm ngăn lắng ngăn ép cặn: F= Fl + Fc m2 Fl= Fc= Trong đó: 6 7 K hệ số phân chia lưu lượng ngăn lắng ngăn nén cặn Hàm lượng chất lơ lửng nước chảy vào bể lắng (mg/l) Tốc độ nước lên vùng lắng, phía lớp cặn lơ lửng, Vmm/s Hệ số phân chia lưu lượng K Mùa đông Mùa hè 0,4-0,5 0,6-0,7 0,65-0,6 20-100 0,5-0,6 0,7-0,8 0,8-0,75 100-400 0,6-0,8 0,8-1 0,75-0,7 400-1000 0,8-1,0 1,0-1,1 0,7-0,65 1.000-2500 1,0-1,2 1,1-1,2 0,65-0,6 Đến 20 V1 tốc độ lắng (mm/s) Q lưu lượng m3/h α hệ số giảm tốc độ nước tăng lên ngăn nén cặn so với ngăn lắng α= 0.9 Bể lọc 1.4 Bể lọc chậm: (theo Nguyễn Lan Phương ) − Diện tích bể lọc chậm F= Trong đó: Q lưu lượng nước m3/h V tốc độ lọc (m/h) − Số bể lọc chọn theo công thức: Trong đó: N số bể lọc V tốc độ lọc 7 8 Vtc tốc độ lọc tăng cường Hàm lượng cặn nước nguồn đưa vào bể mg/l Tốc độ lọc Khi làm việc bình thường V Khi làm việc tăng cường Vtc ≤25 0.3-0.4 0.4-0.5 >25 0.2-0.3 0.3-0.4 Khi xử lý nước ngầm 0.5 0.6 − Chiều cao toàn phần bể H= ht +hd +hc +hc+hn +hp (m) Trong đó: ht chiêu cao lớp sàn đáy thu nước lọc 0.3-0.5 m hd chiều dày lớp sỏi đỡ hc chiều dày lớp cát hn chiều cao lớp nước 0.8-1.8 thường lấy 1.5 hp chiều cao dự phòng 0.3-0.5 m − Cường độ rửa lọc Trong : q0 : lưu lượng nước lọc qua m2 bể 1h ( m3/m2.h) Σn : tổng số ngăn tập trung nước để rửa Cường độ rủa tính toán phải nằm khoảng 1-2 l/s.m2 − Dung tích nước cho lần rủa ngăn lọc Trong đó: 8 9 fn diện tích ngăn cần rửa fn = b chiều rộng bể l chiều dài bể n số ngăn bể tr thời gian rửa ngăn lọc (s) tr = 10-20 phút Bể lọc nhanh trọng lực: (theo Nguyễn Lan Phương ) − Thời gian chu kỳ lọc chế độ tăng cường Ttc: Ttc ≥ [N-(N1+a)] t2 Trong đó: N - Tổng số bể lọc trạm xử lý N1 - Số bể lọc ngừng lại để sửa chữa a - Số bể lọc rửa đồng thời t2 - Thời gian ngừng bể lọc để rửa, lấy 0,35h − Diện tích bể lọc trạm xử lý xác định theo công thức: (m2) Trong đó: Q - Công suất xử lý trạm (m3/ngày) T - Thời gian làm việc trạm ngày đêm (h) Vtb - Tốc độ lọc tính toán chế độ làm việc bình thường a - Số lần rửa bể lọc ngày đêm chế độ làm việc bình thường W- Cường độ nước rửa (1/s.m2) t1 - Thời gian rửa (h) t2 - Thời gian ngừng bể lọc để rửa t2=0.35 h Đặc trưng lớp vật liệu lọc 9 Tốc độ Tốc độ 10 10 lọc Kiểu bể lọc Bể lọc nhanh lớp; vật liệu lọc cát thạch anh Bể lọc nhanh có lớp vật liệu lọc Đưòng Đường Đường Hệ số kính kính kính không nhỏ lớn hiệu đồng nhất dụng (mm) (mm) d10 K (mm) lọc cho Chiều dày lớp vật liệu lọc (mm) chế độ làm việc bình thường Vtb (m/h) phép chế độ làm việc tăng cường Vtc (m/h) 0,5 1,25 0,7-0,8 2-2.2 700-800 5.5-6 6-7,5 0,7 1,60 0,8-1.0 1,8-2 1200-1300 7-8 8-10 0,8 2,0 1,0-1.2 1,51,7 1800-2000 8-10 10-12 0,5 1,25 0,7-0,8 2-2.2 Cát thạch anh 8-10 10-12 700-800 0,8 1,8 1,0-1.2 2-2.2 Than antraxit 400-500 − Số lượng bể xác định theo công thức thục nghiệm N= − Diện tích bể lọc f=F/N − Tốc độ lọc tính theo chế đọ lm việc tăng cường 10 10 11 11 N N − N1 Vtc = Vtb Trong đó: Vtc tốc độ lọc tăng cường N1 số bể lọc ngừng làm việc − Chiều cao bể lọc H = hl + hđ+ hn+hbv Trong đó: hl : Chiều cao lớp vật liệu lọc hđ : Chiều cao lớp vật liệu đỡ hn : Chiều cao lớp nước lớp vật liệu lọc: hn=1.5- 2m hbv : Chiều cao bảo vệ : hbv≥ 0.3m Cỡ hạt lớp đỡ (mm) Chiều dày lớp đỡ (mm) 40-20 Mặt lớp cao mặt ống phân phối phải cao lỗ phân phối 100 mm 100-150 20-10 100-150 10-5 50-100 5-2 Tính toán công trình xử lý nước thải: bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp 2.1 Bể lắng sơ cấp Tốc độ rơi hạt cặn đơn lẻ − U0= Trong đó: hệ số nhớt nước thải ρ tỷ trọng hạt rắn ρ1 tỷ trọng nước thải d đg kính hạt rắn Thời gian lắng cần thiết t= 11 11 12 12 Trong đó: H chiều cao công tác cuả bể lắng (m) U0 tốc độ rơi hạt cặn (mm/s) − Hiệu suất lắng tính theo công thức Trong đó: C0 số lượng hàm lượng cặn nước thải Ct hàm lượng cặn nước thải sau xử lý Các loại bể lắng sơ cấp Bể lắng ngang: Bể lắng ngang có mặt hình chữ nhật Tỷ lệ rộng dài không 1/4, chiều sâu đến 4m Tấm chắn đầu bể cách thành tràn 0.5-1m không nông 0.2m Cuối bể xây dựng mương thu nước chắn nửa chìm nửa cao mực nước 0.15-0.2m, không sâu 0.25-0.5m Đáy bể dốc i=0.01m, độ dốc hố thu cặn >= 450 Bể lắng đứng Có mặt hình tròn vuông, đáy dạng nón hay chop cụt đường kính không vượt lần chiều sâu công tác đến 10m Độ dốc hố thu cặn >= 450 Bể lắng ly tâm Có mặt hình tròn Đường kính từ 16-40m ,chiều cao 1/16-1/10 đường kính bể Độ dốc đáy bể i=0.02 Tốc độ dàn quay 2-3 vòng /giờ 2.2 − Tốc Bể lắng thứ cấp độ chuyển động hạt cặn: Vp= Vl + Vt (m/h) Trong Vl vận tốc lắng hạt cặn theo trọng lực Vt vận tốc chuyển động xuống dòng tuần hoàn 12 12 13 13 Vt = Qt /S G= (Q+Qt)C0= SCtVt S= Trong đó: S diện tích mặt cắt ngang bể lắng G khối lượng cặn (g/h) Q lưu lượng xử lý m3/h Qt lưu lượng dòng tuần hoàn với Qt=αQ ( m3/h) α hệ số tuần hoàn Ct nồng độ bùn đáy bể (g/h) Vt vận tốc nước chuyển động xuống dòng tuần hoàn tạo m/h Cl(Vl +Vt )= Ct.Vt Cl nồng độ cặn mặt phân chia Vl vận tốc lắng mặt phân chia Co nồng độ bùn hoạt tính bể aerotank ( g/m3 ) Các loại bể lắng thứ cấp Bể lắng ngang: Thường có mặt hình chữ nhật, dài >= lần chiều rộng>= 15 lần chiều cao Bể lắng ly tâm: Đường kính từ 6-60m Chiều cao lm việc: h= 3600vt (m) Thể tích công tác: W= (m3) Diện tích hữu ích : F=W/h Trong : T thời gian lưu nước (h) V vận tốc chuyển động lên dòng chảy Q lưu lượng nước vào ( m3/ngày ) Kh hệ số không điều hòa Hàm lượng chất lơ lửng nước thải đầu 13 13 14 14 Trong : B0 hàm lượng bùn hoạt tính đầu vào T thời gian lắng ( phút ) b- BOD5 hốn hợp nước thải bùn sau xử lý Nêu nguyên tắc trình xử lý sinh học hiếu khí Nguyên tắc công nghệ sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu nước thải điều kiện cung cấp đầy đủ oxy hòa tan nhiệt độ, pH… thích hợp Quá trình phân hủy chất hữu vi sinh vật hiếu khí mô tả sơ đồ: (CHO)nNS + O2 CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào vi sinh vật + … aH Trong điều kiện hiếu khí NH 4+ H2S bị phân hủy nhờ trình nitrat hóa, sunfat hóa vi sinh vật tự dưỡng: NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ H2O + aH; H2S + 2O2 SO4+ + 2H+ + aH Hoạt động vi sinh vật hiếu khí bao gồm trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng nguyên tố vi lượng kim lọai để xây dựng tế bào tăng sinh khối sinh sản Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa chất hữu hòa tan dạng hạt keo phân tán nhỏ thành nước CO2 tạo chất khí khác Nêu trình tự vận hành công trình: bể lọc nhanh, bể aeroten 4.1 Bể lọc nhanh Quá trình lọc Nước sau lắng đưa sang bể lọc qua hệ thống ống dẫn máng phân phối nước 14 14 15 15 Nước chuyển động từ xuống dưới, cặn bẩn giữ lại qua lớp vật liệu lọc, sỏi đỡ nước sau lọc vào hệ thống thu nước đưa sang bể chứa nước Quá trình rửa lọc Nước rửa bơm hoăc đài cung cấp đưa vào bể nhờ hệ thống phân phối nước rửa lọc chuyển động từ lên Nước chuyển động qua lớp vật liệu lọc , sỏi đỡ đồng thời cuấn theo cặn bẩn tràn vào máng thu nước sau theo mương thoát nước Quá trình rửa tiến hành nước hết đục ngừng rửa 4.2 Bể aerotank Nước sau lắng bể lắng đợt đưa sang bể aerotank Hỗn hợp nước thải bùn trộn với từ đầu bể cho chảy suốt chiều dài bể Cung Cấp không khí liên tục để đảm bảo bùn hoạt tính trạng thái lơ lửng đảm bảo lượng oxi cần thiết cho trình vi sinh vật phân hủy chất hữu nước lượng bùn hoạt tính không khí cần cho vào phụ thuộc vào độ ẩm mức độ yêu cầu xử lý nước thải Sau thời gian lưu nước không 12h ( thường 4-8h) nước thải đưa qua bể lắng đợt II Lượng nước sau xử lý dẫn sang công rình xử lý lượng bùn lắng phần tuần hoàn lại bể aerotank, phần bùn dư đưa bể nén bùn 15 15