10 t α K
4.2.4Tính tốn cơng trình đơn vị phương án II.
a.>Mương oxi hố.
Thơng số đầu vào:
• Qvào = 58,3 m3/h. • CODvào = 500 mg/l.
Thơng số đầu ra :
• Qra = 58,3 m3/h.
• CODra : 150 ( E = 70%). • BODra : 80 mg/l (E = 78,
Thơng số thiết kế:
• Vận tốc nước thải trong mương: 0,2-0,35m/s để bùn hoạt tính ở dạng lơ lững (Metcaft & Eddy, 1991).
• Bùn tuần hồn: 75-150%.
• MLSS : 1500-5000 mg/l(Metcaft & Eddy,1991).
• Khả năng khuếch tán của oxi 1,14-1,6 kg O2/ Hp-giờ (Baker ,1999).
• Tải trọng BOD5 của nước thải dẫn vào mương oxi hĩa :0.2 ÷ 0,4 kgBOD5/m3.ngđ. • H ≤ 3,5m.
Kết quả thực nghiệm tìm được các thơng số của quá trình bùn hoạt tính mở rộng : • Y=0,4 mgVSS/ BOD5 ,hệ số sản lượng tế bào.
• Kd=0,05ngày-1, hệ số phân hủy nội bào.
• MLSS=3500 mg/L ,nồng độ bùn hoạt tính trong mương oxi hĩa. • Xu=10000 mg/L ,hàm lượng bùn tuần hồn.
• Tỉ số BOD5 /BOD20=0,68 Thể tích hữu ích của mương tính theo cơng thức:
W = Qmax .ng .dx(So − S )
Trong đĩ:
1000xL
• Qmax.ngđ = lưu lượng nước thải lớn nhất ngày đêm, Qmax.ngđ =1.400 m3/ngày.đêm.
• So = Nồng độ hàm lượng BOD5 của nước thải dẫn vào mương oxi hĩa, So = 375mg/l.
• L = tải trọng BOD5 của nước thải dẫn vào mương oxi hĩa, Chọn L = 0.4 kg BOD5/m3.ngđ.
Thay số:
W = 1400x(375 − 80) =1032,5 m3
1000x0,4
Xác định kích thước mương:
Mương cĩ tiết diện ngang là hình thang cân, thành mương xây bằng bê tơng cốt thép, kích thước của mương:
• Chiều rộng mặt nước a = 6m. • Chiều rộng đáy mương b =2.5m.
• Độ sâu lớp nước trong mương h1 = 1.2 m.
• Khoảng cách từ mặt nước đến mặt trên mương h2 = 0,6 m. • Độ sâu xây dựng mương H =h1 + h2 = 1.2m + 0.6m =1.8m.
Hình 4.3 : Cấu tạo mương oxi hĩa.
Chiều ngang xây dựng mương: B = b +2x = b + 2.H tgα
= b + 2. H (a − b) =2.5 + 2 .1,8 6 − 2.5 =7,75. Chọn B =7.8 m.
2h1 2 x1.2
L = =
F = (a + b)
2 xh1 =(6 + 2.5)
2 x1.2 = 5,1 m2
Chiều dài tổng cộng của mương oxi hĩa:
W tc F Chọn Ltc = 205 m 1032,5m 3 5,1m 2 =202,5 m
Chọn mương oxi hĩa dạng mương chữ “O” kéo dài với bán kính trung bình của đoạn uống cong là Ruc = 12m.
Chiều dài phần mương uốn cong;
Luc = π .R= 3.14x 12 = 37,68 m Chiều dài phần mương thẳng:
Lth = ( Ltc − 2Luc ) = 2
205 − 2 x37,68
2 =64,8 m
Tính tốn thời gian lưu bùn:
Hàm lượng MLVSS được tính bởi: X = θ c * Y * (S − So ) (1) θ (1 + k d θ c ) và θ = W Q (2) Từ (1) và ( 2) suy ra: XxW Trong đĩ θ c = QxY (S − So) − XxWxk d
- X : hàm lượng MLVSS trong mương, X =2.800 mg/l. -W: thể tích hữu ích của mương, W = 1032,5m3.
-θ c : thời gian lưu bùn, ngày. -θ : thời gian lưu nước,h.
-Y : hệ số sản lượng tế bào, Y = 0.5 mgVSS/mg BOD5.
- So : nồng độ BOD5 nước thải vào mương oxi hĩa, So=375 mg/l. - S : nồng độ BOD5 sau bể lắng đợt II, S = 80 mg/l.
- kđ : hệ số phân hủy nội bào, kđ = 0.05 ngày-1. Thay số:
θ c = 2800x1032,5
1400x0,5x(375 − 80) − 2800x1032,5x0,05=46,7 ngày
Thời gian lưu nước:
θ = W = 1032,5m 3 =0,738 ngày =17,7 giờ.
Q 1400m 3 / ngày
Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày:
Hệ số sản lượng quan sát( Yobs) tính theo phương trình:
Yobs = Y/( 1 + kđ *θ c ) = 0,5 /(1 + 0.05* 46,7 ) =0,15mg/mg Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày VSS :
Px(VSS) = Yobs *Q(So –S) =0,15x1400x(375-80)x10-3=62 kgVSS/ngày. Tổng lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo SS :
Chọn tỉ số: MLVSS:MLSS =0,7
62
Px(SS) =
0,7=88,6 kgSS/ngày.
Lượng bùn cần xử lý = tổng lượng bùn – lượng bùn trơi ra khỏi bể lắng Mdư (SS)= 88,6 (kgSS/ngày) -1400 (m3/ngày)x a (g/m3)x10-3 (kg/g)
= 88,6 (kgSS/ngày) -1400 (m3/ngày)x 40 (g/m3)x10-3 (kg/g) =32,6 kgSS/ngày.
Với a : 40 mg/l ,nồng độ BOD5 trong cặn lơ lững đầu ra bể lắng. Lượng bùn cĩ khả năng phân hủy sinh học cần xử lý:
Mdư =32,6 (kgSS/ngày)x 0,8 =26,1 kgVSS/ngày
Giả sử hàm lượng bùn dư lắng ở bể lắng II cĩ hàm lượng chất rắn 0.8% và khối lượng riêng là 1.008 kg/l. Vậy lưu lượng bùn dư cần xử lý:
26,1kg / ngày
Qdư =
0.008x1,008kg / l=3236,6 l/ngày
Xác định tỉ lệ bùn tuần hồn dựa trên cân bằng sinh khối:
QXo + QrXu = (Q + Qr)X Trong đĩ:
- Xo: Hàm lượng cặn lơ lững vào, mg/l - Q: Lưu lượng vào, Q =1400 m3/ngày. - Qr :Lưu lượng bùn tuần hồn, m3/ngày.
- Xu : Hàm lượng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hồn, Xu =10000 mg/l - X : Hàm lượng bùn hoạt tính trong mương, MLSS = 2800/0,3 =4000mg/l Giả sử Xo = 0, Qr =rQ với r là hệ số tuần hồn, ta cĩ:
4000
r = X/(Xu-X) =
10000 − 4000=0,67
Suy ra lượng bùn tuần hồn:
Qr = rQ =0,67x1400 (m3/ngày) = 938 m3/ngày =39,1 m3/h Tính lượng khí cần thiết cho quá trình :
Tính gần đúng BOD5 = 0.9BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính: M BODL =Q(So – S)/0.9 =1400x(375-80)x10-3/0,9 = 459 kgO2/ngày.
Lượng oxi cần thiết
OC0=Q(S 0 − S )
f − 1,42Px
f: 0,68 là hệ số chuyển đổi giữ BOD5 và BOD20. Thay số:
OC0=1400x(375 − 80)
0,68x1000 -1,42x 62=520 kgO2/ngày =21,7kgO2/h
Chọn thiết bị làm thống bề mặt là rulơ(brush aerator) cĩ cấu tạo gồm ống trục chuyển động quay theo phương nằm ngang, trên ống trục cĩ gắn các tấm lá bằng thép như răng lược tạo thành bàn chải trịn ngập trong nước 0,05 ÷ 0,3m.Rulo đặt vuơng gĩc với chiều dịng chảy
Cơng suất cung cấp oxi của mỗi brush aerator(rulơ) trong điều kiện chuẩn ở mức chìm 0.25m và tốc độ quay 60 vịng/phút (kgO2/m của chiều dài trục quay) là 2 kgO2/m.h. năng lượng tiêu hao 1.2kW/kgO2.h. Ơû điều kiện thực tế, hệ số điều chỉnh tốc độ truyền oxy là 0.3
Chiều dài tổng cộng của aerator theo yêu cầu :
Laerator =M02/(2kgO2/m.h)*0.3
=21,7 (kgO2/h)/2(kgO2/m.h)*0,3=3,3 m Chọn 2 bộ brush aerator, mỗi bộ dài 2m
Cơng suất cần thiết của motor:
N = OCo (kgO2/h) x 1,2 kW/ kgO2.h
= 21,7 (kgO2/h) x 1,2 kW/ kgO2.h =26 kW
Chọn 3 motor khuấy (2 làm việc, 1 dự phịng) mỗi motor cơng xuất : Nmotor = 26/2 =13 kW = 18 Hp. .Tính tốn hệ thống đường ống: +Tính tốn đường ống dẫn bùn tuần hồn: D = Trong đĩ: 4Qr vπ
Qr =938 m3/ngày=0,0108m3/s, lưu lượng bùn tuần hồn. v= 0,5m/s, vận tốc bùn trong ống. Thay số: D= 4 x0,0108 0,166m 0,5x3,14 Chọn ống sắt tráng kẽm Φ168. + Chọn bơm bùn tuần hồn:
Cơng suất bơm: N = Trong đĩ:
Qr ρgH
1000η
Qr =938 m3/ngày=0,0108m3/s, lưu lượng bùn tuần hồn. η= 0,8, hiệu suất bơm. H=
8m, chiều cao cột áp. Thay số:
N= 1000x0,0108x9,81x8
1000x0,8 =1,06 Kw
Cơng suất thực của bơm bằng 120% cơng suất tính tốn; Nthực = 1,2× 1,06kW = 1,27 kW
b.> Bể lắng ly tâm: Thể tích: Trong đĩ: S = Q(1 + α )Co CtVL Q = 58,3 m3/giờ r =0,67, hệ số bùn tuần hồn C0 = 2800/0.7=4000 mgSS/L ,nồng độ bùn hoạt tính trong bể mương oxi hĩa.
ƒ Ct : nồng độ bùn trong dịng tuần hồn Ct = 10.000 mg/l
ƒ VL : vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng với CL, xác định bằng thực nghiệm. Xác định vận tốc lắng: Trong đĩ: VL = Vmax. e 1 − KCt 10−6 1 CL = Ct = 2 10.000 mg/L = 5.000 mg/L. 2 Chọn Vmax = 7 m/h
Chọn K = 600, đối với cặn cĩ chỉ số SVI 50-150. Thay số:
Suy ra :
VL = 7. e−600×5.000×10−6= 0,35 m/h
S = 58,3x(1 + 0,67) x4000
10000x0,35 = 111,3
Diện tích của bể nếu bể thêm buồng phân phối trung tâm Stc = 1,1×111,3m2= 122,4 m2 Đường kính bể: D 2 4 xs 4 x122,4 Ta cĩ: S = π -> D = = 4 π Chọn D = 13m 3,14 =12,5 m
23 3 dtt = 0,2×D = 0,2× 13m = 2,6m +Đường kính ống loe d’ = 1,35× dtt = 1,35× 2,6 = 3,51 m
Chiều cao ống loe (h’= 0,2 ÷ 0,5 m) . Chọn h’= 0,3 m. +Đường kính tấm chắn
d’’ = 1,3 × d’ = 1,3 × 3,51m = 4,6
Chiều cao từ ống loe đến tấm chắn (h’’ = 0,2 ÷ 0,5 m) Chọn h’’ = 0,3 m.
Diện tích buồng phân phối trung tâm
F = πd2/4 = 3,14×2,62/4 = 5,3 m2 Diện tích vùng lắng của bể SL = Stc – F = 122,4 – 5,3 = 117,1 m2 Tải trọng thuỷ lực: a = Q = 1400m / ngày = 11,96 m3 /m2.ngày S L 117,1m
Vận tốc đi lên của dịng nước trong bể
v = 11,96
24 = 0,5 m/h
Máng thu nước : Đặt ở vịng trịn cĩ đường kính bằng 0,8 đường kính bể Dmáng = 0,8×13m= 10,4 m
Chiều dài máng thu nước
L = π × Dmáng = 3,14× 10,4m = 32,6 m
Chọn tâm răng cưa bằng sắt dày mm, cao h=250mm, dài l=33m. trên một mặt được cắt thành hình răng cưa (dạnh hình thang cân) cĩ chiều cao 60mm, vát đỉnh 40mm,khoảng cách giữa 2 răng 60mm.
Số răng cưa :
n = 33000 + 60
Tải trọng của nước trên một mét dài của máng Q aL = L Tải trọng bùn: 1400m 3 / ngày = 33m = 42,4 m3/m dài.ngày b = Trong đĩ: (Q + Qr )Co 24 × S L
• Q =1400 m3/ ngày, lưu lượng nước trong bể. • Qr =938 m3/ ngày, lượng bùn tuần hồn.
• C0 = 5000 mgSS/L ,nồng độ bùn hoạt tính trong mương oxi hĩa • SL =117,1 m2, diện tích vùng lắng. Thay số: b= (1400 + 938) x5000 =4,2 kg/m2.h 24 x117,1x1000 Xác định chiều cao bể: Chọn chiều cao bể H = 4 m
Chiều cao dự trữ trên mặt thống h1 = 0,3 m.
Chiều cao cột nước trong bể : 4m – 0,3m = 3,7 m bao gồm : + Chiều cao phần nước trong h2 = 1,8 m
+ Chiều cao phần chĩp đáy bể cĩ độ dốc 10% về tâm h3 = 0,1× (D/2) = 0,1× (13 /2) = 0,65 m
+ Chiều cao chứa bùn phần hình trụ
h4 = 3,7 - h2 - h3 = 3,7 – 1,8 – 0,65 = 1,25 m Thể tích phần chứa bùn trong bể: Vb = Stc ×h4 = 122,4m2× 1,25m = 153 m3 Nồng độ bùn trung bình trong bể Ctb =C L + CT 2 = 5.000 + 10.000 2 = 7500 mg/l =7,5 kg/m3 Lượng bùn chiếm trong bể lắng
Gbùn = Vb×Ctb = 153 m3x7,5kg/m3 =1147,5kg
Thời gian lưu nước trong bể lắng:
3
V = 3,7×SL = 3,7×117,1 = 433,3 m3 Lượng nước đi vào bể lắng
QL = (1 + α )×Q = ( 1+ 0,67) ×1400m3/ngày = 1338 m3/ngày Thời gian lưu nước và bùn trong bể lắng:
3t = V = 433,3m ×24h/ngày = 7,77 h t = V = 433,3m ×24h/ngày = 7,77 h Q L 1338m / ngày Dung tích phần lắng: VL = 1,8 × Stc = 1,8 × 122,4 = 220,3 m3 Thời gian lắng: tl = VL = 220,33 m 3 × 24h/ngày = 3,95 h. QL 1338m / ngày
Tính tốn đường ống và máy bơm:
+ Tính tốn đường ống dẫn nước thải vào bể:
Đường kính của ống D = Trong đĩ: 4Q = vπ 4 x0,0162 =0,151m 3,14 x0,9
• Q=0,0162 m3/s, lưu lượng nước thải bể lắng. • v= 0,9 m/s, vận tốc nước vào bể lắng.
Chọn ống ống PVC Φ 168 mm
c.>Hệ thống hồ tùy nghi.
Quá trình tính tốn hồ tuỳ nghi bậc I và bậc II giống phương án I và dựa trên TCXD-51-84, phụ lục E, mục 6, nhưng số liệu đầu vào khác nhau. Kết quá tính tốn:
Bảng 4.4 : Thơng số tính tốn hồ tùy nghi phương án II
Thơng số tính tốn Đơn vị Hồ tùy nghi bậc I Hồ tùy nghi bậc II
Lưu lượng nước vào và ra m3 1400 1400
BOD5 vào mg/l 80 40
BOD5 ra mg/l 40 20
Thời gian lưu nước ngày 6,83 6
.
Thể tích xây dựng m3 10916 9667
Chiều cao lớp bùn (2 năm) m 0,16 0,183
d.>Hồ hồn thiện.
Quá trình tính tốn hồ hồn thiện giống như phương án I, các số liệu tính tốn như sau:
Thơng số đầu vào:
• Qvào =1400 m3/ngày. • BOD5 vào = 20mg/l
• SS = 72 mg/l( Hiệu suất hồ tùy nghi E = 40%).
Thơng số đầu ra :
• Qra =1400 m3/ngày.
• BOD5ra = 16,3 mg/l(Đạt tiêu chuẩn xả thải). • Hiệu xuất xử lý: E = 18,5%.
Thơng số thiết kế:
• Thời gian lưu nước t =2 ngày. • Thể tích hồ : V = 2800 m3
• Kích thước hồ: Dài x Rộng = 60m x 32m. • Độ nghiêng thành hồ tg α = 2 .
2,3
• Thể tích xây dựng : Vxd = 3216 m3. Thiết kế cấu tạo chi tiết hệ thống hồ sinh học :
Chọn vận tốc nước chảy trong ống v = 0,4m/s.
+Hồ tùy nghi bậc I:
Chiều rộng: 70m nên bố trí 2 Inlet chữ Y ở đầu vào và 2 Outlet dẫn nước ra Đường kính 2 Inlet( gồm 4 ống) : D = 4 xQ = 4 x24 x3600xπxv 4 x1400 4 x24 x3600x3,14 x0,4 =0,11m Chọn ống nhựa PVC cứng cĩ Φ114. Đường kính 2 Outlet dẫn nước ra:
D = 4 xQ = 2 x24 x3600xπxv 4 x1400 2 x24 x3600x3,14 x0,4 =0,16m.
Chọn ống nhựa PVC cứng cĩ Φ168.
+Hồ tùy nghi bậc II:
- Chiều rộng: 56m nên bố trí 2 Inlet chữ Y ở đầu vào, 2 Outlet dẫn nước ra -Đường kính 2 Inlet( gồm 4 ống) dẫn nước vào:
D = 4 xQ = 4 x24 x3600xπxv 4 x1400 4 x24 x3600x3,14 x0,4 =0,11m. Chọn ống nhựa PVC cứng cĩ Φ114. - Đường kính 2 Outlet dẫn nước ra:
4 xQ = D = 2 x24 x3600xπxv 4 x1400 2 x24 x3600x3,14 x0,4 =0,160m. Chọn ống nhựa PVC cứng cĩ Φ168. +Hồ hồn thiện :
- Chiều rộng 32m bố trí 2 Inlet vào và 1 Inlet ra - Đường kính 2 Inlet( gồm 4 ống) dẫn nước vào:
4 xQ = D = 4 x24 x3600xπxv 4 x1400 4 x24 x3600x3,14 x0,4 =0,11m Chọn ống nhựa PVC cứng cĩ Φ114.
- Đường kính Outlet dẫn nước ra :
D = 4 xQ = 24 x3600xπxv 4 x1400 24 x3600x3,14 x0,4=0,227m Chọn ống nhựa PVC cứng cĩ Φ220. e.>Bể chứa bùn. Xác định kích thước ngăn thứ nhất:
Tổng thể tích bùn được chuyển qua ngăn thứ nhất trong một ngày: Qbùn = Qdư + Qt = 3,2 + 938 = 941,2 (m3/ngđ).
Chọn thời gian lưu bùn của ngăn thứ nhất là t1 = 20 phút, thể tích của ngăn thứ nhất là:
V1 = Qt x t1 = 938m 3 / ngày
24h/ngày x 60phút/giờ x 20 = 13 (m3)
Chọn chiều cao ngăn 3,5m, chiều cao bảo vệ : 0,3m. Kích thước ngăn thứ nhất: Dài x Rộng x Cao = 2m x 2m x 3,5m.
Xác định kích thước ngăn thứ hai:
Chọn thời gian lưu bùn của ngăn thứ hai là t2 = 12 giờ, thể tích của ngăn thứ hai là:
V2 = Qdư x t2 = 3,2 m 3 / ngày
24h / ngày x 12h = 1,6 m3.
Kích thước ngăn thứ hai: Dài x Rộng x Cao = 2m x 1m x 3,5 m.
f.>Bể nén bùn.
Diện tích bể nén bùn:
- Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày : Gdư = 88,6 kgSS/ngđ.
- Chọn hệ số an tồn khi thiết kế bể nén bùn là 20%. Lượng bùn dư cần xử lý: Gbùn = Qw x 1,2 = 88,6 kg/ngđ x 1,2 = 106,3 (kg/ngđ) - Diện tích bề mặt của bể nén bùn Fbể = G bùn a = 106,3 = 4,3 (m2) 25
Với a: tải trọng bùn trong bể nén bùn, a = 25 ÷ 34kg/m2.ngđ. Chọn a = 25 kg/m2.ngđ Đường kính bể nén bùn: D = 4 x Fbể = π 4 x 4,3 π =2,3m. Chọn đường kính bể D = 2,5 m
Chiều cao của bể nén bùn:
H = h1 + (h2 + hc) + hbv = 1,2 + 1,5 + 0,3 = 3 (m) Trong đĩ:
ƒ h1 : chiều cao buồng phân phối trung tâm, h1 = 1,2 m
ƒ h2 + hc : chiều cao phần chứa bùn hình trụ bằng 1,5 m,
ƒ hc chiều cao chĩp đáy bể cĩ độ dốc 10% về tâm,
D
hc = 0,1x = 0,0,125 m
2
ƒ hbv : chiều cao phần bảo vệ, hbv = 0,3 m
3
Thời gian lưu cặn trong bể nén bùn t = 0,5 ÷ 20ngày. Thời gian lưu bùn được tính như sau: t = Vbùn = 0,77m 3 =4,3 ngày. Trong đĩ: Q bùn 0,18m / ngđ Vbùn : thể tích vùng chứa bùn trong bể nén bùn Vbùn = (h2 + hc).Fbể = 1,5 x 4,3 = 6,45 (m3)
Qbùn : lưu lượng bùn rút ra hằng ngày
G x10 −3 106,3 .10 −3 Trong đĩ: Q bùn = bùn = d x C 1,005 x 0,07= 1,5 (m3/ngđ) ƒ d : tỉ trọng của cặn sau bể nén bùn, d = 1,005 ƒ C : nồng độ cặn sau khi nén, C = 2 ÷ 8%, chọn C = 7% Lượng nước dư thu từ bể nén bùn:
Qnướcdư = Gdư – Qbùn =3,2m3/ngđ -1,5m3/ngđ