5.3.1. SONG CHẮN RÁC:
a. Nhiệm vụ:
Song chắn rác nhằm mục đích loại bỏ rác và các tạp chất có kích thước lớn trong nước thải, tránh tình trạng nghẽn đường ống và hư hỏng các thiết bị do rác gây ra. Song chắn rác được đặt trên đường dẫn nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý.
b. Tính toán:
Chọn song chắn rác làm sạch bằng thủ công
𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 61,521 (m3/h)
Kích thước mương đặt song chắn rác:Chọn tốc độ nước chảy trong mương: v = 0,5m/s - Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng trong mạng lưới nước thải: Hm = 0,7m
- Chọn kích thước mương: Hm × Bm = 0,7m × 0,2m - Chiều cao lớp nước trong mương:
ℎ = 𝑄𝑚𝑎𝑥
ℎ
3600 × 𝑣 × 𝐵𝑚 =
61,521
3600 × 0,5 × 0,2 = 0,171 (𝑚)
- Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60o so với mặt đất - Số khe hở của song chắn rác:
𝑛 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 𝑣1× 𝑏 × ℎ1× 𝐾 = 51,521 3600 × 0,5 × 0,016 × 0,171× 1,05 = 10,985 Chọn 11 khe Trong đó:
n: số khe hở cần thiết của song chắn rác
v: vận tốc nước thải qua song chắn rác, v1 = v = 0,5 m/s
b: khoảng chách giữa các khe hở của song chắn rác, b = 16mm h1: độ sâu nước ở chân song chắn rác, h1 = h = 0,171m
K: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào, K = 1,05 - Chiều rộng song chắn rác:
𝐵𝑠 = [𝑆 × (𝑛 − 1)] + (𝑏 × 𝑛) = [0,008 × (11 − 1)] + (0,016 × 11) = 0,256𝑚
Trong đó:
o S: chiều dày một song chắn rác, S = 0,008m - Tổn thất áp lực qua song chắn rác: ℎ𝑠 = 𝜍 × 𝑣 2 2𝑔× 𝐾 = 0,83 × 0,52 2 × 9,81× 3 = 0,032 (𝑚) 𝜍 = 𝛽 × (𝑆 𝑏) 4/3 × 𝑠𝑖𝑛𝛼 = 2,42 × (0,008 0,016) 4/3 × 𝑠𝑖𝑛60 = 0,832 Trong đó:
o K: hệ số tính đến sự tang tổn thất áp lực do vướng rác, K = 2 – 3, chọn K = 3
o 𝜍: hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn rác
o 𝛽: hệ số phụ thuộc vào hình dạng thanh song chắn chắn rác. Do thanh hình chữ nhật 𝛽 = 2,42
- Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác:
𝐿1 = 𝐵𝑠 − 𝐵𝑚 2 × 𝑡𝑎𝑛𝜑 = 0,256 − 0,2 2 × 𝑡𝑎𝑛20 = 0,08 (𝑚) = 80𝑚𝑚 Trong đó: 𝜑: góc nghiêng chỗ mở rộng, 𝜑 = 20o
- Chiều dài phần thu hẹp sau song chắn rác:
𝐿2 = 𝐿1 = 80 (𝑚𝑚)
- Chiều dài xây dựng phần mương để lắm song chắn rác: L = L1 + L2 + Ls = 0,08 + 0,08 + 1 = 1,16 (m) Trong đó:
Ls: khoảng cách giữa phần thu hẹp và phần mở rộng của dòng chảy, Ls ≥ 1m, chọn Ls = 1
- Chiều dài mỗi thanh:
𝐿𝑡ℎ =ℎ1+ ℎ𝑠 𝑠𝑖𝑛𝛼 =
0,171 + 0,032
𝑠𝑖𝑛60 = 0,23 (𝑚)
- Chiều cao ngăn đặt song chắn rác:
H = h1 + hs + hbv = 0,171 + 0,032 + 0,5 = 0,7 (m)
Bảng 8. Thông số thiết kế Song chắn rác
STT Thông số Đơn vị Kích thước
1 Bề rộng khe m 0,016
2 Số khe khe 11
4 Chiều dài mương sau song chắn m 1 5 Chiều dài mương đặt song chắn m 1,16 6 Chiều cao mương m 0,7
5.3.2. HỐ THU GOM:
a. Nhiệm vụ:
Là nơi tập trung nước thải và giảm tải cho các công trình phía sau.
b. Tính toán:
- Lưu lượng nước vào hố thu gom: Qh
max = 61,521 m3/h
- Thời gian lưu nước trong hố thu gom từ 15-30 phút. Chọn t = 15 phút
(Nguồn: Tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh) - Thể tích hố thu gom: 𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 60 × 𝑡 = 61,521 60 × 15 = 15,38 𝑚 3
- Chọn chiều sâu hữu ích của hố thu gom Hi = 3,5m, chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5m - Diện tích hố thu gom:
𝐴 = 𝑉 𝐻𝑖 =
15,38
3 = 5,13 (𝑚
2)
- Chọn chiều dài hố thu: L = 2,5m - Chiều rộng hố thu:
𝐵 =𝐴 𝐿 =
4,4
2 = 2,06 𝑚
- Chiều cao xây dựng hố thu gom: Hxd = Hi + Hbv = 3 + 0,5 = 3,5m. - Đường kính ống dẫn nước vào bể:
𝐷 = √ 4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 3600 × 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 61,521 3600 × 𝜋 × 0,5 = 0,208(𝑚) Theo TCXDVN 51:2008, v ≥ 0,4 m/s, chọn v = 0,5 m/s. Chọn ống nhựa PVC Bình Minh có đường kính 225mm. - Chọn 2 bơm model: A – 31 HCP PUMP
- Các thông số của bơm:
o Qb = 17 m3/h, cột áp: Hb = 7m
o Công suất bơm: N = 0,75 kW = 1HP
Bảng 9. Thông số thiết kế Hố thu gom
STT Thông số Đơn vị Kích thước
1 Chiều dài m 2,5 2 Chiều rộng m 2,1 3 Chiều cao m 3,5 4 Đường kính ống dẫn nước vào mm 225 5 Thời gian lưu nước phút 15
5.2.3. BỂ TÁCH DẦU:
a. Nhiệm vụ:
Bể tách dầu mỡ có chức năng tách dầu mỡ ra khỏi nước thải, tránh tình trạng bám dính các cặn bẩn dầu mỡ gây tắc, nghẽn thiết bị, đường ống.
b. Tính toán:
- Chọn thời gian lưu nước trong bể, t = 20 phút - Thể tích bể: 𝑉 =𝑄ℎ 𝑡𝑏 × 𝑡 60 = 26,667 × 20 60 = 8,889 𝑚 3 - Chọn chiều cao bể, H = 2,5m
- Chọn chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,3m - Diện tích bể: 𝐹 = 𝑉 𝐻 = 8,889 3 = 3,556 𝑚 2
- Chọn chiều dài bể L = 3m, chiều rộng bể B = 1,2m - Thể tích thực của bể:
Vt = 3 × 1,2 × 3 = 10,8 (m3) - Cứ 1m3 nước thải chứa 2‰ lượng dầu cần phải vớt
- Lượng dầu cần phải vớt trung bình = 640 × 2‰ = 1,28 m3/ngày
- Nước thải được bơm sang bể điều hoà nhờ bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống v = 2 m/s (Theo TCXDVN 51:2008, v = 1 – 2,5 m/s)
- Tiết diện ướt của ống:
𝐹ố𝑛𝑔 =𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠 𝑣 = 17,09 × 10−3 2 = 8,545 × 10 −3 (𝑚2)
- Đường kính ống dẫn nước thải ra:
𝐷 = √4 × 𝐹ố𝑛𝑔 𝜋 × 𝑣 = √
4 × 8,545 × 10−3
𝜋 × 2 = 0,074 (𝑚) = 74𝑚𝑚
Chọn ống dẫn nước thải từ bể tách dầu sang bể điều hoà là ống PVC Bình Minh Φ90mm
Bảng 10. Thông số thiết kế Bể tách dầu
STT Thông số Đơn vị Kích thước
1 Chiều dài m 3
2 Chiều rộng m 1,2 3 Chiều cao m 2,8 4 Đường kính ống dẫn nước vào mm 75 5 Thời gian lưu nước phút 20
5.2.4. BỂ ĐIỀU HOÀ:
a. Nhiệm vụ:
Bể điều hoà có tác dụng điều hoà lưu lượng và nồng độ của nước thải. Khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra
Thu gom và điều hoà lưu lượng các chất ô nhiễm như: BOD, COD, SS,… Đồng thời cung cấp khí oxy vào nước thải nhằm tránh sinh mùi hôi tại đây và làm giảm 4 – 6% hàm lượng BOD, COD trong nước thải.
b. Tính toán:
Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hoà t = 6h Lưu lượng nước thải theo giờ: Qh = 26,667 m3/h
- Thể tích bể điều hoà:
V = Qh × t = 26,667 × 6 = 160 m3
- Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hoà H = 4m, chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5m - Diện tích bể: 𝐹 =𝑉𝑡𝑡 𝐻 = 160 4 = 40𝑚 2 - Chọn L = 7,5m, chọn B = 5,5m.
- Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = 4,5m - Thể tích xây dựng của bể điều hoà:
Vxd = L × B × Hxd = 7,5 × 5,5 × 4,5 = 185,6 (m3) Tính toán hệ thống ống dẫn nước:
- Đường kính ống dẫn nước từ bể điều hoà sang bể anoxic:
- Chọn vận tốc nước trong ống, v = 0,5 m/s (theo TCXDVN 51:2008 v ≥ 0,4 m/s)
𝐷 = √ 4 × 𝑄ℎ
𝜋 × 𝑣 × 3600 = √
4 × 26,667
- Dựa theo catalogue, chọn ống nhựa PVC Bình Minh với đường kính ống Φ140mm. - Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
𝑣 = 4 × 𝑄ℎ
𝜋 × 𝐷2× 3600=
4 × 26,667
𝜋 × 0,142× 3600= 0,481 𝑚/𝑠 > 0,4 𝑚/𝑠
→ Đường kính ống phù hợp - Công suất máy bơm:
𝑁 =𝜌 × 𝑔 × 𝑄 × 𝐻
1000 × 𝜂 (𝑘𝑊)
Trong đó:
o ρ: khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 (kg/m3)
o g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)
o Q: lưu lượng nước thải, Q = 𝑄𝑠𝑡𝑏 = 7,408 (l/s) = 7,408 × 10-3 (m3/s)
o H: chiều cao cột áp cần bơm, H = 5m
o η: hiệu suất máy bơm, chọn η = 0,8
𝑁 =1000 × 9,81 × 7,408 × 10
−3× 5
1000 × 0,8 = 0,45 (𝑘𝑊)
Chọn bơm là bơm chìm A-31 HCP PUMP có công suất 0,75kW (1HP) , lưu lượng 18 m3/h, cột áp làm việc H = 6,5m
Tính toán hệ thống cấp khí:
- Chọn phương pháp cấp khí cho bể điều hoà qua hệ thống đĩa phân phối khí
- Lượng khí cần cung cấp cho 1m3 dung tích bể trong 1 phút q, chọn q = 0,015 m3khí/ m3bể.phút để tăng cường khả năng hoà tan chất bẩn trong nước thải cũng như hiệu quả giảm thiểu mùi hôi phát sinh
- Lượng không khí cần thiết:
- Chọn thiết bị phân phối khí trong bể điều hoà là các đĩa phân phối khí đặt trên các ống, gồm 1 ống chính và các ống nhánh, các ống đặt cách tường 0,5m và cách nhau 1m. - Số ống nhánh: 𝑛 =𝐵 − 2 × 0,5 1 + 1 = 5,5 − 2 × 0,5 1 + 1 = 5,5 ố𝑛𝑔 Chọn 6 ống dẫn khí nhánh
- Chon vận tốc khí trong ống phân phối khí chính, vk = 15 m/s - Đường kính ống phân phối khí chính:
𝐷𝑘 = √ 4 × 𝑄𝑘
𝜋 × 𝑣𝑘× 3600 = √
4 × 144
𝜋 × 15 × 3600 = 0,058 (𝑚) = 58𝑚𝑚
Chọn ống dẫn khí chính là ống PVC Bình Minh Φ63mm - Kiểm tra lại vận tốc khí đi trong ống:
𝑣 = 4 × 𝑄𝑘
𝜋 × 𝐷𝑘2× 3600=
4 × 144
𝜋 × 0,0632× 3600 = 12,83 𝑚/𝑠
Vận tốc khí trong ống nằm trong khoảng 10 – 20 m/s → Đường kính ống phù hợp. - Lượng khí qua ống nhánh: 𝑞𝑘 =𝑄𝑘ℎí 𝑛 = 144 6 = 24 𝑚 3/ℎ - Chọn vận tốc khí trong ống nhánh, vn = 15 m/s - Đường kính ống nhánh: 𝑑𝑘 = √ 4 × 𝑞𝑘 𝜋 × 𝑣𝑛× 3600= √ 4 × 24 𝜋 × 15 × 3600= 0,024 (𝑚) = 24𝑚𝑚 Chọn ống nhánh dẫn khí là ống PVC Φ32mm. - Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống nhánh:
𝑣𝑛 = 4 × 𝑞𝑘
𝜋 × 𝑑𝑘2× 3600 =
4 × 24
𝜋 × 0,0322× 3600 = 8,289 𝑚/𝑠
Vận tốc khí đi trong ống nhánh nằm trong trong khoảng 5 – 15 m/s → Đường kính ống phù hợp.
- Chọn đĩa phân phối khí SSI – USA, model AFD 270 có màng phân phối dạng bọt mịn, với các thông số kỹ thuật như sau:
• Đường kính Φ = 270 mm, diện tích bề mặt F = 0,057 m2
• Lưu lượng thổi 0 – 12 m3/h, chọn v = 5 m3/h;
• Lưu lượng thiết kế 2,5 – 5 m3/h. - Số đĩa phân phối khí trong bể:
𝑁 =𝑄𝑘ℎí 𝑣 =
144 𝑚3/ℎ
5𝑚3/ℎ = 28,8
Chọn N = 30 đĩa phân bố trên 6 ống nhánh, mỗi ống 5 đĩa thổi khí.
- Khí được phân phối đến các ống nhánh thông qua ống dẫn khí chính, đặt trên thành bể dọc theo chiều dài bể. Ống dẫn khí được đặt trên giá đỡ ở độ cao 10cm so với đáy.
- Sử dụng máy thổi khí chung cho bể điều hoà và bể Aerotank. Máy thổi khí được tính ở phần tính toán bể Aerotank.
Bảng 11. Thông số thiết kế Bể điều hoà
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Thể tích bể m3 160 2 Chiều dài m 7,5 3 Chiều rộng m 5,5 4 Chiều cao m 4,5 5 Thời gian lưu nước h 6 6 Đường kính ống dẫn nước vào mm 90 7 Lưu lượng không khí cần thiết m3/h 144 8 Đường kính ống dẫn khí chính mm 63
10 Đường kính ống dẫn khí nhánh mm 32 11 Đĩa phân phối khí cái 30
5.2.5. BỂ THIẾU KHÍ:
a. Nhiệm vụ:
Bể anoxic chủ yếu thực hiện quá trình khử nito, photpho nhờ các vi sinh vật trong điều kiện thiếu khí.
c. Tính toán:
Xác định các thông số tính toán bể anoxic: - Hàm lượng Nito: NH4+ = 20 mg/l
- Lưu lượng nước thải: 640 m3/ngày đêm - Hàm lượng bùn hoạt tính: X = 3000 mg/l - Nồng độ oxy hoà tan: DOmax = 0,3 mg/l
- Tốc độ khử nitrat ở 20oC: ρN, 20C = 0,092 mg NO3-/mgMLVSS.ngày-1
- Giả sử đầu vào bể anoxic nito tồn tại dạng NH4+, nito đầu ra bể aerotank dạng NO3-
- Hệ số sản lượng quan sát:
𝑌𝑜𝑏𝑠 = 𝑌
1 + 𝑘𝑑× 𝜃𝑐 =
0,6
1 + 0,06 × 10= 0,375
- Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px = Yobs × Q × (BODvào – BODra)
= 0,375 × 640 m3/ngày × (180,5 – 19,622) g/m3 × 10-3 kg/g = 38,611 kgVSS/ngày Xác định lượng nito bị oxi hoá thành nitrat trong bể anoxic
- Giả sử nước thải ở 20oC:
- bCOD = 1,6BOD = 1,6 × 180,5 = 288,8 mg/l 𝑆 = 𝐾𝑠(1 + 𝑘𝑑(𝑆𝑅𝑇)) (𝑆𝑅𝑇)[ (𝜇𝑚− 𝑘𝑑) − 1] = 20 × (1 + 0,12 × 10) 10 × [(6 − 0,12) − 1] = 0,902 𝑚𝑔/𝑙 - Xác định PX, VSS: PX, VSS = Q × Y × (So - S) 1 + kd × (SRT) + Fd × kd × Q × Y × (So - S) × (SRT) 1 + kd × (SRT) =640 × 0,4 × (180,5 − 0,902) 1 + 0,12 × 10 + 0,15 × 0,12 × 640 × 0,4 × (180,5 − 0,902) 1 + 0,12 × 10 = 20898,676 + 376,176 = 21.274,852 gVSS/ngày
- Cân bằng vật chất của nito trong bể anoxic
→ NO3- = Q × TKN vào – Q × TKNra – 0.12Px Q =640 × 40 − 640 × 6 − 0,12 × 21.274,852 640 = 30 g/m3 Trong đó:
o TKNra: lượng TKN đầu ra của bể anoxic, chọn TKNra = 6 mg/l - Xác định nồng độ sinh khối hoạt động khi So – S = So:
𝑋𝑏 = (𝑄 × 𝑆𝑅𝑇 𝑉 ) [ 𝑌(𝑆𝑜− 𝑆) 1 + 𝑘𝑑× 𝑆𝑅𝑇] = (640 × 10 90,7 ) [ 0,4 × (180,5 − 0,902) 1 + 0,12 × 10 ] = 2304,178 (𝑚𝑔/𝑙) Trong đó: o V: thể tích bể Aerotank. - Tỉ lệ bùn tuần hoàn: 𝑅 = 𝑋 𝑋𝑟 − 𝑋 = 3750 8000 − 3750 = 0,88 Trong đó: o Xr: nồng độ bùn tuần hoàn, chọn Xr = 8000 (mg/l) o X: nồng độ bùn trong bể Aerotank, MLSS = MLVSS/0,8 = 3000/0,8 = 3750 (mg/l) - Xác định tỉ lệ tuần hoàn: 𝐼𝑅 = 𝑁𝑂𝑥,𝑖 𝑁𝑂𝑥,𝑒 − 1 − 𝑅 = 40 6 − 1 − 0,88 = 4,789 Trong đó:
o Ne: lượng nitrar đầu ra mong muốn, Ne = 6 mg/l Xác định lượng nitrat cần khử trong bể Anoxic:
- Lưu lượng có chứa nitrat vào bể anoxic = IR × Q + R × Q
= 4,789 × 640 + 0,88 × 640 = 3628,16 (m3/ngày)
- Lượng NOx cho vào = 6 × 3628,16 = 21.768,96 (g/ngày) Xác định kích thước bể Anoxic:
- Chọn thời gian lưu nước: t = 2,5h - Thể tích bể: 𝑉 = 𝑄 24× 𝑡 = 640 24 × 2,5 = 66,667 (𝑚 3) - Xác định tỷ số F/Mb: 𝐹 𝑀𝑏 = 𝑄𝑆𝑜 𝑉𝑏ể(𝑋𝑏)= 640 × 145,35 66,667 × 2304,154 = 0,6 - Xác định SDNR: rbCOD = 0,35 × COD = 0,35 × 306,85 = 107,4 mg/l bCOD = 1,6 × BOD = 1,6 × 180,5 = 288,8 mg/l Tỷ lệ rbCOD bCOD = 107.4 288.8 = 0,371 = 37,18%
Căn cứ đồ thị, ta xác định được SDNRb = 0,21 g/g.ngày ở 20oC → SDNR20 = 0,21g/g.ngày
- Xác định lượng N-NO3 bị khử:
▪ Kiểm tra NOr dựa trên t = 2,5h
Lượng nitrate được khử trong bể anoxic (32258,32 g/ngày) lớn hơn lượng nitrate cần khử trong bể anoxic (21.768,96 g/ngày) 43%, vì vậy cần giảm thời gian lưu nước trong bể - Xác định t mới: Thử lấy t = 2h Thể tích bể: 𝑉𝑏 =640 24 × 2 = 53,33 (𝑚 3) Xác định tỷ số F/Mb: 𝐹 𝑀𝑏 = 𝑄𝑆𝑜 𝑉𝑏ể(𝑋𝑏)= 640 × 180,5 53,33 × 2304,154 = 0,94 Xác định SDNR mới:
Căn cứ đồ thị, ta xác định được SDNRb = 0,22 g/g.ngày ở 20oC → SDNR20 = 0,22g/g.ngày
- Xác định lượng N-NO3 bị khử:
NOr = VNOx × SDNR × MLVSS = 53,33 × 0,22 × 2304,154= 27.033,717 (g/ngày)