Thông sốĐơn vịGiá trị
Vận tốc chuyển động của nước trong ống trung tâm
mm/s Không quá vượt 30
Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng
mm/s 0,5 – 0,8
Thời gian lắng h 1,5 – 2,5
Góc nghiên của đáy bể lắng so với phương ngang
Độ Không vượt quá 60 độ
Vận tốc dòng chảy qua khe hở miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt Mm/s < 20 Diện tích tiết diện của ống trung tâm: f = 𝑄𝑄 ( 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑔𝑔𝑏𝑏ì𝑡𝑡ℎ) 𝑉𝑉𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0,016 0,02 = 0,8 m2
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Trong đó:
Vtt: Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 mm/s= 0,03 m/s, (TCXDVN 51:2008), Ta chon vtt = 0,02 m/s
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng F = 𝑄𝑄 ( 𝑠𝑠𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑔𝑔𝑏𝑏ì𝑡𝑡ℎ) 𝑉𝑉 = 0,016 0,0008 = 20 m 2 Trong đó:
v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (TCXD 51:2008) chọn v = 0,5 mm/s = 0,0005 m/s Chọn số bể lắng đứng là 1, n = 1 Tổng diện tích bề mặt lắng: Ft = f + F = 0,8 + 20 = 20,8 m2 Chọn bể hình hộp trịn. Đường kính của bể: D = �4𝑥𝑥𝜋𝜋Ft = �4𝑥𝑥𝜋𝜋20,8 = 5,15m Chọn đường kính bể là 5,5 m
Đường kính của ống trung tâm: d = �4𝑥𝑥𝜋𝜋𝑓𝑓 = �4𝑥𝑥𝜋𝜋0,41 = 0,6m Trong đó:
f: diện tích tiết diện của ống trung tâm của bể.
Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng htt = v x t = 0,0005 x 2 x 3600 = 3,6 m
Trong đó:
t : là thời gian lắng, chọn t = 2h
v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (TCXD 51:2008), chọn v = 0,5 mm/s = 0,0005 m/s
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
hn = h2 + h3 = (𝐷𝐷−𝑑𝑑𝑡𝑡
2 ) x tgα = (5,15−02 ,6) x tg600 = 3,94 m Trong đó:
h2: chiều cao lớp trung hòa, m
h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể,m D: đường kính trong bể lắng, m
dn: đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0,6m
α: góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 600 (TCXD 51 – 2008), chọn α = 600
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính tốn của vùng lắng Htt = 2,7 m. Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm (theo giáo trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết) [1]
dl = h1 = 1,35 x d = 1,35 x 0,6 = 0,81 m
Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe dc = 1,3 x 0,81 = 1,1 m
Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục: L = 4𝑥𝑥𝑄𝑄 (𝑠𝑠trungbình) 𝑣𝑣𝑘𝑘𝑥𝑥𝜋𝜋𝑥𝑥 (𝐷𝐷+𝑑𝑑𝑡𝑡) = 4𝑥𝑥0,016 0,02𝑥𝑥𝜋𝜋𝑥𝑥 (6+0,6) = 0,15 m Trong đó:
vk: tốc độ dòng nước chạy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt vk =< 20 mm/s, chọn vk = 20 mm/s = 0,02m/s
Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:
H = htt + hn + hbv = 3,6 + 3,94 + 0,5 = 8,04 m Trong đó:
htt: Chiều cao tính tốn của vùng lắng, htt = 3,6 m hn: Chiều cao phần nón, hn = 3,94 m
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
hbv: chiều cao từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,5m (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008);
Tính tốn máng thu nước
Dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể thu nước. Thiết kế máng vịng đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngồi của máng là đường kính trong của bể. Đường kính máng thu nước:
Dm = 0,8 x D = 0,8 x 6 = 4,8 m Bề rộng máng thu nước: Bm = 𝐷𝐷−Dm 2 = 6−4,8 2 = 0,6 m
Chiều cao máng thu nước: Hm = 0,3 m
Diện tích mặt cắt ngang của máng:
Fm = Bm x hm =0,6 x 0,3 = 0,18 m2 Chiều dài máng thu nước:
Lm = π x Dm = π x 4,8 = 15,08 m Tải trọng thu nước trên 1 m chiều dài máng: a = 𝑄𝑄
𝐿𝐿𝑣𝑣 = 1400
15,08 = 92,84 m
3/m.ngày
Đường kính ống dẫn nước vào và ra khỏi bể lắng
Dống = �4𝑥𝑥𝜋𝜋𝑄𝑄𝑥𝑥(𝑠𝑠𝑣𝑣𝑡𝑡𝑏𝑏) = �4𝜋𝜋𝑥𝑥𝑥𝑥00,016,7 = 0,17 m = 170 mm Ta chọn ống nhựa Tiền Phong PVC O 180 mm
Trong đó:
v: vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9 m/s), chọn v = 0,7 m/s
Tính tốn máng răng cưa
Để đảm bảo cho việc thu nước đều trên toàn bộ chiều dài máng, phía ngồi thành máng bố trí thêm máng răng cưa được làm bằng thép không rỉ.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Drc = Dm = 4,8 m Chiều dài máng răng cưa:
Lrc = π x Drc = π x 4,8 = 15,08 m
Chọn số khe trên 1 m chiều dài máng răng cưa là 5 khe. Bề rộng răng cưa: brc = 200 mm
Bề rộng khe: bk = 100 mm Khe tạo góc α = 900
Chiều sâu khe: bk2 = 100
2 = 50 mm [3]
Chiều cao máng răng cưa là 300 mm, bề dày máng là 5 mm, máng được bắt dính với thành bể lắng.
Tổng số khe:
n = 5 x Lrc = 3 x 15,08 = 45 (khe) Lưu lượng nước qua 1 khe
qkhe = Qtbngày
𝑡𝑡 =
1400
45 = 31 m
3/khe.ngày Tải trọng thu nước trên một máng tràn:
a = Qtbngày Lrc = 1400 15,08 = 92,83 m 3/m.ngày Tính tốn lượng bùn mỗi ngày
Lượng SS mất đi trong quá trình lắng là 20% 380 – 190= 190 mg/l
Lượng cặn tươi sinh ra từ bể lắng mỗi ngày: MSS = 𝑆𝑆𝑆𝑆đã𝑥𝑥ử𝑙𝑙ý 𝑥𝑥𝑄𝑄 (𝑡𝑡𝑏𝑏𝑡𝑡𝑔𝑔à𝑦𝑦) 𝑥𝑥𝑅𝑅𝑠𝑠𝑠𝑠
1000 =
190𝑥𝑥1400
1000 = 266 (kg/ngày)
Lượng BOD mất đi trong quá trình lắng 20% 1624,5 – 1300 = 324,5 mg/l Lượng bùn tạo ra MBOD = 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐷𝐷đã𝑥𝑥ử𝑙𝑙ý 𝑥𝑥𝑄𝑄 (𝑡𝑡𝑏𝑏𝑡𝑡𝑔𝑔à𝑦𝑦) 1000 = 324,5𝑥𝑥1400 1000 = 454,3 (kg/ngày)
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm Wbùn = 𝐺𝐺 𝐶𝐶 = 𝑀𝑀𝑠𝑠𝑠𝑠+𝑀𝑀𝑏𝑏𝑀𝑀𝑑𝑑 𝐶𝐶 = 266+454,3 70 = 10,29 m 3/ngày = 0,43 m3/h = 1,19 x 10-4 m3/s Trong đó: C: hàm lượng chất rắn trong bùn, C = 40 – 120 kg/m3, Chọn C = 40 kg/m3 Tính tốn đường ống dẫn bùn Chọn vận tốc bùn chảy trong ống v = 0,5 m/s ( v = 0,3 – 0,7 m/s)
Do lưu lượng bùn nhỏ nên chọn thời gian xã bùn trong 1 ngày là 30 phút Đường kính của ống dẫn bùn:
Dống = �4𝜋𝜋𝑥𝑥𝑥𝑥𝑄𝑄𝑣𝑣ố𝑡𝑡𝑔𝑔𝑏𝑏ù𝑡𝑡 = �4𝑥𝑥1𝜋𝜋,19𝑥𝑥0𝑥𝑥,510−4 = 17 mm Chọn ống dẫn bùn bằng nhựa PVC O21
Tại bể lắng ta đặt một máy bơm bùn chìm để bơm bùn từ bể lắng sang bể chứa bùn.
Tính tốn máy bơm bùn
Cơng suất máy bơm bùn
N = W bùn × H × g × 1000 × η ρ = 1,19 𝑥𝑥 10−41000 × 0,8 × 10 × 9,81 × 1020 = 0,015 KW Tổng hệ số ma sát cục bộ 8 25 , 0 25 , 0 1 , 1 . 5 5 , 0 1 5 , 0 6 5 4 3 2 1+ + + + + = + + + + + = = ∑ξcb ξ ξ ξ ξ ξ ξ 5 , 0 1 = ξ : hệ số trở lực khi vào ống hút; 1 2 = ξ : hệ số trở lực khi ra ống hút; 5 , 0 3 = ξ : hệ số trở lực van một chiều; 1 , 1 4 = ξ : hệ số trở lực khuyển cong 900; 25 , 0 5 = ξ : hệ số đột mở ở bồn áp lực; 25 , 0 6 = ξ : hệ số độ thu ở bình áp lực;
Những thông số này tra ở phụ lục 13- Q trình và thiết bị hố học (tập 10)
• H: Cột áp của bơm, H = ∑ξcb + H(bể) = 10mH2O.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
• η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂𝜂 = 0,7−0,9. Chọn η= 0,8.
• ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ = 1020 kg/m3.
Công suất thực của bơm:
Ntt = β × N = 2 × 0,015 kW = 0,03 kW = 0,04Hp Trong đó:𝛽𝛽: Hệ số dự trữ - N < 1→ β= 1,5−2,2. - N > 1→ β= 1,2−1,5. - N = 5−50→ β= 1,1. → Chọn β= 2
→ Ta chọn 1 máy bơm bùn Model CWT65 – 0,45KW/3P của hãng shinmaywa – Nhật Bản công suất 0,5 Hp.
Bảng 3.11 Tóm tắt thơng số tính tốn của bể lắng đứng
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vịGiá trị
1 Chiều cao bể Hxd m 8,04
2 Chiều dài cạnh bể D m 5,15
3 Đường kính ống trung tâm Dtt m 0,6
4 Chiều cao ống trung tâm htt m 3,6
5 Đường kính ống loe d1 m 0,81
6 Đường kính ống dẫn nước thải d mm 90
7 Rộng máng thu nước bm m 0,6
8 Cao máng thu nước hm m 0.3
9 Đường kính ống dẫn bùn db mm 17
10 Công suất máy bơm Ntt Hp 0,5
4.5.5. Bể Trung gian
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Chọn thời gian lưu nước là 30 phút. Thể tích bể trung gian
V = Qtb giờ x t = 58,33 x 0,75 = 43,75 m3 Chọn chiều cao bể Hbể = 3,5 m
Chiều rộng B = 3 m Chiều dài L =4 m
Chiều cao bảo vệ là 0,5 m
Chiều cao xây dựng Hxd = 3 + 0,5 = 4 m
Tính tốn ống dẫn nước từ bể trung gian qua bể UASB
Với vận tốc nước chảy trong ống là 2 m/s, đường kính ống ra: Dr = �𝜋𝜋𝑥𝑥4𝑥𝑥2𝑥𝑥143600,6 = 0,05 m = 50 mm
Ta chọn ống nhựa uPVC O 60
Nước thải sẽ được bơm vào bể UASB
Bảng 3.12 Tóm tắt thơng số tính tốn của bể trung gian
STT Tên thơng số Ký hiệu Đơn vị Kích thước
1 Chiều cao xây dựng Hxd m 3,5
2 Chiều dài bể L m 4
3 Chiều rộng bể B m 3
4 Ống dẫn nước thải ra Dr mm 60
4.5.6. Bể UASB
Kích thước bể
Chọn Hiệu suất xử lý của UASB 70%
Nồng độ COD dòng ra: 1769 x 30% = 530,7 mg/l Lượng COD cần khử trong 1 ngày:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
= 1733,62 kg COD/ngày Tải trọng khử COD:
Chọn L = 8 kg COD/m3.ngày (Bùn hạt không khử SS) Thể tích phẩn xử lý kỵ khí:
𝑉𝑉 = 𝐺𝐺𝐿𝐿 = 1733,62kg COD/ngày
8kg COD/m3.ngày = 216,7 m3
Tốc độ nước đi lên trong bể: v = 0,6 ÷ 0,9 m/h để đảm bảo bùn trong bể được duy trì ở trạng thái lơ lửng. [4] Chọn v = 0,9 m/h. Diện tích bề mặt bể: 𝐹𝐹 = 𝑄𝑄𝑣𝑣 = 1400𝑣𝑣3/ngày 24𝑥𝑥0,9m/h = 64,81 m2 Chọn kích thước bể: B × L = 7 m × 9,5 m Chiều cao phần xử lý kỵ khí: 𝐻𝐻 = 𝑉𝑉𝐹𝐹 = 216,7𝑣𝑣3 64,81m2 = 3,35 m
Chọn chiều cao phểu thu khí Hp = 1,5 m (H2 > 1 m để đảm bảo khơng gian an tồn cho vùng lắng)
Chọn chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m
⇒ Chiều cao tổng thể của bể Hbể
Hbể = H + Hp + Hbv = 3,35 m + 1,5 m + 0,5 m = 5,35 m Thời gian lưu nước trong ngăn lắng từ 4 đến 12 giờ
tlắng= Q Vlaéng
=7𝑥𝑥9,5𝑥𝑥 (5,5−0,5)
1400 𝑥𝑥 24 = 5,7 giờ (Thỏa yêu cầu từ 4 đến 12 giờ) (nguồn: Lettinga và Hulshoff Pol, 1991)
Trong bể thiết kế 2 ngăn lắng. Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí.
Tấm chắn khí đặt nghiêng một góc α ( với α = 450 ÷ 600). Chọn α = 550
Tính tốn máng thu nước
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Bố trí hai máng thu nước ( kết hợp với máng răng cưa) đặt giữa hai ngăn lắng và dọc theo chiều rộng của bể. Máng bê tông cốt thép dày 65mm, có lắp thêm máng răng cưa thép khơng gỉ, được đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí. Máng có độ dốc 5% để nước dễ dàng về phần cuối máng. Tại đây có đặt ống thu nước 100 bằng thép để dẫn sang bể Aerotank.
Máng thu nước tiết diện hình chữ nhật b x h với b=2h Chiều dài máng thu bằng chiều rộng của bể B= 3m Chọn vận tốc nước qua máng thu v= 0,4m/s.
Lưu lượng vào một máng: Qmáng= 𝑄𝑄
2 = 2𝑥𝑥241400𝑥𝑥3600 = 0,008 m/s
Diện tích máng thu nước: A = 𝑄𝑄
𝑣𝑣𝑣𝑣á𝑡𝑡𝑔𝑔 =
1400
24𝑥𝑥3600𝑥𝑥0,4 = 0,04m2
Ước tính máng thu chỉ cao đến mức Hn=0,7m Diện tích mặt cắt ướt của máng thu nước: Amc = b x Hn = 0,5h x 2h = 1,4h2 Chiều cao của máng thu:
⟹ h = �1𝐴𝐴,4 = �01,04,4 = 0,16m = 16 mm Chọn h = 160 mm
Vậy bề rộng máng: b = 2 x 160= 320 mm
Máng răng cưa:
Chiều cao răng cưa: 60 mm Chiều dài răng cưa: 150 mm Chiều cao cả thanh: 260 mm
Khoảng cách giữa 2 đỉnh răng cưa 450 mm.
Như vậy mỗi bên thành máng, với chiều dài là 7 m có 15 khe. Tổng số khe dọc theo máng bê tơng là 15 × 2 = 30 khe.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm
Nước trước khi đi vào ngăn lắng ở đỉnh bể sẽ được tách khí bằng các tấm cách khí đặt nghiêng so với phương ngang một góc 45 – 600. Tổng chiều cao của toàn bộ ngăn
lắng Hngăn lắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dữ trữ chiếm 30% tổng
chiều cao bể. Chọn góc nghiêng giữa tấm chắn với phương ngang là 500 thì ta có:
tan 50𝑀𝑀 = 𝐻𝐻 (𝑡𝑡𝑔𝑔ă𝑡𝑡𝑙𝑙ắ𝑡𝑡𝑔𝑔)+𝐻𝐻𝑏𝑏𝑣𝑣 𝐵𝐵
2
�
⟹Hngăn lắng + Hbv = (B/2) x tan 50o = 7/2 x tan500
⟹Hngăn lắng = 4,2 m
Kiểm tra: 𝐻𝐻 (𝑡𝑡𝑔𝑔ă𝑡𝑡𝐻𝐻𝑙𝑙ắ𝑡𝑡𝑔𝑔𝑏𝑏ể )+𝐻𝐻𝑏𝑏𝑣𝑣 = 4,2+0,5
5,5 = 0,86 x 100 = 86% >30% (Đạt yêu cầu) Ta đặt 4 tấm chắn dịng khí, mỗi bên đặt 2 tấm, đặt theo hình chữ V, các tấm này
đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang 1 góc 50o.
Chọn khe hở và tấm chắn dịng khí bằng nhau
Diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí ≫ 15 – 20% diện tích bề mặt bể.
Chọn Fkhe = 0,15F
Trong vùng lắng cặn có 4 khe hở, diện tích mỗi khe
Fkhe = 0,15𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑠𝑠ố𝑘𝑘ℎ𝑒𝑒 =
0,15𝑥𝑥64,81
4 = 2,4 m
2
Khoảng cách giữa các khe
bkhe = 𝐹𝐹𝑘𝑘ℎ𝑒𝑒 𝑠𝑠ố𝑘𝑘ℎ𝑒𝑒 = 2,4 4 = 0,6 m Thu khí Tính lượng khí sinh ra
Lượng khí sinh ra: 0,5 m3/ kg CODloại bỏ
Qkhí = 0,5 m3/ kg CODloại bỏ × 1733,62 kg CODloại bỏ /ngày = 867 m3/ ngày
Lượng khí CH4 sinh ra: 0,35 m3 CH4/ kg CODloại bỏ
QCH4 = 0,35 m3 CH4/ kg CODloại bỏ ×1733,62kg CODloại bỏ /ngày = 607 m3/ ngày
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn – Sóc Trăng, Cơng suất 1400 m3/ngày.đêm Đường kính ống thu khí Vận tốc khí trong ống 10 – 15 m/s Chọn vận tốc khí trong ống: vkhí = 10 m/s Lắp 2 ống dẫn khí bên trên thành bể Đường ống dẫn khí Dkhí = �3,14𝑥𝑥4𝑣𝑣𝑥𝑥𝑘𝑘ℎ𝑄𝑄í 𝑘𝑘ℎ𝑥𝑥24í /2𝑥𝑥3600 = �3,14𝑥𝑥410𝑥𝑥𝑥𝑥86724/𝑥𝑥23600 = 0,025 m = 25 mm Chọn đường kính ống dẫn khí bằng inox D = 30 mm Tấm chắn khí:
Được thiết kế bằng 2 tấm thép không rỉ dày 5 mm, đặt theo cạnh bể ghép với nhau có