III. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
4.4. Hiệu suất xử lý
4.4.1. Hiệu suất của phương án I
Cơng trình TSS BOD5 COD N P
Song chắn rác
Cvào (mg/l) 400 1800 2700 45 10
H% 5 5 5 _ _
Cra (mg/l) 380 1710 2565 45 10 Bể điều hịa Cvào (mg/l) 380 1710 2565 45 10
H% - 5 5 - - Cra (mg/l) 380 1624,5 2211 45 10 Bể lắng I Cvào (mg/l) 380 1624,5 2211 45 10 H% 50 20 20 - - Cra (mg/l) 190 1300 1769 45 10 Bể trung gian Cvào (mg/l) 190 1300 1769 45 10 H% - - - - - Cra (mg/l) 190 1300 1769 45 10 Bể UASB Cvào (mg/l) 190 1300 1769 45 10 H% 20 80 70 (*) (*) Cra (mg/l) 152 260 530,7 32,43 7,49
Bể Aerotank Cvào (mg/l) 152 260 530,7 32,43 7,49 H% 10 90 80 (**) (**) Cra (mg/l) 136,8 26 106 18,06 4,62 Bể lắng II Cvào (mg/l) 136,8 26 106 18,06 4,62 H% 60 - - - - Cra (mg/l) 54,72 26 106 18,06 4,62 Bể khử trùng Cvào (mg/l) 54,72 26 106 18,06 4,62 H% - - - - - Cra (mg/l) 54,72 26 106 18,06 4,62 Nguồn tiếp nhận Cvào (mg/l) 54,72 26 106 18,06 4,62 QCVN 40:2011/BT NMT Cột B 100 50 150 40 6
Tính tốn lượng N, P của quá trình kỵ khí ( Bể UASB)
Do COD < 3000 nên:
Ta cĩ tỷ lệ: COD : N : P = 500 : 5 : 1 N = 1796𝑥𝑥0,7𝑥𝑥5
500 = 12,57 mg/l
N đã sử dụng cho tổng hợp tế bào của bể UASB là 12,57 mg/l N dịng ra bể UASB là 45 – 12,57 = 32,43 mg/l
P = 1796𝑥𝑥0,7𝑥𝑥1
500 =2,51mg/l
P dịng ra bể UASB là 10 – 2,51 = 7,49 mg/l
Tính tốn lượng N, P của quá trình hiếu khí ( Bể Aerotank)
Ta cĩ tỷ lệ: COD : N : P = 150 : 5 : 1 N = 530,7𝑥𝑥0,8𝑥𝑥5
150 = 14,37 mg/l
N đã sử dụng cho tổng hợp tế bào của bể UASB là 14,37 mg/l N dịng ra bể UASB là 32,43 – 14,37 = 18,06 mg/l
P = 538,8𝑥𝑥0,8𝑥𝑥1
150 = 2,87 mg/l
P đã sử dụng cho tổng hợp tế bào của bể UASB là 2,87 mg/l N dịng ra bể UASB là 7,49 – 2,87 = 4,62 mg/l
4.4.2. Hiệu suất của phương án II
Cơng trình TSS BOD5 COD N P
Song chắn rác
Cvào (mg/l) 400 1800 2700 45 10
H% 10 5 5 _ _
Cra (mg/l) 360 1710 2565 45 10 Bể điều hịa Cvào (mg/l) 360 1710 2565 45 10
H% - 5 5 - - Cra (mg/l) 360 1624,5 2211 45 10 Bể lắng I Cvào (mg/l) 360 1624,5 2211 45 10 H% 60 20 20 - - Cra (mg/l) 144 1300 1769 45 10 Cvào (mg/l) 144 1300 1769 45 10
Bể trung gian H% - - - - - Cra (mg/l) 144 1300 1769 45 10 Bể UASB Cvào (mg/l) 152 1300 1769 45 10 H% 25 80 70 (*) (*) Cra (mg/l) 86,4 260 530,7 32,43 7,49 Bể SBR Cvào (mg/l) 86,4 260 530,7 32,43 7,49 H% - 85 80 80 - Cra (mg/l) 86,4 39 100,74 18,06 4,62 Bể khử trùng Cvào (mg/l) 86,4 39 100,74 18,06 4,62 H% - - - - - Cra (mg/l) 86,4 39 100,74 18,06 4,62 Nguồn tiếp nhận Cvào (mg/l) 86,4 39 100,74 18,06 4,62 QCVN 40:2011/BT NMT Cột B 100 50 150 40 6 4.5. Tính Tốn Các Cơng Trình Đơn Vị A.Tính Tốn Cơng Trình 1
Hệ thống xử lý nước thải hoạt động 24/24, vậy lượng nước thải đổ ra liên tục. Lưu lượng trung bình ngày
Qtb ( ngày đêm) = 1400 m3/ngày.đêm Lưu lượng trung bình giờ
Qtb(giờ) = Qtb ( ngàyđêm)
24 = 58,33 m3/h
Lưu lượng trung bình giây Qtb(giây) = Qtb
86400 =864001400 = 0,016 m3/s= 16 l/s Với lưu lượng là 16 l/s < 20 l/s thì ta chọn:
K0max = 1,92 Komin = 0,03 Lưu lượng giờ lớn nhất
Q (h max) = Qtb(giờ) x K0max = 58,33 x 1,92 = 112 (m3/h) Lưu lượng giây lớn nhất
Q (s max) = Q ( hmax)
3600 =
112
3600 = 0,03 (m3/s)
Lưu lượng giờ nhỏ nhất
Q (h min) = Qtb(giờ) x K0min = 58,33 x 0,03 = 1,75 (m3/h)
4.5.1 Song chắn rác
a) Tính tốn mương dẫn
Kích thước mương đặt song chắn
Chọn tốc độ dịng chảy trong mương v= 0,3 (m/s). Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thốt nước là H= 0,7m.
Chọn kích thước mương: Rộng x sâu = B x H = 0,35m x 0,7m. Vậy chiều cao lớp nước trong mương là:
h = Q ( hmax)
3600.𝑣𝑣.𝐵𝐵 =
58,33
3600.0,3.0,35 = 0,23 (m)
Chọn kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 5mm x 25mm và ke hở giữa các thanh w=25mm
Kích thước song chắn rác
Giả sử thanh chắn cĩ n thanh, vậy số khe hở m = n +1
B = n x b + (n+1)w
350 = n x 5 + ( n + 1) x 25 n= 10,8
Chọn số thanh n= 10. Vậy khoảng cách giữa các thanh là: 10 x 5 + ( 10+)x w W= 27,3mm Tổn thất áp lực qua song chắn rác: Hs = ξ x 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑥𝑥2𝑥𝑥𝑔𝑔2 x K1 = 0,91 x 0,82 2𝑥𝑥9,81 x 3 = 0,089 m = 89 mm Trong đĩ:
Vmax: Vận tốc của nước thải đi qua song chắn rác ứng với chế độ Qmax, vmax = 0,8 m/s K1: hệ sốtính đến sựtăng tổn thất do vướng mắc ở song chắn rác, K1 = 2 – 3.
Chọn K1 = 3
ξ: hệ số tổn thất cục bộ của song chắn rác
ξ = β x ( 𝑏𝑏S ) 4/3 x sinα = 2,42 x ( 00,,015008 ) 4/3 x sin60 = 0,91
α: gĩc nghiêng của song chắn rác so với hướng dịng chảy, α = 60 – 900. Chọn α = 600 β: hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh song chắn. Chọn tiết diện song chắn rác kiểu “a”.
Bảng 3.4. Hệ số β để tính sức cản cục bộ của song chắn rác
Tiết diện thanh a b c d e
Hình 3.4.1 Tiết diện ngang các loại thanh của song chắn rác.
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: L1 = Bs−Bm 2𝑥𝑥𝑡𝑡𝑣𝑣𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0,64−0,4 2𝑥𝑥 tan 20 = 0,33 m = 330 mm Trong đĩ: Bm: Chiều rộng mương dẫn, Bm = 0,4m 𝛿𝛿: gĩc nghiêng chỗ mở rộng, 𝛿𝛿= 20
Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: L2 = 𝐿𝐿1
2 = 0,33
2 = 0,17 m = 170 mm
Chiều dài xây dựng phần mương lắp đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + Ls = 0,33 + 0,17 + 1,5 = 2 m Trong đĩ:
Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác. Chọn Ls = 1,5 m Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác: H = h1 + h2 + hbv = 0,04 + 0,089 + 0,5 = 0,63 m Trong đĩ:
h1: độ sâu mực nước trong mương dẫn, h1 = 0,04 m h2: tổn thất áp lực ở song chắn rác, h2 = 0,089 m
hbv: Khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mực nước cao nhất, hbv = 0,5 m
Bảng 3.5 Tĩm tắt các thơng số thiết kế song chắn rác
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Số khe hở n Khe 27
2 Chiều rộng song chắn Bs mm 640
3 Bề dày của thanh song chắn S mm 8
4 Khoảng cách giữa các khe hở B mm 15
5 Gĩc nghiêng song chắn α Độ 60
6 Chiều dài phần mở rộng trước song chắn
L1 mm 330
7 Chiều dài phần mở rộng sau song chắn
L2 mm 170
8 Chiều dài xây dựng phần mương L mm 2000
9 Tổn thất áp lực song chắn rác hs mm 89
10 Chiều sâu xây dựng phần mương H mm 630
4.5.2. Bể thu gom
Tính tốn kích thước bể
Lưu lượng nước thải vào hố thu gom: Qmax,h= 58,33 m3/h. Thời gian lưu nước t = 15 – 30 phút. Chọn t = 20 phút
[Nguồn: Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân – Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải đơ thị và cơng nghiệp – NXB Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh]
Thể tích cần thiết của h,ố thu gom: V =Q (𝑣𝑣𝑣𝑣𝑥𝑥,ℎ)
60 x t = 58,33
Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 2,3 m Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,7 m
Chiều cao xây dựng của bể thu gom: Hxd = H + hbv = 2,3 + 0,7 = 3 m Diện tích mặt bằng của bể: A = 𝑉𝑉 𝐻𝐻 = 19,44 2,3 = 8,45 m 2
Chọn kích thước bể thu gom: L x B x H = 2,5 m x 2,5 m x 3,5m Nước thải từ hố thu gom sẽ được bơm trực tiếp qua bể điều hịa
Bảng 3.6 Thơng số thiêt kế bể thu gom
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Thể tích xây dựng V m3 19,44
Chiều dài L m 2,5
Chiều rộng B m 2,5
Chiều cao xây dựng Hxd m 3,5
Tính tốn đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể
Lưu lượng trung bình giờ lớn nhất: Q (h max) = 58,33 m3/h = 0,016 m3/s Vận tốc nước thải đi trong ống: v = 1 m/s
Đường kính ống dẫn nước ra:
D = �4𝑥𝑥𝑄𝑄𝜋𝜋 (𝑥𝑥𝑠𝑠𝑣𝑣max) = �43𝑥𝑥,140,𝑥𝑥0161 = 0,14 m = 142 mm Ta chọn ống dẫn nước bằng nhựa PVC cĩ D = 200 mm
Tính tốn bơm nước thải
Chon máy bơm Q ( s max ) = 0,03 m3/s Cột áp bơm: H = 10 m
N = Qmaxs × H × g × ρ 1000 × η = 0,03 × 10 × 9,81 × 1000 1000 × 0,8 = 3,68 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 thơng số này tra ở phụ lục 13- Quá trình và thiết bị hố học (tập 10)
H: Cột áp của bơm, H = ∑ξcb + H(bể) = 10mH2O.
Trong đĩ:
η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂𝜂 = 0,7−0,9. Chọn η= 0,8. ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ= 1000kg/m3.
Cơng suất thực của bơm:
Ntt = β × N = 1,4 × 1,23 = 1,72kW = 2,34 HP Trong đĩ: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= 1,4
→ Ta chọn 1 máy bơm chìm cơng suất 3Hp
Vậy ta mua 2 mày bơm chìm nước thải Tsurumi 100BZ42.2 – 3HP ( 2 máy hoạt động luân phiên nhau)
Bảng 3.7 Tĩm tắt các thơng số thiết kế bể thu gom
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều cao xây dựng Hxd m 3,5
2 Chiều rộng B m 2,5
3 Chiều dài L m 2,5
4 Đường kính ống dẫn nước ra D mm 142
4.5.3. Bểđiều hịa
Nhiệm vụ: điều hịa lưu lượng nước thải dịng vào, làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các cơng đoạn tiếp theo. Bể được xáo trộn nhằm ngăn chặn quá trình lên men yếm khí gây mùi, đồng thời tạo sự xáo trộn đều các chất ơ nhiễm trong tồn bộ nước thải, tránh việc lắng cặn trong bể.
Nguyên tắc hoạt động: nước thải được khuấy trộn đều bởi cánh khuấy Thời gian lưu nước tại bể điều hịa t = 4 −8h. Ta chọn t = 7h. Thể tích làm việc của bể điều hịa:
V = Qhmax × t = 58,33 × 7 = 408,31 m3
Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hịa: H = 5 m. Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m.
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 5,5 m. Diện tích bể điều hịa:
F = H = V 58,334 = 14,6 m2
Kích thước bể điều hịa: L × B × H = 8 m × 7,5 m × 5,5m. Thể tích xây dựng bể: Vtt= 8 m × 7,5 m × 5,5m = 330 m3
Tính tốn hệ thống khuấy trộn ở bểđiều hịa
Bảng 3.8 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hịa
Dạng khuấy trộn cơ khí 4 - 8 w/m3 thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 - 15 L/m3.phút (m3 thể tích
bể)
(Bảng 9.7/422/[1])
Thiết bị khuấy trộn điều hịa được lựa chọn bằng khuấy trộn cơ khí Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn:
Qkhí = R x V = 0,014 x 408,31 = 5,71 m3/phút= 343 m3/h Trong đĩ:
+ R: Tốc độ nén khí, R = 12 - 15 lít khí/m3 thể tích.phút. Chọn R = 14 lít khí/m3 thể tích.phút= 0,014 m3 khí/m3 thể tích. phút
+ V: Thể tích làm việc của bể điều hịa (m3), V=408 m3
Tính tốn thiết bị phân phối khí:
Khí được phân phối bằng các đĩa phân phối khi. Chọn đĩa phân phối khí EDI FlexAir Threaded Disc với các thơng số như sau:
• Đường kính: 0,2m
• Cường độ thổi khí: 13 m3/h Số đĩa phân phối trong bể:
n=Q𝑘𝑘ℎ𝑖𝑖𝑖
13 =34313 = 26 đĩa
Cách bố trí ống phân phối khí:
Ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt theo chiều dài bể. Chia ra là 3 ống nhánh, mỗi ống 8 đĩa. Mỗi ống cách nhau 2,5m, cách mỗi bên tường 2m. Các dĩa trên ống cách nhau 1m, 2 đĩa 2 đầu cách 2 tường 0,9m.
Đường kính ống dẫn khí chính:
D = �𝑣𝑣ố𝑡𝑡𝑔𝑔4𝑥𝑥𝑥𝑥𝜋𝜋𝑄𝑄𝑥𝑥3600 = �𝜋𝜋𝑥𝑥43600𝑥𝑥343𝑥𝑥15 = 0,08 m
Chọn ống dẫn khí bằng ống nhựa bình minh đường kính 90mm, độ dày ống là 4,3mm Lưu lượng khí trong ống nhánh: Q’= 3432 = 171,5 m3/h
D = �𝑣𝑣ố𝑡𝑡𝑔𝑔4𝑥𝑥𝑥𝑥𝜋𝜋Q𝑥𝑥’3600 = �𝜋𝜋4𝑥𝑥𝑥𝑥3600171𝑥𝑥,515 = 0,06 m Chọn ống d = 63mm, bề dày 3mm Tính và chọn máy thổi khí Tổng lượng khí cung cấp: Q = 343 60= 5,17m3/phút
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo cơng thức: Hct = Hd + He + ∑ Hf + H
Trong đĩ:
Hd : Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, m; He : Tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh, m;
Hf : Tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối khí, Hf k quá 0,5m; H : Chiều sâu hữu ích của bể, H= 3,5m;
Tổng tổn thất của Hd và He thường khơng quá 0,4m. Vậy áp lực cần thiết của bể là:
Hct = 0,4 + 0,5 + 3,5 = 4,4mH2O= 0,44 atm Chọn Hct = 0,6 atm
Cơng suất của máy thổi khí được tính theo cơng thức: P = 𝐺𝐺.𝑅𝑅 .𝑇𝑇
29,7𝑡𝑡.𝑒𝑒[(𝑃𝑃2𝑃𝑃1)0,283−1]
Trong đĩ:
P : Cơng suất máy thổi khí, Kw;
G: Khối lượng của khơng khí mà hệ thống cung cấp trpng một đơn vị thời gian, kg/s;
G= Qkk . 𝜌𝜌𝑘𝑘𝑘𝑘= 160,72𝑚𝑚3/𝑠𝑠 . 1,18 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚3= 0,034 kg/s
R: Hằng số hí kí tưởng, R = 8,314;
T : Nhiệt độ tuyêt đối của khơng khí đầu vào, T= 28 + 273= 3010K; P1: Áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu vào, atm. P1 = 1 atm;
P2 : Áp suất tuyệt đối của khơng khí đầu ra, atm. P2 = Hct + 1= 0,6 + 1 = 1,6atm ;
n=𝐾𝐾−1
𝐾𝐾 =1,1395−1,395 = 0,283
K: Hệ sốđối với khơng khí, K= 1,395;
e: Hiệu suất của máy khí nén từ 0,7 -–0,9, chọn e= 0,7 Vậy cơng suất của máy thối khí:
P = 0,034𝑥𝑥8,314𝑥𝑥301
Bảng 3.9 Thơng số thiết kế bể điều hịa
Thơng số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Thể tích xây dựng Vtt m3 410
Thể tích làm việc V m3 291,6
Chiều dài L m 8
Chiều rộng B m 7,5
Chiều cao xây dựng H m 5,5
Tốc độ khí nén để xáo trộn R m3/ m3.phút 0,014
Đường kính ống dẫn khí chính D m 0,08
Đường kính ống dẫn khí nhánh d m 0,06
4.5.4. Bể lắng I ( bể lắng đứng)
Nhiệm vụ: lắng các tạp chất phân tán nhỏ (chất lơ lửng) dưới dạng cặn lắng xuống đáy bể.
Bể lắng đứng được lựa chọn để tính tốn thiết kế căn cứ vào cơng suất của trạm xử lý nước dưới 20.000 m3/ngày (TCXDVN – 2008)
Bảng 3.10 Thơng số thiết kế bể lắng đứng
Thơng số Đơn vị Giá trị
Vận tốc chuyển động của nước trong ống trung tâm
mm/s Khơng 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
Gĩc nghiên của đáy bể lắng so với phương ngang
Độ Khơng vượt quá 60 độ
Vận tốc dịng 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
Trong đĩ:
Vtt: Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy khơng 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