3.2.1. Các thơng số đầu vào
Lưu lượng thiết kế: Qngàytb = 1000 m3/ngày đêm.
Lưu lượng trung bình giờ: Qhtb = Qngàytb 24 =
1000
24 = 41,7 (m3/h)
Lưu lượng trung bình giây:Qstb = Qhtb 3600=
41,7
3600 = 0,0116 (m3/s) = 11,6 (l/s)
Bảng 3.8. Lưu lượng nước thải trung bình
Hệ số khơng điều hịa K0
Lưu lượng nước thải trung bình qtb (l/s)
5 10 20 50 100 300 500 1000 ≥ 5000
K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44
K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71
(Theo bảng 3-1/5/[3]).
Theo bảng 5.1 ứng với Qtbs = 11,6 l/s ta cĩ hệ số khơng điều hịa K0 max = 2,1. Và K0 min = 0,45.
Lưu lượng lớn nhất giờ :Qhmax = Qtbh × K 0 max = 41,7 × 2,1 = 87,57 (m3/h)
Lưu lượng nhỏ nhất giờ :Qminh = Qtbh × K 0 min = 41,7 × 0,45 = 18,77 (m3/h)
Lưu lượng nhỏ nhất giây :Qmins = Qstb× K 0 min = 11,6 × 0,45 = 5,22 (l/s)
3.2.2. Song chắn rác a. Nhiệm vụ a. Nhiệm vụ
Song chắn rác cĩ nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thơ cĩ kích thước lớn trong nước thải trước khi đưa ra các cơng trình xử lý phía sau. Việc sử dụng song chắn rác trong các cơng trình xử lý nước thải tránh được các hiện tượng tắc nghẽn đường ống, gây hư hỏng máy bơm.
b. Tính tốn
Vì cơng suất lớn nên chọn song chắn rác làm sạch bằng phương pháp cơ khí.
Bảng 3.9 Thơng số thiết kế điển hình của song chắn rác
Thơng số Làm sạch cơ khí
Kích thước thanh song chắn
Rộng (mm) 5 – 15
Dày (mm) 25 – 40
Khoảng cách khe hở giữa các thanh song chắn 16 – 75
Độ dốc theo phương đứng (°) 0 – 30
Vận tốc nước trong kênh dẫn trước song chắn rác (m/s) 0,6 – 1
Tổn thất áp lực cho phép (mm) 150 – 600
(Nguồn: Bảng 9.3/[2]).
Dựa vào Bảng 5.2, chọn tốc độ dịng chảy trong mương: vs = 0,8 m/s. Nước thải theo mương dẫn đến song chắn rác hình chữ nhật:
Diện tích tiết diện ướt:
W = Qsmax v =
0,02436
0,8 = 0,03 (m2). Thiết kế mương dẫn cĩ bề rộng B = 0,4 m = 400 mm.
h =W B=
0,03
0,4 = 0,075 m.
=>Chọn kích thước thanh chắn rác (rộng x dày) là: b x d = 8 x 40 (mm) và khe hở giữa các thanh là w = 40 mm.
Tính tốn song chắn rác:
Gọi n, m là số thanh chắn và số khe hở của song chắn rác. Vậy số khe hở là: m = n – 1
Mối quan hệ giữa chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở như sau: B = n × b + (n + 1) × w
400 = n × 8 + (n + 1) × 40
n = 8.
Nếu chọn n = 8, khi đĩ khoảng cách giữa các thanh điều chỉnh lại như sau: 400 = 8× 8 + (8+ 1) × w
w = 37 mm
Số khe tương ứng là: m = 7 khe.
Tổn thất áp lực qua song chắn:
Tổng tiết diện các khe song chắn, A:
A = [B – (b × n)] × h Trong đĩ: B = Chiều rộng mương đặt song chắn rác, m b = Chiều rộng thanh song chắn, m
n = Số thanh
h = Chiều cao lớp nước trong mương, m
A = [0,4m – (0,008m x 8 thanh)] × 0,075 = 0,0252 (m2) Vận tốc dịng chảy qua song chắn:
V = Qsmax A =
24,36 l/s
0,0252m2 × 1
Tổn thất áp lực qua song chắn: hs = 1 0,7× V2−vs2 2g = 1 0,7×0,972−0,82 2×9,81 = 0,022 m = 22 mm <150 mm. Trong đĩ: hs: Tổn thất áp lực qua song chắn rác, m.
V: Vận tốc dịng chảy qua song chắn, m/s. vs : Vận tốc dịng chảy trong mương, m/s. g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s.
Như vậy tổn thất áp lực nằm trong giới hạn cho phép (< 150 mm). (Trang 415/[4]).
Hình 3.3 Sơ đồ lắp đặt song chắn rác.
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: L1 = Bs−Bm
2tgφ =
0,4−0,3
2tg20° = 0,14 m. Trong đĩ: Bs : Chiều rộng mương đặt song chắn rác, Bs = 0,4m. Bm: Chiều rộng mương dẫn nước vào, chọn Bm = 0,3m.
𝜑 Gĩc nghiêng, chỗ mở rộng cửa buồng đặt song chắn rác, thường lấy 𝜑 = 200. (Trang 118/[4]).
L2 = L1/2 =0,14/2 = 0,07(m). Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác:
L = L1 + Ls + L2 = 0,14 + 1,5 + 0,07 = 1,71 (m) Với Ls: Chiều dài phần mương đặt song chắn rác, chọn Ls = 1,5m. Chiều cao xây dựng của phần mương đặt song chắn:
H = h + hs + 0,5 = 0,075 + 0,022 + 0,5 = 0,6 (m) Trong đĩ:
h : Chiều cao lớp nước trong mương, m.
hs : Tổn thất áp lực áp lực ở song chắn rác, h. hs = 0,022 m.
0,5 : Khoảng cách giữa cơt sàn nhà dặt song chắn rác và mực nước cao nhất. Hàm lượng chất lơ lửng (SS), cũng như COD và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác đều giảm 10%.
Hàm lượng chất lơ lửng cịn lại:
SS = 300 × (100 – 10)% = 270 mg/l. Hàm lượng COD cịn lại:
COD = 2300 × (100 – 10)% = 2070 mg/l. Hàm lượng BOD5 cịn lại:
BOD5 = 1100 × (100 – 10)% = 990 mg/l.
Bảng 3.10 Các thơng số tính tốn và kích thước song chắn rác
STT Thơng số Đơn vị Giá trị
1 Số khe hở khe 7 2 Chiều rộng song chắn rác m 0,4 3 Kích thước thanh chắn: Chiều rộng Chiều dày mm mm 8 40
5 Chiều sâu xây dựng m 0,6
6 Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác m 0,14
7 Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác m 0,07
8 Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp
đặt song chắn rác m 1,71
9 Chiều cao xây dựng của phần mương đặt song
chắn m/s 0,6
3.2.3. Bể thu gom a. Nhiệm vụ a. Nhiệm vụ
Để thu gom triệt để lượng nước thải và đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm họt động an tồn, đảm bảo lưu lượng cố định cho cơng trình phía sau hoạt động, với hiệu suất cao, giúp các cơng trình phía sau khơng phải thiết kế âm sâu dưới đất, giảm chi phí xây dựng.
b. Tính tốn:
Thể tích hữu ích của ngăn tiếp nhận :
Vhi =Qmaxh × t = 87,57 ×3060= 43,79 m3. Với :
t: Thời gian lưu nước t = 10 – 30 phút. Chọn t = 30 phút. [4]
Qmaxh : Lưu lượng nước thải lớn nhất theo giờ, Qmaxh = 87,57 m3/h. Chọn chiều sâu hữu ích hhi = 2,5 m.
Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m
Chiều cao xây dựng của bể thu gom
Hxd = Hhi + Hbv = 2,5 + 0,5 = 3 (m)
Tiết diện mặt cắt ngang của bể là:
B × L =Vhi Hhi =
43,79
2,5 = 17,5 (m2) Chọn tiết diện ngang là hình chữ nhật.
Chọn B = 3,5 m; L = 5 m.
Vậy kích thước bể thu gom được chọn như sau : B × L × H = 3,5 m × 5 m × 3 m = 52,5 m3.
Ống dẫn nước thải ra:
Chọn vận tốc đầy của ống bơm v = 1,5 m/s ( quy phạm từ 0,8 – 2 m/s, [3]).
D = √4×Qsmax
3,14×v = √4×0,024363,14×1,5 = 0,14 m
Chọn ống U.PVC cĩ ∅ = 140 mm, độ dày 8 mm. Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống:
v = 4×Qsmax 3,14×D2 =
4×0,02436
3,1×0,142 = 1,58 m (thỏa mãn điều kiện).
Chọn bơm:
Cơng suất bơm:
N = Qsmax×ρ×g×H 1000×η Trong đĩ:
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
ρ: khĩi lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3. H: chiều cao cột áp, chọn H = 10.
Qsmax = Lưu lượng lớn nhất giây, Qmaxs = 0,02436 m3/s
η: hiệu suất máy bơm.
Bảng 3.11 Hiệu suất của một số loại bơm
Hiệu suất của một số loại bơm
ηo ηtl ηck
Bơm pitong 0,8 – 0,94 0,9 – 0,95
Bơm xốy tốc > 0,8 > 0,7 > 0,9 Bơm răng khía 0,7 – 0,9
(Bảng II.34/ 439/ [5]).
Lựa chọn loại bơm sử dụng là bơm ly tâm:
Ta cĩ: η = ηo × ηtl × ηck = 0,95 × 0,85 × 0,96 = 0,783(%) Vậy: N = 0,02436×1000×9,81×10
1000×0,783 = 3,05 kW.
Bảng 3.12 Hệ số dự trữ theo cơng suất động cơ
Hệ số dự trữ β Nđc β < 1 2 – 1,5 1 – 5 1,5 – 1,2 5 – 50 1,2 – 1,15 > 50 1,1 (Bảng II.33/ 440/ [5]). Chọn hệ số dự trữ β = 1,3. Cơng suất bơm:
Nb = β × N = 1,3 × 3,05 = 3,97(kW)
Chọn 2 bơm chìm nước thải ZENIT DRN 550/2/65 4,1 KW 1 hoạt động, 1 dự phịng. Tổn thất áp lực: Cĩ hệ số ma sát dọc đường ống: δ = 0,02 + 1 2000+D = 0,02 + 1 2000+0,14 = 0,02 Tổn thất dọc đường : hd = δ×L×v2 D×2×g = 0,02×5×1,52 0,14×2×9,81 = 0,082m.
Trong đĩ:
𝛿: hệ số ma sát dọc đường, cĩ δ = 0,02. L: chiều dài bể, cĩ L = 5 m.
v: vận tốc dịng chảy trong ống, chọn v = 1,5 m/s. g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
D: đường kính ống dẫn nước thải, cĩ D = 0,14 m.
Bảng 3.13 Thơng số thiết kế bể thu gom
Thơng số Đơn vị Giá trị
Thời gian lưu nước phút 30
Chiều dài bể m 5
Chiều rộng bể m 3
Chiều cao bể m 3
Đường kính ống dẫn nước thải ra mm 0,2
Thể tích bể m3 43,79
3.2.4. Bể điều hịa cĩ thổi khí a. Nhiệm vụ a. Nhiệm vụ
Điều hịa lưu lượng và nồng độ chất hữu cơ, tránh cặn lắng.
Làm thống sơ bộ, qua đĩ oxy hĩa một phần chất hữu cơ.
Tăng cường hiệu quả xử lý chất thải.
Tạo điều kiện cho các chất lơ lửng và chất nổi trong nước thải phân bố đồng nhất trước khi qua các cơng trình xử lý sau.
Tăng cường hiệu quả khử BOD.
Điều chỉnh pH về trung tính.
b. Tính tốn
Tính kích thước:
Chọn thời gian lưu nước của bể điều hịa là 4h ( t = 4 – 12 h , lấy theo 3.3/[2]).
Thể tích cần thiết của bể:
Chọn chiều cao hữu ích của bể là H = 5 m. Diện tích mặt bằng: A = Vđh H = 350,28 5 ≈70 m2 Chọn: L × B = 10 m × 7 m.
Chiều cao xây dựng bể:
Hxd = H + hbv = 5 + 0,5 = 5,5 m. hbv: chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m.
Kích thước của bể điều hịa: L × B × Hxd = 10 m × 7 m × 5,5 m.
Thể tích thực của bể diều hịa: W thực = 385 m3.
Tính tốn hệ thống khuấy trộn ở bể điều hịa:
Bảng 3.14 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hịa
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích
Tốc độ nén 0,01 – 0,015 m3/m3 thể tích bể. phút
(Nguồn: Bảng 9.7/422/[4]).
Giả sử khuấy trộn bể điều hịa bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn.
qkhí = R × Vđh = 0,012 ×350,28 = 4,203 (m3/phút) = 4203 (l/phút). Trong đĩ:
R là: Tốc độ khí nén, R = 0,001 – 0,015 (m3/m3.phút). Vđh là : Thể tích bể điều hịa, m3.
Chọn đĩa phân phối khí: EDI – USA, Model: FlexAir Threded Disc Thơng số kỹ thuật:
Kiểu: Đĩa (Disc), Bọt mịn (Fine bubble).
Lưu lượng thiết kế: 0,0 – 16 m3/h.
Đường kính: 270 mm.
Vật liệu: Màng: EPDM (hoặc Polyurethan); Khung: PVC/ABS - Đầu nối: nối khởi thủy (Saddle Mount), đường kính ống dẫn 90mm.
Chọn lưu lượng khí ra r = 6 m3/h = 100 lít/phút. Số đĩa phân phối khí:
n = qkhí r =
4203
100 = 42,03 (cái)
Chọn n = 45 cái.
Chọn hệ thống phân phối khí gồm 5 ống nhánh phân phối khí được bố trí theo chiều dài bể.
Lưu lượng khí trong mỗi ống nhánh: q khí nhánh = qkhí chính 5 = 4203 5 = 840,6 (lít/phút) Số đĩa sục khí trên ống nhánh: n nhánh = n 5 = 45 5 = 9 ( cái)
Chọn số đĩa là 9 cái trên 1 ống nhánh.
Chọn khoảng cách giữa các đĩa là r đĩa = 1m và khoảng cách giữa 2 đầu nhánh đến thành bể là 1 m.
Lắp đặt ống phân phối khí nhánh trên các gối tựa với khoảng cách từ đáy bể đến ống là 0,2 m. Tính tốn ống dẫn khí: Tốc độ khí trong ống là: v khí = 9 – 15 (m/s (Bảng 9.9 /423/[4]).Chọn vận tốc khí trong ống chính v = 13 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính: D chính = √4×qkk.chính 3,14×vkhí = √3,14×13×604×4,203 = 0,082 m ≈ 90 mm. Chọn ống dẫn khí chính bằng thép cĩ ∅ = 90 mm, độ dày 5 mm.
Kiểm tra lại vận tốc trong ống khí: v chính = 4×qkk.chính
3,14×Dchính2 =
4×4,203
3,14×0,092×60 = 11 m/s (thỏa mãn điều kiện).
Đường kính mỗi ống nhánh:
d nhánh = √4×q3,14×vkk.nhánh
khí = √3,14×10×604×0,8406 = 0,042 m Chọn ống dẫn khí nhánh bằng thép cĩ ∅ = 42 mm, độ dày 2 mm. Kiểm tra lại vận tốc trong ống khí:
v nhánh = 4×qkk.nhánh 3,14×dnhánh2 =
4×0,8406
3,14×0,0422×60 = 10 m/s (thỏa mãn điều kiện).
Tính tốn máy thổi khí:
Áp lực cần thiết cho máy thổi khí được xác định theo cơng thức: Hct = hd +hc + hf + 5 = 0,4 + 0,5 + 5 = 5,9 (m). Trong đĩ:
Hct: Áp lực cần thiết cho máy thổi khí.
hd, hc: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh, (m). tổng tổn thất do hd và hc khơng quá 0,4 m.
hf: Tổn thất qua các lỗ phân phối, khơng vượt quá 0,5 m. H: Độ ngập sâu của ống sục khí. H = 5m.
Áp suất khơng khí theo atmosphere: P = 10,33+ Hct
10,33 =
10,33+5,9
10,33 = 1,57 (at) Cơng suất yêu cầu của máy thổi khí:
N = 34400
102η [(P)0,29 − 1] × qkk.chính = 34400
102×0,8[(1,57)0,29 − 1]× 0,07= 4,12 (kW). Chọn 2 máy thổi khí hoạt động luân phiên nhau.
Chọn máy thổi khí TAIKO SSR 5,5 kW. Trong đĩ:
η: hiệu suất của máy nén khí (0,7 – 0,9), chọn η = 0,8. qkk.chính = 4,203 (m3/phút) = 0,07 (m3/s).
Hiệu suất của bể điều hịa:
Hàm lượng COD cịn lại:
COD = 2070 × (100 – 5)% = 1996,5 mg/l. Hàm lượng BOD5 cịn lại:
BOD5 = 990 × (100 – 5)% = 940,5 mg/l.
Bảng 3.15 Thơng số thiết kế bể điều hịa
STT Thơng số Đơn vị Giá trị
1 Kích thước bể điều hịa (dài × rộng × cao) m 10 × 7 × 5,5
2 Thời gian lưu nước giờ 4
3 Đường kính ống dẫn nước vào, ra m 0,2
3.2.5. Bể lắng I a. Nhiệm vụ a. Nhiệm vụ
Loại bỏ các tạp chất lơ lửng cịn lại trong nước thải sau khi đã qua các cơng trình xử lý trước đĩ. Ở đây, các chất lơ lửng cĩ tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy.
b. Tính tốn
Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm của bể lắng đứng được tính theo cơng thức sau: f = Qmax,s Vtt = 0,02436 0,02 = 1,22 m2 Trong đĩ:
Qmax,s: Lưu lượng tính tốn lớn nhất, Qmax,s = 24,36 l/s ≈ 0,02436 m3/s.
Vtt: Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy khơng lớn hơn 30 mm/s (0,03 (m/s), (7.56/[3]). Chọn Vtt = 0,02 m/s.
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng được tính tốn theo cơng thức sau: F = Qmax,s v = 0,02436 0,0007 = 34,8 m2 Trong đĩ:
v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s (7.49/[3]). Chọn v = 0,7 mm/s hay 0,0007 m/s.
Chọn 2 bể lắng đứng và diện tích mỗi bể trong mặt bằng sẽ là: F1 = F+f n = 34,8+1,22 2 = 18,01 m2 Trong đĩ: n: Số bể lắng đứng. n = 2
Đường kính của mỗi bể được tính theo cơng thức: D = √4×F1
π = √4×18,013,14 = 4,79 m. Đường kính của ống trung tâm là:
d = √4×f1
π = √4×0,613,14 = 0,88 m Trong đĩ:
f1: Diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể:
f1 = f : 2 = 1,22 : 2 = 0,61 m2
Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng được tính theo cơng thức: hl = v × t = 0,0007 × 1,5 × 3600 = 3,78 m.
Trong đĩ: t : Thời gian lắng, chọn t = 1,5 h (t = 1,5 – 2,5 h). (255/[4]). Chiều cao phần hình nĩn của bể lắng đứng được xác định theo cơng thức:
hn = h2 + h3 = (D− dn
2 )× tg 𝛼 = (4,79−0,6
Trong đĩ:
h2: Chiều cao lớp trung hịa, m
h3: Chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m. D: Đường kính của bể lắng, D = 4,79 m
dn: Đường kính đáy nhỏ của hình nĩn cụt, lấy dn = 0,6 m.
α: Gĩc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy khơng nhỏ hơn 50°. (7.56/[3]). Chọn α = 50°.
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính tốn của vùng lắng: htt = hl = 3,78 m