TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ PHƯƠNG ÁN 1

b) Bể Anoxic [24]

4.1. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ PHƯƠNG ÁN 1

4.1.1. Song chắn rác

Theo tài liệu “ Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp_Lâm Minh Triết năm 2006”, song chắn rác được tính như sau:

 Kích thước mương đặt song chắn rác

Chọn tốc độ nước chảy trong mương v = 0,6 m/s

Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thoát nước bẩn là H = 0,7 m Chọn kích thước mương là: Rộng × Sâu = B × H = 0,3 m × 0,7 m

 s: chiều dày mỗi thanh, chọn thanh hình chữ nhật, thường lấy s = 0,008 m. Chiều cao lớp nước trong mương là:

ℎ = 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠 𝑣 × 𝐵 = 0,012 0,6 × 0,3= 0,06 𝑚 Trong đó:

 v: vận tốc nước chảy trong mương (m/s)

 B: chiều rộng mương dẫn (m) Chọn khe hở giữa các thanh b = 18 mm.

 Kích thước song chắn rác

𝑛 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑏 × ℎ × 𝑉× 𝐾0 = 0,012 0,018 × 0,06 × 0,5× 1,05 = 23,3 𝑘ℎ𝑒 Làm tròn 24 khe Trong đó:

 Qmax: Lưu lượng nước thải lớn nhất m3/s

 V: Vận tốc dòng chảy qua song chắn rác, V = 0,5 m/s

 l: Khoảng cách giữa các khe hở, m

 h: Chiều cao lớp nước trong mương, m

 K0: Hệ số kể đến sự thu hẹp của dòng chảy, K0 = 1,05 Chiều rộng của song chắn rác được tính theo công thức:

𝐵𝑠 = 𝑠(𝑛 − 1) + (𝑙 × 𝑛) = 0,008 × (24 − 1) + (0,025 × 24) = 0,78

Trong đó:

 s – chiều dày thanh chắn rác, thường lấy s = 0,008 m. Tổn thất áp lực qua song chắn rác: ℎ𝑠 = 𝛽 (𝑤 𝑏) 4 3 × (𝑣 2 2𝑔) × 𝑠𝑖𝑛𝜃 × 𝐾 = 2,42 ( 0,008 0,018) 4/3 × ( 0,5 2 2 × 9,81) × 𝑠𝑖𝑛60 × 3 = 0,03 𝑚 Với:

 θ: Góc nghiêng đặt song chắn rác so với phương ngang, θ = 600

 W: Chiều dày mỗi thanh, m.

 b: Chiều rộng khe hở, m.

 β: Hệ số hình dạng. Tiết diện thanh song chắn rác là hình chữ nhật. Chọn β = 2,42.

 v: Vận tốc dòng chảy trong mương đặt song chắn rác. Chọn v = 0,5 m/s.

 K: Hệ số tính đến sự tăng tổn thất áp lực do vướng rác, K = 2 – 3. Chọn K = 3. Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn rác L1:

𝐿1 =𝐵𝑠− 𝐵𝑚 2𝑡𝑔𝜑 =

0,78 − 0,3

2𝑡𝑔20 = 0,66 𝑚

Trong đó:

 Bs: Chiều rộng của song chắn rác, Bs = 0,78 m.

 Bm: Chiều rộng của nương dẫn, Bm = 0,3 m

 φ: Góc nghiên chỗ mở rộng, thường lấy φ = 200. Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác:

𝐿2 =𝐿1 2 =

0,66

2 = 0,33 𝑚

Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác:

𝐿 = 𝐿1 + 𝐿2+ 𝐿𝑠 = 0,33 + 0,66 + 1 = 1,99 𝑚

Làm tròn 2 m.

Trong đó: Ls: Chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls = 1 m. Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn :

𝐻 = ℎ + ℎ𝑠 + 0,5 = 0,06 + 0,03 + 0,5 = 0,59 𝑚

Chọn H = 0,6 m.

Bảng 4.2: Thông số thiết kế song chắn rác

STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

1 Kích thước thanh chắn

Bể rộng s 8 mm

Khoảng cách giữa các thanh b 18 mm

Số thanh n 24 Thanh 2 Kích thước SCR Chiều dài ls 1 m Chiều rộng Bs 0,78 m Chiều sâu H 0,6 m Góc nghiêng của SCR θ 60 Độ Vận tốc trung bình qua các khe v 0,5 m/s 3 Kích thước mương dẫn Chiều rộng B 0,3 m Chiều sâu H 0,7 m Chiều dài L 2 m 4.1.2. Hố thu gom Thể tích hầm bơm tiếp nhận: 𝑉𝑏 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 41,7 ×30 60 = 20,85 𝑚 3 Chọn thể tích Vb = 21 m3 Trong đó:

 t: Thời gian lưu nước ở hầm bơm, t = 10 – 30 phút, chọn t = 30 phút.

 Qhmax: Lưu lượng lớn nhất theo giờ.

Chọn chiều sâu hữu ích h = 2,5 m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m. Chiều sâu tổng cộng: 𝐻 = ℎ + ℎ𝑏𝑣 = 2,5 + 0,5 = 3 𝑚 Diện tích hầm bơm: 𝐹 =𝑉𝑏 𝐻 = 21 2,5= 8,4 𝑚 2

Chọn kích thước hầm bơm tiếp nhận như sau: B × L = 3 m × 3 m. Vậy kích thước xây dựng của bể thu gom là: B × L × H = 3 × 3 × 3 (m) Chọn loại bơm chìm đặt tại hầm bơm có Qb = Qtb = 41,7 m3/h.

Bảng 4.3: Thông số thiết kế hố thu gom

STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

1 Chiều dài L 2,8 m

2 Chiều rộng B 2 m

3 Chiều cao H 2,5 m

4 Diện tích F 5,6 m2

Dựa theo Sách Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công

trình – Lâm Minh Triết, NXB Đại Học Quốc Gia 2006 ta tính bể lắng đứng đợt 1 như

sau:

 Các số liệu đầu vào:

- Lưu lượng tính toán: 𝑄𝑡𝑏ℎ = 16,67 m3/h

- Hàm lượng SS vào bể lắng đứng: 237,5 mg/l  Tính kích thước của bể lắng đứng đợt 1

Diện tích tiết diện ướt ống trung tâm được xác định theo công thức:

𝑓 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 𝑉𝑡𝑡

Trong đó:

 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ : Lưu lượng giờ lớn nhất, 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 41,7 𝑚3/ℎ

 vtt: Vận tốc chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 mm/s (0,03 m/s). (Điều 7.56/[16]). Chọn vtt = 20 mm/s. 𝑓 =𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 𝑉𝑡𝑡 = 41,7 0,02 × 3600= 0,6 𝑚 2

Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng:

𝐹 =𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 𝑣 = 41,7 0,0007 × 3600= 16,54 𝑚 2 Trong đó:

 v: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, chọn v = 0,5 – 0,8 mm/s (Điều 7.49/[16]). Chọn v = 0,7 mm/s hay 0,0007 m/s. 𝐹 =𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 𝑣 = 41,7 0,0007 × 3600 = 16,54 𝑚 2

Thiết kế 1 bể lắng đứng và diện tích của bể trong mặt bằng sẽ là:

𝐹1 =𝐹 + 𝑓 𝑛 = 16,54 + 0,6 1 = 17,14 𝑚 2 ≈ 17,2 𝑚2 Trong đó: n: số bể lắng đứng. Đường kính của bể lắng đứng: 𝐷 = √4 × 𝐹1 𝜋 = √ 4 × 17,2 3,14 = 4,68 𝑚 Chọn D = 4,7 m = 4700 mm. Đường kính của ống trung tâm

𝑑 = √4 × 𝑓 𝜋 = √

4 × 0,6

3,14 = 0,87 𝑚

Chọn d = 0,9 m = 900 mm.

Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể được tính toán theo công thức :

𝐻𝑐𝑡 = 𝑣 × 𝑡 = 0,0007 × 1,5 × 3600 = 3,78 𝑚

Trong đó: t – thời gian lắng, chọn t = 1,5h.

Chiều cao phần hình nón của bể lắng được xác định theo công thức:

ℎ𝑛 = ℎ2+ ℎ3 = (𝐷 − 𝑑𝑛

2 ) 𝑡𝑔 ∝= (

4,7 − 1

2 ) 𝑡𝑔60 = 3,2 𝑚

Trong đó:

 h2: Chiều cao lớp trung hòa, m.

 h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể, m.

 D: Đường kính trong của bể lắng, D = 4,7 m.

 dn: đường kính nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 1 m.

 α: Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500. (Điều 7.56/[16]). Chọn α = 600.

Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 3,8 m. Đường kính ống loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm:

𝑑1 = ℎ1× 𝑑 = 1,35 × 0,9 = 1,2 𝑚 = 1200 𝑚𝑚

Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe và bằng:

1,3 × 1,2 = 1,56 𝑚 = 1560 𝑚𝑚

Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt với mặt phẳng ngang là 170. Chiều cao từ mặt dưới của tấm hắt đến bề mặt lớp cặn là 0,3 m.

Khoảng cách giữa mép ngoài cùng miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức:

𝐿 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ

𝜋 × 𝑣𝑘× (𝐷 + 𝑑)=

41,7

3600 × 3,14 × 0,02 × (4,7 + 0,9) = 0,032 𝑚

Trong đó:

 vk – tốc độ dòng chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk ≤ 20 mm/s. Chọn vk = 20 mm/s = 0,02 m/s.

Chiều cao tổng cộng của bể lắng:

𝐻 = ℎ𝑐𝑡+ ℎ𝑛 + ℎ𝑏𝑣 = 3,8 + 3,2 + 0,5 = 7,5 𝑚

Với hbv là khoảng cách từ mực nước đến thành bể, hbv = 0,5 m.

Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng được tính theo công thức:

𝐶𝑡 =𝐶ℎℎ(100 − 𝐸1) 100 =

237,5 × (100 − 40)

100 = 142,5 𝑚𝑔/𝑙

Kết quả tính toán cho thấy hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng đến công trình xử lý sinh học tiếp theo là C = 142,5 mg/l < 150 mg/l nên không cần thêm công trình phụ trợ mà có thể đưa đến công trình xử lý tiếp theo [2].

 Tính máng thu nước:

Vận tốc nước chảy trong máng: v = 0,6 – 0,7 m/s. Chọn v = 0,6 m/s Diện tích mặt cắt ướt của máng:

𝐴 = 𝑄 𝑣𝑚 =

41,7

0,6 × 3600 = 0,02 𝑚 2

Máng bằng bê tông cốt thép có chiều dày b = 0,1 m = 100 mm, có lắp thêm máng răng cưa thép không gỉ.

𝑑𝑚á𝑛𝑔= 80% × 𝐷 = 0,8 × 4,7 = 3,76 𝑚

Chiều dài máng thu:

𝐿 = 𝜋 × 𝑑𝑚á𝑛𝑔 = 3,14 × 3,76 = 11,8 𝑚

Tải trọng thu nước trên 1 m dài của máng:

𝐴 =𝑄 𝐿 = 41,7 × 24 11,8 = 84,81 𝑚 3/𝑚. 𝑛𝑔à𝑦  Máng răng cưa:

Máng răng cưa được nối với máng thu nước bằng bu lông M10 qua khe dịch chuyển. Khe dịch chuyển có đường kính 10 mm, bu lông được bắt cách mép dưới máng răng cưa 100 mm và cách đáy chữ V 100 mm. Hai khe dịch chuyển cách nhau 500 mm.

- Chọn máng răng cưa bằng tấm thép không gỉ, có bề dày 5 mm.

- Chiều cao tổng cộng của máng răng cưa là 200 mm.

- Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu nước.

- Chọn máng răng cưa xẻ khe thu nước chữ V, góc 900 để điều chỉnh độ cao mép máng.

- Chiều cao khe chữ V là 50 mm.

- Bề rộng mỗi khe 100 mm.

- Chọn 5 răng cưa trên 1 m chiều dài.

- Chiều dài đoạn vát đỉnh răng cưa là 50 mm Tổng số khe chữ V trên máng răng cưa:

N = L × 5 = 11,8 × 5 = 59 khe. Lượng nước qua 1 khe:

𝑞 =𝑄 𝑁 = 41,7 × 24 59 = 17 𝑚 3/𝑘ℎ𝑒. 𝑛𝑔à𝑦  Tính ống dẫn nước thải, ống dẫn bùn

Chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1,3 m/s Lưu lượng nước thải 41,7 m3/h

Đường kính ống dẫn nước thải:

𝐷𝑟𝑎 = √4 × 𝑄 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 41,7 𝜋 × 1,3 × 3600 = 0,106 𝑚 = 106 𝑚𝑚 Chọn ống nhựa PVC Bình Minh Ø110. - Ống dẫn bùn:

Lượng SS mất đi trong quá trình lắng khoảng 40%:

237,5 − (237,5 × 40%) = 142,5 𝑚𝑔/𝑙

Lượng bùn tạo ra:

𝐺𝑠𝑠 = 142,5𝑚𝑔 𝑙 × 10−6𝑘𝑔 𝑚𝑔 × 1000𝑚3 𝑛𝑔à𝑦 × 103𝑙 𝑚3 = 142,5𝑘𝑔𝑆𝑆 𝑛𝑔à𝑦

Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày: 𝑊𝑏ù𝑛 = 𝐺𝑆𝑆 (1 − 0,95) × 1053 = 142,5 (1 − 0,95) × 1053= 2,7 𝑚 3/𝑛𝑔à𝑦

Trong đó: 1053 – Khối lượng riêng của bùn

Chọn vận tốc bùn chảy trong ống v = 0,6 m/s (v = 0,3 – 0,7 m/s). Ta tiến hành 2 ngày hút bùn thải 1 lần, mỗi lần 30 phút.

𝑄𝑏ù𝑛 = 2,7 × 2 × 60 30 = 10,8 𝑚 3/ℎ Đường kính ống dẫn: 𝐷ố𝑛𝑔 𝑑ẫ𝑛 𝑏ù𝑛 = √4 × 𝑄 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 10,8 𝜋 × 0,6 × 3600 = 0,079 = 79 𝑚𝑚

Chọn ống thu bùn làm bằng nhựa uPVC có đường kính D = 80 mm. Bơm bùn sang bể nén bùn 𝑁 =𝑄𝑏ù𝑛 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 1000 × 𝜂 = 10,8 × 1053 × 9,81 × 10 1000 × 0,8 × 3600 = 0,387 𝑘𝑊 Trong đó:

 η: Hiệu suất của máy bơm, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,8

 ρ: Khối lượng riêng của bùn, ρ = 1053 kg/m3

 H: Cột áp của bơm. Chọn H = 10 m Công suất bơm thực tế:

𝑁𝑡𝑡 = 𝑁 × 𝛽 = 0,387 × 2,2 = 0,85 𝑘𝑊

(Nguồn: CT II.191/trang 439/[6])

Trong đó: β: Hệ số dự trữ

 Với N < 1 kW → β = 1,5 – 2,2. Chọn β = 2,2 (Nguồn: bảng II.33/trang 440/[11])

Chọn 1 máy bơm bùn đặt cạn Ebara DWO 150 – 1,1KW/3P, cột áp 5,1 – 9,5 m.

Bảng 4.5: Thông số thiết kế bể lắng đứng đợt 1

STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

1 Thời gian lắng t 1 Giờ

2 Ống trung tâm - Đường kính d Hct 0,9 3,8 m m

- Chiều cao 3 Kích thước bể lắng - Đường kính - Chiều cao D Hct 4,7 7,5 m m

4 Chiều cao của bể lẳng H 7,5 m

5 Diện tích F1 17,2 m2

4.1.4. Bể điều hòa khuấy trộn

 Tính kích thước bể

Thể tích hữu ích của bể điều hòa:

𝑉đℎ = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 41,7 × 6 = 250,2 𝑚3

 Với t: thời gian lưu nước trong bể điều hòa, chọn t = 4h (t = 4 – 6h) [2] Chọn chiều sâu hữu ích của bể: hs = 4,5 m

Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m

Chiều cao xây dựng bể điều hòa: H = hs + hbv = 4,5 + 0,5 = 5 m Diện tích mặt thoáng của bể điều hòa:

𝐹 =𝑉đℎ 𝐻 = 250,2 4,5 = 55,6 𝑚 2 Chọn B = 7 m , L = 8 m.

Thể tích xây dựng cửa bể điều hòa: V = B × L × H = 7 × 8× 5 = 280 m3.  Tính toán đường ống dẫn nước thải vào bể điều hòa

Lưu lượng nước thải: 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 41,7 m3/h

Chọn vận tốc nước thải trong ống vống = 1,3 m/s Đường kính của ống: 𝐷𝑟𝑎 = √4 × 𝑄 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 41,7 𝜋 × 1,3 × 3600 = 0,106 𝑚 = 106 𝑚𝑚 Chọn ống nhựa PVC Bình Minh Ø110. Tính lại vận tốc nước chảy trong ống

𝑣 = 4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ

𝜋 × 𝐷2× 3600=

4 × 41,7

𝜋 × 0,112× 3600= 1,22 𝑚/𝑠

 Tính toán thiết bị khuấy trộn

Năng lượng khuấy trộn cần thiết: (8 – 13) W/1m3 nước thải [1] Chọn năng lượng khuấy trộn là 10 W/1m3

Thể tích bể V = 280 m3 Công suất máy khuấy:

𝑁 = 𝑉 × 10 = 280 × 10 × 10−3= 2,8 𝑘𝑊

Chọn 4 máy khuấy trộn chìm Faggiolati Model GM18B471T1 – 4T6KA0 công suất 1,4 kW. Các máy hoạt động luân phiên, 2 máy hoạt động, 2 máy nghỉ . (48.697.000 VNĐ)

Từ bể điều hòa, nước thải được bơm qua các công trình đơn vị phía sau với lưu lượng trung bình là 16,67 m3/h.

Công suất của bơm:

𝑁 =𝑄 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻𝑏 1000 × 𝜂 = 16,67 × 1000 × 9,81 × 5 3600 × 1000 × 0,8 = 0,28 𝑘𝑊 (Nguồn: CT II.189/trang 439/[11]) Trong đó:

 Hb: Cột áp toàn phần của bơm, chọn H = 5 m

 ρ: Trọng lượng riêng của nước thải, ρ = 1000 kg/m3

 η: Hiệu suất bơm, η = 0,8 (Nguồn: bảng II.32/trang 440/[11])

Công suất bơm thực tế:

𝑁𝑡𝑡 = 𝑁 × 𝛽 = 0,28 × 2,2 = 0,616 𝑘𝑊

(Nguồn: CT II.191/trang 439/[6])

Trong đó: β: Hệ số dự trữ

Với N < 1 kW → β = 1,5 – 2,2. Chọn β = 2,2 (Nguồn: bảng II.33/trang 440/[11])

Chọn 2 máy bơm chìm nước thải Tsurumi Model: 50B2.75S công suất 0,75 kW, điện áp 220V/50Hz, cột áp max 15,5 m. (21.880.000 VNĐ)

Số lượng: 2 bơm hoạt động luân phiên 1 hoạt động, 1 dự phòng.

Bảng 4.4: Thông số thiết kế bể điều hòa khuấy trộn

STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

1 Chiều dài L 8 m

2 Chiều rộng B 7 m

3 Chiều cao H 5 m

4 Thể tích V 280 m3

4.1.5. Bể UASB

Các thông số đầu vào tính toán bể UASB

- Lưu lượng trung bình ngày Q = 400 m3/ngày đêm

- BOD5 = 992,75 mg/l

- COD = 1805 mg/l

- SS = 135,4 mg/l

- N = 70 mg/l

- P = 10 mg/l

Trong bể UASB để duy trì sự ổn định của quá trình kị khí phải có tỷ lệ chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho theo COD là COD: N: P = 350: 5: 1 và giá trị pH nằm trong khoảng 6,8 – 7,5.

Với hiệu quả xử lý của bể UASB là 60% thì lượng COD đầu ra là:

1805 − (1805 × 0,6) = 722 𝑚𝑔/𝑙

Lượng COD cần xử lý là:

1805 − 722 = 1083 𝑚𝑔/𝑙 = 1,083 𝑘𝑔/𝑚3

Lượng COD cần khử trong 1 ngày là:

 Tính kích thước bể UASB

Thể tích phần phản ứng:

Kiểm soát quá trình bùn yếm khí trong bể UASB ở dạng hạt. Chọn tải trọng hữu cơ Lorg = 4 kgCOD/m3.ngày [2].

𝑉𝑛 = 𝐺 𝐿𝑜𝑟𝑔 = 433,2 4 = 108,3 𝑚 3 Diện tích bề mặt bể: 𝐴 =𝑄𝑡𝑏 ℎ 𝑣 = 16,67 0,6 = 27,78 𝑚 2 Chọn A = 28 m2 Trong đó:

 𝑄𝑡𝑏ℎ : Lưu lượng trung bình đầu vào của nước thải m3/h

 v: vận tốc dòng hướng lên, để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước đâng lên trong bể phải giữ trong khoảng 0,6 – 0,9 m/h. Chọn v = 0,6 m/h [3].