4.2.1 Song chắn rác
- Số khe hở của song chắn rác: (Mục b/117/ [2]) n =
× 1,05 = 9,9 khe
Chọn n = 10 khe => Số thanh của song chắn rác: N = n – 1 = 10 – 1 = 9 thanh Trong đó:
+ Qmax: lƣu lƣợng lớn nhất của nƣớc thải, với Qmax = 0,0057 m3/s
+ v: tốc độ nƣớc chảy qua song chắn rác, (v = 0,8 – 1 m/s), chọn v = 0,8 m/s (6.12/[5])
+ l: khoảng cách giữa các khe hở, (l = 15 – 20 mm). Chọn l = 16 mm = 0,016 m (6.11/[5])
+ h1: chiều sâu lớp nƣớc ở song chắn rác, với h1= 0,047 m
+ K là hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống rác. Chọn K = 1,05 (117/[2])
− Chiều rộng của song chắn rác: (Mục b/118/ [2])
Bs = s × (n – 1) + (l × n) = 0,008 × (10 – 1) + (0,016 × 10) = 0,24 m Trong đó:
+ s: bề dày của thanh song chắn, chọn s = 0,008 m + l: khoảng cách giữa các khe hở, với l = 0,016 m
Kiểm tra sự lắng cặn ở phần mở rộng trƣớc song chắn rác, vận tốc nƣớc thải trƣớc song chắn rác Vkt không đƣợc nhỏ hơn 0,4 m/s (Theo giáo trình Xử lý nƣớc thải – PGS.TS Hoàng Huệ).
Vkt =
= 0,5 m/s
Vkt = 0,5 m/s > 0,4 m/s thỏa mãn điều kiện lắng cặn. − Tổn thất áp lực ở song chắn rác: (Mục b/118/ [2])
hs =
= 0,08 m = 80 mm Trong đó:
+ : hệ số cản cục bộ của song chắn rác đƣợc xác định theo công thức: = ( ) (
) = 0,83
: hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn và lấy theo bảng 3.7/ [2]. Chọn hình dạng tiết diện song chắn rác là hình chữ nhật khi đó = 2,42
: góc nghiêng của song chắn so với hƣớng dòng chảy, = 600
– 900, chọn = 600 + s: bề dày của thanh song chắn, với s = 0,008 m
+ l: khoảng cách giữa các khe hở, với l = 0,016 m
+ v: vận tốc của nƣớc thải trƣớc song chắn, với v = 0,8 m/s
+ K1: hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vƣớng mắc rác ở song chắn (K1 = 2 – 3). Chọn K1 = 3
− Chiều dài phần mở rộng trƣớc song chắn rác: (Mục b/118/ [2]) L1 =
= 0,12 m = 120 mm Trong đó:
+ Bs: chiều rộng của song chắn rác, với Bs = 0,24 m + Bm: chiều rộng của mƣơng dẫn, với Bm = 0,15 m + : góc nghiêng chỗ mở rộng. Chọn = 200
− Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: (Mục b/119/ [2]) L2 = = 0,06 m
− Chiều dài xây dựng của phần mƣơng để lắp đặt song chắn rác: (Mục b/119/ [2]) L = L1 + L2 + Ls = 0,12 + 0,06 + 1,5 = 1,68 m
Trong đó:
+ L1: chiều dài phần mở rộng trƣớc thanh chắn rác, với L1 = 0,12 m + L2: chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác, với L2 = 0,06 m + Ls: chiều dài phần mƣơng đặt song chắn rác, chọn Ls = 1,5 m − Chiều sâu xây dựng của phần mƣơng đặt song chắn: (Mục b/119/ [2])
H = h1 + hs + hbv = 0,047 + 0,08 + 0,5 = 0,627 m Chọn H = 0,7 m
Trong đó:
+ h1: độ đầy của nƣớc trong mƣơng dẫn, với h1 = 0,047 m + hs: tổn thất áp lực ở song chắn rác, với hs = 0,08 m + hbv: chiều cao bảo vệ, với hbv = 0,5 m
− Chiều dài mỗi thanh: Lth =
= 0,14 m
Bảng 4.2 Các thông số thiết kế của song chắn rác
STT Thông số Ký
hiệu
Đơn vị Giá trị
1 Số khe hở n khe 10
2 Chiều rộng song chắn rác Bs mm 240
3 Bề dày của thanh song chắn S mm 8
4 Khoảng cách của các khe hở l mm 16
5 Góc nghiêng song chắn A độ 60
6 Chiều dài phần mở rộng trƣớc thanh chắn L1 mm 120 7 Chiều dài phần mở rộng sau thanh chắn L2 mm 60
9 Tổn thất áp lực của song chắn rác Hs mm 80
10 Chiều sâu xây dựng phần mƣơng H mm 700
4.2.2 Hố thu gom
Tính kích thước hố thu gom
Thời gian lƣu nƣớc t = 15 – 30 phút. Chọn t = 15 phút. (Mục 9.4.2/415/[2]) Vậy thể tích hố thu gom là:
W =
= 5,2 m3 (CT/145/[2])
− Chiều cao xây dựng hố thu gom: H = h + hbv = 1,5 + 0,5 = 2 m
Chiều cao hữu ích của hố thu gom: h = 1,5 m; Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m − Diện tích bề mặt hố thu gom:
F = B × L =
= 3,5 m2 Chọn B = 1,75 m, L = 2 m
Vậy thể tích thực của hố thu gom: Wt = L × B × H = 2 × 1,75 × 2 = 7 m3
Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể
− Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra khỏi bể: D = √ √ = 0,09 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 90 mm. Trong đó: + v: Vận tốc nƣớc chảy trong ống, (v = 0,7 – 1,5 m/s), chọn v = 1 m/s − Kiểm ta lại vận tốc: v =
= 0,9 m/s (thỏa điều kiện v = 0,7 – 1,5 m/s)
Tính toán bơm nước thải
− Công suất bơm: (CT II.189/439/[7]) N =
= 0,71 KW Trong đó:
+ : Hiệu suất chung của bơm (0,72 – 0,93), chọn = 0,8 + : Lƣu lƣợng nƣớc thải lớn nhất, = 20,75 m3/h + : Khối lƣợng riêng của nƣớc, = 1000 kg/m3
+ g: Gia tốc trọng trƣờng, g = 9,81 m/s2 + H: Chiều cao cột áp, chọn H = 10 m − Công suất thực tế của máy bơm:
Ntt = N = 0,71 2 = 1,42 KW = 1,9 HP Trong đó: + : Hệ số an toàn với: N < 1, = 1,5 – 2,2 N = 1 – 5 , = 1,2 – 1,5 N = 5 – 50 , = 1,1 Chọn = 2
Chọn 2 máy bơm chìm nƣớc thải Tsurumi 100B42.2 (2 bơm hoạt động luân phiên) công suất 2,2 KW xuất xứ Nhật Bản.
Bảng 4.3 Bảng thông số thiết kế của hố thu gom
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài bể L mm 2000
2 Chiều rộng bể B mm 1750
3 Chiều cao bể H mm 2000
4 Thời gian lƣu nƣớc
trong bể t phút 15
5 Đƣờng kính ống
dẫn nƣớc ra khỏi bể D mm 90
4.2.3 Bể điều hòa
Kích thước bể điều hòa
− Thể tích bể:
W = Qmaxh × t = 20,75 × 4 = 83 m3 (CT/482/[2]) Trong đó:
+ Qmaxh: Lƣu lƣợng nƣớc thải lớn nhất, với Qmaxh = 20,75 m3/h
+ t: Thời gian lƣu của nƣớc thải trong bể điều hòa, (t = 4 – 12 h) (385/[2]). Chọn t = 4 h
− Chiều cao xây dựng của bể:
H = h + hbv = 3 + 0,5 = 3,5 m Trong đó:
+ h: Chiều cao hữu ích của bể, h = 3 m
+ hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3 – 0,5 m. Chọn hbv = 0,5 m − Diện tích của bể điều hòa:
F = B × L = = 27,7 m2 Chọn B = 4 m, L = 7 m
Vậy thể tích thực của bể: Wt = L × B × H = 7 × 4 × 3,5 = 98 m3 Tính toán hệ thống đĩa, ống phân phối khí
Bảng 4.4 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 – 15 lít/m3.phút (m3 thể tích bể)
Chọn khuấy trộn bể điều hoà bằng khí nén chọn R = 15 l/m3.phút. − Lƣợng khí nén cần thiết cho thiết bị khuấy trộn:
Qkhí = R × Wt = 0,015 × 98 = 1,47 m3/phút = 88,2 m3/h = 0,02 m3/s = 20 l/s
Trong đó:
+ R: Tốc độ khí nén, (10 – 15 l/m3.phút), chọn R = 15 l/m3.phút = 0,015 m3/m3.phút
+ Wt: Thể tích thực của bể điều hoà, Wt = 98 m3
Chọn đĩa thổi khí Jaeger HD 270 xuất xứ Đức có đƣờng kính 270/218 mm. Lƣu lƣợng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí 2 – 6 m3/h, vật liệu màng EPDM F053, nhiệt độ hoạt động 0 – 800 C. − Số đĩa khuếch tán khí: n = = 29,4 đĩa Chọn n = 30 đĩa. Trong đó:
+ Qkhí: Lƣợng khí nén cần thiết cho thiết bị khuấy trộn, Qkhí = 88,2 m3/h + r: Lƣu lƣợng khí, r = 2 – 6 m3/h, chọn r = 3 m3/h
Bố trí 5 ống nhánh phân phối khí dọc theo chiều dài bể, mỗi ống cách nhau 0,75 m và cách 2 mép tƣờng 0,5 m.
Trên mỗi ống bố trí 30/5 = 6 đĩa, mỗi đĩa cách nhau 1,2 m, đặt cách mép tƣờng 0,5 m.
Trụ đỡ: Đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một. Kích thƣớc trụ đỡ: D x R x C = 0,1 x 0,1 x 0,1 m. Tính toán đường ống dẫn khí − Đƣờng kính ống dẫn khí chính: Dc = √ √ = 0,05 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 50 mm. Trong đó:
+ vkhí: Vận tốc khí trong ống dẫn khí đƣợc duy trì trong khoảng 10 – 15 m/s, chọn vkhí = 12 m/s (485/[2])
Kiểm tra lại vận tốc ống chính:
vkhí =
= 10,2 (thỏa điều kiện v = 10 – 15 m/s) − Lƣu lƣợng khí vào mỗi ống nhánh là:
q = = 0,004 m3/s − Đƣờng kính ống dẫn khí nhánh:
Dn = √
√ = 0,02 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 20 mm.
Kiểm tra lại vận tốc ống nhánh:
vn =
= 12,7 m/s (thỏa điều kiện v = 10 – 15 m/s)
Tính toán máy nén khí
− Áp lực cần thiết của máy nén khí:
Hm = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,5 + 3 = 3,9 m Trong đó:
+ hc: Tổn thất cục bộ tại các điểm uốn, khúc quanh hd + hc 0,4 m, chọn hd + hc = 0,4 m
+ hf: Tổn thất qua hệ thống phân phối khí, hf 0,5 m, chọn hf = 0,5 m
+ H: Độ ngập sâu nƣớc của ống phân phối khí lấy bằng chiều cao hữu ích của bể điều hòa, H = 3 m − Áp lực không khí sẽ là: P = = 1,38 at − Công suất máy thổi khí:
N = = 0,83 KW Trong đó: + Qkhí: Lƣu lƣợng không khí, Qkhí = 0,02 m3/s
+ η: Hiệu suất máy nén khí, (η = 0,7 – 0,9), chọn η = 0,8 − Công suất thực tế của máy thổi khí:
Ntt = N = 2 × 0,83 = 1,66 KW = 2,23 HP Trong đó: + : Hệ số an toàn với: N < 1, = 1,5 – 2,2 N = 1 – 5 , = 1,2 – 1,5 N = 5 – 50 , = 1,1 Chọn = 2
Chọn 2 máy thổi khí model ARH80S1 có Q = 3,7 m3/phút, N = 2,1 KW của hãng Shinmaywa – Nhật Bản (2 máy hoạt động luân phiên nhau).
Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể
− Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra khỏi bể: D = √ √ = 0,05 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 50 mm. Trong đó: + v: Vận tốc nƣớc chảy trong ống, (v = 0,7 – 1,5 m/s), chọn v = 1 m/s − Kiểm ta lại vận tốc: v =
= 1,2 m/s (thỏa điều kiện v = 0,7 – 1,5 m/s)
− Công suất bơm: (CT II.189/439/[7]) N = = 0,3 KW Trong đó:
+ : Hiệu suất chung của bơm (0,72 – 0,93), chọn = 0,8 + : Lƣu lƣợng nƣớc thải lớn nhất, = 20,75 m3/h + : Khối lƣợng riêng của nƣớc, = 1000 kg/m3
+ g: Gia tốc trọng trƣờng, g = 9,81 m/s2 + H: Chiều cao cột áp, chọn H = 10 m − Công suất thực tế của máy bơm:
Ntt = N = 0,3 2 = 0,6 KW = 0,8 HP Trong đó: + : Hệ số an toàn với: N < 1, = 1,5 – 2,2 N = 1 – 5 , = 1,2 – 1,5 N = 5 – 50 , = 1,1 Chọn = 2
Chọn 2 máy bơm chìm nƣớc thải Tsurumi 80B41.5 (2 bơm hoạt động luân phiên) công suất 1,5 KW xuất xứ Nhật Bản.
Bảng 4.5 Các thông số thiết kế của bể điều hòa
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài bể L mm 7000
2 Chiều rộng bể B mm 4000
3 Chiều cao bể H mm 3500
4 Thời gian lƣu nƣớc
trong bể t giờ 4
5 Số đĩa khuếch tán
khí n đĩa 30
6 Đƣờng kính ống
7 Đƣờng kính ống
dẫn khí nhánh Dn mm 20
8 Đƣờng kính ống
dẫn nƣớc ra khỏi bể D mm 50
4.2.4 Bể Aerotank
− Các thông số đầu vào:
+ Lƣu lƣợng nƣớc thải đầu vào: Q = 200 m3/ngày + BOD5v = 180,5 mg/l
+ SSv = 147,3 mg/l
− Thông số dòng ra của bể Aerotank (sau bể lắng đứng): + BOD5r = 30,7 mg/l
+ SSr = 44,2 mg/l
− Ta chọn các thông số thiết kế bể Aerotank nhƣ sau:
Bảng 4.6 Các thông số tính toán bể Aerotank [2]
Tỉ số f = MLVSS : MLSS 0,8 Hàm lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong bể Aerotank (X) X = MLVSS = 3.000 mg/l (MLVSS chọn bằng 1.500 – 3.500 mg/l) Hàm lƣợng bùn tuần hoàn (Xr) Xr = 8.000 mgVSS/l (hàm lƣợng bùn tuần hoàn thƣờng là 8.000 – 12.000 mg/l)
Thời gian lƣu bùn trung bình trong bể Aerotank ( )
= 10 ngày ( = 5 – 15 ngày)
Hàm lƣợng BOD20 trong nƣớc thải đầu ra
65%
Hàm lƣợng vi sinh đầu vào X0 = 0
Hệ số sản lƣợng (Y) Y = 0,6 mg bùn/mg BOD5 bị tiêu thụ bởi vi sinh (Y thƣờng từ 0,4
– 0,8)
Hệ số phân hủy nội bào (Kd) Kd = 0,06 ngày-1 (Kd = 0,025 – 0,075)
BOD5 : COD 0,68 (0,6 – 0,8)
Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra
− Phƣơng trình cân bằng vật chất (tính theo SS):
BOD5(SS) ở đầu ra (theo SS) = BOD5(S) hòa tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5(ra) chứa trong lƣợng cặn lơ lửng ở đầu ra
Trong đó:
+ BOD5(SS) ở đầu ra (theo SS): 30,7 mg/l
+ BOD5(S) hòa tan đi ra từ bể Aerotank là S mg/l
+ BOD5(ra) chứa trong lƣợng cặn lơ lửng ở đầu ra đƣợc xác định nhƣ sau:
Lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: SSph = 0,65 × SSr = 0,65 × 44,2 = 28,7 mg/l
Lƣợng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học: BOD20 = SSph (mg/l) × 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 28,7 × 1,42 = 40,8 mg/l Đồng thời, lƣợng oxy cần cung cấp này chính là giá trị của phản ứng. Quá trình tính toán dựa theo phƣơng trình phản ứng:
C5H7O2N + 5O2 5O2 + 2H2O + NH3 + Năng lƣợng 113 mg 160 mg
1 mg 1,42 mg
Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5:
BOD5(ra) = BOD20 × 0,68 = 40,8 × 0,68 = 27,7 mg/l BOD5(SS) = BOD5(S) + BOD5(ra)
S = BOD5(S) = BOD5(SS) – BOD5(ra) = 30,7 – 27,7 = 3 mg/l
− Hiệu suất xử lý của bể Aerotank theo BOD5 (theo SS) hòa tan: E =
× 100% = 98,3% − Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng:
E =
× 100% = 80%
Bảng 4.7 Thông số động học của hệ vi sinh dị dƣỡng và tự dƣỡng (Bảng 9.6/275/[10]) Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 200 C Ys = 0,6 gSKHH/gBOD kp,s = 0,06 ngày–1 ks = 5 ngày–1 Ks = 60 mgBOD/l Hằng số động học vi sinh tự dƣỡng tại 200 C YN = 0,15 gSKHH/gNH4+ kp,N = 0,05 ngày–1 kN = 3 ngày–1 KN = 100,051T-1,148 = 0,74mg/l Hằng số động học vi sinh tự dƣỡng tại 200 C Ys = 0,6 gSKHH/gBOD kp,s = 0,05 ngày–1 ks = 3,2 ngày–1 Ks = 39 mgBOD/L Hằng số động học vi sinh dị dƣỡng tại 150 C YN = 0,15 gSKHH/gNH4+ kp,N = 0,04 ngày–1 kN = 1,95 ngày–1 KN = 100,051T-1,148 = 0,41mg/l − Tính hằng số động học của vi sinh vật ở 250 C: Vi sinh dị dƣỡng: ks(250C) = ks(200C) × 1,09T – 20 = 5 × 1,0925 – 20 = 7,7 ngày–1 kp,s(250C) = kp,s(200C) × 1,04T – 20 = 0,06 × 1,0425 – 20 = 0,07 ngày–1 Ks(250C) = Ks(200C) × 1,09T – 20 = 60 × 1,0925 – 20 = 92,32 mg/l Vi sinh tự dƣỡng: KN(250C) = kN(200C) × 1,09T – 20 = 3 × 1,0925 – 20 = 4,62 ngày–1 kp,N(250C) = kp,N(200C) × 1,04T – 20 = 0,05 × 1,0425 – 20 = 0,06 ngày–1 KN(250C) = 100,051T – 1,148 = 100,051×25 – 1,148 = 1,34 mg/l
− Tốc độ tăng trƣởng cực đại của vi sinh Nitrosomonas: µm = ( ) = ( ) = 0,69 ngày–1 Trong đó:
+ µmax: Tốc độ tăng trƣởng riêng cực đại, µmax = 0,47 ngày–1 (bảng 5.3/80/[9]) + DO: Lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc, DO = 2 mg/l
+ KDO: Hằng số bán bão hòa của DO, KDO = 1 mg/l + T: Nhiệt độ nƣớc thải, T = 250C
+ pH = 7
− Thời gian lƣu tối thiểu cho quá trình oxy hóa (hiếu khí):
= 0,62 ngày–1 Trong đó:
+ N0: nồng độ amoni hoặc TKN trong nƣớc thải, N0 = 82 mg/l
= 1,61 ngày
− Thời gian lƣu tế bào thiết kế:
= 4,83 ngày
Trong đó:
+ A: Hệ số an toàn, (A = 1,2 – 2), chọn A = 2 + P: Hệ số dao động, P = 1,5
− Thời gian lƣu tế bào của cả hệ (hiếu khí + thiếu khí):
= 6,76 ngày
Trong đó:
+ F là hệ số đặc trƣng do sự đóng góp của giai đoạn xử lý thiếu khí, (F = 1,4 –