IV. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
4.1 Tính toán công trình đơn vị phướng án 1:
4.1.1 Lược rác tinh
Nhiệm vụ:
Lược rác tinh là hạng mục đầu tiên của hệ thống thoát nước nhiệm vụ của chúng là ngăn cản các rác thải có kích thước lớn lọt vào hệ thống tránh tình trạng tắt nghẽn bơm và đường ống phía sau.
Tính toán:
Ta có bảng thông số thiết kế lưới chắn rác:
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật Thiết bị Mega STS-500
Thông số Giá trị Đơn vị
Khe lưới 0,5 m Diện tích lưới lọc 900×500 m2 Trọng lượng 150 kg Công suất 32 m3/h 4.1.2 Hố thu gom Nhiệm vụ
Thu nhận toàn bộ nước thải của khách sạn và lưu nước trong khoảng thời gian ngắn trước khi bơm lên hệ thống xử lý
Tính toán
Kích thước bể thu gom:
Thời gian lưu nước, t = 10 – 30 phút, chọn thời gian lưu nước trong hố thu gom (t) là 15 phút. (Mục 9.4.2/412/[1])
Thể tích hố thu gom:
𝑉= 𝑄ℎ𝑚𝑎𝑥 × t = 31,25×15
60= 7,8 m3
Chọn chiều cao hữu ích h = 1,5 m. Chiều cao an toàn hf = 0,5 m. Chiều cao tổng cộng:
H = h + hf = 1,5 + 0,5 = 2 m
-Diện tích hố thu gom:
𝐹 = 𝑉
ℎ = 7,8
1,5 = 5,2 m2
Chọn kích thước bể gom tiếp nhận: L x B = 1,8 m x 3 m Thể tích thực của hố thu gom:
V = L x H x B = 1,8 x 1,5 x 3 = 8,1 m3
Tính toán đường ống dẫn nước vào bể thu gom:
- Đường kính ống dẫn nước thải vào bể thu gom: D = √4 × Qsmax
π×v = √ 4×31,25
Chọn ống dẫn nước sang bể thu gom là ống nhựa Tiền Phong u-PVC có D = 107,8mm, dày 2,2mm đường kính DN = 110 (mm).
Trong đó: v: Vận tốc nước chảy trong ống do chênh lệch độ cao, v ≥ 0.4 m/s, chọn v = 1 m/s; (Mục 3.37/14/[10])
- Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy trong ống: v = 4 ×Qs
max
(dống)2 × π = 4 ×31,25
(0,1078)2 ×π×3600 = 0,95 m/s ≈ 1m/s ( Thỏa mãn v ≥ 0.4 m/s).
Chọn bơm dẫn nước thải sang tách dầu:
Lưu lượng bơm: Qb = Qmaxh = 31,25 m3/h Cột áp bơm: H = 5 mH2O;
Công suất bơm được tính theo công thức: Nlt = Qs max × g × ρ × H 1000η = 31,25×9,81×1000×5 1000×0,8×3600 = 0,53 kW Trong đó: + g: Gia tốc trọng trường, g = 9.81 m2/s
+𝜌: Khối lượng riêng của nước, 1000 kg/m3
+η: Hiệu suất chung của bơm 0,72 – 0,93, chọn η = 0,8 +Nlt: Công suất lý thuyết của máy bơm (kW).
Công suất thực tế của bơm: Ntt = Nlt × 1,2 = 0,53×1,2 = 0,64 kW = 0,85HP Chọn 2 bơm chìm hiệu Tsurumi (1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng): Model: 50B2.75H
Công suất: 0,75 kW Cột áp: max 6 m
Bảng 4.4 Thông số thiết kế hố thu gom
Thông số thiết kế Đơn vị Giá trị
Thời gian lưu nước Giờ 0,25
Chiều dài mm 1800
Chiều rộng mm 3000
Chiều cao xây dựng mm 2000
Chiều cao hữu ích mm 1500
Ống dẫn nước thải mm 110
Công suất bơm thoát nước kW 0,64
4.1.3 Bể tách mỡ
Nhiệm vụ:
Có chức năng loại bỏ bớt dầu mỡ, tránh hiện tượng tắc nghẽn đường ống và bơm ở các công trình phía sau. Váng dầu mỡ nổi lên trên, tiến hành vớt váng dầu mỡ bằng phương pháp thủ công định kì 1 ngày/lần. Nước đã được tách dầu mỡ sẽ tự chảy sang bể điều hòa bằng ống thông khoang.
Tính toán:
Vận tốc ngang của dòng nước trong bể tách dầu từ 4-6 mm/s. Chọn vn = 14,4 m/h = 0,04 m/s. (Mục 7.60/50/[10])
Vận tốc nổi của hạt dầu từ 0,4- 0,6 mm/s chọn vd = 0,4 mm/s = 1,44 m/h = 0,0004
(Mục 7.60/50/[10])
Lập tỉ số 𝑣𝑛
𝑣𝑑 =14,14
1,44 = 10 Bảng giá trị Ft và F:
Bảng 4.5 Bảng giá trị Ft và F 𝒗𝒏 𝒗𝒅 Ft F 6 1,14 1,37 10 1,27 1,52 15 1,37 1,64 20 1,45 1,74
(Nguồn: Bài giảng Công nghệ xử lý nước thải PGS.TS.Lê Hoàng Nghiêm)
𝑣𝑛 𝑣𝑑 = 10 từ bảng giá trị suy ra Ft = 1,27 -Diện tích bề mặt F = 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ .𝐹𝑡 𝑣𝑑 = 31,25×1,27 1,44 = 27,6 m2
Chọn chiều sâu nước chảy của bể: H = 2 m (Mục 7.61/50/[10])
Chọn chiều cao công tác của bể: H = 2,5 m Chiều cao xây dựng bể
Hxd = H + hbv = 2 + 0,5 = 2,5 m Trong đó:
+H: chiều cao công tác của bể, H = 2 m; +hbv: chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m.
Chọn chiều rộng của một ngăn bể: B= 3 m (Mục 7.61/50/[10])
Số ngăn tách mỡ không ít hơn 2. Chọn số ngăn tách mỡ là: 3 (Mục 7.61/50/[10])
Chiều dài của bể L =𝐹
𝐵 =27,6
3 = 9,2 m chọn L = 9,3 m Thời gian lưu nước trong bể
t = 𝑉
𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 𝐿.𝐵.𝐻
𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ =9,3×3×2,5
31,25 = 2,23 h 134 phút
Lượng dầu mỡ sinh ra mỗi ngày = Cv× 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 80 (mg/l) × 31,25 (m3/h) × 1000 = 2500000 mg/h = 2,5 kg/h.
Lưu lượng dầu mỡ sinh ra mỗi ngày:
𝑄𝑑ầ𝑢 =
2,5(𝑘𝑔
ℎ) 0,8(𝑔
𝑙) = 3,125 l/h = 75 l/ngày.đêm
Trong đó: Tỷ trọng của dầu mỡ 𝜌𝑑 = 0,8𝜌𝑛 (Mục 7.61/50/[10])
Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể tách mỡ:
Vận tốc nước chảy trong ống có v =0,75-1,5 m/s (Mục 3.24/11/[10]). Chọn v = 1,5 m/s
Đường kính ống dẫn nước thải ra:
𝐷 = √4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥
𝑠
𝜋 × 𝑣 = √
4𝑥31,25
𝜋𝑥1,5𝑥3600= 0,085 (𝑚)
Vậy chọn ống dẫn nước thải ra làm bằng nhựa u-PVC Tiền Phong có đường kính trong D = 84,2 mm, độ dày 2,9mm, DN 90mm.
Kiểm tra lại vận tốc nước thải trong ống: v = 4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠 𝜋𝐷2 = 4 ×31,25 3600×𝜋×0,08422 = 1,43 m/s => Thỏa v = 0,75 – 1,5m/s Bảng tóm tắt các thông số thiết kế bể tách mỡ:
Bảng 4.6 Tóm tắt các thông số thiết kế bể tách mỡ
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước t h 2,23
2 Kích thước của bể
Chiều dài L mm 9300
Chiều rộng B mm 3000
Chiều cao hữu ích H mm 2000
Chiều cao xây dựng Hxd mm 2500
3 Đường kính ống dẫn nước thải DN mm 90
4.1.4 Bể điều hòa
Nhiệm vụ:
Là công trình đơn vị tiếp nhận nước thải từ nước thải chung có chức năng tập trung nước thải trước khi vào cụm bể xử lý sinh học. Có chức năng điều hòa lưu lượng và nồng độ, oxy hóa một phần chất hữu cơ, giảm kích thước các công trình đơn vị phía sau và tăng hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống. Trong bể có hệ thống sục khí bằng đĩa thổi khí để đảm bảo hòa tan và cân bằng nồng độ các chất trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể.
Tính toán:
Thể tích bể điều hòa:
V= 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ .t = 31,25 × 4 = 125 m3
Trong đó: + Qh
max : Lưu lượng nước thải lớn nhất giờ, Qhmax= 31,25 m3/h;
+ t: Thời gian lưu nước trong bể điều hòa, quy phạm 4 -12h. Chọn tdh = 4h. Chiều cao xây dựng bể
Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 m
Trong đó:
+ H: chiều cao công tác của bể, H = 4 m; + hbv: chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m. Chọn bể có tiết diện ngang hình chữ nhật
Tiết diện bể: 𝐹 = 𝑉 𝐻= 125 4 = 31,25 m2 Chọn chiều dài bể: L = 9 m Chọn chiều rộng bể: B = 3,5 m Thể tích thực theo thiết kế: 𝑉tt= 𝐿 x 𝐵 x 𝐻= 9 × 3,5× 4 = 126 m3
Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa:
Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn mùi hôi trong bể cần lắp đặt hệ thống cung cấp khí thường xuyên. Chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí.
Trong đó:
+R: tốc độ khí nén. Dựa vào bảng chọn R = 12 l/m3.phút = 0,012 m3/phút. (Bảng 9.7/422/[1])
+Wt: thể tích thực của bể điều hòa. Vtt = 126 m3.
Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa thô của hãng SSI, D = 270 mm có lưu lượng: 0-12m3/h. Chọn có lưu lượng r = 3,78 m3/h.
Số đĩa phân phối khí: n = 𝑄𝑘ℎí
𝑟 = 1,512×60
3,78 = 24 đĩa
Chọn số đĩa khuếch tán khí trong bể là 24 đĩa.
Chọn hệ thống dẫn khí bằng ống thép mạ kẽm, hệ thống gồm 3 ống nhánh đặt song song với chiều rộng, các ống nhánh cách nhau 0,875m; cách tường 0,875m và cách đáy 20 cm.
Số lượng đĩa phân phối khí trên mỗi ống nhánh là 8 đĩa. Khoảng cách giữa các đĩa trên mỗi ống nhánh là 1m và cách tường 1 m.
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10 –40m/s (Mục 6.39/32/[10]). Chọn vkhí = 30 m/s.
- Đường kính ống phân phối khí chính
Dk = √4×𝑄𝑘ℎí
𝜋.𝑣𝑘𝑘 = √4×1,512
𝜋×30×60= 0,03 m
Chọn đường kính ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm Hòa Phát có đường kính DN = 32 mm; dày 3,56 mm; D = 28,44 mm.
Kiểm tra lại vận tốc ống dẫn khí chính: vkhí = 4.𝑄𝑘ℎ𝑖
𝜋.𝐷𝑘2 = 4×1,512
𝜋×60×0,028442 = 39,7 m/s => Thỏa mãn vkhí =10 –40m/s
- Lượng khí qua mỗi ống nhánh
qn = 𝑄𝑘ℎí 3 = 1,512 3 = 0,504 𝑚3/phút - Đường kính ống nhánh dẫn khí dn= √4qn π.vkn = √ 4×0,504 π×26,75×60 = 0,02 m Trong đó:
+ vkn : vận tốc trong ống khí nhánh duy trì trong khoảng 10 –40m/s. Chọn vkhí
= 26,75 m/s (Mục 6.39/32/[10])
+ qn : Lượng khí qua mỗi ống nhánh.
Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh làm bằng ống thép mạ kẽm Hòa Phát có đường kính DN = 25mm; dày = 3,38mm; D = 21,62mm.
Kiểm tra lại vận tốc ống dẫn khí nhánh: vkk = 4.𝑞𝑛
𝜋.𝑑𝑛2 = 4×0,504
60×𝜋×0,021622 = 22,9 m/s => Thỏa mãn vkn =10 –40 m/s
Tính toán máy nén khí
- Áp lực cần thiết của hệ thống phân phối khí
Hk = hd + hc + hf + H
Trong đó:
hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn; hc: tổn thất cục bộ, hd + hc ≤ 0,4m, chọn hd + hc = 0,4 m [1]
hf: tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf ≤ 0,5 m, chọn hf = 0,5 m; H: chiều sâu công tác của bể điều hòa, H = 4 m.
=> Hk = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m
- Áp lực không khí
P= 10,33+𝐻𝑘
10,33 = 10,33+4,9
10,33 = 1,43 atm (Mục 3.3.2/151/[1]) - Công suất máy nén khí
N = 34400 𝑥 (𝑃 0,29−1)𝑥𝑄𝑘ℎí 102𝜂 = 34400×(1,43 0,29−1)×1,512 102×0,8×60 = 1,16 kW= 1,56 Hp (T108/[1]) Trong đó:
+η : hiệu suất máy bơmη = 0,7 − 0,9, η = 0,8 +Qkk: lưu lượng khí, Qkhí= 0,01 (m3/s)
Chọn hai máy thổi khí Tohin thay phiên nhau hoạt động với:
Model HC-50s
Tính bơm:
Chọn bơm ứng với lưu lượng 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 31,25 m3/h Tổng chiều cao áp lực (Ht): Ht = H + htt
Với htt = hcc + hdđ: tổng tổn thất bao gồm tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường Chọn htt =0,4 m, hcc + hdđ ≤ 0,4 m [1]
Ht = H + htt = 4 + 0,4 = 4,4 m Công suất máy bơm
𝑁= 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑠 𝐻𝜌
102×𝜂 = 31,25×4,4×1000
102×0,7×3600 = 0,47 kW Trong đó:
+η: hiệu suất bơm, 70% +𝑄𝑚𝑎𝑥𝑠 : lưu lượng bơm (m3/s) + H: cột áp bơm = Ht
Công suất thực của máy bơm: Nb= 𝑁 × 𝛽 = 0,47 × 2,5 = 1,175 kW Trong đó 𝛽: hệ số an toàn, 𝛽=1-2,5
Chọn 02 máy bơm chìm Tsurumi – Nhật Bản (2 máy hoạt động luân phiên nhau) với:
Model 80PU21.5
Công suất: 1,5KW/380V/50Hz
Họng xã: 80mm
Cột áp max: 16,5m
Tính toán đường ống dẫn nước ra khỏi bể điều hòa:
Lưu lượng nước thải đầu vào: 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 31,25 m3/h Đường kính ống dẫn nước thải vào và ra bể điều hòa:
𝐷 = √4 × 𝑄𝑚𝑎𝑥
ℎ
𝜋 × 𝑣 = √
4 × 31,25
3,14 × 1,5 × 3600 = 0,085 𝑚 = 85 𝑚𝑚
Chọn ống dẫn nước ra bằng ống dẫn nước vào là ống u-PVC Tiền Phong có đường kính trong D = 85,7 mm; dày 4,3 mm; DN 90mm.
Trong đó:
+ 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ : Lưu lượng lớn nhất giờ cuae nước thải
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
𝑣 = 4×𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ
𝜋×𝐷2 = 4×31,25
𝜋×3600×0,08572 ≈ 1,51 𝑚/𝑠
Thỏa mãn yêu cầu v = 1,2 – 2m/s.
Bảng tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa:
Bảng 4.7 Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa
STT Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước T h 4
2 Kích thước của bể
Chiều dài L mm 8500
Chiều rộng B mm 4000
Chiều cao hữu ích H mm 3500
Chiều cao xây dựng Hxd mm 4000
3 Số đĩa khuếch tán khí N đĩa 18
4 Đường kính ống dẫn khí chính DNc mm 32
5 Đường kính ống dẫn khí nhánh DNn mm 25
6 Đường kính ống dẫn nước thải ra DN mm 90
7 Thể tích xây dựng của bể điều hòa Wt m3 126
8 Công suất của máy thổi khí Nk KW 1,5
9 Công suất của máy bơm Nb KW 1,5
4.1.5 Bể Anoxic
Nhiệm vụ:
Nước thải từ bể điều hòa và nước tuần hoàn sau bể sinh học hiếu khí Aerotank và bùn tuần hoàn từ bể lắng được bơm vào bể sinh học thiếu khí Anoxic. Bể sinh học này có nhiệm vụ khử Nitơ. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng do tác động của dòng chảy và dạng dính bám trên vật liệu. Vi sinh thiếu khí phát triển sinh khối trên vật liệu Plastic có bề mặt riêng lớn và ở dạng lơ lửng. Nước thải sau khi qua bể Anoxic sẽ tự chảy sang bể sinh học hiếu khí Aerotank để tiếp tục được xử lý.
Tính toán: Thông số vận hành
Nồng độ bùn hoạt tính, X = 2500 – 4000 mg/l, chọn X = 3000 mg/l. Nhiệt độ nước thải, T = 250C.
𝑄𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑄𝑣à𝑜+ 𝑄𝐼𝑅
Trong đó:
+ 𝑄𝑣à𝑜: lưu lượng nước thải dòng vào
+ 𝑄𝐼𝑅: lưu lượng nước tuần hoàn từ cuối bể Aerotank
Nước thải dòng vào
Lưu lượng nước thải: 𝑄𝑛𝑔à𝑦𝑡𝑏 =𝑄𝑣à𝑜= 300 m3/ngày = 12,5 m3/h Hàm lượng BOD5 đầu vào = 237,5 mg/l.
Lưu lượng nước tuần hoàn từ cuối bể Aerotank về đầu bể thiếu khí Anoxic để khử Nitơ
𝑄𝐼𝑅 = 𝐼𝑅 × 𝑄𝑡𝑏ℎ
Giả sử hiệu suất chuyển hóa Nitrat là 60%, vậy lượng Nitrat được chuyển đổi là
𝑁𝑂𝑥=0,6×45= 27 mg/l
Lượng N trong nước thải tuần hoàn từ bể Aerotank: 𝑁𝑟= 7 mg/l Tỷ số nội tuần hoàn
𝐼𝑅=𝑁𝑂𝑥
𝑁𝑅 −1− 𝛼 =27
7−1−0,6 = 2,2 (CT 8-48/758/[2])
Vậy lưu lượng tuần hoàn
𝑄𝐼𝑅 = 𝐼𝑅. 𝑄𝑡𝑏ℎ = 2,2 × 12,5 = 27,5 m3/h Tổng lưu lượng vào bể Anoxic:
𝑄𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝑄𝑣à𝑜 + 𝑄𝐼𝑅 = 12,5 + 27,5 = 40 m3/h Lượng Nitrat có trong dòng tuần hoàn
𝑁𝑂𝑥𝑅 = 𝑄𝐼𝑅. 𝑁𝑟 = 27,5 × 7 = 192,5 g/h
Xác định thể tích của bể:
𝑉 = 𝑄𝑡ổ𝑛𝑔𝑡 = 40 × 1,5 = 60 m3
Với thời gian lưu lước trong bể Anoxic t = 1,5h (quy phạm t= 1-3h) [2]
Chọn chiều cao làm việc của bể: H = 3,5 m. Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5m.
Chiều cao xây dựng của bể: 𝐻𝑥𝑑=𝐻+ℎ𝑏𝑣=3,5+0,5= 4 𝑚
Chọn chiều dài của bể: L = 5 m Chọn chiều rộng của bể: B = 3,5 m Thể tích thực tế của bể anoxic:
𝑉𝑡 = L x H x B = 5 × 3,5 × 3,5 = 61,25 m3
Tính lượng Nitrat bị loại bỏ mỗi ngày:
Tỷ số:
𝐹/𝑀=𝑄𝑡ổ𝑛𝑔.𝑆0
V.𝑋𝑏 = 40×237,5
61,25×3000 = 0,05
Tốc độ khử nitrat riêng SDNR (bể Anoxic đặt trước bể Aerotank)
𝑆𝐷𝑁𝑅 = 0,03𝐹
𝑀+ 0,029 = 0,03 × 0,05 + 0,029 =0,03 gNO3-/MLVSS.ngày (CT 8-42/754/[2])
Lượng Nitrat bị loại bỏ mỗi ngày
𝑁𝑂𝑟 = 𝑉. 𝑆𝐷𝑁𝑅. 𝑀𝐿𝑉𝑆𝑆 = 61,25 × 0,03 × 3000
= 5512,5 g/ngày = 229,7 g/h (CT 8-41/754/[2])
So sánh với lượng Nitrat trong dong nước thải tuần hoàn vào là 229,7 g/h > 192,5 g/h (thỏa yêu cầu)
Vậy kích thước của bể anoxic: 𝐿×𝐵×𝐻 = 5 𝑚× 3,5 𝑚× 3,5 𝑚
Giả sử hiệu quả xử lý COD của anoxic là 15% Hàm lượng BOD trong nước thải đầu ra Anoxic
𝐵𝑂𝐷𝑟𝑎 = (1 − 𝐸𝐵𝑂𝐷)𝑥𝐵𝑂𝐷 = (1 − 0,1) × 237,5 = 213,75 mg/l
Tính đường ống dẫn nước thải vào
Đường kính ống dẫn nước thải vào lấy bằng đường kính ống dẫn nước ra từ điều hòa, Dv = 90 mm.
Vận tốc nước chảy trong ống từ 0,75-1,5m/s. Chọn vận tốc nước thải trong ống là v = 1 m/s (Mục 3.24/11/[10])
Đường kính ống dẫn nước thải ra:
𝐷𝑟 =√4×𝑄𝑡ổ𝑛𝑔
𝜋.𝑣 = √ 4×40
Chọn ống dẫn nước thải ra là ống nhựa u-PVC Tiền Phong có đường kính trong là 107,8mm, dày = 2,2mm; DN =110.
Kiểm tra lại vận tốc trong ống: V = 4×𝑄
𝜋×𝐷2= 4×40
3600×𝜋×0,10782 ≈ 1,2 𝑚/𝑠 (Thỏa mãn v từ 0,75 – 1,5 m/s)