Bể trộn cơ khí

Nhiệm vụ

Nhằm làm cho chất keo tụ được trộn đều trong nước thải

Tính toán bể trộn cơ khí

Thể tích trộn:

V= t ×Q (m3) Trong đó:

t: Thời gian khuấy trộn, chọn t = 3 phút = 180s (t = 1 – 3 phút); Q: công suất trạm xử lí, Qtbs = 2 x 10-3 (m3/s).

V = 180 × 0,002 = 0,36 m3 Chọn bể trộn có tiết diện ngang là hình vuông.

Chiều cao xây dựng của bể trộn:

Hxd = hlv + hbv = 2 + 0,3 = 2,3 m Trong đó:

hlv: Chiều cao làm việc của bể trộn, chọn hlv = 2 m, hlv = 2 ÷ 2,5 m; (Mục 7.155/[7]). hbv: Chiều cao bảo vệ bể, hbv = 0,3 m.

Chọn bể trộn có diện tích:

F = V

hlv = 0,36

2 = 0,18 m2

Kích thước xây dựng bể trộn: L×B×H = 0,5 m × 0,5 m × 2,3 m = 0,57 m3

Ống dẫn nước vào bể đặt phía trên thành bể trộn, ống dẫn phèn đặt ngay cửa ống dẫn vào bể, trước miệng dẫn nước. Nước đi từ trên xuống qua ống dẫn nước ra để qua ngăn phản ứng tạo bông.

Xác định kích thước cánh khuấy và năng lượng cần thiết cho máy khuấy: (Mục

5.1.6/118/[9])

Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh hướng xuống để nước từ trên xuống.

Thông số BOD COD

Đầu vào (mg/l) 350 680

Hiệu suất (%) 5 5

Đường kính khuấy ≤ 1

2 chiều rộng bể. Chọn đường kính máy khuấy = 1

2 chiều rộng bể = 1

2 x 0,5= 0,25 m= 250 mm. Chiều rộng bản cánh khuấy=1

5 đường kính máy khuấy =1

5x 250= 50mm. Chiều dài bản cánh khuấy= 1

4 đường kính máy khuấy=1

4 x 250= 62,5 mm. Chiều cao bản cánh khuấy = 30 mm.

Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng = đường kính máy khuấy = 500 mm.

Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn:

P = G2 μ V (W) Trong đó:

P: Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn, W.

μ: độ nhớt động lực của nước, N.s/m2. Chọn μ(20°C) = 0,001. G: gradient, s−1.

V: Thể tích bể trộn, m3.

Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn

P = 2002 × 0,001 × 0,36 = 14,4 W= 0,014 kW. Trong đó:  G: Cường độ khuấy trộn, G = 200 s-1 ; (Mục 7.158/[7])  V: Thể tích xây dựng bể trộn, V = 0,36 m3  μ: Độ nhớt động học của nước ở 25oC, μ = 1×10-3 N.s/m2 Chọn 2 máy khuấy, 1 máy hoạt động và 1 máy dự phòng

Hiệu suất mỗi máy khuấy: η = 80%.

Vậy công suất thực tế của mỗi máy khuấy: Pn = P

0,8 =14,4

0,8 = 22 W= 0,022 kW. Xác định số vòng quay của máy khuấy:

n = ( P K×ρ×D5) 1 3 = ( 22 1,08×1000×0,255) 1 3 = 2,75 vòng/s = 165 vòng/phút Trong đó:

 P: Năng lượng khuấy trộn cần truyền vào nước, P = 22 W

 K: Hệ số sức cản của nước, chọn cánh khuấy kiểu tuabin 4 cánh nghiêng 45o, chọn K = 1,08; (Mục 5.1.3/115/[9]).

 𝜌: Khối lượng riêng của nước, 𝜌 = 1000 (kg/m3) Chọn motor khuấy Tunglee có các thông số sau:

 Model: PF-32-1500-30S3  Kiểu lắp: Mặt bích trục thẳng  Công suất 0,4 kW  Tỉ số truyền (Ratio): 1/3 – 1/1800  Tần số: 50 Hz/60Hz  Đường kính trục cốt ra 32 mm  Điện áp 3 pha/380V

Ống dẫn dung dịch qua bể tạo bông

Nước từ bể trộn qua bể tạo bông với vận tốc từ 0,1 – 1m/s (Bảng II.2/[6]).

Do có trộn hóa chất keo tụ nên nước từ bể trộn sang bể phản ứng không quá 1 phút. Nên chọn thời gian và vận tóc di chuyển tương ứng là: t= 10s, v = 1m/s

Đường kính ống dẫn: D = √4 × Q v × π = √ 4 × 6,25 3,14 × 3600= 0,047m Chọn ống HDPE Bình Minh có DN = 50mm Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy trong ống:

v = 4 ×Qs

tb

(dống)2 × π =

4 ×6,25

(0,05)2 ×π×3600 = 0,88 m/s ( Thỏa mãn).

Giữa bể trộn và bể phản ứng tạo bông có khoảng thông có đường kính DN50 mm để nước tự chảy từ bể trộn sang bể phản ứng tạo bông.

Bảng 4.8 Các thông số thiết kế bể trộn cơ khí

Thông số Số lượng/kích

thước Đơn vị

Vật liệu

Số lượng bể 01 Bể Bê tông cốt thép

Chiều cao bể 2,5 m Bê tông cốt thép

Dài x Rộng 1 x 1 m Bê tông cốt thép

Tính toán lượng PAC cho vào nước thải

Sử dụng phèn PAC dạng bột 30% bao 25kg Lượng PAC cần thiết cho quá trình keo tụ:

a = 4√M = 4√250 = 63,25 mg/l (CT 3.13/T70/[9]) Trong đó:

M: Độ màu của nước thải, M = 250 mg/l Lượng phèn PAC cần trong 1 ngày là:

Mp = a × Qtb = 63,25 × 150×10-3 = 9,5 kg/ngày Trong đó:

 Qtb: Lưu lượng nước thải trung bình ngày của nước thải, Qtb = 150 m3/ngày Nồng độ PAC sử dụng là 10% = 100 kg/m3

Lượng dung dịch PAC 10% cần dùng là: Mdd = 9,5

100 = 0,095 m

3

/ngày = 0,004 l/h Chọn thời gian lưu dung dịch phèn trong bồn chứa, t = 24h

Thể tích cần thiết của thùng chứa: V= 0,004 × 24 = 0,096 lít. Sử dụng bồn PE 1 m3 làm bồn chứa dung dịch phèn.

Tính toán PAC 30% sử dụng pha loãng từ 30% xuống dung dịch PAC 10%

V×30% = 1×10% → V = 0,33m3. Nồng độ PAC sử dụng là 30% = 300 kg/m3, vậy cần sử dụng G = 99 kg (4 bao 25 kg).

Đường kính ống dẫn hóa chất: Chọn ống uPVC Tiền Phong Ø21 mm Chọn 2 bơm định lượng OBL dạng màng châm phèn PAC:

 Model: M101 PPSV  Công suất: 0,25 kW  Điện áp 3 pha – 380 V – 50 Hz  Lưu lượng: 101 lít/h  Áp lực: 10 bar ~ 100mm  Xuất xứ: Italy

Tính toán hóa chất Polyme 0,2%:

Sử dụng polyme anion 0,2% (QA-01), dạng tinh thể trắng bao 25 kg.

Lượng polyme dùng để trợ keo tụ giúp quá trình tạo bông diễn ra tốt hơn với hàm lượng a = 1 – 5 mg/l. Chọn a = 3 mg/l

Lượng Polyme anion cần trong 1 ngày là:

Mp = a × Qtb = 3 × 150×10-3 = 0,45 kg/ngày Trong đó:

Qtb: Lưu lượng nước thải trung bình ngày của nước thải, Qtb = 150 m3/ngày Nồng độ Polyme anion sử dụng là 0,2% = 2 kg/m3

Mdd = 0,45

2 = 0,225m3/ngày =5,4 l/h Chọn thời gian lưu dung dịch polymer trong bồn chứa, t = 7h

Thể tích cần thiết của thùng chứa: V = 5,4 × 7 =37,8 lít. Sử dụng bồn PE 1 m3 làm bồn chứa dung dịch Polymer.

Đường kính ống dẫn polyme là ống uPVC Tiền Phong Ø21 mm. Chọn 2 bơm định lượng OBL dạng màng châm phèn polymer:

 Model: M301 PP  Công suất: 0,37 kW  Điện áp 3 pha – 380 V – 50 Hz  Lưu lượng: 300 lít/h  Áp lực: 5 bar ~ 50mm  Xuất xứ: Italy

Tính toán dung dịch axit H2SO4 98% (T405/[5])

Trường hợp nước thải đầu vào không đảm bảo pH trong khoảng tối ưu (pH cao) Lưu lượng thiết kế: Q = 6,25 m3

/h

pHvào max = 9; pHtrung hòa = 7; K = 0,000005 mol/l Khối lượng phân tử H2SO4 = 98 g/mol

Nồng độ dung dịch H2SO4 = 98% Trọng lượng riêng của dung dịch = 1,84

Liều lượng châm vào = 0,000005 ×98 ×6,25 ×1000

98 ×1,84 ×10 = 0,002 lít/h

Thời gian lưu = 120 ngày

Thể tích cần thiết của thùng chứa: 0,002 × 120 × 24 = 5,76 lít Chọn thùng PE 50 lít làm thùng chứa axit.

Chọn 2 bơm định lượng OBL dạng màng châm axit:

 Model: M11 PPSV  Công suất: 0,25 kW  Điện áp 3 pha – 380 V – 50 Hz  Lưu lượng: 11 lít/h  Áp lực: 12 bar ~ 120mm  Xuất xứ: Italy

Tính toán hóa chất NaOH 20%

Lưu lượng thiết kế: Q = 6,25 m3

/h

Khối lượng phân tử NaOH = 40 g/mol Nồng độ dung dịch NaOH = 20% Trọng lượng riêng của dung dịch = 1,53

Liều lượng châm vào = 0,00001 × 40 × 6,25 ×1000

20 ×1,53 ×10 = 0,008 lít/h

Thời gian lưu = 30 ngày

Thể tích cần thiết của thùng chứa: 0,008 × 30 × 24 = 5,76 lít Chọn thùng PE 50 lít làm thùng chứa bazơ.

4.1.5 Bể phản ứng tạo bông Nhiệm vụ

Nước sau khi trộn phèn thích hợp được dẫn vào bể cho thêm polymer để hoàn thành quá trình tạo bông. Cánh khuấy sử dụng để khuấy chậm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc và kết dính giữa các bông đã keo tụ hình thành các bông cặn lớn dễ lắng.

Tính toán bể phản ứng tạo bông

Thể tích:

V= t ×Qtbh (m3) Trong đó:

t: thời gian lưu nước. t=10 ÷30 (phút) chọn t = 30 phút. (Mục 5.3/129/[7]); Q: công suất trạm xử lí, Qtbh= 6,25 (m3/h).

V = 30

60× 6,25= 3,13 m3

Ta chia bể phản ứng ra thành 2 buồng tương ứng với gradient giảm dần từ buồng đầu đến buồng cuối. Thể tích mỗi buồng là: Vb = V 2 = 3,13 2 = 1,6 m 3

Chiều cao bể tạo bông là:

H = hlv + hbv = 2 + 0,3 = 2,3 m Trong đó:

 hlv: Chọn chiều cao làm việc mỗi buồng là 2 m

 Chiều cao bảo vệ, Chọn hbv = 0,3 m Diện tích mỗi buồng bể tạo bông là:

fb = Vb

2 = 1,62 = 0,8 m2

Vậy kích thước mỗi buồng là: L×B×H = 1 m × 0,8 m × 2,3 m

Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn:

Chọn cánh khuấy kiểu tuabin 4 cánh nghiêng góc 45o, cường độ khuấy trộn 2 bậc: G1

= 70 s-1, G2 = 50 s-1 (Mục 5.3/134-135/[9]). Tính toán cánh khuấy: (Mục 5.1.6/118/[9]) Máy khuấy cách đáy một khoảng: H = Dck = 1,25 m Đường kính cánh khuấy Dck = 1/2 chiều rộng bể

D = 1 2 × 0,8 = 0,4 m Chiều rộng bản cánh khuấy: Bck = 1 5 × Dck = 1 5 ×0,4 = 0,08 m = 80 mm Chiều dài bản cánh khuấy:

Lck = 1

4 × Dck = 1

4 ×0,4 = 0,1 m = 100 mm Tiết diện bản cánh khuấy: fck = 0,008 m2

Tổng tiết diện bản cánh khuấy: ft = 4 × fck = 4 × 0,008 = 0,032 m2 Tiết diện ngang bể phản ứng: Fu = 1,6 m2

Tỉ lệ diện tích cánh khuấy: ft

Fu = 0,032

1,6 ×100 = 2% (Đạt tỉ lệ theo quy định <15%) Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy bậc 1:

P1 = G12 × Vb × μ = 702 × 1,6 × 1×10-3 = 8 W = 0,008kW Trong đó:  G1: Cường độ khuấy trộn bậc 1, G1 = 70 s-1  Vb: Thể tích mỗi buồng, Vb = 1,6 m3  μ: Độ nhớt động học của nước ở 25oC, μ = 1×10-3 N.s/m2 Công suất của động cơ:

N = P1

η = 0,008

0,8 = 0,01 kW

Xác định số vòng quay của máy khuấy: n1 = (K×ρ×DP1 5) 1 3 = ( 8 1,08×1000×0,45) 1 3 = 0,8 vòng/s = 54 vòng/phút Trong đó:

 P1: Năng lượng khuấy trộn cần truyền vào nước, P1 = 91 W

 K: Hệ số sức cản của nước, chọn cánh khuấy kiểu tuabin 4 cánh nghiêng 45o có K = 1,08; (Mục 5.1.3/115/[7]).

 D: Đường kính cánh khuấy, D = 0,4 m Chọn motor khuấy Tunglee

 Model: PF18-0200-10S3  Kiểu lắp: Mặt bích  Công suất: 0,2 kW/0,25 Hp  Tỉ số truyền(Ratio): 1/10  Tần số: 50Hz/60Hz  Điện áp: 3pha 220V/380

 Xuất xứ: Đài Loan

Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy bậc 2:

P2 = G22 × Vb × μ = 502 × 1,6 × 1×10-3 = 4 W = 0,004 kW Trong đó:  G2: Cường độ khuấy trộn, G2 = 50 s-1  Vb: Thể tích mỗi buồng, Vb = 1,6 m3  μ: Độ nhớt động học của nước ở 25oC, μ = 1×10-3 N.s/m2 Công suất của động cơ:

N = P2

η = 0,004

0,8 = 0,005 kW

 η: Hiệu suất động cơ, η = 0,8; (Mục 5.1.6/118/[9]) Xác định số vòng quay của máy khuấy:

n2 = ( P2 K×ρ×D5) 1 3 = ( 4 1,08×1000×0,45) 1 3 = 0,7 vòng/s = 42 vòng/phút Trong đó:

 K: Hệ số sức cản của nước, chọn cánh khuấy kiểu tuabin 4 cánh nghiêng 45o có K = 1,08; (Mục 5.1.3/115/[7]).

 D: Đường kính cánh khuấy, D = 0,4 m Chọn motor khuấy Tunglee

 Model: PF18-0100-25S3

 Kiểu lắp: Mặt bích – Trục thẳng

 Công suất: 0,1 kW -1/8 Hp

 Tần số: 50Hz/60Hz

 Điện áp: 3 pha 220V/380

 Xuất xứ: Đài Loan Đường kính ống dẫn: D = √4 × Q v × π = √ 4 × 6,25 0,2 × 3,14 × 3600 = 0,1m Chọn ống HDPE Bình Minh có DN = 110mm

Kiểm tra lại vận tốc dòng chảy trong ống: v = 4 ×Qs tb (dống)2 × π = 4 ×6,25 (0,11)2 ×π×3600 = 0,18 m/s ( Thỏa mãn). → Vận tốc v = 0,19 m/s phù hợp sẽ không làm vỡ bông cặn. 4.1.6 Bể lắng đứng Nhiệm vụ

Nhiệm vụ của bể lắng đợt 1 là lắng các bông cặn hình thành sau đi qua bể keo tụ tạo bông.

Tính bể lắng đứng

Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm f =Qtb s vtt = 0,002 0,03 = 0,07 m 2 Trong đó:

Qstb : lưu lượng nước trung bình giây, 2 x 10-3m3/s

tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s (0,03m/s). [13])

Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng: F = Qtb s v = 6,25 0,0008 × 3600 = 2,5 m 2

Trong đó:

: Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s [13]). Chọn v = 0,8 mm/s. Chọn 1 bể lắng đứng và diện tích 1 bể là: F1 =F + f n = 0,07 + 2,5 1 = 2,57 m 2 Chọn mặt bằng bể lắng hình vuông, cạnh mỗi bể B = √2,57 = 1,6 m Đường kính ống trung tâm:

D = √4× f

π = √4 × 0,07

π = 0,29 m

Chọn ống thép không gỉ = 300 mm

Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng

htt = v × t = 0,0008 × 1,5 × 3600 = 4,3m Trong đó:

t là thời gian lắng, t = 1,5 h [7]

Chiều cao phần hình chóp của bể lắng đứng được tính theo công thức: hchóp = h2+ h3 = (B − dc

2 ) x tan ∝ = (

1,6 − 0,6

2 ) xtg50 = 0,85m Trong đó:

: chiều cao lớp trung hòa, m

: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m B: cạnh của bể lắng, m

dc: cạnh đáy nhỏ của hình chóp cụt, lấy dc = 0,6m

góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 50o. Chọn = 50O. Thể tích phần chứa cặn hình chóp: Wchóp =1 3 × hchóp × (B2+ dc2 + Bx dc) = 1 3 × 0,85 × (1,62+ 0,62+ 1,6 × 0,6)= 1,1 m3

Chiều cao ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng, đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm.

Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe: 1,3 × 0,675 = 0,53m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170

Chọn khoảng cách từ phần ống loe đến tấm chắn là 0,3 (quy phạm 0,25 ÷ 0,5 m, [13]) Chiều cao tống cộng của bể lắng đứng:

H = htt+ hchóp+ h0 = 4,3 + 0,85 + 0,3 = 5,45m Trong đó:

: chiều cao bảo vệ, chọn h0 =0,3m Thể tích phần lắng: W= (B2−π 4d2)× htt = (1,62−π 4×0,32)×4,3 = 11,32m3 Thể tích bể lắng: V = + F x = 1,1 + 2,5 × (4,3+ 0,3) = 12,6 m3 Kiểm tra lại thời gian lưu nước trong bể lắng:

t= V

Qtbh =12,6

6,25= 2,02h > 1,5h

Tính toán máng tràn thu nước:

Chiều dài máng tràn lm = B = 1,6 m, đặt 1 máng tràn bên 1 cạnh bể Tải trọng máng tràn: Lm =

Qngàytb

lm = 150

1,6= 93,75 m3/m.ngày (thỏa Lm < 496 m3/m.ngày) Chiều cao máng hm = 0,1m

Chọn vận tốc nước chảy trong máng vm = 0,6 m/s Tiết diện máng thu: fm = Qhtb

vm= 6,25

3600×0,6 = 0,003 m2 Bề rộng máng thu: bm = fm

hm= 0,003

0,1 =0,03 m

Tính lượng bùn sinh ra

Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng C1 =Chh× (100 − E1)

100 =

315 × (100 − 53)

100 = 148,05 mg/l Trong đó:

hàm lượng chất lơ lửng của nước thải dẫn đến bể lắng đợt I, hiệu suất lắng lấy theo ([7]). Tốc độ lắng của hạt lơ lửng:

u = hlắng 3,6 × t =

4,3

3,6 × 1,5= 0,5mm/s : Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng, mm/s

hlắng: Chiều sâu tính toán của vùng lắng, hlắng = 4,3m : Thời gian lắng,

Ứng với u =0,5 mm/s và hàm lượng ban đầu của chất lơ lửng SSvào = 315 mg/l, Tra bảng hiệu suất lắng vào khoảng

Mbùn = Qtbngày × (S0− S) = 150 × (315 − 142) × 10−3= 26 kg/ngày Trong đó:

S: là hàm lượng SS vào bể lắng 1 (mg/l)