CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CÁC CƠNG TRÌNH
4.1 TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ PHƯƠNG ÁN 1
4.1.2 Bể điều hoà khuấy trộn
Bể điều hịa có nhiệm vụ điều hịa lưu lượng và nồng độ nước thải giúp các cơng trình sinh học đạt hiệu quả xử lý cao.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Uyên, công suất 200 m3/ngày.đêm
- Thể tích bể điều hịa:
V = Q × t = 20,85 × 5 = 104,25 m3 (CT (3-112)/162/[7]) Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải giờ lớn nhất, Qhmax = 20,85 m3/h t: thời gian lưu nước, t = 4 – 6h, chọn t = 5 h
- Diện tích bể điều hịa:
𝐹 =V h =
104,25
3,5 = 29,8 𝑚
2
Trong đó: h là chiều cao cơng tác của bể, h = 2 ÷ 4 m, chọn h = 3,5 m - Bể điều hịa có mặt bằng hình chữ nhật. Chọn chiều rộng B = 5 m → L = 6 m - Chiều cao xây dựng của bể điều hòa với chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m:
Hxd = h + hbv = 3,5 + 0,5 = 4 m
Tính tốn đường ống dẫn nước ra khỏi bể
- Chọn vận tốc nướ c trong ống: v = 0,7 m/s. Đường kính ống:
Dnước = √ 4 × Q𝑠
tb
π × n × v= √
4 × 200
π × 1 × 0,7 × 86400 = 0,065 m Chọn ống nhựa PVC Bình Minh theo catalog có D = 75 mm.
- Kiểm tra lại vận tốc nước trong đường ống: v =4 × Qℎ
tb
π × D2 = 4 × 200
π × 0,0752× 86400= 0,52 m/s (Thỏa điều kiện v = 0,3 ÷ 0,9m/s)
Tính tốn máy khuấy trộn
Phương pháp khuấy trộn là dùng máy khuấy chìm làm bằng thép khơng gỉ.
Năng lượng cần để khuấy trộn 1 m3 thể tích bể là 4÷8 W (Trang 42/[2]). Chọn N = 8 W - Năng lượng cần để khuấy trộn cho V = 104,25 m3 là:
N = 104,25 × 8 = 834W = 0,83 kW Với hiệu suất Motor η = 0,7, công suất Motor khuấy cần chọn:
𝑁′ =N
Ƞ =
0,83
0,7 = 1,2 𝑘𝑊
Chọn 4 máy khuấy chìm (3 hoạt động, 1 dự phịng) thương hiệu EVAK EM-5.10 cơng suất 0,75kW.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Uyên, công suất 200 m3/ngày.đêm
Tính bơm dẫn nước thải đến bể trộn cơ khí:
Chọn bơm ứng với lưu lượng: Qtb.h = 8,34 m3/h
- Tổng chiều cao áp lực: Ht = H + htt = 5 +0,4 = 5,4 m
Với: htt = hcc + hdđ: tổng tổn thất bao gồm tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường hcc + hdđ ≤ 0,4 m. Chọn htt = 0,4 m
- Cơng suất máy bơm: N = Qs tb × g × ρ × H 1000η = 200 × 9,81 × 1000 × 5,4 1000 × 0,8 × 86400 = 0,24 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
- Công suất thực của máy bơm: Nb= 𝑁 × 𝛽 = 0,24 × 1,2 = 0,288 kW Trong đó 𝛽: hệ số an tồn, 𝛽=1-2,5
Chọn 2 bơm chìm Nation Pump SSM250-1.75 265, công suất 0,75 kW. (1 hoạt động, 1 dự phịng)
Bảng 4.4 Thơng số thiết kế bể điều hịa khuấy trộn
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài (L) m 6
2 Chiều rộng (B) m 5
3 Chiều cao (H) m 4
4 Công suất máy khuấy kW 0,75
5 Số máy khuấy cái 4
6 Công suất máy bơm kW 0,75
7 Số máy bơm Cái 2
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Uyên, công suất 200 m3/ngày.đêm 4.1.3 Bể trộn cơ khí - Thể tích bể: 𝑉 = 𝑡 × 𝑄 = 120 × 200 86400 = 0,28 𝑚 3 Trong đó:
t: thời gian khuấy trộn; chọn t = 120 s. (492/[2]) Q: cơng suất trạm xử lí tính theo giây (m3/s) Chọn bể trộn có tiết diện ngang là hình vng. - Tỉ lệ chiều cao/chiều rộng: H = 2B 𝑉 = 𝐻 × 𝐵 × 𝐿 = 2𝐵3 → 𝐵 = √𝑉 2 3 = √0,28 2 3 = 0,52 𝑚 Chọn B = 0,6 m H = 2 × 0,6 = 1,2 m Tính lại V = H × B × L = 1,2 m × 0,6 m × 0,6 m = 0,432 m3
Chiều cao bảo vệ: ℎ𝑏𝑣= 0,5 (m). Vậy chiều cao xây dựng của bể là 1,7 m.
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 quá trình khuấy trộn và chảy tràn qua bể tạo bông.
Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể bằng đường kính ống vào bể, D = 75 mm
Xác định kích thước cánh khuấy và năng lượng cần thiết cho máy khuấy:
Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh hướng xuống để nước từ trên xuống. Đường kính khuấy ≤ 1
2 chiều rộng bể. Chọn đường kính máy khuấy = 1
2 chiều rộng bể =1
2× 0,6 = 0,3 𝑚 = 300 𝑚𝑚 Chiều rộng bản cánh khuấy = 1
5 đường kính máy khuấy =1
5× 0,3 = 0,06 𝑚 = 60 𝑚𝑚 Chiều dài bản cánh khuấy = 1
4 đường kính máy khuấy =1
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Uyên, công suất 200 m3/ngày.đêm
Chiều cao bản cánh khuấy = 30 mm.
Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước trong bể. Chiều cao tấm chắn = chiều cao bể trộn = 1,7 m = 1700 mm.
Chiều rộng tấm chắn = 1
10 đường kính bể trộn
= 1
10× 0,6 = 0,06 𝑚 = 60 𝑚𝑚 Tấm chắn đặt cách thành bể 30 mm.
Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng = đường kính máy khuấy = 300 mm. [10]
Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn:
𝑃 = 𝐺2 𝜇𝑉 = 7002× 0,001 × 0,432 = 211,7 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. V: Thể tích bể trộn thực tế, V = 0,432 m3
G: gradient, 𝑠−1. Thời gian keo tụ là 120s, chọn G= 700 𝑠−1 (110/[10]). 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=
343
0,8 = 514,5 𝑊 = 0,52 𝑘𝑊
Chọn 2 máy khuấy Tunglee PF28-0750-25S3 có cơng suất 0,75 kW, số vịng quay là 100 vòng/phút.
Ống dẫn nước qua bể tạo bông:
Nước từ bể phản ứng vào bể tạo bơng bằng ống trịn, vận tốc nước trong ống 0,15 – 0,3 m/s. Chọn v = 0,3 m/s Đường kính ống dẫn: 𝐷 = √4 × 𝑄 𝑣 × 𝜋 = √ 4 × 200 0,2 × 𝜋 × 86400 = 0,1 𝑚 Chọn ống nhựa PVC Bình Minh D =110 mm
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Un, cơng suất 200 m3/ngày.đêm Kiểm tra vận tốc: 𝑣 = 4𝑄 𝐷2𝜋= 4 × 200 0,112× 𝜋 × 86400= 0,24 𝑚 𝑠⁄ (𝑡ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛)
Tính tốn lượng PAC cho vào nước thải:
Sử dụng hoá chất keo tụ là bột phèn nhôm PAC - [Al2(OH)nCl6-nXH2O]m – Poly Aluminium Chloride 31%.
Lượng phèn nhôm sử dụng dựa trên hàm lượng cặn SS = 161,5 mg/l, tra bảng
6.3/6.11/[7], liều lượng phèn cần dùng là 30 – 40 mg/l, chọn PAl = 40 mg/l.
- Lượng bột PAC 31% cần dùng: G = Qtb.ngày × PAl = 200 × 100×40
31 = 25.806,5 g/ngày = 25,81 kg/ngày = 1,08 kg/h - Pha bột PAC thành dung dịch 10%, thể tích dung dịch cần dùng:
𝑉 = 25.806,5
100 = 258,07 𝑙 𝑛𝑔à𝑦⁄ = 10,8 𝑙/ℎ
Chọn 2 bơm định lượng (1 hoạt động, 1 dự phòng) nhãn hiệu Pulsafeeder Pulsatron LEH6 S2, công suất 0,13 kW, lưu lượng bơm 18,9 l/h, áp lực tối đa: 7 bars.
Chọn thời gian pha hoá chất 2 ngày/lần, chọn thùng nhựa bằng Composite có dung tích 1000L để pha trộn PAC, thiết bị khuấy trộn DL – LT 0,2 kW.
Bảng 4.5 Các thơng số thiết kế bể trộn cơ khí
Thông số Giá trị Đơn vị Vật liệu
Số lượng bể 1 Bể Bê tông cốt thép
Chiều cao bể 1,7 m Bê tơng cốt thép
Dài × Rộng 0,6 × 0,6 m2 Bê tông cốt thép
4.1.4 Bể tạo bông
Nước sau khi trộn phèn chảy tràn vào bể cho thêm polymer để hồn thành q trình tạo bơng. Cánh khuấy sử dụng để khuấy chậm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho q trình tiếp xúc và kết dính giữa các bơng đã keo tụ hình thành các bơng cặn lớn dễ lắng.
Tính tốn bể tạo bơng
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Un, cơng suất 200 m3/ngày.đêm 𝑉 = 𝑡 × 𝑄ℎ𝑡𝑏 =15 × 200 60 × 24 = 2,1 𝑚 3 129/[10] Trong đó:
t: thời gian lưu nước. t=15 ÷30 (phút) chọn t = 20 phút. Q: cơng suất trạm xử lí, (m3/h)
Chọn bể keo tụ có tiết diện ngang là hình vng. Tỉ lệ chiều cao/ chiều rộng: H = 2B
Ta có: 𝑉 = 𝐻 × 𝐵 × 𝐿 = 2𝐵3 → 𝐵 = √𝑉 2 3 = √2,8 2 3 = 1,02 𝑚 Chọn B = 1,1 m Vậy H = 2 × 1,1 = 2,2 m Tính lại V= H × B × L = 2,2 m ×1,1 m x 1,1 m = 2,662 m3
Chiều cao bảo vệ: ℎ𝑏𝑣= 0,3 m. Vậy chiều cao thực tế của bể là 2,5 m.
Năng lượng cần thiết cho khuấy trộn:
- Nhu cầu năng lượng cho quá trình khuấy trộn chậm:
𝑃 = 𝐺2𝜇𝑉 = 802× 0,89 × 10−3× 2,662 = 15,2 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) = 0,89 × 10−3. G: gradient, 𝑠−1. Lấy G = 80𝑠−1
V: Thể tích thực bể tạo bông, 𝑚3. Hiệu suất máy khuấy: 𝜂 = 80%.
Vậy công suất thực tế của máy khuấy: 𝑃𝑛 = 𝑃
0,8 =15,2
0,8 = 19 𝑊
Chọn 2 máy khuấy Tunglee PF28-0400-10S3 (1 hoạt động, 1 dự phịng) có công suất 0,4 kW.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Uyên, công suất 200 m3/ngày.đêm
Nước từ bể phản ứng vào bể tạo bơng và nước sau q trình keo tụ được dẫn sang bể lắng bơng cặn bằng ống tròn, vận tốc nước 0,15 – 0,3 m/s. Chọn v = 0,2 m/s Đường kính ống dẫn: 𝐷 = √4 × 𝑄 𝑣 × 𝜋 = √ 4 × 200 0,2 × 𝜋 × 86400= 0,121 𝑚 Chọn ống nhựa PVC Bình Minh D =125 mm Kiểm tra vận tốc: 𝑣 = 4𝑄 𝐷2𝜋 = 4 × 200 0,1252× 𝜋 × 86400= 0,19 𝑚 𝑠⁄ (𝑡ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛)
Tính lượng Polymer trợ keo tụ
Sử dụng hoá chất trợ keo tụ là bột Polymer anionic A1140 – [-CH2- CH(CONH2)]n – Anionic Polyacrylamide.
Lượng Polymer sử dụng dựa trên hàm lượng cặn SS = 161,5 mg/l, tra bảng 6.4/6.11/[7], liều lượng cần dùng là 0,2 – 0,5 mg/l, chọn PPolymer = 0,5 mg/l.
- Lượng bột Polymer cần dùng:
G = Qtb.ngày × PAl = 200 × 0,5 = 100 g/ngày = 0,1 kg/ngày - Pha bột Polymer thành dung dịch 1%, thể tích dung dịch cần dùng:
𝑉 =100
10 = 10 𝑙 𝑛𝑔à𝑦⁄ = 0,42 𝑙/ℎ
Chọn 2 bơm định lượng (1 hoạt động, 1 dự phòng) nhãn hiệu Pulsafeeder Pulsatron LEH6 S2, công suất 0,13 kW, lưu lượng bơm 18,9 l/h, áp lực tối đa: 7 bars.
Chọn thời gian pha hoá chất 2 ngày/lần, Chọn thùng nhựa bằng Composite có dung tích 1000L để pha trộn Polymer, thiết bị khuấy trộn DL – LT 0,2 kW.
Bảng 4.6 Các thông số thiết kế bể tạo bông
Thông số Giá trị Đơn vị Vật liệu
Số lượng bể 1 Bể Bê tông cốt thép
Chiều cao bể 2,5 m Bê tông cốt thép
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Un, cơng suất 200 m3/ngày.đêm
4.1.5 Bể lắng đứng
Dùng để các bơng cặn hình thành sau q trình keo tụ tạo bơng.
Kích thước bể lắng đứng:
- Diện tích tiết diện ướ t của ống trung tâm:
𝑓 = 𝑄 𝑣𝑡𝑡 = 200 0,02 × 86400 = 0,12 𝑚 2 Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải, Q = 200 m3/ngày
tốc độ chuyển động của nướ c trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s, chọn vtt = 20 mm/s = 0,02 m/s. (49/[8])
- Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng: 𝐹 =𝑄 𝑣 = 200 0,0005 × 86400= 4,63 𝑚 2 Trong đó:
V: tốc độ chuyển động của nướ c thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s [8].
Chọn v = 0,5 mm/s. - Chọn 1 bể lắng đứng và diện tích 1 bể là: 𝐹1 =𝑓 + 𝐹 𝑛 = 0,12 + 4,63 1 = 4,75 𝑚 2 - Chọn mặt bằng bể lắng hình vng có cạnh 𝐵 = √4,75 = 2,17 𝑚, chọn B = 2,2 m. - Đườ ng kính ống trung tâm:
𝐷 = √4 × 𝑓
𝜋 = √
4 × 0,12
𝜋 = 0,4 𝑚
Chọn ống trung tâm bằng thép không gỉ Trường Thịnh Phát, D = 400 mm - Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng:
ℎ𝑡𝑡 = 𝑣 × 𝑡 = 0,0005 × 1,5 × 3600 = 2,7 𝑚
Trong đó: t là thời gian lắng, t = 1,5 h (1,5 – 2,5 h) (bảng 5-20/398[10]) - Chiều cao phần hình chóp của bể lắng đứng được tính theo cơng thức:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Un, cơng suất 200 m3/ngày.đêm
Trong đó:
h2: chiều cao lớp trung hòa, m
h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m B: cạnh của bể lắng, B = 2,2 m
dc: cạnh đáy nhỏ của hình chóp cụt, chọn dc = 0,6 m
góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 50o. Chọn = 50O. - Thể tích phần chứa cặn hình chóp: 𝑊𝑐ℎ𝑜́́𝑝 =1 3× ℎ𝑐ℎ𝑜́́𝑝× (𝐵 2+ 𝑑𝑐2+ 𝐵 × 𝑑𝑐) =1 3× 1 × (2,2 2+ 0,62+ 2,2 × 0,6) = 2,17 𝑚3
- Chiều cao ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính tốn 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:
dl = hl = 1,35 × 0,4 = 0,54 m
- Đườ ng kính tấm hắt lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe: 1,3 × 0,54 = 0,7 m 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 m (7.6/49/[8]) - Chiều cao tống cộng của bể lắng đứng:
𝐻 = htt + hchóp+ h0 = 2,7 + 1 + 0,5 = 4,2 m Trong đó:
h0: chiều cao bảo vệ, chọn h0 = 0,5 m - Thể tích phần lắng: 𝑊 = (B2−π 4D 2) x htt = (2,22−π 4× 0,4 2) × 2,7 = 12,73 m3 - Thể tích bể lắng: V = Wchóp + F × (htt + h0) = 2,17 + 4,63 × (2,7 + 0,5) = 17 m3 - Kiểm tra lại thời gian lưu nướ c trong bể lắng:
𝑡 = V Qℎ𝑡𝑏 =
17
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cơng ty Bao Bì Dương Nguyễn – KCN Nam Tân Un, cơng suất 200 m3/ngày.đêm
- Kích thước máng tràn thu nước:
Chiều dài máng tràn lm = 4B = 8,8 m. Chiều cao máng hm = 0,2 m
Chiều rộng máng bm = 0,2 m
Tính tốn đường ống dẫn nước ra khỏi bể:
- Chọn vận tốc nướ c trong ống: v = 0,7 m/s. Đường kính ống:
Dnước = √ 4 × Q
π × n × v= √
4 × 200
π × 1 × 0,7 × 86400 = 0,065 m Chọn ống nhựa PVC Bình Minh có D = 75 mm.
Kiểm tra lại vận tốc nước trong đường ống:
v = 4 × Qh
𝑚𝑎𝑥
π × D2× 86400 =
4 × 200
π × 0,0752× 86400= 0,52 m/s
(Thỏa điều kiện v = 0,3 ÷ 0,9 m/s)
Tính lượng bùn sinh ra và đường ống dẫn bùn:
- Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng: S =S0× (100 − E1)
100 =
161,5 × (100 − 55)
100 = 72,68 mg/l
Trong đó:
Chh: hàm lượng chất lơ lửng của nước thải dẫn đến bể lắng đợt I
E1: hiệu suất lắng lấy theo bảng 7.12/[3]. Tốc độ lắng của hạt lơ lửng: u = hlắng
3,6 × t =
2,7
3,6 × 1,5= 0,5 mm/s u: Tốc độ lắng của hạt cặn lơ lửng, mm/s
hlắng: Chiều sâu tính tốn của vùng lắng, hlắng = 2,7 m t: Thời gian lắng, t = 1,5 h
Ứng với u = 0,5 mm/s và hàm lượng ban đầu của chất lơ lửng SS = 161,5 mg/l, tra bảng hiệu suất lắng vào khoảng 𝐸𝑆𝑆 ≈ 55%
- Lượng bùn thu được trong ngày:
Mbùn = Qngàytb × (S0− S) = 200 × (161,5 − 72,68) × 10−3 = 17,74 kg/ngày - Thể tích bùn trong ngày: