CHƯƠNG 4 : ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.3. HIỆU SUẤT XỬ LÝ CÁC THÔNG SỐ VÀ CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM CỦA
CỦA CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ
Bảng 4. 2 Bảng dự đốn hiệu suất xử lý các thơng số và các chất gây ơ nhiễm của các cơng trình đơn vị Phương án 1
Thông số Đơn vị Đầu vào Cơng trình Hiệu suất (%) Đầu ra BOD5 mg/l 278 Song chắn rác cơ khí 0 278 COD mg/l 525 0 525 TSS mg/l 140 4 134,4 BOD5 mg/l 278 Bể điều hòa 5 264,1 COD mg/l 525 5 498,75 TSS mg/l 134,4 0 134,4 BOD5 mg/l 264,1 Bể Anoxic 10 237,69 COD mg/l 498,75 20 408,38 TSS mg/l 134,4 0 134,4 TN mg/l 77 50 45,27 BOD5 mg/l 237,69 MBR 98 4,75 COD mg/l 408,38 98 8,17 TSS mg/l 134,4 99 1,34 TN mg/l 90,54 (*) 38,5 Tổng Coliforms MPN/100ml 2,6 × 105 99 3900
(*) Tính tốn lượng NH4+ và P của q trình hiếu khí ở bể MBR (lượng NH4+ và P này dùng để tổng hợp tạo ra tế bào mới của các chủng vi sinh vật hiếu khí )
Nồng độ các chất gây ơ nhiễm ở đầu vào của bể MBR:
NH4+ = 77 mg/l; P = 5 mg/l; BOD = 237,69 mg/l; H = 98 % (hiệu suất xử lý BOD của bể MBR )
Vi sinh vật tiêu thụ các chất hữu cơ để tổng hợp tế bào,với tỉ lệ sử dụng chất dinh dưỡng Nitơ và Photpho, tỷ lệ này thường trong khoảng :
BOD : N : P = 100 : 5 : 1
Hàm lượng NH4+ đã sử dụng cho quá trình tổng hợp để tạo ra tế bào mới của vi sinh vật hiếu khí ở bể MBR là:
BOD/N = 100/5 => N = ( BOD × H × 5 )/100 = ( 237,69 × 0,98 × 5 )/100=11,65(mg/l) Với hiệu suất xử lý NH4+t đến 50% thì lượng NH4+ cịn lại
= 77– (50% x 77) = 38,5 mg/l. (Lượng NH4+ được xử lý là 38,5 mg/l). Lượng NH4+ = 38,5 – 11,65 = 26,85 mg/l chuyển hóa trong bể MBR:
NH4++ 1,855O2 +1,979HCO3- → 0,021 C5H7O2N + 0,979 NO3- + 1,041H2O + 1,874 H2CO3 [15]
NO2- → 0,979 NO3-
26,85 → 26,85
18 × 0,979 × 62 = 90,54 (mg/l)
Tổng hàm lượng NH4+ vào bể Anoxic = 90,54 (mg/l)
Hàm lượng P đã sử dụng cho quá trình tổng hợp tế bào mới của vi sinh vật hiếu khí ở bể MBR là:
BOD/P = 100/1 => BOD/P = 100/5 => P = ( BOD × H × 1 ) / 100 = ( 237,69 × 0,98 × 1 ) / 100 = 2,33 (mg/l)
(mg/l)
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Bệnh Viện Nhi Đồng 2, TP.Hồ Chí Minh với cơng suất 1200m3/ngày đêm
Bảng 4. 3 Bảng dự đốn hiệu suất xử lý các thơng số và các chất gây ơ nhiễm của các cơng trình đơn vị Phương án 2
Thông số Đơn vị Đầu vào Cơng trình Hiệu suất (%) Đầu ra BOD5 mg/l 278 Song chắn rác cơ khí 0 278 COD mg/l 525 0 525 TSS mg/l 140 4 134,4 BOD5 mg/l 278 Bể điều hòa 5 264,1 COD mg/l 525 5 498,75 TSS mg/l 134,4 0 134,4 BOD5 mg/l 264,1 Bể Anoxic 10 237,69 COD mg/l 498,75 20 408,38 TSS mg/l 134,4 0 134,4 TN mg/l 96,95 50 48,48 BOD5 mg/l 237,69 Bể Aerotank 82 42,784 COD mg/l 408,38 82 73,508 TSS mg/l 134,4 0 134,4 TN mg/l 77 (*) 13,86 BOD5 mg/l 42,784 Bể Lắng đứng 5 69,833 COD mg/l 73,508 5 40,645 TSS mg/l 134,4 80 26,88 Tổng Coliforms MPN/100ml 2,6 × 105 Bể khử trùng 98,5 3900
(*) Tính tốn lượng NH4+ và P của q trình hiếu khí ở bể Aerotank (lượng NH4+ và P này dùng để tổng hợp tạo ra tế bào mới của các chủng vi sinh vật hiếu khí )
Nồng độ các chất gây ơ nhiễm ở đầu vào của bể Aerotank:
NH4+ = 77 mg/l; P = 5 mg/l; BOD = 237,69 mg/l; H = 82 % (hiệu suất xử lý BOD của bể Aerotank )
Vi sinh vật tiêu thụ các chất hữu cơ để sống để hoạt động và đòi hỏi một lượng chất dinh dưỡng Nitơ và Photpho để phát triển, tỷ lệ này thường trong khoảng :
BOD : N : P = 100 : 5 : 1
Hàm lượng Nitrat đã sử dụng cho quá trình tổng hợp để tạo ra tế bào mới của vi sinh vật hiếu khí ở bể Aerotank là:
BOD/N = 100/5 => N = ( BOD × H × 5 ) / 100 = ( 237,69 × 0,82 × 5 ) / 100 = 9,75(mg/l)
Với hiệu suất xử lý Nitrat đến 60% thì lượng NH4+ cịn lại là NH4+ cịn = 77 – (50% x 77) = 38,5 mg/l. (Lượng Nitrat Nitrat được xử lý là 38,5 mg/l). NH4+ dòng ra của bể Aerotank là 38,5 – 9,75 = 28,75 mg/l
Lượng Nitrat chuyển hóa trong bể aerotank: khả năng chuyển hóa tổng lượng nitơ. NO2- + 1,855O2 +1,979HCO3- → 0,021 C5H7O2N + 0,979 NO3- + 1,041H2O + 1,874 H2CO3 [15]
NO2- → 0,979 NO3-
28,75 → 28,75
18 × 0,979 × 62 = 96,95 (mg/l)
Tổng hàm lượng NO3- vào bể Anoxic = 96,95 (mg/l)
Hàm lượng P đã sử dụng cho quá trình tổng hợp tế bào mới của vi sinh vật hiếu khí ở bể Aerotank là:
BOD/P = 100/1 => BOD/P = 100/5 => P = ( BOD × H × 1 ) / 100 = ( 237,69 × 0,82 × 1 ) / 100 = 1,95 (mg/l)
(mg/l)
Hàm lượng P trong dòng ra của bể Aerotank là: 5 – 1,95 = 3,05 (mg/l)
4.4. TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ
PHƯƠNG ÁN 1
4.4.1. SONG CHẮN RÁC:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Bệnh Viện Nhi Đồng 2, TP.Hồ Chí Minh với cơng suất 1200m3/ngày đêm
Nhằm giữ lại các loại rác có kích thước lớn như giấy, bao bì… trước khi chảy vào hố thu gom. Việc sử dụng song chắn rác trong các cơng trình xử lý nước thải tránh được các hiện tượng tắc nghẽn bơm, van, đường ống cũng như ngăn cản không cho chúng đi vào các cơng trình phía sau.
Tính tốn
Diện tích tiết diện ướt
W = 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝑠 𝑣 = 0,014 0,8 = 0,0175 Trong đó:
𝑄𝑚𝑎𝑥𝑠 : lưu lượng nước thải theo giấy lớn nhất, 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑠 = 0,014 (m3/s).
v: Vận tốc chuyển động của nước thải trước song chắn rác. Chọn v = 0,8 (m/s), với v = 0,7 – 1 (m/s).
Tính tốn mương dẫn vào song chắn rác
Mương dẫn nước thải có tiết diện hình chữ nhật. Chọn chiều rộng mương: B = 0,15 m.
Độ sâu mực nước trong mương dẫn: h1 =𝑊
𝐵 =
0,0175
0,15 = 0,11 m = 110 mm
Bảng 4. 4 Các thơng số tính tốn cho song chắn rác làm sạch bằng cơ khí Thơng số Đơn vị Phương pháp lấy
rác: cơ khí
Kích thước thanh song chắn: Rộng Sâu mm mm 5÷ 15 25 ÷ 38 khoảng cách giữa thanh
song chắn mm 15 ÷ 75 Vận tốc trong mương Tối đa Tối thiểu m/s m/s 0,6 ÷ 1,0 0,3 ÷ 0,5 Tổn thất áp lực cho phép mm 150 ÷ 600 [4] Chọn:
- Chiều sâu của song chắn rác: b = 25 (mm).
- Khoảng cách giữa các thanh song chắn : d = 16 (mm). - Tốc độ nước chảy qua song chắn: v = 0,8 (m/s).
Giả sử số khe hở của song chắn rác là n số thanh song chắn rác m: m = n + 1. Số khe hở của song chắn rác
n = Qmax
s
v × d ×hn × k = 0,014
0,8 × 0,016 × 0,11× 1,05 = 10,4 = 10 (khe) và có 11 thanh [1] Trong đó:
- Qmaxs : lưu lượng lớn nhất giây, Qsmax = 0,014(m3/s). - v: vận tốc nước chảy qua song chắn, v = 0,8 (m/s).
- d: khoảng cách giữa các thanh song chắn, d = 16 (mm) = 0,016 (m) - hn: chiều cao lớp nước trong mương, h1 = 0,11 (m).
- k: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, k = 1,05.
số thanh song chắn rác: m = n + 1 = 10 + 1 = 11 (thanh).
Chiều rộng của song chắn rác được tính theo cơng thức
Bscr = S × (n – 1) + (b × n) = 0,008 × (10 – 1) + (0,016 × 10) = 0,23 (m). Trong đó:
S: chiều dày của thanh chắn rác, thường S = 0,008 m
Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng trước song chắn rác, vận tốc nước thải trước song chắn rác Vkt ≥ 0,4 m/s
Vkt = Qmax s 𝐵𝑠 ×ℎ1 = 0,014 0,23 ×0,11 = 0,55 (m/s) > 0,4 m/s thỏa mãn Tổn thất áp lực ở song chắn rác hs = ξ×v2 2g× k = 0,83 × 0,8 2 2 × 9,81× 3 = 0,08 (m) = 80 (mm) [1] Trong đó: - hs: tổn thất áp lực ở song chắn rác.
- v: vận tốc của nước thải chảy qua song chắn rác, v = 0,8 (m/s).
- k: hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn, k = 2 – 3. Chọn k = 3.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Bệnh Viện Nhi Đồng 2, TP.Hồ Chí Minh với cơng suất 1200m3/ngày đêm
- g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
- ξ: hệ số sức cản cục bộ của song chắn được xác định theo cơng thức: ξ = β (S b) 4 3 × sinα = 2,42 × (0,008 0,016) 4 3 × sin60 = 0,83
- α: góc nghiêng của song chắn so với dòng chảy, α = 60o.
- β: hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn, chọn: tiết diện
ngang của thanh song chắn là hình chữ nhật ( kiểu a ) → β = 2,42. - Bảng 4. 5 Hệ số 𝛃 để tính sức cản cục bộ của song chắn
Tiết diện của thanh a b c d e
Hệ số 𝛃 2,42 1,83 1,67 1,02 0,76
[1] Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác
L1 = Bscr− B 2 tanφ =
0,23 − 0,15
2 × tan20 = 0,11 (m) = 110 (mm) [1] Trong đó:
- 𝜑: góc nghiêng chỗ mở rộng của mương, thường lấy 𝜑 = 20o.
- Bscr: chiều rộng của song chắn rác, Bscr= 0,23 (m). - B: chiều rộng của mương, B = 0,15 (m)
Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác L2 = L1
2 = 0,11
2 = 0,055 (m) = 55 (mm). [1] Chiều dài xây dựng của phần mương để lắp đặt song chắn rác
L = L1 + L2 + Ls = 0,11 + 0,055 + 1,5 = 1,66 (m). [1] Trong đó:
- Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác, chọn Ls = 1,5m. Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác:
H = h1 + hbv + hs = 0,11 + 0,5 + 0,08 = 0,7 (m). Trong đó:
hs: tổn thất áp lực qua song chắn rác, hs = 0,08 m.
hbv: chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m. Chiều cao của song chắn rác:
𝐻 𝑠𝑖𝑛𝛼 =
0,7
𝑠𝑖𝑛60 = 0,8 m ≈ 1 (m). =>chọn Hsc = 1 (m).
Bảng 4. 6 Các thông số thiết kế song chắn rác
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Vận tốc dòng chảy qua song chắn rác: v m/s 0,8 2 Mương dẫn
Chiều rộng: B mm 230
Chiều cao xây dựng mương: Hm mm 700
Chiều cao SCR mm 1000
3 Thanh song chắn
Bề dày thanh song chắn mm 8
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn mm 110 Khoảng cách giữa các thanh song chắn: d mm 16
Số thanh song chắn: m thanh 11
Số khe hở giữa các thanh song chắn: n khe 10 4 Song chắn rác
Chiều rộng: Bscr mm 230
7 Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: L1
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Bệnh Viện Nhi Đồng 2, TP.Hồ Chí Minh với công suất 1200m3/ngày đêm
8 Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: L2
4.4.2. HỐ THU GOM:
Nhiệm vụ
Thu nhận toàn bộ nước thải của bệnh viện và lưu nước trong khoảng thời gian ngắn để ổn định lưu lượng, nồng độ trước khi bơm lên hệ thống xử lý.
Tính tốn
Tính kích thước hố thu gom
Thể tích hố thu gom
V = Qmaxgiờ × t = 50 ×30
60 = 25 (m3). Trong đó:
- Qmaxgiờ: lưu lượng lớn nhất theo giờ, Qmaxgiờ = 50 (m3/h) - t: thời gian lưu nước trong hố thu gom, t = (10 – 30) phút.
Chọn t = 30 (phút) = 1
2 (giờ)
Hố thu gom có tiết diện ngang là hình chữ nhật. Chọn :
- chiều cao hữu ích của hố thu gom: hhi = 3,5 (m). - chiều cao bảo vệ của hố thu gom: hbv = 0,5 (m).
Chiều cao xây dựng hố thu gom: H = hhi + hbv = 3,5 + 0,5 = 4 (m).
Diện tích mặt cắt ngang của hố thu gom: A = 𝑉
ℎℎ𝑖 = 25
3,5 = 7,14 (m2) Chọn chiều dài của hố thu gom: L = 4 (m).
Chiều rộng của hố thu gom: B = A
L = 7,14
3,5 = 2,04 (m).
Thể tích của hố thu gom: L × B× H = 3,5 × 2,04 × 4 = 28,56 m3
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Bệnh Viện Nhi Đồng 2, TP.Hồ Chí Minh với cơng suất 1200m3/ngày đêm
Tính tốn bơm nước thải và ống dẫn nước thải sử dụng cho mục đích bơm nước thải từ hố Thu gom về bể Điều hịa:
Tính tốn bơm nước thải:
Công suất của bơm:
max 1000 giay Q g H N Trong đó:
Qmaxgiây: lưu lượng nước thải lớn nhất trong 1 giây, Qmax giây = 0,014 (m3/giây)
𝜌: khối lượng riêng của nước, 𝜌 = 1000 (kg/m3).
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2).
H: chiều cao cột áp, chọn H = 10 (m).
η: hiệu suất của bơm, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,8.
Công suất của bơm:
1000 giay tb Q g H N = 0,014 ×1000 ×9,81 ×10 1000 × 0,8 = 1,7 (Kw) Cơng suất thực của bơm
Ntt = N × β = 1,7 × 1,2 = 2,04 (kW) ≈ 2,1 (kW) = 2,8 (Hp). Trong đó: β: hệ thống dự trữ N < 1 thì β = 1,5 – 2,2 N > 1 thì β = 1,2 – 1,5 N < 5 - 50 thì β = 1,1 Chọn β = 1,2
Chọn 2 bơm Tsurumi model 65P.SF22.2 (hai bơm hoạt động luân phiên nhau), với công suất 2,2 kW, tần số 50Hz, xuất xứ Nhật Bản.
Tính tốn đường ống dẫn nước thải từ Hố thu gom về bể Điều hịa:
Đường kính ống dẫn nước thải:
D = √4 × Qmaxgiây
Trong đó:
Qmax giây: lưu lượng nước thải lớn nhất trong 1 giây, Qmax giây = 0,014 (m3/giây)
Vận tốc nước chảy trong ống: v = (0,5 – 1,5) m/s; chọn v = 0,8 (m/s). D = √4 × Qmax giây v × π = √4 × 0,014 0,7 × π = 0,149 (m) ≈ 150 (mm) Chọn loại ống uPVC Bình Minh D = 160 mm
Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống
v =4 × Qmax giây D2 × π = 4 × 0,014 D2 × π = 4 × 0,014 0,162 × π = 0,7 (m/s). khoảng giá trị cho phép V ∈ [0,7 ; 1,5] (m/s)
Bảng 4. 7 Các thông số thiết kế hố thu gom
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Số đơn nguyên Bể 1
2 Lưu lượng nước thải vào bể: Qmaxs m3/h 0,014 3 Thời gian lưu nước trong bể: t phút 30
4 Chiều cao hữu ích: hhi m 3,5
5 Chiều cao bảo vệ: hbv m 0,5
6 Chiều dài: L m 4
7 Chiều rộng: B m 2,1
8 Thể tích xây dựng bể: V m3 28,56
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Bệnh Viện Nhi Đồng 2, TP.Hồ Chí Minh với cơng suất 1200m3/ngày đêm
Nhiệm vụ
Nước thải tập trung tại hố thu gom được đưa đến bể điều hòa bằng bơm. Trong bể điều hịa phải có hệ thống thiết bị sục khí để đảm bảo hịa tan và san đều nồng độ chất bẩn trong tồn thể tích bể và khơng cho cặn lắng, vi sinh kị khí phát triển trong bể. Bể điều hịa có nhiệm vụ điều hịa cả về lưu lượng và nồng độ cho nước thải, tạo chế độ làm việc ổn định cho các cơng trình phía sau.
Tính tốn
Kích thước bể điều hịa
- Thời gian lưu nước trong bể điều hòa: t = 4h – 12h, chọn t = 4h. - Thể tích lý thuyết của bể điều hịa (Vlt):
Vlt = Qhmax x t = 50 x 4 = 200 (m3 ) - Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hịa : hhi = 4 (m) - Chọn chiều cao bảo vệ của bể điều hòa : hbv = 0,5 (m) - Vậy chiều cao xây dựng của bể điều hòa:
H = hhi + hbv = 4,0 + 0,5 = 4,5 (m) - Diện tích mặt bằng của bể: A = Vlt ℎℎ𝑖 = 200 4 = 50 (m 2)
- Chọn chiều dài của bể điều hòa : L = 8 (m)
Chiều rộng của bể điều hòa: B = A
L = 50
8 = 6,25 (m)
Thể tích của bể điều hịa: L × B × H = 8 × 6,25 × 4 = 200 m3
Kích thước xây dựng của bể điều hịa: L × B × H = 8 × 6,3 × 4,5
Tính tốn hệ thống cấp khí cho bể điều hịa
Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hịa, cần cung cấp 1 lượng khơng khí thường xun.
Tính tốn máy thổi khí
Tính tốn lượng khí cần cung cấp:
𝑄𝑘ℎí = 𝑅 × 𝑉 = 0,015 × 200 = 3(𝑚3⁄𝑝ℎú𝑡)= 0,05 (m3/s) =180 (m3/h)
Trong đó:
R: lượng khí cần cung cấp cho 1m3 dung tích bể trong 1 phút Chọn R=15l/m3.ph=0,015m3/m3.ph (Xem bảng 3.3)
V: thể tích bể điều hịa, V = 200 (m3)
Bảng 4. 8 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