BỂ LẮNG I: chọn bể lắng đứng

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

4.6 BỂ LẮNG I: chọn bể lắng đứng

a) Nhiệm vụ: Bể lắng có nhiệm vụ lắng các bông bùn từ bể vi sinh đưa sang, tại

đây bùn được lắng và tách ra khỏi nước. Cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định; đồng thời giảm tải trọng cho bể SBR bằng làm thoáng tự nhiên. Một phần bùn sẽ được tuần hoàn lại bể vi sinh để duy trì lượng vi sinh có trong bể, phần bùn còn lại sẽ được chuyển đến bể nén bùn.

b) Tính toán bể lắng I:

Kích thước bể

Diện tích tiết diện của ống trung tâm:

𝑓1 = 𝑄ℎ𝑡𝑏

3600∗𝑣𝑡𝑡 = 104,2

𝑣𝑡𝑡: tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, (𝑣𝑡𝑡≤ 30mm/s, điều6.5.9 –TCXD -51-84), lấy 𝑣𝑡𝑡= 0,02 m/s

Diện tích tiết diện ướt của bể lắng tính theo tải trọng bề mặt:

𝑓 = 𝑄ℎ𝑡𝑏 = 104,2 = 62,4 m2

Trong đó:

2 𝐿

𝐴 1,67

Qtt: lưu lượng tính toán, Q = 104,2 m3/h

LA: tải trọng bề mặt trung bình khoảng 30 – 50 m3/m2.ngày, chọn LA = 40 m3/m2.ngày = 1,67 m3/m2.h (Bảng 4-3, Tính toán các công trình XLNT, TS. Trịnh Xuân Lai)

Chọn 2 bể lắng đứng, diện tích của bể lắng đứng trên mặt bằng: F = 𝑓1+𝑛𝑓2 = 1,45+62,4 2 = 32 m2 Trong đó: n là số bể lắng đứng, n = 2 Đường kính của bể: D = √4 ∗𝐹= √4 ∗32 = 6,38 m 𝜋 Chọn D = 6,5 m

Đường kính ống trung tâm:

3,14

d = √4 ∗𝑓1 = √4 ∗0,725 = 0,96𝑚

𝜋 3,14

Trong đó: f1 là diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể

f1=f : 2 = 1,45 : 2= 0,725 Chọn d = 1 m

Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng (phần hình trụ)

ℎ𝑡𝑡= 𝑣 ∗𝑡= 0,0005 ∗2 ∗3600 = 3,6 m

Trong đó:

t: thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5h, lấy t = 2h (Trịnh Xuân Lai – Tính toán thiết kế các công trình XLNT – trang 45)

Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định theo công thức:

𝐷 −𝑑𝑛 6,5 − 0,6 0

ℎ𝑛 = ℎ2 + ℎ3 = (

Trong đó:

) 𝑥𝑡𝑔𝛼 = (

2 2 ) 𝑥𝑡𝑔 50 = 3,52 𝑚

h2: chiều cao lớp trung hoà, m

h3: chiều cao gỉa định của lớp cặn trong bể, m D : Đường kính trong của bể lắng, D = 6,5

𝛼: góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500( Điều 6.5.9 – TCXD – 51-84), chọn 𝛼 = 500

Chiều cao ống trung tâm lấy bằng 60% chiều cao tính toán của vùng lắng: h = 60% * 3,6 = 2,16 m

Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm.

d1 = 1,35 * d = 1,35 * 0,96 =1,296 m Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe:

d2= 1,3 * d1= 1,3 * 1,296 =1,68 m

Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170

Chiều cao nón:

ℎ = 𝑑2 𝑥𝑡𝑔170 = 1,68 𝑥𝑡𝑔170 = 0,26 𝑚

𝑐 2 2

Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức:

4 𝑥𝑄 4 𝑥 2500

𝐿 =

𝑣𝑘 𝑥𝜋𝑥 (𝐷 + 𝑑𝑛) = 24 𝑥 3600 𝑥 0,015 𝑥𝜋𝑥 (6,5 + 0,6) = 0,35 𝑚

Trong đó:

Vk: Tốc độ dòng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm chắn (Điều 7.60 – TCXDVN 51:2008, vk  20 mm/s). Chọn vk = 15 mm/s = 0,015 m/s;

Qtt: lưu lượng tính toán, Q = 2500 m3/ngày D: Chiều dài cạnh của bể lắng, D = 6,5 m;

dn: Chiều dài cạnh đáy nhỏ của hình chóp cụt, chọn dn = 0,6 m;

Chiều cao tổng cộng của bể lắng:

H = htt + hn + hbv = 3,6 + 3,52 + 0,5 = 7,62 m

Trong đó:

htt: chiều cao tính toán, htt = 3,6 m hn: chiều cao hình nón, hn = 1,3 m hbv: chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 m

Vậy kích thước bể lắng đứng: D x H = 6,5 x 7,62

Tính toán máng thu nước

Dùng hệ thống máng chảy tràn xung quanh thành bể để thu nước: thiết kế máng đặt theo chu vi vành trong bể, cạnh ngoài của máng là đường kính trong của bể. Chiều dài một cạnh máng thu nước:

𝑚𝑎𝑥

𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑎𝑥

Trong đó:

𝐵𝑚 = 𝐷−𝐷𝑚 2 = 6,5 − 5,2

2 = 0,65 𝑚

D: Chiều dài cạnh của bể lắng, D = 6,5 m;

Dm: Chiều dài một cạnh máng thu nước, Dm = 5,2m Chiều cao máng thu nước: hm = 0,2 m.

Chiều dài máng thu nước:

𝐿𝑚 = 𝜋𝑥𝐷𝑚 = 𝜋𝑥 5,2 = 16,3 𝑚

Trong đó:

Dm: Chiều dài một cạnh máng thu nước, Dm = 5,2 m Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng:

𝑎 = 𝑄

𝐿𝑚 = 2500 = 120,2 (m3/m.ngày)

20,8

(Theo Trịnh Xuân Lai – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trang 154, a < 125m3/m.ngày)

Trong đó:

Qtt: lưu lượng tính toán, Q = 2500 m3/ngày Lm: chiều dài máng thu nước, Lm = 16,3 m Kiểm tra vận tốc giới hạn trong vùng lắng :

1 1 𝑉𝐻 = [8∗𝑘∗(𝜌−1)∗𝑔∗𝑑]2 = [8∗0,05∗(1,25−1)∗9,81∗10−4]2 = 0,064 m/s 𝑓 Trong đó : 0,025 𝑘: hằng số phụ thuộc vào tính chất cặn. k = 0,05 𝜌: tỉ trọng hạt thường từ 1,2 – 1,6. Chọn 𝜌= 1,25 𝑔: Gia tốc trọng trường, 𝑔=9,81 m/s2 𝑓: hệ số ma sát, 𝑓= 0,025

Vận tốc nước chảy trong vùng lắng ứng với : 𝑄ℎ = 104,2 m3/h

4∗𝑄ℎ

𝑣 = =

𝜋∗𝐷2∗3600

Xác định lượng bùn sinh ra: Lượng bùn sinh ra mỗi ngày:

4∗104,2

3,14∗6,52∗3600 = 0,000872 m/s

G = e x Css x 10-6 x Q x 1000

Trong đó:

√

Css: hàm lượng SS đầu vaò bể Css = 316 mg/l

G = 40% x 316 x 10-6 x 2500 x 1000 = 316 kg/ngày Thể tích cặn lắng sinh ra mỗi ngày:

𝑉 = 316 = 6,2 (m2/ngày)

Trong đó:

𝐶 1020 𝑋 0,05

Khối lượng riêng của bùn = 1020 kg/m3

Nồng độ cặn rắn trong bùn = 5% ( do độ ẩm là 95%) Công suất của bơm bùn:

N = 𝑄∗𝐻∗𝜌∗𝑔∗𝑘= 316∗5∗1000∗9,81∗2 = 10,8 𝑘𝑊

Trong đó:

1000∗𝑦 1000∗0,8∗3600

Qb: lưu lượng bùn, Q = 316 kg/ngày H: cột áp bơm, H = 5

𝜌: khối lượng riêng của chất lỏng, 𝜌= 1000 kg/m3

𝜂: hiệu suất của bơm, 𝜂= 0,7 – 0,9, chọn 𝜂= 0,8 k: hệ số an toàn khi thiết kế, k = 2

Vậy chọn 1 bơm bùn có đặt tính như sau: Q = 346,25 m3/h, N = 16,51 kW, H = 7

Chọn 1 ống lấy bùn ra là ống inox DN100, 1 ống xả bùn về bể nén bùn Đường kính ống dẫn nước vào và ra ở bể lắng đứng:

𝐷 = 4∗𝑄𝑡𝑏 = √ 4∗104,2 = 0,2 m

𝑛 𝑣

ố𝑛𝑔∗𝜋∗3600 1,5∗3,14∗3600

Với D = 200 mm. Chọn ống nhựa PVC – U với ∅220có PN 5 (Par) của Công ty cổ phần nhựa Bình Minh

STT Tên thông số Số liệu dùng

thiết kế Đơn vị

1 Số lượng 2 Bể

Kích thước bể

2 Đường kính bể (D) 6,5 m

√

4 Đường kính 100 mm

5 Số lượng 1 Cái

Ống dẫn nước

6 Đường kính ống nước vào bể 220 mm 7 Đường kính ống nước ra bể 220 mm

Bơm bùn chìm

8 - Q = 346,25 kg/ngày, N = 10,8 kW, H = 5 1 cái

Bảng 4.7: Thông số thiết kế bể lắng I

4.7 BỂ TRUNG GIAN

a) Nhiệm vụ: là công trình nhằm chứa nước tự chảy từ bể lắng I, điều hoà

lưu lượng sau đó được bơm phân phối cho bể SBR.

b) Tính toán bể trung gian:

Lưu lượng thiết kế: Q = 104,2 m3/h Thời gian lưu nước: t = 30 phút Thể tích bể trung gian:

V= Qtb,h x t =104,2 x 0,5 =52,1 m3 Chọn kích thước bể H x B x L = 5m x 2,5m x 4,5m Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m

Chiều cao xây dựng Hxd = 5 + 0,5 = 5,5m

Thể tích thực của bể

V = 5 x 2,5 x 4,5 = 56, 3 m3

Bể đơn thuần là chứa nước thải nên ta chọn vật liệu xây dựng là bê tông cốt thép dày 200mm, bên trong có phủ lớp composit bảo vệ chống ăn mòn.

Tính toán ống dẫn nước ra khỏi bể trung gian

Nước thải được bơm sang bể trung gian nhờ một bơm chìm, lưu lượng nước thải 104,2 m3/h, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 1,5 m/s, đường kính ống ra:

𝐷 = 4∗𝑄𝑡𝑏 = √ 4∗104,2 = 0,16 m

𝑛 𝑣

Với D = 160 mm. Chọn ống nhựa PVC – U với ∅168có PN 5 (Par) của Công ty cổ phần nhựa Bình Minh

Lưu lượng nước bơm vào 1 bể SBR trong 1 chu kì:

𝑄 = 𝑄ℎ,𝑚𝑎𝑥= 104,2 = 13 m3/h

𝑡 8

Trong đó: t: số chu kì, t = 8

Chọn bơm sang bể SBR:

Máy bơm trục ngang CM40-160A

Thông số kỹ thuật máy bơm Matra CM40-160A Model: CM40-160A

Công suất : 4kw/5,5Hp/380V Lưu lượng : 9-39m3/h

Cột áp: 35,6-25,4m

Thông số Kích thước Đơn vị

Thể tích bể 56.3 m3 ▪ Chiều dài 5 m ▪ Chiều rộng 2,5 m ▪ Chiều cao 4,5 m Máy bơm chìm: ▪ Số lượng ▪ Công suất 2 4 kW

4.8 BỂ SBR

a) Nhiệm vụ:

Đây là một trong những loại bể phản ứng làm việc theo mẻ bằng bùn hoạt tính. Quá trình xử lý nước thải của bể SBR không giống như những bể dạng truyền thống khác. Trong tất cả những quá trình như: bơm nguồn nước thải vào, phản ứng, lắng , sau đó hút nước ra. Những quá trình này sẽ diễn ra liên tục không ngừng nghỉ.

Với những tính toán khoa học, thì bể SBR sẽ là một loại bể hoạt dộng mang lại những hiệu quả rất cao trong lĩnh vực xử lý nước thải. Không giống những loại bể truyền thống, bể SBR với những ưu điểm nổi bật vượt trội hơn hẳn những bể truyền thống. Không chỉ có vậy, những nguồn nước khi xử lý bằng bể SBR ra thì đều đạt lượng vi khuẩn rất thấp, khiến cho nguồn nước an toàn và không gây ra bất cứ mối hại nào cho môi trường.

b) Tính toán bể SBR:

Chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu vào và ra bể SBR

Lưu lượng nước thải 2500 m3/ngàyđêm Hàm lượng BOD5 = 252,7 mg/l

Hàm lượng COD = 505,4

Hàm lượng cặn lơ lững SS = 94,8 mg/l Nhiệt độ trung bình nước thải 25°𝐶

Các chỉ tiêu thiết kế

Chọn tỷ lệ bCOD/BOD = 1,6 (Nguồn: Wastewater Engineering Treatment and Resource Recovery)

Nồng độ COD có khả năng phân hủy sinh học: bCOD = 1,6×BOD = 1,6×252,7 = 404,32 mg/l

Độ tro của cặn Z = 0,3mg/mg; Chỉ số thể tích bùn: SVI = 150 ml/g

Tải trọng thể tích L = 0,1 – 0,4 kgBOD5/m3.ngày

𝑉𝑆𝑆 = 0,8 − 0,9 => 𝑐ℎọ𝑛𝑡ỷ𝑠ố𝑉𝑆𝑆= 0,8 𝑇𝑆𝑆 𝑇𝑆𝑆 VSS = TSS x 0,8 = 94,8 x 0,8 = 75, 84 Chọn tỉ lệ 𝑠𝐵𝑂𝐷 𝐵𝑂𝐷 = 0,8 ; 𝑠𝐶𝑂𝐷 𝐶𝑂𝐷 = 0,7 sBOD = 0,8 x 252,7 = 202,16 sCOD = 0,7 x 505,4 = 353,78

Hàm lượng chất rắn lơ lững dòng vào iTSS= TSS – VSS = 94,8 – 75,84 = 19

nbCOD = COD – bCOD = 505,4 – 404,32 = 101,1 g/ m3

nbsCOD = sCOD – 1,6sBOD = 353,78 – 1.6 (202,16) = 30,3 g/ m3

nbpCOD = TCOD - bCOD – nbsCOD

nbpCOD = (505,4 – 404,32 –30,3) g/m3 =70,78 g/m3

𝑉𝑆𝑆𝐶𝑂𝐷 = 𝑇𝐶𝑂𝐷−𝑠𝐶𝑂𝐷 = 505,4−353,78 = 2 gCOD/ gVSS

𝑉𝑆𝑆 75,84

Hàm lượng chất rắn lơ lửng không có khả năng phân huỷ sinh học

𝑛𝑏𝑉𝑆𝑆 = 𝑛𝑏𝑝𝐶𝑂𝐷 = 70,78 = 35,39g/m3

Chất lơ lững trong nước thải đầu ra chứa 20 mg/l cặn sinh học và 65% chất có khả năng phân hủy sinh học

Số lượng bể và chu kì phân đoạn thời gian làm việc

Trong nhà máy bố trí 2 bể SBR làm việc. Chu kì phân đoạn thời gian làm việc cụ thể của bể như sau

Tổng thời gian của một chu kỳ hoạt động:

T = TF + TA + TS + TD + TL = 3 + 2 + 0,5 + 0,5 + 0 = 6 h

Trong đó:

TF: thời gian làm đầy, TF = 3h TA: thời gian phản ứng, TA = 2 h. TS: thời gian lắng, TS = 0,5 h. TD: thời gian rút nước, TD = 0,5 h. TL: thời gian nghỉ, TL = 0 h.

Chọn bể SBR gồm 2 đơn nguyên, khi đơn nguyên này trong pha làm đầy, thì đơn nguyên kia trong pha phản ứng.

Số chu kỳ hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày:

Trong đó:

n =A =24 = 4

T 6 chu kỳ

A: thời gian một ngày, A = 24 h.

T: tổng thời gian của một chu kỳ hoạt động, A = 6 h.

Tổng số chu kỳ làm đầy trong một ngày:

N = a  n = 2  4 = 8 chu kỳ Trong đó:

n: số chu kỳ hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày, n = 4 chu kỳ. a: số đơn nguyên, a = 2 đơn nguyên.

Thể tích bể làm đầy trong 1 chu kỳ:

Trong đó:

𝑉𝐹 = 2500 = 312,5m3

8

Q: lưu lượng nước thải, Q = 2500 m3/ngày

N: tổng số chu kỳ làm đầy trong 1 ngày, N = 8 chu kỳ.

Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong thể tích bùn lắng:

(𝑚𝑔 𝑚𝑔 1000 𝑋 = 𝑙 ) 𝑥 1000 ( 𝑙 ) = 1000 𝑋 1000 = 6666,7mg/l 𝑠 Trong đó: 𝑆𝑉𝐼 150 SVI: chỉ số thể tích bùn, chọn SVI = 150 ml/g

Thể tích bể SBR được tính dựa vào phương trình cân bằng vật chất: Tổng hàm lượng SS đầu vào = tổng hàm lượng SS sau lắng: (Nguồn: [14], Trang 725)

Xét sự cân bằng khối lượng: VT × X = Vb × Xb

Trong đó: Vs X = VT Xs 3500 = 6666,7 = 0,52 = 𝐾2 VT: tổng thể tích của 1 bể, m3 X: nồng độ MLSS trong dòng vào, chọn X = 3500 mg/l Vb: thể tích bùn lắng sau khi rút nước, m3

Xb: nồng độ SS trong bùn lắng, XS = 6666,7 mg Ta có: VT =VF +VS => 𝑉𝐹+ 𝑉𝑆 = 1 𝑉𝑇  𝑉𝐹 = 1 − 0,52 = 0,48 𝑉𝑇 Thể tích thực của bể: 𝑉𝑇

tb tb

tb d

Trong đó:

VF: thể tích bể làm đầy trong 1 chu kỳ, VF = 312,5 m3 Chọn chiều cao của bể: h = 5,5 m

Diện tích mỗi bể:

S = V/H = 651/5,5 = 118,4 m2

Chọn bể hình chữ nhật cạnh D x R = 12m x 11m Chọn chiều cao bảo vệ của bể: hbv=2,5m

Kích thước mỗi bể: D × R × h = 12m × 11m × 8m Chiều sâu rút nước trong = 50% x h = 2,75 m

Chiều cao phần chứa bùn: hb = 42% x h = 0,42 × 5,5 = 2,3 m Chiều cao an toàn của lớp bùn: han toàn = 8% × 5,5 = 0,44m

Thể tích phần bùn chưa:

Vs = 0,42 x VT = 0,44 x 651 = 286,44 m3

Thời gian lưu bùn:

Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước ở đầu ra theo công thức:

BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra.

Lượng cặn có khả năng phân huỷ sinh học = 25,27 × 0.6 mg/l = 15,16 mg/l Hàm lượng BODL của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra:

15,16 mg/l ×1.42 mg O2 tiêu thụ/mg tế bào oxi hóa = 21,5 mg/l Hàm lượng BOD5 của chất lơ lửng ở đầu ra:

BODL = 21,5 × 0.68 = 14,62 mg/l Hàm lượng BOD5 hòa tan trong nước thải sau lắng:

25,27 = S + 14,62 ⟹S = 10,7 mg/l Qd YH(S0 − S)SRT (P )SRT = + fdbHQd YH(S0 − S)𝑆𝑅𝑇2 X,tss 0,85(1 + bH (SRT)) 0,85(1 + bH (SRT)) Qd Yn(N0X)SRT + + Q x (TSS + VSS)SRT tb 0,85(1 + bAOB(SRT))

𝑡𝑏 <=> 2278500 = 2500 X 0,45(252,7−10,7)SRT + 0,85(1+0,15(SRT)) 0,15 X 0,15 X 2500 𝑥 0,45 (252,7−10,7)𝑆𝑅𝑇2 + 2500 X 0,15 X 48 X SRT + 2500 x 19 x SRT 0,85(1+0,15(SRT))  SRT = 18,05 Trong đó: 0,85(1+0,2(SRT)) (𝑃𝑋,𝑇𝑆𝑆)𝑆𝑅𝑇 = 𝑉 × 𝑋𝑀𝐿𝑆𝑆= 651 × 3500 = 2278500 𝑔

𝑄𝑑 : lưu lượng nước thải (m3/ngày)

YH : hệ số sản lượng bùn tính theo BOD, YH = 0.45 gVSS/gBOD SRT: thời gian lưu bùn (ngày)

fd: tỷ lệ mảnh vụn tế bào, fd = 0.15.

bh : hệ số phân hủy nội bào tính theo BOD

𝑏𝐻,25℃= 0.12 × 1.0425−20 = 0.15

Yn : hệ số sản lượng bùn tính theo Nito, YN = 0.15 gVSS/gN bAOB: hệ số phân hủy nội bào tính theo nito

𝑏𝐴𝑂𝐵,25℃= 0.17 × 1.02925−20 = 0.2

iTSS: nồng độ TSS hòa tan (mg/l), iTSS = 19 mg/l

Tính toán lượng bùn phát sinh:

Lượng bùn sinh ra trong 1 bể:

𝑄𝑥= 𝑉𝑡 𝑥𝑋 = 651 𝑥 3500 = 2278500 g/bể = 2278,5 kg/bể

Trong đó:

1

Tốc độ sinh trưởng của bùn:

Y 0,6

Trong đó:

Yb =

1 + Kd x HRT = 1 + 0,06 𝑥 12,5 = 0,34

HRT: thời gian lưu nước, h

𝐻𝑅𝑇 = 2 𝑡𝑎𝑛𝑘𝑥𝑉𝑇𝑥 24

= 2 𝑥 651 𝑥 24 = 12,5 h

𝑄

Y: Hệ số động học, Y= 0,6