4.1.1 Bể tự hoại
- Nhiệm vụ: Bể tự hoại diễn ra quá trình lắng cặn và lên men, phân huỷ sinh học kỵ khí. Các chất hữu cơ trong nước thải và bùn cặn được phân hủy bởi các vi khuẩn kỵ khí và các lồi nấm men. Thiết kế bể tự hoại có ngăn lọc kỵ khí có khă năng loại bỏ các chất hữu có và TSS cao.
Bảng 4.1 Nồng độ các chất ô nhiễm vào và ra bể tự hoại
Thành phần Đơn vị Nồng độ đầu vào Hiệu suất xử lý Nồng độ đầu ra
TSS mg/l 666,6 60% 266,6 BOD5 mg/l 933,3 40% 559,9 Tổng N mg/l 141,7 20% 240 Tổng P mg/l 30,8 50% 43,02 Tổng Coliform MPN/100ml 7,5 x 104 0 7,5 x 104 Thiết kế bể tự hoại:
Thiết kế 2 bể tự hoại làm việc song song Số người sử dụng mỗi bể: n =N 2 = 800 2 = 400 người Dung tích cần thiết vùng tách cặn: (CT 2-4/48/[1]) Vn =N × q0× tn 1000 = 400 × 30 × 1 1000 = 12 m 3
Dung tích cần thiết để phân hủy cặn: (CT 2-5/49/[1])
Vb =0,5 × N × tb
1000 =
0,5 × 400 × 33
1000 = 6,6 (𝑚
3)
𝑉𝑡 =𝑟 × 𝑁 × [𝑇 − 𝑡𝑏 365] 1000
Trong đó:
r: Lượng cặn phân hủy tích lũy của 1 người trong 1 năm T: Thời gian giữa hai lần hút cặn
𝑉𝑡 =30 × 800 × [1 − 33 365]
1000 = 21,8 (𝑚
3)
Tổng thể tích vùng tách cặn, phân hủy cặn và vùng chứa cặn đã phân hủy:
𝑉 = 𝑉𝑛+ 𝑉𝑏 + 𝑉𝑡 = 12 + 6,6 + 21,8 = 40,4 (𝑚3) > 10 (𝑚3)
Khi dung tích bể > 10 m3 thì bể thường được xây làm 3 ngăn, ngăn đầu không dưới 0,5 tổng thể tích bể, hai ngăn sau có dung tích khơng dưới 0,25 dung tích bể
Bảng 4.2 Kích thước của bể tự hoại
Ngăn 1 Ngăn 2 Ngăn 3
Thể tích (V), m3 24 12 12
Chiều cao (H), m 2 2 2
Diện tích (S), m2 12 6 6
Chiều rộng (B), m 3 3 3
Chiều dài (L), m 4 2 2
Chọn chiều cao vùng tách cặn, phân hủy cặn, vùng chứa cặn đã phân hủy: H = 2 m Độ dày vách ngăn: Lngăn = 0,2 m
Tổng chiều dài của mỗi bể tự hoại: L = 4,0 + 0,2 + 2,0 + 0,2 + 2,0 = 8,4 (m) Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m.
Tổng chiều cao bể tự hoại cần thiết kế:
Kích thước xây dựng của mỗi bể bể tự hoại L × B × H = 8,4 m × 3 m × 2,5m
4.1.2 Song chắn rác
Lưu lượng nước thải xám: Qxám.s (max) = 0,0015 m3/s Số khe hở của song chắn rác:
n = Q ( s max)
v × b × H1 × 𝐾 = 0,0015
0,6 × 0,016 × 0,02 x 1,05= 9 (khe) (3/117/[2])
Trong đó:
n: số khe hở cần thiết của song chắn rác
Q (s max): Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất
v: Vận tốc nước thải chảy qua song chắn rác, lấy bằng vận tốc nước thải chảy trong ống dẫn, v = 0,6 m/s
K: hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K = 1,05
b: khoảng cách giữa các khe hở của song chắn rác. Với b = 16 – 25 mm. Ta chọn b = 16 mm = 0,016 m
H1: độ sâu nước ở chân song chắn rác, h1 = 20 mm = 0,02m. Chiều rộng song chắn rác:
Bs = d x (n – 1) + b x n = 0,01 x (9 – 1) + (0,016 x 9) = 0,22 m
Thể tích của song chắn rác: V = Bs × Ls × Hs = 0,22 m × 0,5 m × 0,5 m
Trong đó: d là bề dày của thanh song chắn, quy phạm từ 8 – 10 mm, chọn d = 0,01 Tổn thất áp lực qua song chắn rác:
Hs = ξ × 𝑣𝑚𝑎𝑥2
2 𝑥 𝑔 × K1 = 1,12 × 0,62
2 × 9,81 × 3 = 0,06 m = 60 mm
Trong đó:
Vmax : vận tốc của nước thải đi qua song chắn rác ứng với chế độ Qmax, vmax = 0,6 m/s K1: hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc ở song chắn rác, K1 = 2 – 3, chọn K = 3 ξ: hệ số tổn thất cục bộ của song chắn rác
ξ = β × ( d
b ) 4/3 × sinα = 2,42 × ( 0,01
α: góc nghiêng của song chắn rác so với hướng dịng chảy, α = 60 – 900. Chọn α = 600 β: hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh song chắn. Chọn kiểu “a”.
Bảng 4.3 Hệ số 𝛃 để tính sức cản cục bộ của song chắn rác [2]
Tiết diện thanh a b c d e
Hệ số β 2,42 1,83 1,67 1,02 1,76
Hình 4.1 Tiết diện ngang các loại thanh của song chắn rác.
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác: L1 = Bs − Bm
2 𝑥 𝑡𝑎𝑛𝛿 = 0,22−0,15
2 ×tan 20 = 0,1 m = 100 mm (3/118/[2])
Trong đó:
Bm: Chiều rộng mương dẫn, Bm = 0,15m
𝛿: góc nghiêng chỗ mở rộng, 𝛿 = 20 theo quy phạm
Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: L2 = L1
2 = 0,1
2 = 0,05 m = 50 mm (3/119/[2]) Chiều sâu mương đặt song chắn rác:
Trong đó: Hbv chọn là 0,5 m
H1: độ sâu mực nước trong mương dẫn, h1 = 0,02 m Hs: Tổn thất áp lực qua song chắn rác
Chiều dài xây dựng phần mương lắp đặt song chắn rác:
L = L1 + L2 + Ls = 0,1 + 0,05 + 1,33 = 1,5 m Trong đó:
Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác : Ls = La + 1 La = H
tg ∝ = 0,58
tg 60 = 0,33 m
Bảng 4.4 Tóm tắt các thơng số thiết kế của song chắn rác
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Số khe hở n Khe 9
2 Chiều rộng song chắn Bs mm 220
3 Bề dày của thanh song chắn d mm 10
4 Khoảng cách giữa các khe hở b mm 16
5 Góc nghiêng song chắn α Độ 60
6 Chiều dài phần mở rộng trước song chắn
L1 mm 100
7 Chiều dài phần mở rộng sau song chắn
L2 mm 50
8 Chiều dài xây dựng phần mương L mm 1500
9 Tổn thất áp lực song chắn rác H2 mm 60
4.1.3 Tính tốn lưu lượng cho hệ thống xử lý
Lưu lượng trung bình ngày: Qtb.ngày = 86 m3/ngày Lưu lượng trung bình giờ: Qtb.giờ = Qtb.ngày
14 = 86
14 = 6,14 m3/h (vì thời gian làm việc là 14h/ngày)
Lưu lượng trung bình giây: Qtb.giây = Qtb.giờ
3600 = 0,0017 m3/s = 1,7 l/s
Bảng 4.5 Hệ số khơng điều hịa chung Hệ số không điều Hệ số khơng điều
hịa chung K0
Lưu lượng nước thải trung bình
5 10 20 100 1000 >= 5000
K0max 2,5 2,1 1,9 1,6 1,47 1,44
Komin 0,38 0,45 0,5 0,59 0,69 0,71
(Nguồn TCXDVN 51:2008 [7]) Với lưu lượng 1,7 l/s < 5 l/s thì ta chọn:
K0max = 2,5 K0min= 0,38
Lưu lượng giờ lớn nhất:
Q(h max) = Qtb.giờ × K0max = 6,14 × 2,5 = 15,35 m3/h Lưu lượng giây lớn nhất:
Q(s max) = Q(h max)
3600 = 15,35
3600 = 0,0043 m3/s Lưu lượng giờ nhỏ nhất:
Q (h min) = Qtb (giờ) × K0min = 6,14 × 0,38 = 2,3 (m3/h)
4.1.4 Bể tách dầu
Thời gian lưu nước trong bể tách dầu phải lớn hơn 1h, chọn t = 1,5h Thể tích ngăn thứ 1 bằng 1/2 thể tích tồn bể
Khoảng khơng chứa khơng khí trong bể có dung tích tối thiểu bằng 12,5% dung tích bể tách dầu.
Thể tích cơng tác của bể tách dầu mỡ
V = Qmax, giờ × t = 15,35 × 1,5 = 23 m3 Ngăn 1: V1 = 1 2 × V = 1 2 × 23 = 11,5 m3 Chọn ngăn 1 có kích thước: Chiều dài: L1 = 3 m Chiều rộng: B1 = 2 m
Chiều sâu công tác: H1 = 2 m Chiều sâu bảo vệ: Hbv = 0,5 m
Chiều sâu thực tế H = H1 + Hbv = 2 + 0,5 = 2,5 m
Kiểm tra điều kiện:
Dung tích phần khơng khí so với dung tích ngăn:
Hbv
H × 100% = 0,5
2,5 × 100% = 20 % (thỏa) Vận tốc nước chảy ở ngăn 1:
v = Q(s max) B ×H1 = 0,0043 2×2 = 0,001 m/s Ngăn 2: V2 = 1 4 × V = 1 4 × 23 = 5,8 m3 Chọn ngăn 2 có kích thước: Chiều dài: L2 = 1,5 m Chiều rộng: B2 = 2 m
Chiều sâu công tác: H2 = 2 m Chiều sâu bảo vệ: Hbv = 0,5 m
Kiểm tra điều kiện:
Dung tích phần khơng khí so với dung tích ngăn:
Hbv H × 100% = 0,5 2,5 × 100% = 20 % (thỏa) Ngăn 3: V3 = 1 4 × V = 1 4 × 23 = 5,8 m3 Chọn ngăn 3 có kích thước: Chiều dài: L3 = 1,5 m Chiều rộng: B1 = 2 m
Chiều sâu công tác: H3 = 2 m Chiều sâu bảo vệ: Hbv = 0,5 m
Chiều sâu thực tế H = H3 + Hbv = 2 + 0,5 = 2,5 m
Kiểm tra điều kiện:
Dung tích phần khơng khí so với dung tích ngăn:
Hbv
H × 100% = 0,5
2,5 × 100% = 20 % (thỏa)
Lượng dầu sinh ra mỗi ngày:
Nồng độ dầu mỡ trong nước thải xám là 52,2 mg/l Hàm lượng dầu mỡ thải ra mỗi ngày:
52,2 mg/l × 62 m3/ngày × 1000 = 3,24 × 106 mg/ngày = 3,24 (kg/ngày)
Đường ống dẫn nước sang bể thu gom
Qmax, giờ = 15,35 m3/h = 0,0043 m3/s
Nước thải được chảy sang bể điều hòa với vận tốc nước chảy trong ống là v= 1,2 m/s, với v = (1 – 1,5 m/s).
Đường ống dẫn nước thải ra: D = √4 ×Q
π×v = √4 ×0,0043
Chọn ống dẫn nước thải ra là ống nhựa uPVC D110 Bình Minh
Bảng 4.6 Tóm tắt các thơng số thiết kế bể tách dầu
Thông số Ký hiệu Đơn vị Kích thước
Ngăn 1: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao L1 B1 H m 3 2 2,5 Ngăn 2: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao L2 B2 H m 1,5 2 2,5 Ngăn 3: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao L3 B3 H m 1,5 2 2,5 Vách ngăn - m 0,2 Tổng: Chiều dài Chiều rộng Chiều cao m 6 2 2,5 Đường kính ống dẫn nước ra D mm 110 4.1.5 Bể thu gom Tính tốn kích thước bể
Thời gian lưu nước t = 10 – 30 phút. Chọn t = 20 phút [2] Thể tích cần thiết của hố thu gom:
W = Q(h min) × t = 2,3
Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 1,5 m Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5 m
Chiều cao xây dựng của bể thu gom: Hxd = H + Hbv = 1,5 + 0,5 = 2 m Diện tích mặt bằng của bể:
A = W
H = 0,8
1,5 = 0,5 m2
Chọn kích thước bể thu gom: L × B × Hxd = 2 m × 1 m × 2 m
Tính tốn đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể
Lưu lượng trung bình giờ lớn nhất: Q (h max) = 15,35 m3/h = 0,0043 m3/s Vận tốc nước thải đi trong ống: v = 1,2 m/s
Đường kính ống dẫn nước ra: D = √4 x Q (s max)
π x v = √4 𝑥 0,0043
3,14 𝑥 1,2 = 0,07 m = 70 mm
Ta chọn ống dẫn nước bằng nhựa PVC có D = 90 mm
Bảng 4.7 Tóm tắt thơng số thiết kế của bể thu gom
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều cao xây dựng Hxd m 2
2 Chiều rộng B m 1
3 Chiều dài L m 2
4 Đường kính ống dẫn nước ra D mm 90
4.1.6 Bể điểu hòa sục khí
Thời gian lưu nước tại bể điều hịa t = 4 − 8h. Ta chọn t = 4h. Thể tích làm việc của bể điều hịa:
Chọn chiều cao hữu ích của bể điều hịa: H = 2,5 m. Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 m.
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbv = 2,5 + 0,5 = 3 m
Diện tích bể điều hịa:
F = V H =
61,4
2,5 = 24,6 m
2
Kích thước bể điều hịa: L × B × Hxd = 6 m × 4,5 m × 3 m
Tính tốn hệ thống cấp khí ở bể điều hịa:
Bảng 4.8 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa [2]
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Dạng khuấy trộn cơ khí 4 - 8 w/m3 thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 - 15 L/m3phút (m3 thể tích bể) Chọn kiểu khuấy trộn nén khí:
Chọn kiểu khuấy trộn khí nén:
Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn: (CT 2.64/[2])
Qkhí = R × Vđh = 0,012 x 61,4 = 0,74 m3/phút = 0,01 m3/s = 12,3 l/s R: tốc độ khí nén. R = 10 – 15 l/m3.phút. Chọn R = 12 l/m3.phút = 0,012 m3/phút Vđh: Thể tích thực của bể điều hịa (m3)
Tính tốn máy thổi khí
Áp lực máy thổi khí (tính theo m cột nước): Hct = Hd + Hc + Hf + h Trong đó:
Hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m Hc: Tổn thất cục bộ, m
Hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, m H: Chiều sâu hữu ích của bể, h = 2,5m
Tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4m, tổn thất hf khơng q 0,5m, do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 + 2,5 = 3,4 m Áp lực khơng khí sẽ là: Pm = Hct 10,12 = 3,4 10,12 = 0,34 atm (mục 2.65/[3])
Công suất máy thổi khí
N = G × R × T 29,7 × n ×e × (P0,283 Pt -1) => N = 0,04 × 8,314 × 303 29,7 × 0,283 × 0,8 × (1,340,283 1 -1) = 1,3 KW (mục 2.65/[3]) Trong đó:
N: Cơng suất u cầu của máy thổi khí, KW G: Trọng lượng của dịng khí (kg/s)
G = Qkhí × 1,29 = 0,03 × 1,29 = 0,04 kg/s R: hàng số lý tưởng, R = 8,314 KJ/Kmol.K0
T: Nhiệt độ của khơng khí đầu vào, t = 300C => T = 30 + 273 = 303 0K Pt: áp suất tuyệt đối khơng khí đầu vào, P1 = 1 atm
P : áp suất tuyệt đối khơng khí đầu ra, P = Pm + 1 = 0,34 + 1 = 1,34 atm n = k−1
k = 1,395−1
1,395 = 0,283
Với k: hệ số khơng khí, k = 1,395
e: Hiệu suất của máy thổi khí, e = 0,7 – 0,9, Chọn e = 0,8 29,7: Hệ số chuyển đổi
Công suất thực của máy thổi khí bằng 1,2 lần cơng suất tính tốn: N = 1,2 x 1,3 = 1,56 KW
Chọn 2 máy thổi khí Tsurumi TSR2 – 65 cơng suất 2,2KW hoạt động luân phiên nhau.
Chọn thiết bị khuếch tán khí là đĩa phân phối khí OXYFLEX MT235 – 9 INCH, lưu lượng khí là 5 m3/h = 0,083 m3/phút, đường kính là 200 mm
Số đĩa phân phối trong bể:
n1 = Qkk 0,083 = 0,74 0,083 = 9 đĩa Số ống nhánh: Ta chọn số ống nhánh là 3 ống Bố trí ống phân phối khí:
Bố trí 3 ống nhánh phân phối khí dọc theo chiều dài bể, trên mỗi ống nhánh bố trí 3 đĩa thổi khí, đặt cách thành bể 1 m và cách đáy 0,25m
Khoảng cách giữa các ống nhánh: Lnhánh = L− 1 × 2
n−1 = 6−1 × 2
3−1 = 2 m
Khoảng cách giữa các đĩa phân phối trên 1 nhánh: Lnhánh = B − 1 × 2
n1−1 = 4,5 − 1 × 2
3−1 = 1,3 m
Đường kính ống phân phối khí chính:
Dc = √ 4 × qkhí
π × v ống = √ 4 × 0,01
π × 12 = 0,033 m chọn ống inox DN40
Trong đó:
v ống: vận tốc khí trong ống, v ống = 10 –15 m/s. Chọn v ống = 12 m/s
Lưu lượng khí qua ống nhánh
qnhánh = Qkk 3 = 0,74 3 = 0,25 m3/phút = 4,1 x 10-3 m3/s Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn = √ 4 x qnhánh π x v ống = √ 4 x 4,1 x 10−3 π x 12 = 0,021 m chọn ống inox DN25
Công suất bơm:
N = Qtb max s ×H ×g × ρ
1000 × η = 0,0043×10 ×9,81 ×1000
1000×0,8 = 0,53 KW
Trong đó:
H: Cột áp của bơm. Quy phạm từ 8 – 10, chọn 10 mH2o η: Hiệu suất của máy bơm, 𝜂 = 0,7 − 0,9. Chọn η = 0,8. ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ = 1000kg/m3.
Công suất thực của bơm:
Ntt = β × N = 1,9 × 0,53 = 1,00 kW = 1,3 HP Trong đó:𝛽: Hệ số dự trữ N < 1 → β = 1,5 − 2,2. N > 1 → β = 1,2 − 1,5. N = 5 − 50 → β = 1,1. → Chọn β = 1,9
Mua 2 máy bơm chìm TOTAL TWP715001, mã lực 2HP hoạt động luân phiên nhau.
Đường kính ống dẫn nước thải sang bể Anoxic
D = √4 x Q (s max)
π x v = √4 x 0,0043
3,14 x 1,2 = 0,07 m = 70 mm
Chọn ống nhựa PVC có đường kính D75 Trong đó:
v: Vận tốc nước thải trong ống. v = 1 – 1,5 m/s. Chọn v = 1,2 m/s Kiểm tra lại vận tốc:
v = 4 x Qtb
π x D2 = 4 x 0,0043
π x 0,0752 = 1 m/s (thỏa mãn)
Bảng 4.9 Tóm tắt thơng số tính tốn của bể điều hịa
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị