STT Thông số Ký hiệu Đơn
vị Giá trị
01 Thời gian lưu nước của bể trộn cơ khí t phút 10 02 Kích thước bể keo tụ Chiều dài L m 1,9 Chiều rộng B m 4,6
Chiều cao hữu ích
H m 4
Chiều cao xây dựng
03 Thể tích xây dựng của bể tạo bông
W m3 39,33
04 Công suất của máy khuấy trong bể keo tụ
P kW
05 Thời gian lưu nước của bể
tạo bơng T phút 20 06 Kích thước bể tạo bông Chiều dài L m 3,6 Chiều rộng B m 4,6
Chiều cao hữu
ích H m 4
Chiều cao xây
dựng Hxd m 4,5
07 Thể tích xây dựng của 1 bể
tạo bơng W m
3 74,52
08 Đường kính ống dẫn nước ra Dra mm 280
3.3.3.3. Tính tốn lượng hóa chất
Tính lượng phèn nhơm cho vào bể
Liều lượng phèn sắt dùng kết tủa chỉ bằng 1/3 liều lượng của phèn nhôm và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của nước. Nhưng phèn sắt lại ăn mòn đường ống mạnh hơn phèn nhôm. Hiện nay, người ta vẫn ưu tiên chọn PAC (Poly Aluminium Chloride - [Al2(OH)nCl6-n]m) cho tất cả hệ thống xử lý nước cấp cũng như nước thải. Để tăng hiệu quả xử lý cũng như làm giảm liệu lượng PAC người ta kết hợp giữa PAC và Polymer. PAC có những ưu điểm xử lý nước như sau:
- Độ ổn định pH cao, dễ điều chỉnh pH khi xử lý, vì vậy tiết kiệm được hóa chất dùng để tăng độ kiềm và các thiết bị đi kèm như bơm định lượng và thùng hóa chất so với sử dụng phèn nhôm.
- Giảm thể tích bùn khi xử lý.
- Tăng độ trong của nước, kéo dài chu kỳ lọc, tăng chất lượng nước sau lọc.
- Liều lượng sử dụng thấp, bông cặn to, dễ lắng. - Ít ăn mòn thiết bị.
- PAC hoạt động tốt nhất ở pH= 6,5 ÷ 8,5. Do đó, ở pH này các ion kim loại nặng đều bị kết tủa và chìm xuống đáy hoặc bám vào các hạt keo tạo thành.
(Nguồn: https://moitruongxuyenviet.com/PAC-63.html)
Lưu lượng phèn PAC trong bể keo tụ 𝑄𝑃𝐴𝐶 = 𝑎×𝑄𝑡𝑏ℎ
𝑏×1000 =75×208,33
30%×1000= 52,08 𝑙/ℎ (Nguồn: Trang 21/ [32]) Trong đó:
- a: liều lượng phèn cho vào 1m3 nước thải. Chọn a = 75 mg/l (quy phạm 75 – 250 mg/l) (Nguồn: Bảng 4.1/ Trang 31/ [35])
- b: nồng độ dung dịch phèn, b = 30% Chọn thời gian lưu của PAC là 8 giờ.
Thể tích bồn chứa:
𝑊 = 𝑄𝑃𝐴𝐶 × 𝑡 = 52,08 × 8 = 416,64 𝑙í𝑡
Chọn 1 bồn chứa 500 lít, mỗi 8h pha hóa chất một lần
Lượng hóa chất 1 lần pha:
𝐺 = 𝑄 × 𝑎 × 𝑡 = 208,33 × 75 × 12 = 187.497 𝑔 = 187,5 𝑘𝑔 (Nguồn: Trang 21/
[32])
Tính hóa chất trợ keo tụ
Hóa chất trợ keo tụ sử dụng trong xử lý nước cấp, xử lý nước thải nhằm giúp quá trình keo tụ chất rắn lơ lửng trong nước diễn ra nhanh hơn. Sự kết hợp giữa hóa chất keo tụ PAC và hóa chất trợ keo tụ PAA (Polymer anion) làm tăng kích thước hạt lơ lửng, tăng hiệu quả lắng, do đó làm tăng hiệu quả xử lý cặn lơ lửng ra khỏi nước thải.
Ta chọn hóa chất Polymer Anion - PAA
Lượng Polymer cần dùng: 𝑄𝑃𝐴𝐴 = 𝑎×𝑄𝑡𝑏ℎ
𝑏×1000 = 1×208,33
0,5%×1000 = 41,67 𝑙/ℎ (Nguồn: Trang 21/ [32]) Trong đó:
- a: liều lượng phèn cho vào 1m3 nước thải Chọn a = 1 mg/l (quy phạm 0,25 – 1 mg/l) (Nguồn: Bảng 4.1/ Trang 31/ [35])
- b: nồng độ dung dịch phèn, b = 0,5% Chọn thời gian lưu của Polymer là 8 giờ. Thể tích bồn chứa:
𝑊 = 𝑄𝑃𝐴𝐴× 𝑡 = 41,67 × 8 = 333,36 𝑙í𝑡 Chọn 1 bồn chứa 500 lít, mỗi 8h pha hóa chất một lần
Lượng hóa chất 1 lần pha:
Tính lượng NaOH cho bể
Sử dụng NaOH độ tinh khiết 99% để tăng pH từ 5,6 lên 7,5 Sử dụng NaOH để tăng pH từ 5,6 lên 7,5.
pHvào = 5,6 => [H+] = 10-5,6 => n[H+] = 10-5,6 x 200000 = 0,5 mol. pHra = 7,5 => [H+] = 10-7,5 => n[H+] = 10-7,5 x 200000 = 0,006 mol. Lượng [OH-] cho thêm vào bằng lượng [H+] giảm từ 10-5,6 xuống 10-7,5
n[H+] cần = 0,5 – 0,006 = 0,494 mol
NaOH => Na+ + OH-
Nồng độ mol: 0,494 mol => 0,494 mol MNaOH = 40 g/mol, độ tinh khiết 99%.
NaOH = 0,494×40×10 3×100
1000×99 ≈ 20 (𝑔)
Chọn 03 bơm định lượng hóa chất model KDV-53L-FTC-FWX.
- Vật liệu : + Đầu bơm : PVDF + Màng : PTFE + Bi : CERAMIC - Lưu lượng : 288 l/h
- Cột áp : 5 bar
- Cổng hút / xả : KS10K15A - Công suất động cơ : 0,4kw - Điện áp : 3Pha -380V - Xuất xứ : Hàn quốc
Hình 3.6 Bơm định lượng KDV-53L-FTC-FWX.
3.3.4. Bể lắng hóa lý
Kích thước bể
Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm: f = Q
vtt = 0,06
0,03 = 2 (m
2)
Trong đó: vtt: tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30mm/s = 0,03m/s. Chọn Vtt = 0,03 m s⁄ .
Diện tích ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng: F = Q
v =
0,06
0,0008= 75 (m
Trong đó: v: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 8mm/s. Chọn v = 0,8mm/s = 0,0008m/s.
Diện tích mỗi bể trong mặt bằng: F1 = F + f n = 75 + 2 2 = 38,5 (m 2) Chọn số bể lắng n = 2.
Đường kính của mỗi bể:
D = √4 × F1
π = √
4 × 38,5
π = 7 (m) Chọn đường kính bể D = 7 m.
Đường kính của ống trung tâm: d = √4 × f1
π = √
4 × 1
π = 1,1 (m) Trong đó: f1: diện tích tiết diện ống trung tâm của một bể.
f1 = f 2 =
2
2= 1 (m
2) Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng:
htt = v × t = 0,0005 × 2 × 3600 = 3,7 (m) Nằm trong khoảng 1,5 – 5m → đạt yêu cầu.
Trong đó:
- v: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0,5 – 0,8 mm/s. Chọn v = 0,0005 m/s.
- t: thời gian lắng, t = 1,5 – 2,5 h. Chọn t = 2 h [29]. Chiều cao phần nón của bể lắng đứng:
hn = h2+ h3 =D − dn 2 × tanα = 7 − 2 2 × tan60 o = 4,3 (m) Trong đó:
- h2: chiều cao lớp nước trung hòa, (m).
- h3: chiều cao giả định của lớp cặn trong bể, (m).
- D: đường kính bể lắng, D = 7 m.
- α: góc nghiêng của đáy bể so với phương ngang, không lấy nhỏ hơn 50o. Chọn α = 60o.
Đường ống dẫn nước thải vào bể lắng hóa lý lấy bằng đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể tạo bông, để thiết kế hợp khối phù hợp với diện tích xây dựng cho phép, vị trí 02 bể lắng đặt song song và cùng 1 phía so với bể keo tụ tạo bơng; cho nên, đồ án bố trí đường ống phân phối nước vào 02 bể lắng theo góc nghiêng 30˚ và sử dụng van điều chỉnh để lưu lượng nước thải chảy vào 02 bể tương đồng nhau.
Đường kính và chiều cao của miệng loe của ống trung tâm
Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao vùng lắng và bằng 3,6 m. Đường kính miệng loe của ống trung tâm:
dl = hl = 1,5 × d = 1,5 × 1,1 = 1,65 (m) Đường kính tấm chắn dịng:
dc = 1,3 × dl = 1,3 × 1,65 = 2,145 (m)
Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm chắn theo mặt phẳng qua trục: L = 4 × Qtb s vk× π × (D + dn)= 4 × 0,06 0,015 × π × (6 + 1,8) = 0,56 (m) Trong đó:
- vk: tốc độ dịng nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt, vk ≤ 20mm/s (Nguồn: Mục 7.60/[11]).
- Chọn vk = 15 mm s⁄ = 0,015 m s⁄ . Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:
H = htt + hn + hbv = 3,7 + 4,3 + 0,5 = 8,5 (m) Trong đó:
-ℎ𝑡𝑡: chiều cao tính tốn vùng lắng, ℎ𝑡𝑡 = 3,7𝑚.
-ℎ𝑛: chiều cao phần nón, ℎ𝑛 = 4,3 𝑚.
-ℎ𝑏𝑣: chiều cao từ mực nước đến thành bể, ℎ𝑏𝑣 = 0,5𝑚 Thể tích xây dựng bể lắng đứng:
Tính tốn máng thu nước
Dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể thu nước. Thiết kế máng vòng đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngồi của máng là đường kính trong của bể.
Đường kính máng thu nước: Dm = 0,8 × D = 0,8 × 7 = 5,6 (m) Bề rộng máng thu nước: Bm =D−Dm
2 = 7−5,6
2 = 0,7 (m)
Chọn độ dốc i = 0,02, nước chảy trong máng đến chỗ ống dẫn nước ra khỏi bể theo 2 hướng ngược chiều nhau, vì vậy diện tích mặt cắt ngang của máng được tính như sau: 𝑓𝑚 = 𝑄𝑡𝑏 𝑠 𝑛 × 2 × 𝑣 = 0,06 2 × 2 × 0,6= 0,025 (𝑚 2)
Trong đó: v: vận tốc nước trong máng thu (theo cơ chế tự chảy v = 0,3 – 0,9m/s). Chọn v = 0,8m/s.
Chiều cao máng thu nước: ℎ𝑚 = 𝑓𝑚
𝐵𝑚+ ℎ𝑏𝑣 =
0,025
0,7 + 0,3 = 0,34 (𝑚)
Tính tốn máng răng cưa
Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu: Drc = Dm = 5,6 (m)
Chiều dài máng răng cưa: Lrc = π × Drc = π × 5,6 = 18 (m) Tổng số khe:
- Chọn số khe trên 1m chiều dài máng răng cưa là 10 khe. - Bề rộng răng cưa: brc = 50 mm.
- Bề rộng khe: bk = 100mm. - Khe tạo góc α = 90o.
- Chiều sâu khe bk
2 = 100 2 = 50mm Tổng số khe: n = 1000 50 + 100× Lrc = 1000 50 + 100× 18 = 120 (khe) Lưu lượng nước qua 1 khe:
qkhe =Qtb ngđ n = 5000 120 = 41,67 (m 3⁄khe. ngày) Tải trọng thu nước trên 1 máng tràn:
a = Qtb ngđ Lrc = 5000 18 = 277,78 (m 3⁄m. ngày) Chiều sâu ngập nước của khe:
hng = ( qkhe 8 15× Cd × √2 × g × tanθ2 ) 2 5 = ( 41,67 8 15× 0,6 × √2 × 9,81 × tan902o× 3600 × 24 ) 2 5 = 0,04 (m) Trong đó: Cd: hệ số chảy tràn. Chọn Cd = 0,6. θ: góc răng cưa. θ = 90o. Tính tốn ống dẫn bùn và bơm bùn về bể nén bùn
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày:
Wtươi = 1 2 1000 ngay tb Q C C (Nguồn: Trang 430/[29]) Trong đó:
- C1: hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng C1 = Co + k×Ap + 0,25×M
- Co : Hàm lượng cặn trong nước đi vào bể lắng, Co = 382,5 mg/l; - Ap : Hàm lượng phèn, Ap = 75 mg/l;
- K : Hệ số tạo từ phèn, đối với phèn nhôm kỹ thuật, K = 1; - M: Độ màu của nước, M = 0
C1 = 382,5 + 1 × 75 + 0,25 x 0 = 457,5 mg/l
- C2 : Hàm lượng chất rắn đi ra khỏi bể lắng (mg/l), hiệu quả xử lý khi qua bể lắng hóa lý là 70%
C2 = Co – 70% × Co = 382,5 – 70% × 382,5 = 114,75 mg/l Thay vào cơng thức ta có:
𝑊𝑡ươ𝑖 =𝑄𝑡𝑏
ℎ × (𝐶1− 𝐶2)
1000 =
5000 × (457,5 − 114,7)
Giả sử nước thải có hàm lượng cặn 5% ( độ ẩm 95%), tỷ số VSS:SS= 0,8 và khối lượng riêng của bùn tươi là 1,053kg/l, vậy
Lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý là:
𝑄𝑡ươ𝑖 = 1714
0,05 × 1,053 × 1000= 32,55 𝑚
3/𝑛𝑔à𝑦
(Nguồn: Trang 430/[29]
Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học:
Mtươi = Wtươi × 0,75 = 1714 × 0,75 = 1285,5 kg/ngày
(Nguồn: Trang 430/[29] Đường kính ống dẫn bùn : 𝐷 = √4 × 𝑄𝑡ươ𝑖 𝜋 × 𝑣 = √ 4 × 32,55 𝜋 × 0,3 × 86400= 0,04 𝑚 Trong đó: Vận tốc bùn trong ống v = 0,3 – 0,7 m/s. Chọn v = 0,3 m/s
Để đảm bảo bùn dễ dàng lưu thông trong ống, chọn ống dẫn bùn làm bằng ống
uPVC ∅ = 90 mm [23] Cơng suất của bơm:
𝑁 = 𝑄 × 𝜌 × 𝑔 × 𝐻 1000 × Ƞ = 0,00038 × 1053 × 9,81 × 11,5 1000 × 0,8 = 0,06 𝑘𝑊 (Nguồn: CT II.189/439/ [21]) Trong đó:
- 𝜌: Khối lượng riêng của bùn, 𝜌 = 1053 kg/m - Ƞ: Hiệu suất bơm, Ƞ = 80%
- H: Trở lực
H = h1 + h2 = 8,5 + 3 = 11,5 m Với:
- h1: Chiều cao cột nước, h1 = 8,5 m
- h2: tổn thất cục bộ qua các chổ nối, tổn thất qua lớp bùn (quy phạm 2 – 3 m.H2O), chọn h2 = 3m
Công suất thực tế của bơm:
𝑁𝑡𝑡 = 𝛽 × 𝑁 = 2 × 0,06 = 0,12 𝑘𝑊
- Ntt: Công suất thực tế của bơm. - 𝛽: Hệ số an tồn cơng suất
- Chọn 𝛽 như sau: N < 1 kW → 𝛽 = 2 ÷ 1,5 N = 1 ÷ 5 kW → 𝛽 = 1,5 ÷ 1,2 N = 5 ÷ 50 kW → 𝛽 = 1,2 ÷ 1,15 N > 50 kW → 𝛽 = 1,1 𝛽 = 2
Chọn bơm bùn APP model BAS-200. Bố trí 02 bơm hoạt động thay phiên nhau (01 cơng tác, 01 dự phòng). - Model: BAS-200 - Công suất: 0,2 kW - Xuất xứ: Taiwan - Cột áp: 4cm - Lưu lượng: 5,7 m3/phút
Hình 3.7 Máy bơm Ebara. [14]