Vật liệu lọc (m/h) Thể tích cặn chiếm chỗ trong lỗ rỗng < 5 5,5 – 7,5 ≥ 8 1/3 1/4 1/6 – 1/5 Bảng 4.15 Độ đặc của cặn [9] Loại cặn Độ ẩm (%)
Cặn nƣớc hồ chứa nhiều chất hữu cơ nhẹ Cặn nƣớc sông độ đục cao Cặn sắt, vôi làm mềm nƣớc 98 96 94 Lọc qua bể lọc cát: - Dhiệu quả = 0,55 mm - Chiều dày lớp cát: h = 1 m - Độ rỗng e = 53% (Bảng 4.12)
- Tốc độ lọc: v = 14 m/h => Thể tích chứa cặn trong khe rỗng vật liệu lọc = 1/5 (Bảng 4.13).
Thể tích chứa cặn của lớp cát lọc:
V = x 0,53 x ( x 1) = 0,21 m3
Lƣợng cặn mà 1 m3
cát lọc có thể giữ lại (Trong lƣợng cặn chiếm 6%) G = 60 x 0,21 = 12,6 kg
Lƣợng cặn lớp than giữ lại trong 1h:
m = Cc x Q = 58,52 x 22,08 = 1292 g/h = 1,292 kg/h Trong đó: Hàm lƣợng cặn ở bể lọc Cc = 58,52 mg/l Lƣu lƣợng nƣớc qua bể lọc: Q = 530 m3 /ngày = 22,08 m2/h Chu kỳ lọc: Tt = = = 9,8 h
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Nếu lọc quá thời gian này, chất lƣợng nƣớc sẽ khơng đạt. Do đó, thời gian đạt tới tổn thất giới hạn Ttổn thất giới hạn ≤ Tchất lƣợng.
=> Ttổn thất giới hạn ≤ 9,8 h.
Tính tốn tổn thất áp lực qua bể lọc
Tổn thất áp lực giới hạn khi vận hành bể lọc đƣợc tính theo cơng thức: Hvh = Hs + Hb + Hcb
Trong đó:
Hs: Tổn thất áp lực khi qua lớp cát sạch
Hb: Tổn thất áp lực giới hạn khi lớp cát lọc bẩn và cần phải rửa lọc. H = 6 – 8 m. Chọn H = 6 m.
Hcb: Tổn thất áp lực cục bộ khi nƣớc chảy trong ống, ta chọn Hcb = 1 m
Để tính tổn thất áp lực qua lớp cát sạch, ta sử dụng công thức của Rose (Rose, 1945)
Hs = x Cd x x x = x 14,21 x x x = 1,95 m Trong đó:
ϕ: Hệ số hình dạng của vật liệu lọc, cát lọc thƣờng lấy ϕ = 0,85 Cd: Hệ số cản
α: Độ rỗng của vật liệu lọc, nhƣ trên ta có α = 0,4 L: Chiều cao lớp cát lọc
d: Đƣờng kính tƣơng đƣơng của hạt vật liệu lọc, d = 0,55 mm v: Vận tốc lọc của bồn lọc
Hệ số Cd đƣợc tính theo cơng thức sau đây: Cd = + √ + 0,34 = + √ + 0,34 = 14,21 Với NR là số Reynol: NR = = = 2,04 Trong đó:
Như vậy tổn thất áp lực giới hạn để vận hành bồn lọc là:
Hvh = Hs + Hb + Hcb = 1,95 + 6 + 1 = 8,95 m.
Khi tổn thất áp lực trong bể lọc đạt đến 8,95 m thì ta sẽ tiến hành rửa ngƣợc để đƣa bể lọc về trạng thái hoạt động tốt nhất.
Cƣờng độ rửa ngƣợc
Quan hệ giữa số Reynold và số Galileo
Remf = (33,72 + 0,0408 x Ga)1/2 – 33,7 (*) Trong đó: Hệ số Reynold: Remf = x vmf = x vmf = 1083 x vmf Số Galileo: Ga = = = 20560,72 Trong đó: d90 = d10.K1,67 = 0,55 x 10-3 x 1,51,67 = 1,083.10-3
d10: Đƣờng kính hiệu quả của vật liệu lọc, d10 = 0,55 mm K: Hệ số không đồng nhất, K = 1,5
Vmf: Vận tốc nƣớc nhỏ nhất làm lớp cát chuyển động, m/s. ρ: Khối lƣợng riêng của nƣớc, ρ = 103
kg/m3
ρs: Khối lƣợng riêng của hạt vật liệu lọc, ρs = 2650 kg/m3
: Độ nhớt của nƣớc, = 10-3 kg/m.s Thay Re và Ga vào (*), ta đƣợc: 1083 x vmf = (33,72 + 0,0408 x 20560,72)1/2 – 33,7 => vmf = 9,91.10-3 m/s = 35,7 m/h Cƣờng độ rửa ngƣợc: Vb = 1,3 x vmf = 1,3 x 9,91.10-3 = 12,9.10-3 m/s = 46,8 m/h Lƣu lƣợng nƣớc rửa lọc: Qb = A x vb = x vb = x 12,9.10-3 = 0,0258 m3/s = 92,9 m3/h
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Nƣớc đƣợc dẫn vào bể bằng ống dẫn nƣớc rồi đƣợc phân phối đều trên bề mặt bể lọc bằng phễu. Nƣớc sau lọc đƣợc thu bằng hệ thống sàn chụp lọc rồi đƣợc dẫn ra khỏi bể bằng ống dẫn nƣớc.
Nƣớc rửa lọc đƣợc dẫn vào bể bằng ống dẫn nƣớc rồi đƣợc phân phối đều vào bể qua hệ thống sàn chụp lọc, sau đó tràn vào phễu thu nƣớc và đƣợc dẫn ra ngoài bằng ống dẫn nƣớc. Ống dẫn nước ra khỏi bồn lọc Lƣu lƣợng qua 1 bồn lọc Q = 0,006 m3 /s. Vận tốc trong ống: v = 0,7 – 1,5 m/s. Chọn v = 1 m/s. Đƣờng kính ống nƣớc ra: √ √
=> Chọn đƣờng kính ống nhựa Tiền Phong uPVC 90 (Theo phụ lục 1)
Vậy vận tốc thực của nƣớc thải trong ống:
v= = = 0,94 m/s => Thỏa: v = 0,7 – 1,5 m/s Ống dẫn nước rửa lọc Lƣu lƣợng nƣớc rửa lọc: Qb = 0,0258 m3/s
Vận tốc nƣớc chảy trong ống: v = 2,4 – 3,7 m/s. Chọn v = 3 m/s. (Nguồn: Section IV/Physical – Chemical Treatment Processes)
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc rửa lọc:
DRN-lọc = √ = √
= 0,11 m
=> Chọn ống nhựa Tiền Phong PVC = 110 mm (Theo phụ lục 1)
Hệ thống sàn chụp lọc
Sử dụng phễu phân phối nƣớc và thu nƣớc rửa lọc. - Vật liệu: thép không gỉ.
- Đƣờng kính đáy nhỏ bằng đƣờng kính ống dẫn nƣớc vào bồn lọc = 75 mm. - Đƣờng kính đáy lớn: 200mm.
- Chiều cao phễu: 50mm - Hệ thống sàn chùm lọc - Thu nƣớc lọc bằng chụp lọc
Số chụp lọc ≥ 35 – 50 cái cho 1m2 diện tích cơng tác. Chọn số lƣợng chụp lọc trên 1m2 bể là 40 cái. Số lƣợng chụp lọc trong bể:
𝑁 = 40𝐹 = 40 × 2 = 80 𝑐ái
Chọn số chụp lọc là 80 cái. Sàn gắn chụp lọc làm bằng thép khơng gỉ dạng tấm, đƣờng kính 0,52 m trên sàn có đục 80 lỗ để gắn chụp lọc.
Lƣu lƣợng nƣớc rửa lọc qua mỗi chụp lọc:
Tính bơm nƣớc sạch rửa lọc
Cột áp tồn phần của bơm rửa lọc
Hlọc = hô + hLe + hđ + hchụp + hgh Trong đó:
hlọc: Cột áp bơm rửa lọc, m
hô: Tổn thất áp lực trên đƣờng ống dẫn nƣớc bao gồm tổn thất dọc đƣờng và tổn thất cục bộ, m
hLe: Tổn thất áp lực qua lớp VLL khi rửa lọc, m hđ: Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ, m hchụp: Tổn thất qua chụp lọc, m hgh: Tổn thất áp lực giới hạn, hgh = 8,95 m Tổn thất áp lực trên đường ống hơ = hd + hcb Trong đó: hd: Tổn thất dọc đƣờng trong đƣờng ống, m hcb: Tổn thất cục bộ trong đƣờng ống, m
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hòa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Tổng tổn thất dọc đƣờng hd = λ x x = 0,014 x x = 0,6 m (CT4.18/[18]) Trong đó: D: Đƣờng kính ống, D = 0,11 m g: Gia tốc trọng trƣờng, g = 9,81 m2/s l1: Chiều dài đƣờng ống, l1 = 10 m v: Vận tốc chảy trong ống, v = 3 m/s λ: Hệ số ma sát thủy lực, Tổn thất ma sát dọc đƣờng của bơm: Relọc = = = 326733 > 2320 => Chảy rối Trong đó: VRN-lọc: Vận tốc dịng chảy trong ống, m/s D: Đƣờng kính ống, m : Hệ số nhớt động học của chất lỏng = 1,01 x 10-6 m2/s
Với Re > 100000 thì hệ số ma sát thủy lực đƣợc tính theo cơng thức: λ = = = 0,014 Tổn thất cục bộ: hcb = ∑ x = 4,7 x = 4,3 m Trong đó: ∑ = ξ1 + ξ2 + ξ3 + ξ4 + ξ5 + ξ6 = 1 + 1 + 0,5 + 1,1 + 0,25 + 0,25 = 4,7 ξ1 = 0,5: Hệ số trở lực ống đầy ξ2 = 1: Hệ số trở lực khi ra ống hút ξ3 = 0,5: Hệ số trở lực van một chiều ξ4 = 1,1: Hệ số trở lực khuyển cong 90˚ ξ5 = 0,25: Hệ số đột mở
ξ6 = 0,25: Hệ số độ thu
v: Vận tốc nƣớc chảy trong ống, v = 3 m/s
Nhƣ vậy tổn thất áp lực trên đƣờng ống: hô = hd + hcb = 0,6 + 4,3 = 4,9 m
Tổn thất áp lực qua lớp VLL
hLe = x (1 – e) x L =
x (1 – 0,53) x 1 = 0,78 m
Trong đó:
ρ: Khối lƣợng riêng của nƣớc, ρ = 103
kg/m3
ρs: Khối lƣợng riêng của hạt vật liệu lọc, ρs = 2650 kg/m3 e: Độ rỗng lớp vật liệu lọc, e = 0,53
L: Chiều cao lớp vật liệu lọc, L = 1 m
Tổn thất áp lực qua lớp sỏi đỡ
hđ = 0,061 x h x vb = 0,061 x 0,2 x 46,8 = 0,57 m Trong đó:
h: Chiều dày lớp sỏi đỡ, h = 0,2 m
vb: Vận tốc rửa ngƣợc, vb = 46,8 m3/m2.h Tổn thất qua chụp lọc hchụp = = = 0,459 m Trong đó:
v: Vận tốc chuyển động của nƣớc qua khe hở của chụp lọc, v = 1,5 m/s
: Hệ số lƣu lƣợng của chụp lọc, chụp lọc khe hở, = 0,5
Nhƣ vậy cột áp bơm rửa lọc:
Hlọc = 4,9 + 0,78 + 0,57 + 0,459 + 8,29 = 14,99 m
=> Chọn Hlọc = 15 m
Công suất bơm:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Q: Lƣu lƣợng nƣớc rửa lọc, Q = 0,0258 m3/s Hlọc: Chiều cao cột áp, Hlọc = 15 m
: Hiệu suất của bơm từ 0,72 – 0,93. Chọn 0,8. (Bảng II.32/440/[25])
Công suất bơm thực tế:
Ntt = N x β = 4,7 x 1,2 = 5,7 kW Trong đó: β: Hệ số dự trữ N < 1 => β = 1,5 – 2,2 N > 1 => β = 1,2 – 2,5 N = 5 – 20 => β = 1,1 => Chọn β = 1,2
Chọn 2 bơm có cơng suất nhƣ nhau (2 máy hoạt động luân phiên cài đặt timer và hoạt động theo phao) (Theo phụ lục 7).
MÁY ĐẶT CẠN EBARA DWO 400
Model: DWO 400 hãng Ebara – Italia Công suất: 6 kW
Họng xả: 60 mm
Điện áp: 3 pha 380V/50Hz
Hình 4.9 Máy bơm đặt cạn Ebara DWO 400. [26] Tính tốn chiều dày thân bồn áp lực Tính tốn chiều dày thân bồn áp lực
- Bồn lọc làm việc ở áp suất trong Plv = 50 mH2O = 0,5N/mm2 - Chọn vật liệu làm bồn lọc là thép CT3. Các thông số của thép: - Ứng suất cho phép: [𝜎] = 146𝑁/ 2.
- Tốc độ gỉ: 0,1 mm/năm. - Hệ số hiệu chỉnh: ŋ = 1. - Hệ số bền mối hàn: 𝜑ℎ = 0,95.
Áp suất tính tốn trong bồn lọc:
= 0,5 + 0,019 = 0,519 N/mm2 Trong đó:
Pl: Áp suất thủy tĩnh, (N/mm2), Pl = ρgh = 1000 x 9.81 x 2= 0,19
Chiều dày thân bồn lọc:
[ ]
Chiều dày thiết kế thân bồn lọc:
S = + C = 3 + 3 = 6 mm Trong đó:
C là hệ số bổ sung bề dày thiết bị, C = Ca + Cb + Cc + Co Ca: Hệ số chịu sự ăn m n của môi trƣờng, Ca = 1mm. Cb: Hệ số kể đến bào m n cơ học, Cb = 0.
Cc: Hệ số sai số do cấu tạo lắp đặt, Cc = 0. C0: Hệ số làm tròn số, C0 = 2mm.
Kiểm tra điều kiện bền:
Kiểm tra điều kiện áp suất:
[ ] [ ]
Vậy thân bồn lọc có bề dày S1 = 6 mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
Tính tốn đáy và nắp bồn áp lực
Chọn đáy và nắp cho bồn lọc là đáy và nắp elip tiêu chuẩn đƣợc hàn liền với thân; có Rt = Dt = 1600 mm.
Chiều dày tính tốn đáy và nắp thiết bị bồn lọc:
[ ] Trong đó:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
k: Hệ số không thứ nguyên, do đáy và nắp đƣợc tăng cứng nên k = 1. ht = 0,4m
Chiều dày thiết kế đáy và nắp bồn lọc:
Trong đó:
C là hệ số bổ sung bề dày thiết bị, C = Ca + Cb + Cc + Co Ca: Hệ số chịu sự ăn m n của môi trƣờng, Ca = 1 mm. Cb: Hệ số kể đến bào m n cơ học, Cb = 0.
Cc: Hệ số sai số do cấu tạo lắp đặt, Cc = 0. C0: Hệ số làm tròn số, C0 = 2 mm.
Kiểm tra điều kiện bền:
Kiểm tra điều kiện áp suất:
[ ] [ ]
Vậy đáy và nắp bồn lọc có bề dày S2 = 8,2 mm thỏa mãn điều kiện bền và áp suất làm việc.
Bảng 4.16 Các thông số thiết kế bồn lọc áp lực
Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Đƣờng kính bồn lọc Dlọc m 1,6
Chiều cao lớp vật liệu lọc Hvl m 1
Chiều cao tổng cộng của bồn lọc H m 2,2
Đƣờng kính ống dẫn nƣớc rửa lọc DRN-lọc mm 110
Chụp lọc cái 80
4.1.10. Bể khử trùng
Nhiệm vụ
Khử trùng là một khâu rất quan trọng trong hệ thống xử lý nƣớc thải. Các biện pháp khử trùng nƣớc thải đã đƣợc sử dụng nhƣ Chlor hóa, ozon hóa, khử trùng bằng tia hồng ngoại UV. Ở hệ thống xử lý này sử dụng biện pháp khử trùng bằng Chlor hóa vì phƣơng pháp tƣơng đối đơn giản, rẻ tiền và đạt hiệu quả xử lý.
Tính tốn
Tính tốn kích thƣớc bể
Thể tích bể tiếp xúc:
V = Q x t = 0,37 x 15 = 5,55 m3 Trong đó:
Thời gian tiếp xúc: t = 15 phút.
Lƣu lƣợng nƣớc thải Q = 530 m3/ngày.đêm = 0,37 m3/phút.
Diện tích mặt cắt ngang của bể:
(Trang 472/[4]) Với vận tốc dòng chảy trong bể tiếp xúc v = 2 – 4,5 m/phút, chọn v = 2 m/phút.
Chiều cao xây dựng bể:
Hxd = H + hbv = 1 + 0,5 = 1,5 m
Kích thƣớc bể khử trùng: L x B x H = 3,9 m x 1 m x 1,5 m
Để đảm bảo cho sự tiếp xúc giữa hóa chất và nƣớc thải là đồng đều, trong bể tiếp xúc khử trùng, ta xây thêm các vách ngăn để tạo sự khuấy trộn trong ngăn. Chọn số ngăn n = 3.
Tính lƣợng hóa chất
Hóa chất cần dùng để khử trùng là dung dịch Ca(CLO)2 2%.
Lƣợng Ca(CLO)2 châm vào bể khử trùng:
⁄
Trong đó:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương công suất 530 m3/ngày.đêm
a: Liều lƣợng Ca(CLO)2 cho vào khử trùng đối với nƣớc thải sau xử lý bùn hoạt tính là 2 – 8 g/m3. Chọn a = 3 g/m3.
Lƣợng Ca(CLO)2 2% châm vào bể khử trùng. Ta có: b = 10 x C = 20 g/l
= 3,3 lít/h = 0,055 lít/phút
Chọn bơm định lƣợng Hanna, biết rằng n t điều chỉnh lƣu lƣợng theo mức vạch 0%. ứng với 0 lít/ph với CSmax 5lít/ph ứng với 100%.
N t điều chỉnh bơm: = = 66% => Vặn n t điều chỉnh lƣu ở mức 66%
Thể tích bồn chứa:
V = =
= 79,5 lít
Chọn bồn chứa Ca(CLO)2 làm bằng nhựa Đại Thành có thể tích 500l Thời gian giữa 2 lần pha hóa chất: t =
= 6 ngày
Chọn 2 bơm châm BL 5.1 (1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng) (Theo phụ lục 11) - Model: BL 5.1
- Lƣu lƣợng: Q = 5 l/h - Cột áp: 8 bar
- Điện áp: 1pha/ 220V/ 50Hz - Hãng sản xuất: Hanna – USA
Cách pha Ca(ClO)2: Cho nƣớc sạch vào 1/2 thùng 1000 lít, sau đó cho 1,59 kg Ca(ClO)2 vào và khuấy tiếp tục cho nƣớc sạch và định lƣợng đến vạch.
Bảng 4.17 Các thông số thiết kế bể khử trùng
Tên thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị