CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG Á N1
4.1. Thơng số đầu vào
Bảng 5: Thành phần, tính chất nước thải
Thơng số đầu vào Đơn vị Giá trị
Cột A QCVN 01- MT:2018/
BTNMT
Lưu lượng m3/ngày 2700
Lưu lượng trung bình tính theo giờ m3/giờ 112.5 Hệ số khơng điều hịa giờ cao điểm 1.73
Lưu lượng lớn nhất m3/giờ 194.63
pH 5-5.5 6 - 9 BOD5 mg/l 2500 30 COD mg/l 3500 100 TSS mg/l 470 50 TN mg/l 150 50 4.2. Song chắn rác 4.2.1. Nhiệm vụ
Song chắn rác cĩ nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thơ cĩ kích thước lớn như rác, vỏ khoai mì….Các tạp chất này cĩ thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống như làm tắc đường ống hoặc kênh dẫn, bào mịn đường ống, thiết bị, tăng trở lực dịng chảy nên làm tăng tiêu hao năng lượng bơm.
Song chắn rác được chế tạo từ các thanh kim loại và đặt dưới đường chảy của nước thải theo phương thẳng đứng.
27
Kích thước và khối lượng rác giữ lại ở song chắn rác phụ thuộc vào kích thước khe hở giữa các thanh đan. Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực quá lớn ta cần phải thường xuyên làm vệ sinh (cào rác).
4.2.2. Tính tốn
Hình 7: Chi tiết song chắn rác
Lưu lượng thiết kế : Q = 2700 m3/ngày ; 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ =194.63 m3/h Chọn hệ số khơng điều hịa 𝑘ℎ𝑚𝑎𝑥= 1.73
Kích thước mương đặt song chắn rác:
Số khe của song chắn rác là:
𝑛 = 𝑄 𝑙 × 𝑣 × ℎ1 = 194.63 3600 × 0.016 × 0.7 × 0.25 = 19.3(𝑘ℎ𝑒) Chọn n = 20 khe Bể rộng của song chắn rác là : Bs = d × (n+1) + 𝑙 × n = 0.01 × (6+1) + 0.016 × 11 = 0.296m ≈ 0.3m Trong đĩ : - n : Số khe hở
- h1 : chiều sâu lớp nước
- 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ : Lưu lượng lớn nhất của nước thải 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 194.63 m3/h
- v : Vận tốc nước chảy qua song chắn (0,6 – 1,0 m/s), chọn v = 0,7 m/s - l : Khoảng cách giữa các khe hở, chọn l = 16 mm = 0,016 m
28
- K0 : Hệ số tính đến mức độ cản trở của dịng nước do hệ thống cào rác, K0 = 1,05 - d: chiều dày của thanh song chắn d = 0,01 (m)
Kiểm tra lại vận tốc dịng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn
𝑣 = 𝑄𝑚𝑎𝑥 ℎ 𝐵𝑆 × ℎ1 = 194.63 3600 × 0.3 × 0.25 = 0.72 𝑚/𝑠 > 0.4𝑚/𝑠 Tổn thất áp lực qua song chắn : ℎ𝑠 = 𝜀 ×𝑉𝑚𝑎𝑥 2 2𝑔 × 𝐾1 = 0.9 × 0.72 2 × 9.81× 3 = 0.067 (𝑚𝐻2𝑂) Trong đĩ :
- Vmax: Tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn ứng với lưu lượng lớn nhất Vmax = 0,7m/s.
- K: Hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn. K1 = 2-3. Chọn K = 3.
- β: Hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh, giá trị β xác định theo bảng:
Tiết diện chữ nhật β = 1.83
- ξ : Hệ số sức cản cục bộ của song chắn, tính theo cơng thức:
𝜉 = 𝛽 × (𝑑 𝑙)
4 3
⁄ × 𝑠𝑖𝑛450 = 0.9
- α : Gĩc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang α = 450. Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác:
𝐿1 = 𝐵 − 𝐵𝑠
2 × 𝑡𝑔20= 0.27𝑚
Chiều dài ngăn đoạn thu hẹp sau song chắn rác :
𝐿2 =𝐿1 2 =
0.27
2 = 0.135 𝑚
29
L = L1 + L2 +1.5 = 0.27 + 0.135 + 1.5 = 1.905 m Lấy L = 2 m
Chiều cao xây dựng :
H = h1 + hs + 0.5 = 0.25 + 0.067 + 0.5 = 0.817 m Lấy H=0.9 m
Trong đĩ :
‐ B: là chiều rộng của mương dẫn nước
‐ 1.5 : là chiều dài phần mương đặt song chắn rác
‐ 0.5: là khoảng cách giữa cốt sàn nhà đặt song chắn rác và mục nước cao nhất (chiều cao an tồn).
‐ Với h1 là chiều sâu lớp nước trước song.
‐ Và hs là tổn thất áp lực qua song chắn rác
Hiệu quả xử lý của song chắn rác :
Hàm lượng chất lơ lửng qua song chắn rác giảm 4% : SS = 470 × (1 – 0.04) = 451.2 (mg/l)
Hàm lượng BOD qua song chắn rác giám 5%: BOD = 2500 × (1 - 0.05) = 2375 (mg/l)
Bảng 6: Các thơng số thết kế và kích thước của song chắn rác :
STT Tên chi tiết Đơn vị Giá trị
1 Tốc độ dịng chảy trong mương m/s 0.7
2 Chiều cao lớp nước trong mương, h1 mm 250
3 Chiều rộng của song chắn rác mm 300
4 Chiều cao của song chắn rác mm 900
5 Số thanh, n thanh 20
30
4.3. Hố bơm 4.3.1. Nhiệm vụ
Tiếp nhận, thu gom và tập trung nước thải để bơm qua cơng trình xử lý phía sau.
4.3.2. Tính tốn
Thể tích hầm bơm tiếp nhận:
𝑉𝑏 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 194.63 ×15
60= 48.7 𝑚
3
Trong đĩ : t là thời gian lưu nước, t = 15 phút
Chọn chiều sâu hữu ích h= 2.5m, chiều sâu an tồn là 0.5m . Vậy chiều sâu tổng cộng : H = 3.5m + 0.5m = 4m
Tiết diện mặt bằng của hố thu:
𝐹 =𝑉 ℎ = 48.7 3.5 = 14 𝑚 2 Chọn chiều dài bể: L = 4.7 m Chiều rộng bể: B = 3 m
Vậy kích thước hố thu gom: L× B × H = 4.7 × 3 × 4 m.
⇒ Thể tích thực tế của hố thu gom : Vtt = L× B × H = 4.7 × 3 × 4 = 56.4 m3
Tính tốn ống dẫn nước sang gạn mủ:
Nước thải được bơm sang bể điều hịa nhờ 02 bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2 m/s ( v = 1 – 2.5 m/s theo TCVN 51 – 2008).
Đường kính ống dẫn nước thải qua bể điều hịa:
𝐷 = √4 × Qmax
ℎ
π × v = √
4 × 194.63
π × 2 × 3600 = 0.186 m
Chọn ống dẫn nước thải sang bể điều hịa là ống SUS304 cĩ DN 200mm.
Kiểm tra lại vận tốc trong ống:
𝑣kt =4 × Qmax
ℎ
π × D2 = 4 × 194.63
π × 0.1862 × 3600= 1.99𝑚/𝑠 (𝑇ℎỏ𝑎 𝑣 = 1 − 2.5𝑚/𝑠)
31 𝑁 = 𝑄 × 𝐻𝑏 × 𝜌 × 𝑔 1000 × 𝜂 = 194.63 3600 × 10 × 1000 × 9.81 1000 × 0.7 = 7.58 𝐾𝑊 Trong đĩ:
- : Khối lượng riêng của nước, = 1000kg/m3 - H: chiều cao cột áp, H = 10 mH2O
- η: hiệu suất chung của bơm (0.7 - 0.9), chọn η = 0.7
Cơng suất thực tế của bơm:
𝑁𝑡𝑡 = 𝛽 × 𝑁 = 1.1 × 2.37 = 2.6
Trong đĩ: β: Hệ số dự trữ an tồn, β= 1 - 2.5, chọn β=1.1.
Chọn 2 bơm chìm hãng TSURUMI, model 650B820 với cơng suất: 8 kW.
Bảng 7: Thơng số thiết kế hố thu gom
STT Tên chi tiết Đơn vị Giá trị
1 Thể tích m3 48.7
2 Thời gian lưu nước phút 15
3 Chiều sâu của bể m 4.0
4 Chiều dài của bể m 4.7
5 Chiều rộng của bể m 3.0
4.4. Bể gạn mủ 4.4.1. Nhiệm vụ
Bể gạn mủ giúp loại bỏ các hạt cao su ở dạng huyền phù..
4.4.2. Tính tốn
Thể tích bể :
𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 194.63 × 20ℎ = 3892.6𝑚3
32
Chọn chiều cao của bể là 2.5m, chiều cao bảo vệ 0.5m Diện tích mặt thống của bể: 𝐹 = 𝑉 𝐻 = 3892.6𝑚3 2.5𝑚 = 1557.04𝑚 2 Chia bể gạn mủ thành 6 ngăn Thống số mỗi ngăn (Hh, Ln, B) = 2.5m x 26 m x 10m
Bọt cao su nổi được gom bằng thanh gạn cặn, quá trình cào bọt rất dễ dàng vì khi hạt cao su nổi lên kết dính thành từng mảng.
Thơng số ngăn tập trung nước thải bơm về bể điều hịa ( L x W x H ) = 13 x 5 x 2.5m Thơng số ngăn chứa mủ cao su (L x W x H) = 13 x 2.1 x 2.5m.
Thơng số ngăn thơng nước giữa các ngăn, giữa ngăn cuối cùng và bể điều hịa (L x W x H) = 0.3 x 0.3 x 0.4m.
Tính tốn bơm chìm:
Đường kính ống dẫn nước thải qua bể điều hịa:
Nước thải được bơm sang bể điều hịa nhờ 02 bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2 m/s ( v = 1 – 2.5 m/s theo TCVN 51 – 2008). 𝐷 = √4 × Qmax ℎ π × v = √ 4 × 194.63 π × 2 × 3600 = 0.186 m
Chọn ống dẫn nước thải sang bể điều hịa là ống SUS304 cĩ DN 200mm.
Kiểm tra lại vận tốc trong ống:
𝑣kt=4 × Qmax ℎ π × D2 = 4 × 194.63 π × 0.1862 × 3600 = 1.99𝑚 𝑠 (𝑇ℎỏ𝑎 𝑣 = 1 − 2.5𝑚/𝑠)
Tính cơng suất bơm :
𝑁 = 𝑄 × 𝐻𝑏 × 𝜌 × 𝑔 1000 × 𝜂 = 194.63 3600 × 10 × 1000 × 9.81 1000 × 0.7 = 7.58 𝐾𝑊 Trong đĩ:
- : Khối lượng riêng của nước, = 1000kg/m3
- H: chiều cao cột áp, H = 10 mH2O
33
Cơng suất thực tế của bơm:
𝑁𝑡𝑡 = 𝛽 × 𝑁 = 1.1 × 2.37 = 2.6
Trong đĩ: β: Hệ số dự trữ an tồn, β= 1 - 2.5, chọn β=1.1.
Chọn 2 bơm chìm hãng TSURUMI, model 650B820 với cơng suất: 8 kW.
Hiệu quả xử lý của bể gạn mủ
Hàm lượng chất BOD giảm 5%, cịn lại:
BOD5 ra = 2375 x (100% - 5%) = 2256.25 (g/ml) Hàm lượng COD sau tuyển nổi giảm 5%, cịn lại: CODra = 3500 x (100% - 5%) = 3325 (g/ml) Hàm lượng chất lơ lửng giảm 15% , cịn lại: SSra = 530 x (100% - 5%) = 452 (g/ml)
Bảng 8: Thơng số thiết kế bể gạn mủ:
STT Tên chi tiết Đơn vị Giá trị
1 Thể tích m3 3893
2 Thời gian lưu nước giờ 20
3 Số ngăn của bể ngăn 6
4 Chiều sâu mỗi ngăn của bể m 3.0
5 Chiều dài mỗi ngăn của bể m 26.0
6 Chiều rộng mỗi ngăn của bể m 10.0
4.5. Bể điều hịa 4.5.1. Nhiệm vụ
Lưu lượng và nồng độ nước thải cao su luơn thay đổi theo mùa vì vậy cần cho qua bể điều hồ trước khi qua các quá trình xử lý sinh học. Bể điều hồ cĩ tác dụng điều hồ lưu lượng nhằm duy trì dịng thải đầu vào gần như khơng đổi khắc phục các vấn đề khi
34
vận hành do dao động nước thải gây ra và nâng cao hiệu quả xử lý cho các cơng trình ở cuối dây chuyền xử lý.
4.5.2. Tính tốn
Tính tốn kích thước bể điều hịa
Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hịa là : T= 6 giờ Thể tích bể điều hịa
𝑉 = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑇 = 194.63𝑚3/ℎ × 6ℎ = 1167.78 𝑚3 Chọn chiều sâu hữu ích của bể : hs = 5.0 m
Chiều cao bảo vệ : hbv = 0.5 m
Chiều cao tổng cộng của bể : H = 5.0m +0.5m = 5.5 m Diện tích mặt thống của bể điều hịa :
𝐴 = 𝑉 ℎ𝑠 = 1167.78 5.0 = 259.51𝑚 2 Chọn bể hình chữ nhật cĩ kích thước : L×B×H = 24m × 11m × 5m
⇒ Thể tích hữu ích của bể điều hịa : Vtt = L×B×H = 24m×11m×5m = 1320 m3
Tính tốn hệ thống ống, đĩa, phân phối khí ở bể điều hịa
Chọn phương pháp khuấy trộn cho bể điều hịa bằng hệ thống thổi khí.
Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn:
q𝑘ℎí = 𝑅 × 𝑉𝑡𝑡 = 0.015 × 1168 = 17.52 𝑚3/𝑝ℎú𝑡
Trong đĩ:
- Vtt: Thể tích hữu ích của bể điều hồ, m3
- R: Tốc độ khí nén, R = 10 - 15 (l/m3.phút). Chọn R = 15 (l/m3.phút) = 0.015 (m3/m3.phút)
(Nguồn: Bảng 9 – 7, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đơ thị & cơng nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TP.HCM. Trang 422)
Phân phối ống thổi khí trong bể
Khí từ ống dẫn khí chính được phân phối qua các ống dẫn khí nhánh đặt dọc theo chiều dài của bể điều hịa. Ống dẫn khí nhánh đầu tiên đặt cách tường 0.5 m, các ống
35
nhánh tiếp theo được đặt cách nhau 1 m. Cĩ tổng cộng 7 ống dẫn khí gĩp chung và 21 ống dẫn khí nhánh trong bể. Đường kính ống dẫn khí chính 𝐷𝑐 = √4 × 𝑞𝑘ℎí 𝜋 × 𝑣𝑐 = √ 4 × 17.52 𝜋 × 60 × 12 = 0.176 𝑚
Trong đĩ: vc: Vận tốc trong ống dẫn khí, chọn v = 12 m/s (v = 9 - 15 m/s). (Nguồn:
Bảng 9 – 9_ Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đơ thị & cơng nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM. Trang 423)
Chọn đường kính ống dẫn khí chính SUS304 cĩ DN 200mm. Đường kính ống dẫn khí gĩp chung 𝐷𝑔𝑐 = √4 × 𝑞𝑘ℎí 𝜋 × 𝑣𝑛 = √ 4 × 17.52 𝜋 × 60 × 9 × 7= 0.077
Trong đĩ: vn: Vận tốc trong ống dẫn khí, chọn v = 9 m/s ( v = 5 - 10 m/s). ( Nguồn:
Bảng 9 – 9_ Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đơ thị & cơng nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM. Trang 423)
Chọn đường kính ống dẫn khí gĩp chung SUS304 cĩ DN 80mm.
Đường kính ống khí nhánh 𝐷𝑛 = √4 × 𝑞𝑘ℎí 𝜋 × 𝑣𝑛 = √ 4 × 17.52 𝜋 × 60 × 7 × 21 = 0.052 Trong đĩ: vn: Vận tốc trong ống dẫn khí, chọn v = 7 m/s.
Chọn đường kính ống dẫn khí gĩp chung uPVC cĩ DN 60mm.
Tính tốn đĩa phân phối khí:
Chọn đĩa phân phối khí model Permacap Coarse 3/4” bọt thơ cĩ thơng số kĩ thuật như sau:
Đường kính đĩa (mm) Lưu lượng khí r (m3/h) Diện tích hoạt động bể mặt (m2)
127 4 0.015
36 𝑛 =𝑞khí 𝑟 = 17.52 4 × 60 = 297 đĩ𝑎 Chọn 273 đĩa.
Vậy số đĩa trên mỗi ống nhánh là 13 đĩa. Mỗi đĩa cách nhau 0.8m.
Kiểm tra lại vận tốc trong ống dẫn khí chính:
𝑣ktc =4 × qkhí
π × D𝑐2 = 4 × 17.52
π × 0.22× 60 = 9.3 𝑚/𝑠
Thoả mãn vc trong khoảng 9 -15 m/s.
Kiểm tra lại vận tốc trong ống dẫn khí nhánh:
𝑣ktn =4 × qkhí
π × D𝑛2 = 4 × 17.52
π × 0.062× 60 × 21 = 5 𝑚/𝑠
Thoả mãn vn nằm trong khoảng 5 - 10 m/s.
Tính tốn máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo cơng thức: Htt = hd + hc + hf + H
Trong đĩ:
- hd: là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài tên đường ống dẫn - hc: là tổn thất áp lực cục bộ, hd + hc ≤ 0.4 m. Chọn hd +hc = 0.4 m - hf: là tổn thất qua thiết bị phân phối, hf ≤ 0.5 m. Chọn hf = 0.5 m - H: là chiều cao hữu ích của bể điều hịa, H = 5 m
Htt = hd + hc + hf + H = 0.4 + 0.5 + 5 = 5.9 m
Cơng suất máy thổi khí:
𝑁𝑘 =34400 × (𝑝 0.29 − 1) × qkhí 102 × η = 34400 × (1.570.29− 1) × 17.52 102 × 0.7 × 60 = 19.66𝑘𝑊 Trong đĩ: - qkhí: là lưu lượng khí, qkhí = 17.52 m3/phút
37 - p: áp lực khí nén (atm) p = 10.33 + 𝐻𝑡𝑡 10.33 = 10.33 + 5.9 10.33 = 1.57𝑎𝑡𝑚
Chọn 2 máy thổi khí hoạt động và dự phịng của hãng TSURUMI, model TSR2-150 (150), cơng suất máy 20kW.
Tính tốn bơm chìm:
Lưu lượng cần bơm: 𝑄𝑡𝑏ℎ = 112.5 m3/h = 0.03125 m3/s Đường kính ống dẫn nước thải qua bể điều hịa:
Chọn vận tốc trong ống dẫn nước : v = 2m/s ( v = 1 – 2.5 m/s theo TCVN 51 – 2008).
𝐷 = √4 × Qmax
ℎ
π × v = √
4 × 112.5
π × 2 × 3600 = 0.14 m
Chọn ống dẫn nước thải sang bể điều hịa là ống SUS304 cĩ DN 140mm.
Cơng suất bơm:
𝑁 =ρ × g × H × Qtbℎ
1000 × η =
1000 × 9.81 × 10 × 0.03125
1000 × 0.7 = 4.38𝑘𝑊
Trong đĩ:
- : Khối lượng riêng của nước, =1000kg/m3
- H: chiều cao cột áp, chọn H = 10 mH2O
- η: hiệu suất chung của bơm (0.7 - 0.9), chọn η = 0.7
Cơng suất thực tế của bơm:
𝑁tt =β × N = 1.1 × 4.38 = 4.8 kW Trong đĩ: β: Hệ số dự trữ an tồn, β= 1 - 2.5, Chọn β=1.1.
38
Bảng 9: Các thơng số xây dựng bể điều hịa
STT Tên chi tiết Đơn vị Giá trị
1 Thể tích m3 1320
2 Thời gian lưu nước giờ 6
3 Chiều dài bể m 24
4 Chiểu rộng bể m 11
5 Chiều sâu hữu ích m 5.0
6 Chiều cao bảo vệ m 0.5
7 Số đĩa phân phối khí cái 273
8 Đường kính ống dẫn nước mm 140.0
4.6. Bể tuyển nổi 4.6.1. Nhiệm vụ
Tách các hạt cao su lơ lửng cĩ trọng lượng riêng nhỏ hơn nước bằng cách đưa các bọt khí vào nước. Q trình tuyển nổi là quá trình tách các hạt rắn (cặn lơ lửng) hoặc hạt chất lỏng (dầu, mỡ) ra khỏi pha lỏng (nước thải). Quá trình này được thực hiện bằng cách đưa các hạt khí mịn vào pha lỏng. Bọt khí mịn dính bám vào các hạt, và lực đẩy nổi đủ lớn nay các hạt bám dính bọt khí lên trên bề mặt.
4.6.2. Tính tốn
Tính kích thước bể tuyển nổi:
Áp suất yêu cầu cho cột áp lực tính theo cơng thức sau:
𝐴 𝑆 = 1.3 × 𝑠𝑎(𝑓𝑃 − 1)𝑅 𝑄 × 𝑆𝑎 <=> 0.03 = 1.3 × 16.4 × (0.5𝑃 − 1)𝑅 452 (1) Trong đĩ :