3. Nội dung đề tài
4.2.5 Bể lắn gI (Lắng đứng)
a. Nhiệm vụ : Loại bỏ các tạp chất lơ lửng, các bông cặn hình
thành trong quá trình keo tụ trước đó. Các bông cặn, chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy
b. Tính kích thước bể
Bảng 4.8:Các thông số thiết kế của bể lắng I
Thông số Đơn vị Giá trị
Dãy Đăc trưng
Thời gian lưu nước h 1,5 – 2,5 2
Tải trọng bề mặt
- Lưu lượng trung bình
- Lưu lượng cao điểm m
3/m2.ngày m3/m2.ngày 32,6 – 48,8 81,4 - 122 102 Tải trọng máng tràn m3/m.ngày 124 – 496 248 Ống trung tâm - Đường kính d - Chiều cao h mm (15 – 20)%D (55 – 65)%H Chiều sâu bể lắng H m 2,4 3,6 Đường kính bể lắng B m 3 60 12 4,5 Độ dốc đáy mm/m 62,5 166,7 83,33 Tốc độ thanh gạt bùn Vòng/phút 0,02 0,03
f = = =0,7m2
Trong đó:
: Lưu lượng tính toán trung bình
: vận tốc nước trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30mm/s
(TCXDVN- 7957-2008), chọn = 20mm/s=0,02m/s Diện tích tiết diện ướt của bể lắng:
F = = = 42m2
- vận tốc nước thải trong bể lắng đứng, = 1- 1,5m/h
ường kính bể lắng:
D = = = 7,4m
Chon D=8m
Đường kính ống trung tâm :
Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể htt = v t = 1,2 2 = 3m
Với t : thời gian lắng, t= 2,5h (t =1,5 2,5h) Chọn htt = 3m
Chiều cao phần nón :
hn = h2 + h3 = tg = 1,5m
Trong đó:
- h2: chiều cao trung hòa ,m
- h3 : chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể,m - D : đường kính của bể lắng, D =8m
- dn : đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn =0,5m
- : góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, lấy không nhỏ hơn 500. Chọn = 200
Chiều cao ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng: ht = htt =3m 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 = h1 = 1,35 d = 1,35 0,95 = 1,3m
Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe dhắt = 1,3 d1 = 1,3 1,3 = 1,7m
Khoảng cách giữa mép ngoài cùng của miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức :
L = = = 0,1m
: vận tốc nước chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt,
: không lớn hơn 20mm/s. Chọn = 20 mm/s = 0,02m/s
Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng I: H = htt + hn +ho = 3+1,5+0,3 = 5m
h0 : khoảng cách từ mực nước đến thành bể, ho = 0,3m Thể tích bể :
V = = = 170 m3
Thời gian lưu nước trong bể:
t = = = 3,6h
c. Tính toán máng thu nước
Vận tốc nước chảy trong máng v =0,6 – 0,7 m/s. Chọn v=0,6m/s Diện tích mặt cắt ướt của máng:
A = = = 0,023m2
Máng thu nước có kích thước rộng cao
W H =0,2m 0,2m
Máng thu nước đặt theo chu vi bể
Bề dày lớp bê tông thành máng và đáy máng là 0,2m Đường kính máng thu nước:
= D = 8-2
Chiều dài máng thu nước
d. Tính toán máng răng cưa
Chọn máng thu nước có gắn thêm máng răng cưa để phân bố đều nước vào máng thu. Máng răng cưa hình chữ V góc 900 và đặt xung quanh máng thu nước
Chiều dài máng răng cưa bằng chiều dài máng thu: lr = lm = 37m Chọn máng răng cưa làm bằng thép không rỉ bề dày bR = 3mm Bề dày miếng đệm dR = 3mm
Máng gồm nhiều khe, mỗi khe hình chữ V - Chiều cao một khe : 50mm
- Chiều rộng đoạn vát đỉnh: 50mm - Góc chữ V: 900
- Khoảng cách giữa 2 đỉnh của khe: 100mm - Chiều cao toàn bộ thanh: 200mm
- Khe dịch chỉnh: cách nhau 500mm, bề rộng khe 5mm, chiều dài khe 100mm - Máng răng cưa được nối với máng thu nhờ Bulông M10
Số khe n trên toàn bộ chiều dài máng là:
n n = 113 khe
Lưu lượng nước thải qua 1 khe
q= = = 1,23 m3/s Mặt khác ta có: = 0,82 = 1,23 Trong đó : - Cd: Hệ số lưu lượng, Cd = 0,6 - g: Gia tốc trọng trường m/s2 - : Góc của khía chữ V, = 900
- : mực nước qua khe (m)
Giải phương trình ta được H = 0,024 = 24mm <50mm chiều sâu của khe đạt yêu cầu
Tải trọng nước trên 1m dài thành tràn:
q= = =48 m3/m.ngày < 500 m3/ m ngày
R =
Trong đó:
- R: hiệu quả khử SS hoặc BOD5 tính bằng % - a,b : hằng số thực nghiệm chọn theo bảng - t: thời gian lưu nước (giờ)
Bảng 4.9 :Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở nhiệt độ t = 200C
Chỉ tiêu A b
Khử BOD5 0,018 0,020
Khử SS 0,0075 0,014
Nguồn: Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – TS.Trịnh Xuân Lai
Thời gian lưu nước của bể lắng: t = 3,6h Hiệu quả khử BOD5 của bể lắng I:
R = = = 40%
Hàm lượng BOD5 sau khi qua bể lắng I: 225mg/l (1 – 0,4) = 135 mg/l
Hiệu quả khử SS của bể lắng
R = = = 62%
255mg/l (1 – 0,62) = 97 mg/l
f. Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày
Với hiệu quả xử lý cặn lơ lửng là 54%, lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày tại bể lắng : Mcặn = SS
= 255 1200 0,62 = 186 kgSS/ngày
Giả sử bùn có độ ẩm là 95% ( tức hàm lượng cặn trong bùn là 5%)
Tỉ số = 0,85 và tỉ trọng cặn là 1,02
Lượng bùn tươi cần xử lý là:
= = 3,7m3/ngày
Lượng bùn tươi có khả năng phân hủy sinh học
MVSS = 186 0,85 = 158 kg VSS/ ngày
g. Tính bơm và đường ống dẫn bùn
- Thời gian bơm bùn 15 phút/ ngày - Lưu lượng = 3,6m3/ ngày
- Lưu lượng qua ống: = = 0,24m3/ phút = 0,004 m3/h - Vận tốc bùn chảy trong ống: v =0,7m/s
Đường ống dẫn bùn:
D = = = 0,055m
Chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính = 60 Công suất thực tế của bơm:
N= = = 0,125 kW
Trong đó:
H : chiều cao cộ nước (m), H = 10m
Qb: Lưu lượng bùn thải cần xử lý (m3/h), = 0,004m3/h : Khối lượng riêng của bùn dư (kg/m3), = 1020 kg/m3
Chọn bơm bùn ly tâm ShynMaywa 1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng có Model CWT 65_1,5kW Q= 6m3/h, H=6m, P= 1,5 kW. Đường kính ống dẫn bùn thải (chọn vận tốc bùn trong ống là 1m/s)
Bảng 4.10:Kết quả tính toán bể lắng I
Thông số Giá trị
Bơm bùn ShynMaywa (1 hoạt động và 1 dự phòng) Q = 6 m3/h, H =6m, P= 1,5kW Ống dẫn bùn 4.2.6 Bể sinh học FBR
a. Nhiệm vụ : Bể áp dụng quá trình sinh trưởng bám dính, các loài vi sinh
bám dính, các loài vi sinh vật sống bám dính lên giá thể tạo thành lớp màng vi sinh, lớp màng vi sinh này tập hợp thành quần thể sống trên đó. Chất hữu cơ sẽ được xử lý bởi các vi sinh vật hiếu khí bám trên bề mặt giá thể với mật độ cao. Quá trình xử lý sinh học với giá thể vật liệu sợi nylon có hiệu quả xử lý rất cao.
b. Tính toán
- BOD5 : BODL = 0,68
- Hệ số sản lượng quan sát Yobs = 0,35 gVSS/g BOD5
- DO trong bể 2 – 2,5 g/m3
- Tỉ số F/M = 0,2
- Chất rắn lơ lửng sau bể lắng II có nồng độ 25mg/l chứa 80% là chất dễ bay hơi và 65% là cặn dễ phân hủy sinh học
Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ: Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng Xác định BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra:
Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy sau bể lắng II: 0,65 30mg/l = 19,5mg/l
BODL của cặn dễ phân hủy sinh học sau bể lắng II:
BOD của cặn lơ lửng sau bể lắng II: 27,69 mg/l 0,68 = 18,82 mg/l
BOD5 hòa tan của nước thải sau bể lắng II : BOD5 = 30mg/l – 18,82mg/l = 11,18 mg/l
• Tính toán kích thước bể và cách bố trí giá thể
Vật liệu làm bằng nhựa tổng hợp. Khoảng cách treo vật liệu là 0,15m 0,15m, vật liệu có các thông số: 400 m2/m3 và tải trọng hữu cơ thể tích là 0,47kg BOD/m3.ngày
Thể tích lớp vật liệu lọc:
VVL= = = 344,6 m3
Trong đó:
- : Nồng độ BOD5 đầu vào( mg/l), = 135mg/l
- Q : Lưu lượng trung bình ngày (m3/ngày), Q = 1200m3/ngày - Tải trọng hữu cơ (kgBOD/m3ngày),L = 0,47 kgBOD/m3ngày Chọn chiều cao lớp vật liệu HVL = 3m
Diện tích cần thiết của bể lọc:
F = = = 114,8 m2. Chọn F = 115 m2
- Chọn 1 bể lọc hình chữ nhật có kích thước L W = 13m 9m - Chiều cao từ đáy đến lưới chắn bên dưới: h = 1m
- Chiều cao lớp vật liệu: Hvl = 3m
Vậy kích thước bể lọc sinh học là : L W H = 13m 9m 5
Hình4.2 :Cách bố trí giá thể đặt ngập
• Bố trí giá thể:
Mỗi sợi được treo mỗi đầu theo chiều dọc với khoảng cách giữa hai sợi vật liệu gần nhau là 150mm
• Xác định sản sinh bùn:
Xác định lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px = Q(S0 – S)Yobs
= (1200 m3/ ngày)( 135g/m3 – 11,18 g/m3)(0,35g VSS/g BOD5) = 52kgVSS/ ngày
Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:
Mdư(SS) = =65 kg SS/ ngày
Lượng bùn dư cần xử lý hằng ngày:
Lượng bùn dư cần xử lý = Tổng lượng bùn – Lượng SS trôi ra khỏi bể lắng II Mdư (SS) = 65 kgVSS/ngày – 12000m3/ngày (25g/m3) 10-3 kg/g = 35 kgSS/ngày Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn 0,4% và khối lượng riêng là 1008kg/m3. Vậy lưu lượng bùn dư cần xử lý:
QW = = 8,6 m3/ ngày
• Tính lượng Oxy cần thiết để cung cấp vào bể dựa trên BOD20
Lượng Oxy lý thuyết cần cung cấp theo điều kiện chuẩn ở 200C:
OC0 = -
= 1,42 52 = 145(kgO2/ ngày)
Do cần phải duy trì lượng Oxy hòa tan trong bể 2mg/l, nên lượng Oxy thực tế dùng cho bể là :
OCt = OC0
Trong đó:
- CS20 : Nồng độ Oxy bảo hòa ở 200C, CS20 = 9,08(mg/l) - Cd : Lượng Oxy tối thiểu cần duy trì, Cd = 2mg/l
- T : Nhiệt độ trung bình của nước thải, t = 260C, Csh= 8,09 mg/l (nồng độ Oxy bão hòa trong nước sạch)
- : hệ số sức căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải công nghiệp thường chọn = 1
- : hệ số điều chỉnh lượng Oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, thiết bị làm thoáng, kích thước bể, có giá trị trong khoảng 0,6 0,94.Chọn = 0,7
Lượng không khí cần thiết cho máy thổi khí: =
Trong đó:
- = 541,3(kgO2/ ngày)
- : hệ số an toàn (1,5 2), chọn =2 OU = Ou H
- Công suất hòa tan Oxy vào nước thải của thiết bị phân phối theo gam Oxy cho 1m3 không khí , ở độ sâu 1m chọn theo bảng 4.11
Bảng 4.11:Công suất hòa tan Oxy vào nước của thiết bị bọt khí mịn
Điều kiện thí nghiệm Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình
Ou=gO2/ m3.m OE=KgO2/ KW Ou=gO2/ m3.m OE=KgO2 /KW Nước sạch ở điều kiện
T=200C Nước thải =0,7 12 8,5 2,2 1,5 10 7 1,7 1,2
Nguồn : Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai
Với = 0,7 OU = 7(g O2/m3)
H: độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, H =3,2m ( do chiều sâu công tác bể là h =3,5m và đầu phân phối khí được đặt cách đáy bể là 0,3m)
OU = 7 3,2 = 22,4(g O2/ m3)
Vậy Qkk = = 12054 (m3/ ngày)
Chọn loại đầu phân phối khí dạng đĩa SSI- USA Airflex Disckí hiệu AFD 270 có các thông số:
Đĩa SSI- USA Airflex Disc kí hiệu AFD 270 có r =3CFM = 84 lít/ phút
N = = 100 đĩa
Chọn số đầu phân phối khí 100 cái trong bể hiếu khí. Bố trí đầu phân phối dọc theo chu vi hình chữ nhật của bể gồm: 5 đầu phân phối theo chiều rộng và 20 đầu phân phối theo chiều dài bể
• Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống thổi khí được xác định theo công thức: Hct = hd + hc+ hf + H = 0,4 + 0,5 +3,2 = 4,1m
Với :
- 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: độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, H= 3,5 – 0,3 = 3,2m ( đặt ống phân phối cách đáy bể 0,3m)
Tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m, tổn thất hf không quá 0,5m Áp lực không khí là :
P = = =1,397at
Máy thổi khí chọn có lưu lượng khí là Qkhí = 12054 m3/ ngày = 8,37 m3/ phút, chiều cao cột áp H= 4,1m
Chọn 2 máy thổi khí (1 máy hoạt động, 1 máy dự phòng) SSR- 125, mỗi máy có Q = 8,45 m3/ phút, H= 4,5m, 1390rpm, Công suất mỗi máy N = 9,45kW
• Tính toán thủy lực ống dẫn khí nén Bảng 4.12 : Tốc độ khí nén đặc trưng trong ống dẫn Đường kính mm Vận tốc m/s 25 75 (1 3’’) 6 9 100 250(4 10’’) 9 15 300 610(12 24’’) 14 20 760 1500(30 60’’) 19 33
Nguồn : Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, tính toán và thiết kế - Lâm Minh Triết
Xác định độ tăng nhiệt trong quá trình thổi khí:
= [ 1 ]= [ 1 ]= 42,660C
Trong đó :
- T1 : Nhiệt độ không khí xung quanh, T1 = 280C =3010K - Hiệu suất máy thổi khí, e = 0,7
- P1 : Áp suất tuyệt đối đầu vào,m - P2 : Áp suất tuyệt đối đầu ra, m - n= 0,283
Như vậy nhiệt độ ở đầu máy thổi khí là : t = 28 + 42,66 = 70,660C
Nhiệt độ không khí ở đầu máy thổi khí là 70,66 0C, vậy nhiệt độ trung bình của khí trong ống dẫn có thể lấy bằng t = 57,660C( sự chênh lệch nhiệt độ có thể lấy bằng 10 150C, chọn chênh lệc nhiệt độ ở 130C)
Xác định lưu lượng khí ở ống chính:
=
= = 7m3/ phút
Đường kính trong của ống chính dẫn khí:
Dtr = = = 0,12(m) = 120(mm)
Chon ống thép tráng kẽm = 120
Chọn cách bố trí gồm 20 ống nhánh dọc theo chiều dài bể và trên mỗi ống nhánh có 5 đầu phân phối khí
Ống nhánh có lưu lượng qnhánh = = 0,35 m3/phút
Đường kính ống nhánh dẫn khí:
Chọn ống thép tráng kẽm =32
Bảng 4.13: Kết quả tính toán bể FBR
Thông số Giá trị
Kích thước W H 9m 5m
Máy thổi khí (1 máy hoạt động, 1 máy dự phòng) SSR- 125
Q = 8,45 m3/ phút, H =4,5m, N= 9,45kW Ống dẫn khí
4.2.7 Bể lắng II
a. Nhiệm vụ: Sau khi qua bể sinh học hiếu khí FBR, hầu như các
chất hữu cơ trong nước thải bị loại hoàn toàn. Tuy nhiên nồng độ bùn trong nước thải là lớn, do vậy bùn hoạt tính và các chất rắn lơ lửng sẽ được tách ở bể lắng II.
b. Tính toán
Chon tải trọng bề mặt thích hợp cho bùn hoạt tính là LA = 20m3/m2/ngày và tải trọng chất rắn là LS = 4kg/m2/h
Diện tích bề mặt lắng theo tải trọng bề mặt:
AL = = = 60m2
Diện tích bề mặt lắng theo tải trọng chất rắn:
AS = = = 13m2
As < AL vậy diện tích bề mặt tính theo tải trọng bề mặt là diện tích tính toán.