CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.2. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.2.4 Bể điều hòa sục khí
Nhiệm vụ: Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất hữu cơ, tránh cặn lắng. Làm thoáng sơ bộ, qua đó oxy hóa một phần các chất hữu cơ. Tăng cường hiệu quả xử lý nước thải.
Tạo điều kiện cho các chất lơ lửng và chất nổi trong nước thải phân bố đồng nhất trước khi qua các công trình xử lý phía sau. Tăng hiệu quả khử BOD.
a. Kích thước bể - Thể tích bể:
𝑉𝑑ℎ = 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ × 𝑡 = 150 × 6 = 900 𝑚3
Trong đó: 𝑄𝑡𝑏ℎ : lưu lượng nước thải max theo giờ, 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ = 150 𝑚3/ℎ.
t: thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 6h, t = (4 - 12h) [7]
- Diện tích của bể điều hòa:
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 58 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
𝐹 =𝑉𝑑ℎ
ℎ =900
4 = 225 𝑚2 - Trong đó:
h: chiều sâu hữu ích, h = 4 m. (quy phạm 2 ÷ 4m, trang 162/[8]) Vdh: thể tích bể điều hòa, Vdh = 900 m3.
Chọn chiều cao bảo vệ, hbv = 0,3 m.
- Chiều cao tổng cộng: H = h + hbv = 4 + 0,3 = 4,3 m.
- Thể tích xây dựng bể: V= L x B x H = 16,6 x 13,5 x 4,3 = 967,5 m3. b. Tính toán máy thổi khí
❖ Lượng khí cần cung cấp:
𝑄𝑘 = 𝑅 × 𝑉 = 0,015 × 967,5 = 14,5 𝑚3/𝑝ℎú𝑡 = 870 𝑚3/ℎ = 0,24 𝑚3/𝑠
Trong đó:
R: lượng khí cần cung cấp cho 1m3 dung tích bể trong 1 phút, chọn R=15 l/m3.ph = 0,015m3/m3.ph, (Xem bảng 4.5).
V: thể tích thực của bể điều hòa, V = 967,5m3.
Bảng 4.6 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa [7]
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí 4-8 W/m3 thể tích bể
Khí nén, tốc độ khí nén 10-15 l/m3.ph (m3 thể tích bể) Tính toán 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 = 4m.
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 59 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
- Tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4m, tổn thất hf không quá 0,5m, do đó áp lực cần thiết sẽ là:
Hct = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m - Áp lực không khí sẽ là:
𝑃 = 𝐻𝑐𝑡
10,12= 4,9
10,12 = 0,5 𝑎𝑡𝑚 - Công suất máy thổi khí:
𝑁 = 𝐺 × 𝑅 × 𝑇
29,7 × 𝑛 × 𝑒× [(𝑃0,283
𝑃1 ) − 1] =0,31 × 8,314 × 303
29,7 × 0,283 × 0,8 [(1,50,283
1 ) − 1]
= 14,12 𝑘𝑊 Trong đó:
• N: công suất yêu cầu của máy thổi khí, kW.
• G: trọng lượng của dòng khí, kg/s
𝐺 = 𝑄𝑘× 1,29 = 0,24 × 1,29 = 0,31 𝑘𝑔/𝑠 Với Qk: lưu lượng khí cần cấp, Qk = 0,24 m3/s.
• R: hằng số lý tưởng, R = 8,314 KJ/Kmol.K0.
• T: nhiệt độ của không khí đầu vào, t = 300C => T = 30+273=3030K.
• P1: áp suất tuyệt đối không khí đầu vào, P1= 1 atm.
• P: áp suất tuyệt đối không khí đầu ra, P = Pm + 1 = 0,5 + 1 = 1,5 atm.
𝑛 =𝑘 − 1
𝑘 =1,395 − 1
1,395 = 0,283 Với k: hệ số với không khí, k = 1,395
• e: hiệu suất của máy thổi khí, n = 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 công suất tính toán:
𝑁′ = 1,2 × 𝑁 = 1,2 × 14,12 ≈ 17 𝑘𝑊
Chọn 2 máy thổi khí Tsurumi model TSR2-150 công suất 18,5 kW, Qk = 15,65 m3/min hoạt động luân phiên để cấp khí.
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 60 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
❖ Thiết bị phân phối khí:
- Chọn thiết bị phân phối khí loai đĩa xốp có màng phân phối dạng bọt thô, đường kính 270 mm, cường độ sục khí (5-26 m3/h), chọn cường độ sục khí = 12 m3/h.đĩa. [7]
Tổng số đĩa cần thiết là:
𝑁 = 𝑄𝑘
12=870
12 = 72 đĩ𝑎 Trong đó:
Qk: Lưu lượng khí cần để khuấy trộn, Qk = 870 m3/h.
❖ Bố trí ống phân phối khí:
- Từ 1 ống khí chính phân phối khí ra 6 ống khí nhánh đặt dọc theo chiều dài bể, các ống khí được đặt trên các giá đỡ ở độ cao 0,1 m so với đáy bể. Khoảng cách giữa ống ngoài cùng với thành bể là 0,5m; 2 ống cách nhau 2.5m. Trên mỗi ống nhánh bố trí 12 đĩa phân phối khí, mỗi đĩa khí cách nhau 1,4 m.
- Đường kính ống phân phối khí chính:
𝐷𝐶 = √4𝑄𝑘
𝜋𝑣 = √4 × 0,24
𝜋 × 15 = 0,143 𝑚
Chọn ống khí chính bằng thép không rỉ có Dc = 150 mm; độ dày 3,4 mm Trong đó:
Qk: lưu lượng khí cần cấp vào bể, Qk = 0,24 m3/s
v: vận tốc khí trong ống v = 10 - 15 m/s, chọn v = 15m/s.
- Lưu lượng khí qua ống nhánh:
𝑄𝑛 =𝑄𝐾
𝑛 =0,24
6 = 0,04 𝑚3/𝑠 Trong đó:
Qk: lưu lượng khí cần cung cấp, Qk = 0,24 m3/s n: số ống nhánh, n = 6
- Tiết diện ống khí nhánh:
𝐷𝑛 = √4𝑄𝑛
𝜋𝑣 = √4 × 0,04
𝜋 × 15 = 0,058𝑚
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 61 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
Chọn ống ống khí nhánh bằng thép không rỉ có Dn = 75 mm; độ dày 8,4mm Trong đó: Qn: lưu lượng khí qua ống nhánh, Qn = 0,06 m3/s.
vn: vận tốc khí qua ống nhánh, vn = 10 - 15 m/s, chọn vn = 15 m/s.
c. Tính bơm cho bể điều hòa:
- Lưu lượng bơm Qtb = 83,3 m3/h = 0,023 m3/s
❖ Xác định chiều cao cột áp của bơm theo định luật Bernulli:
H = H1 + H2 + H3
Trong đó:
- H1: Cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học H1 = Z1 – Z2 = 4,3 m Với: Z1: chiều cao ống đẩy: Z1 = 4,3m;
Z2: chiều cao ống hút = 0
- H2: Tổn thất áp lực giữa hai đầu đoạn ống hút và ống đẩy g
p H p
2 1
2
Với: p1, p2 : áp suất ở hai đầu đoạn ống p1 = p2
𝜌: khối lượng riêng của nước thải Suy ra H2 = 0
- H3: Tổn thất áp lực cục bộ, chọn H3 = 1m.
Cột áp của bơm:
H = H1 + H2 + H3 = 4,3 + 0 +1= 5,3 (m) - Công suất bơm:
𝑁 =𝑄𝑠𝑡𝑏𝜌𝑔𝐻 1000 =
0,023 × 1000 × 9,81 × 5,3
1000 × 0,8 = 1,5𝑘𝑊 Trong đó:
Q: năng suất của bơm, Qtb = 0,023 m3/s.
H: cột áp của bơm, H = 8 m.
ρ: khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3 g: gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81m/s2
η: hiệu suất của bơm. Lấy η = 0,8 (thường η= 0,72 ÷ 0,93)
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 62 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
- Công suất thực của bơm bằng 1,2 lần công suất tính toán 𝑁′ = 1,2 × 1,5 = 1,8 𝑘𝑊
Chọn 2 bơm chìm Tsurumi 100B43.7H hoạt động luân phiên. Thông số bơm:
▪ Lưu lượng max: Q = 1,4 m3/phút
▪ Cột áp max: H = 19 m
▪ Công suất bơm: N= 3,7 kW
▪ Đường kính họng xả 100mm. Chọn ống nhựa PVC đường kính 110mm, dày 10 mm để dẫn qua bể lắng 1.
Bảng 4.7 Hiệu quả xử lý của bể điều hòa [2], [9]
COD BOD SS
Đầu vào (mg/l) 1.767,2 1.083 228
Hiệu suất (%) 15 12 5
Đầu ra (mg/l) 1.502,12 953,04 216,6
Bảng 4.8 Thông số thiết kế bể điều hòa
Thông số Ký kiệu Đơn vị Giá trị
Lưu lượng 𝑄ℎ𝑚𝑎𝑥 m3/h 150
Thời gian lưu nước t giờ 6
Kích thước bể L x B x H m 16,6 x 13,5 x 4,3
Ống dẫn nước ra D mm 110
Ống dẫn khí chính Dc mm 150
Ống phân phối khí nhánh Dn mm 80
Số đĩa sục khí n cái 72
SVTH: Huỳnh Kim Khánh 63 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà