2. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
2.1. Song chắn rác
Song chắn rác có tác dụng giữ lại các tạp chất có kích thƣớc lớn ( chủ yếu là rác). Đây là công trình đầu tiên trong thành phần của trạm xử lý nƣớc thải.
Hình 4.1. Song chắn rác.
Chọn song chắn rác làm sạch bằng thủ công. Rác sau khi thu gom đƣợc đƣa đến bãi rác.
Bảng 4.1. Các thông số của song chắn rác làm sạch thủ công
Thông số Làm sạch thủ công Kích thƣớc song chắn Rộng, mm Dày, mm 5 – 15 26 - 38
Khe hở giữa các thanh, mm 16 - 50
Tốc độ dòng chảy trong mƣơng đặt song chắn, m/s. 0,3 – 0,6
Tổn thất áp lực cho phép, mm 150
( Tài liệu “ XLNT đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết”)
Chọn chiều rộng mƣơng dẫn nƣớc của song chắn rác. Chọn Bk = 0.3 (m)
Chiều cao lớp nƣớc trong mƣơng là: h
(m) , Chọn h = 0.14 (m)
Song chắn rác đƣợc tính theo lƣu lƣợng lớn nhất vì nƣớc thải chƣa điều hòa.
Số khe hở của song chắn rác đƣợc tính theo công thức sau: n (thanh) , Chọn n = 20 (thanh) Trong đó: N : số khe hở.
Qmaxs : Lƣu lƣợng lớn nhất của nƣớc thải, Qmaxs = 0.033852 (l/s).
v : Tốc độ nƣớc chảy qua song chắn rác, v = 0,8 – 1 m/s, Chọn v = 0.8 m/s.
b : Khoảng cách giữa 2 khe hở, b = 16 – 25 mm, Chọn b = 16 mm.
kz : Hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác ( kz = 1.05).
Chọn thành mƣơng là một song chắn rác.
Chiều rộng của song chắn rác đƣợc tính bằng công thức:
Bs = n.b + (n – 1).ς = 20 x 0.016 + (20 – 1) x 0.008 = 0.472 (m), Chọn Bs = 0.5 (m)
Trong đó ς : là bề dày của thanh chắn rác, ς = 0.008 m
0.5 = 20 x b + 19 x 0.008 => b = 17 (mm)
hc
Trong đó:
Vmax : vận tốc của nƣớc thải trƣớc song chắn rác ứng với Qmax, Vmax = 0.8 m/s
Hệ số sự tăng tổn thất áp lực do rác mắc vào song chắn rác ( k = 2 – 3 ), chọn k = 3.
ς: Hệ số sức cản cục bộ của song chắn rác đƣợc xác định theo công thức:
β : Hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh song chắn. Lấy tiết diện ngang của song chắn rác là hình chữ nhật ( loại 1) => β = 2.42
α : Góc nghiêng của song chắn rác so với hƣớng dòng chảy, Chọn α = 60o
ε
(Theo Lâm Minh Triết – XLNT, tính toán thiết kế các công trình)
Vậy tổn thất áp lực ở song chắn rác là:
hc
(m) Chiều dài phần mở rộng trƣớc thanh chắn.
l1 (m), Chọn l1 = 0.28 (m) Trong đó: φ : Góc nghiêng chỗ mở rộng, thƣờng lấy φ = 20o
Chiều dài của đoạn mở rộng sau song chắn l2 =l1 x 0.5 = 0.28 x 0.5 = 0.14 (m)
Chiều dài phần mƣơng đặt song chắn rác ls = 1 + l* = 1 +
(m) Chiều dài xây dựng của phần mƣơng để lắp đặt song chắn
L = l1 + l2 + ls = 0.28 + 0.14 + 1.4 = 1.82 (m), Chọn L = 2m
Chiều sâu xây dựng của phần mƣơng đặt song chắn rác
H = hmax + hc + hbv = 0.14 + 0.027 + 0.5 = 0.667 (m), Chọn H = 0.7 (m)
Tổng lƣợng SS và BOD5 khi qua song chắn rác giảm 4%. Hàm lƣợng SS còn lại : SScòn lại = 500 x (1 – 0.04) = 480 mg/l.
Hàm lƣợng BOD5 còn lại : BOD5còn lại = 1370 x (1 – 0.04) = 1315.2 mg/l.
Bảng 4.2. Thông số thiết kế của song chắn rác
STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị
1 Chiều dài mƣơng (L) 2 m
2 Chiều rộng mƣơng (Bs) 0.5 m
3 Chiều cao mƣơng (H) 0.7 m
4 Số thanh song chắn 20 thanh
5 Kích thƣớc khe hở (b) 17 mm
6 Chiều rộng thanh song
chắn 8 mm
2.2. Hầm bơm tiếp nhận
Hầm bơm tiếp nhận đặt chìm dƣới đất, có tác dụng tập trung, thu gom nƣớc thải từ các nguồn trong nhà máy để tiếp chuyển lên bể điều hòa nhờ bơm.
- Thể tích hầm bơm
Vb
(m3)
Trong đó:
+ t: là thời gian lƣu nƣớc, t = 10 – 30 phút, chọn t = 15 phút. + Chọn chiều sâu hữu ích : h = 3 (m)
+ Chiều cao an toàn : hf = 0,5 (m)
Chiều sâu tổng cộng: H = 3 + 0,5 = 3,5 (m) - Diện tích bề mặt:
F
(m2) , chọn L = 4 (m), B = 2.3 (m) - Thể tích xây dựng hầm bơm tiếp nhận :
Vxd (m3) - Tính bơm chìm để bơm nƣớc thải
N Trong đó: + Qtbs : lƣu lƣợng nƣớc thải, m3/s + H : cột áp bơm, H = 8 mH2O
+ ρ : khối lƣợng riêng của nƣớc, ρ = 1000 (kg/m3
) + η : hiệu suất bơm (%) , η = 0,7 – 0,9, chọn η = 0,8 + g : gia tốc trọng trƣờng, g = 9,81 m/s2
Chọn đƣờng kính ống bơm D = 200 mm
Tra bảng ta chọn cặp máy bơm. Số lƣợng: 2 bơm, một bơm hoạt động, một bơm dự trữ. Mỗi bơm có công suất 2,3 Hp.
Bảng 4.3. Các thông số thiết kế hầm bơm tiếp nhận
STT Tên thông số Số liệu thiết kế Đơn vị
1 Chiều dài bể (L) 4 m
2 Chiều rộng bể ( B) 2.3 m
3 Chiều cao bể (H) 3.5 m
4 Thời gian lƣu nƣớc 15 Phút
5 Công suất máy bơm 3 KW
6 Thể tích xây dựng bể 32,2 m3
Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nƣớc thải về lƣu lƣợng và nồng độ, giúp làm giảm kích thƣớc và tạo chế độ làm việc ổn định cho các công trình phía sau, tránh hiện tƣợng quá tải.
Lƣu lƣợng nƣớc thải trung bình trong 1h : Qtbh = 62,5 (m3/h) Thể tích bể điều hòa:
W (m3) Trong đó:
+ t : thời gian lƣu trung bình của nƣớc thải trong bể điều hòa, chọn t = 4(h), ( t = 4 – 12h)
Chọn chiều cao của bể là h = 3.5 (m) Diện tích của bể điều hòa: F
(m2) Chọn F = 77 m2 Kích thƣớc bể điều hòa: L x B = 11 x 7 (m)
Chọn chiều cao bảo vệ , hbv = 0.5 (m)
Chiều cao tổng cộng (chiều cao xây dựng) : H = 3.5 + 0.5 (m) Thể tích thực của bể điều hòa:
Wt (m3)
Lƣu lƣợng khí cần cung cấp cho bể điều hòa:
qkk (m3) = 0.0625 (m3/s) = 62,5 (l/s) Trong đó:
+ vk : tốc độ cấp khí trong bể điều hòa, v = 0,01 – 0,015 (m3/m3. phút). Chọn vk = 0.015 (m3/m3. phút ).
+ W : Dung tích bể điều hòa
Chọn ống khuếch tán khí bẳng đĩa đƣờng kính đĩa 180 mm bố trí theo dạng lƣới có lƣu lƣợng khí 60 l/p. cái, vậy số đĩa khuếch tán khí:
n
đĩa, chọn n = 63 đĩa + qkk : lƣu lƣợng khí nén, qkk = 3750 (l/p)
+ r : lƣu lƣợng khí, chọn r = 60 l/p
Lƣu lƣợng khí cần cung cấp cho bể điều hòa = 0,15 (m3/s). Chọn 1 ống chính và 30 ống nhánh, vận tốc khí chuyển động trong ống v = 10 – 15 (m/s). Chọn v = 12 (m/s).
Dc √ √ (m), Chọn ống sắt tráng kẽm ϕ = 130 mm Đƣờng kính ống nhánh: dn √ √ (m). Chọn ống sắt tráng kẽm ϕ 40. Số đĩa trên một nhánh: nn (đĩa ) Khoảng cách giữa các đĩa: l (m). Khoảng cách giữa các nhánh: ln
(m) Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống cấp khí nén xác định theo công thức:
Hc
Trong đó:
+ H : thiết bị khuếch tán đặt chìm ở độ sâu 4 m, H = 4m + hf : tổn thất qua thiết bị phân phối khí, hf = 0.5m
+ hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài đƣờng ống dẫn khí. + hc : tổn thất cục bộ.
+ Trong đó, tổng hd và hc thƣờng không vƣợt quá 0,4m. Chọn hd + hc = 0,4m. Áp lực của không khí:
p
(atm)
Công suất của máy nén khí:
N (KW) = 4,18 Hp Trong đó: + qkk = 3.75 (m3/phút ) = 225 (m3/giờ ).
+ Hiệu suất máy nén khí, η = 0,7 – 0,9, chọn η = 0.8. Tính bơm chìm để bơm nƣớc thải:
N
(KW) = 2.3 Hp
+ Qtbs : lƣu lƣợng nƣớc thải (m3/s) + H : Cột áp bơm, H = 8 mH2O
+ ρ: khối lƣợng giêng của nƣớc = 1000 (kg/m3) + η : hiệu suất bơm (%), η = 0,7 – 0,9, Chọn η = 0.8 + g : gia tốc trọng trƣờng g = 9,81 m/s2
Chọn đƣờng kính ống bơm D = 200mm
Tra bảng ta chọn cặp máy bơm có công suất 1.7 KW. Một cái hoạt động một cái dự phòng.
Bảng 4.4. Các thông số thiết kế bể điều hòa
STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị
1 Chiều dài bể ( L) 11 m
2 Chiều rộng bể (B) 7 m
3 Chiều cao bể ( H) 4 m
4 Thời gian lƣu nƣớc 4 giờ
5 Công suất máy nén khí 3.114 Kw
6 Công suất bơm 1.7 Kw
7 Thể tích xây dựng 308 m3
2.4. Bể lắng 1 (ly tâm)
Thông số đầu vào bể lắng 1
COD = 1184 (mg/l)
BOD5 = 2233 (mg/l)
SS = 361 (mg/l)
Bảng 4.5. Thông số đặc trƣng thiết kế bể lắng ly tâm 1.
Thông số
Giá trị
Thời gian lƣu nƣớc,h 1,5 – 2,5 2,0
Tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày 32 - 48
+ Lƣu lƣợng trung bình 32 – 48
+ Lƣu lƣợng cao điểm 80 - 100
Tải trọng máng tràn m3/m2.ngày ạy – 500 Ống trung tâm
+ Đƣờng kính + Chiều cao
15 – 20%D
55 – 65%D
Chiều sâu H của bể lắng, m 3,0 – 4,6 3,7
Đƣờng kính D của bể lắng, m 3,0 – 6,0 12 – 45
Độ dốc đáy, m/m 62 - 167 83
Tốc độ thanh gạt bùn, vòng/phút 0,02 – 0,05 0,03
(Nguồn. GSTS Lâm Minh Triết – XLNT đô thị và công nghiệp, năm 2008).
Bể ly tâm đƣợc lực chọn để tính toán thiết kế căn cứ vào hàm lƣợng cặn củ đầu vào. Tải trọng bề mặt thích hợp cho loại cặn tƣơi này là LA = 40 m3/m2.ngày.
Diện tích bề mặt cần thiết
F
Với : LA : tải trọng bề mặt LA = 40 m3/m2.ngày.
- Đƣờng kính bể lắng: D √ √ (m2).
- Đƣờng kính ống trung tâm: d = 20% D = 20% x 6,9 = 1,38 (m).
Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng H = 3,5 m (1,5 – 5m), chiều cao lớp bùn lắng hbl = 0,5m, chiều cao hố thu ht = 0,3m, chiều cao lớp trung hòa hth = 0,2m, chiều cao bảo vệ hbv = 0,3m.(Theo TCXD 51:2008. Điều 7.60).
Htc - Chiều cao ống trung tâm : h = 60%H = 60% x 3,5 = 2,1 (m).
Kiểm tra thời gian lƣu nƣớc bể lắng
- Thể tích bể lắng
W (m3).
- Thời gian lƣu nƣớc: t
( Nằm trong khoảng cho phép 1,5- 2,5h).
Thể tích thực của bể: W (m3). Máng thu nƣớc Vận tốc nƣớc chảy trong máng, chọn V = 0,6m/s. Diện tích mặt cắt ƣớt của máng : A (m2) = 28900 (mm2).
Vậy chiều cao, chiều rộng của máng: b x l = 100 (mm) x 290(mm). Để đảm bảo không quá tải trọng máng, chọn kích thƣớc máng b x l = 300(mm) x 300(mm).
Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cƣa thép tấm không gỉ.. Máng răng cƣa - Đƣờng kính máng răng cƣa. Drc (m). Trong đó: + D : Đƣờng kính tong bể lắng 1, m + 0,3 : Bề rộng máng tràn = 300mm = 0,3 m. + 0,1: Bề rộng thành bê tông = 100 mm = 0,1m.
Máng răng cƣa đƣợc thiết kế có 4 khe/m dài, khe tạo góc 90o
.
Nhƣ vậy tổng số khe dọc theo máng bê tông là : 6 x 3,14 x 4 = 75,4 (khe), chọn 75 (khe).
Qkhe (m3/s). Mặt khác ta lại có: Qkhe √
Giải phƣơng trình trên ta đƣợc: => lnH = -4,41 => H =
(m) = 12 (mm). (H ≤ 50 mm chiều sâu của khe, vậy đạt yêu cầu).
- Tải trọng thu nƣớc trên 1 máng
q
(m3/m2.ngày).
- Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng trôi theo nƣớc ra khỏi bể.
Ce
(mg/l).
Trong đó:
+ Chh : Hàm lƣợng chất lơ lửng của nƣớc thải dẫn đến bể, Chh = 361 (mg/l). + E1 : Hiệu suất lấy bằng 60%, ứng với Chh = 361 (mg/l).
Lƣợng bùn sinh ra mỗi ngày
Hiệu suất xử lý cặn lơ lửng SS là 60% ở tải trọng 300 m3/m2.ngày.
- Lƣợng bùn tƣơi sinh ra mỗi ngày là
Mbùn
(kgss/ngày).
Bùn dƣ của nƣớc thải bia có hàm lƣợng cặn 5% (tức là có độ ẩm 95%).
Tỷ số VSS:SS =0,75 và khối lƣợng riêng của bùn tƣơi là 1055 kg/l. Vậy lƣu lƣợng bùn dƣ là: Qbun
(m3/ngày).
- Lƣợng bùn tƣơi có khả năng phân hủy sinh học là:
Bảng 4.6. Thông số thiết kế bể lắng ly tâm đợt 1
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Đƣờng kính bể lắng D m 6,9
2 Đƣờng kính ống trung tâm d m 1,38
3 Chiều cao tổng cộng H m 4,8
4 Diện tích mặt cắt ƣớt máng thu b x l m2 0,1 x 0,29
5 Thời gian lƣu nƣớc T Giờ 2
Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc vào bể Chọn vận tốc nƣớc trong ống : 0,3 m/s Lƣu lƣợng nƣớc : Q = 1500 m3 /ngày = 62,5 m3/h = 0,017 m3/s. - Đƣờng kính ống : D √ √ (m). Chọn ống dẫn nƣớc thải có đƣờng kính 270 mm.
- Tính lại vận tốc nƣớc chảy trong ống : V
(m/s).(nằm
trong khoảng cho phép từ 0,3 – 0,7 m/s). Tính đƣờng ống dẫn bùn
+ Lƣu lƣợng bùn : Qb = 6,16 (m3/ngày). + Bơm bùn hoạt động 4h/ngày.
Db √ √ (m). Chọn ống nhựa uPVC có
đƣờng kính 50 mm để dẫn bùn. Tính bơm bùn
Chọn bơm bùn tƣơi từ bể lắng tới bể chứa bùn.
Lƣu lƣợng bùn thải : Qb = 6,16 (m3/ngày) = 4,2 x 10-3 (m3/phút).
N
Công suất thực tế của bơm: Ntt = N x 1,2 = 0,412 x 1,2 = 0,5 (KW).
Trong đó:
+ Q : lƣu lƣợng bùn bơm hoạt động 4h/ngày. + Η : hiệu suất chung của bơm lấy bằng 0,8.
Chọn hai bơm bùn EBARA model DWO 150, mỗi bơm có công suất 1 Hp.
Hiệu quả xử lý của bể lắng ly tâm đợt 1
- Hàm lƣợng BOD5 và COD sau khi đi ra khỏi bể lắng 1 với hiệu suất xử lý 5%. BODra = BODvào x (1 – 0,05) = 1184 x (1 – 0,05 ) = 1124 (mg/l).
CODra = CODvào x (1 – 0,05) = 2233 x (1 – 0,05) = 2121 (mg/l).
- Hàm lƣợng SS sau khi đi ra khỏi bể lắng đợt 1 với hiệu suất sử lý 40%. SSra = SSvào x (1 – 0,4) =361 x (1 – 0,6) = 144 (mg/l).
Giá trị này thỏa mãn yêu cầu quy định : Hàm lƣợng chất lơ lửng trong nƣớc thải dẫn đến công trình xử lý sinh học ≤ 150 (mg/l).
2.5. Bể UASB
Bể UASB là bể kị khí lớp bùn dòng chảy ngƣợc. Nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể từ đáy bể và đƣợc phân phối đều nhờ hệ thống phân phối. Trong điệu kiện kỵ khí các chất hữu cơ có trong nƣớc thải sẽ bị phân hủy thành các chất có khối lƣợng phân tử nhỏ hơn, hình thành các khí nhƣ CH4, CO2, tạo nên sự xáo trộn bên trong bể. Khí đƣợc tạo ra có khuynh hƣớng bám vào các hạt bùn, nổi lên trên và va chạm vào các tấm hƣớng dòng. Các tấm hƣớng dòng có nhiệm vụ tách nƣớc,tách khí, bùn.
Thông số chất lƣợng nƣớc thải đầu vào bể
+ pH = 5,9 – 9
+ Lƣu lƣợng Q = 1500m3/ngày + BOD5 = 1124 mg/l
+ COD = 2121 mg/l + SS = 144 mg/l
Trong nƣớc thải có đầy đủ các nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật.
Bảng 4.7. Các thông số thiết kế cho bể UASB ( tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt và bùn bông ở các hàm lƣợng COD vào và tỷ lệ chất không tan khác nhau)
Hàm lƣợng COD trong nƣớc thải(mg/l) Tỷ lệ COD không tan, %
Tải trọng thể tích ở 30oC, kg COD/m3.ngày
Bùn bông Bùn hạt không khử SS Bùn hạt khừ SS <2000 10 - 30 30 - 60 2 – 4 2 – 4 8 – 12 8 – 14 2 – 4 2 – 4 2000 - 6000 10 - 30 30 - 60 60 - 100 3 – 5 4 – 8 4 – 8 12 – 18 12 – 24 3 – 5 2 – 6 2 – 6 6000 - 9000 10 - 30 30 - 60 60 - 100 4 – 6 5 – 7 6 – 8 15 – 20 15 – 24 4 – 6 3 – 7 3 – 8 9000 - 18000 10 - 30 5 – 8 15 - 24 4 - 6
( Nguồn Lâm Minh Triết, Xử Lý Nước Thải Đô Thị Và Công Nghiệp –Tính toán thiết kế các công trình – Viện tài nguyên Môi Trường, TPHCM.)
Bảng 4.8. Tải trọng thể tích hữu cơ của bể UASB bùn hạt có hàm lƣợng bùn trung bình
25 kgVSS/m3 ( phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành, nƣớc thải có VFA hòa tan, nƣớc thải
không có VFA và nƣớc thải có cặn lơ lửng chiếm 30% tổng COD).
Nhiệt độ, oC
Tải trọng thể tích hữu cơ (kg COD/m3.ngày)
Nƣớc thải VFA Nƣớc thải không