6. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
4.1.2 Hiệu suất cần thiết xử lý nƣớc thải
Công trình BOD SS Tổng Nitơ
Song chắn rác Cvào (mg/l) 240 250 80 H (%) 4 4 0 Cra (mg/l) 230,4 240 80 Bể điều hòa Cvào (mg/l) 230,4 240 80 H (%) 5 0 0 Cra (mg/l) 218,88 228 80 Bể lắng I Cvào (mg/l) 218,88 228 80 H (%) 25 50 0
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 59
Cra (mg/l) 164,16 114 80 Bể Anoxic Cvào (mg/l) 164,16 114 80 H (%) 10 10 75 Cra (mg/l) 147,74 102,6 20 Bể Aerotank Cvào (mg/l) 147,74 102,6 20 H (%) 79,69 0 25 Cra (mg/l) 30 102,6 20 Bể lắng II Cvào (mg/l) 30 102,6 15 H (%) 0 70 0 Cra (mg/l) 30 30,78 15 Khử trùng Cvào (mg/l) 30 30,78 15 H (%) 0 0 0 Cống thoát 30 30,78 15 QCVN 14:2008/BTNMT, cột B 50 100 50 4.1.3 Các thông số tính toán
Hệ thống xử lý nước thải hoạt động 24/24, vậy lượng nước thải đổ ra liên tục. Lưu lượng trung bình ngày:
Lưu lượng trung bình giờ:
Lưu lượng trung bình giây:
Bảng 4.1 Hệ số không điều hòa chung
Hệ số không điều hòa chung K0
Lưu lượng nước thải trung bình qtb (l/s)
5 10 20 50 100 300 500 1000 5000 K0 max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 K0 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71
(Nguồn: Điều 3.2 – TCXDVN 51:2008)
Với lưu lượng 5,79 l/s, ta tính nội suy theo bảng 4.1. Kết quả là: Kmax = 2,43
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 60
Lưu lượng lớn nhất giờ:
Lưu lượng nhỏ nhất giờ:
4.2 TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
4.2.1 Song chắn rác
a. Nhiệm vụ:
Song chắn rác là công trình xử lý đầu tiên trong trạm xử lý nước thải nhằm giữ lại các tạp chất có kích thước lớn, chủ yếu là rác.
b. Tính toán
Tính toán mƣơng dẫn
Trước khi qua bể điều hòa, nước thải được dẫn đến song chắn rác theo mương tiết diện hình chữ nhật.
Diện tích tiết diện ướt:
Trong đó:
– Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất (m3/s);
v – Vận tốc chuyển động của nước thải trước song chắn rác (m/s) (theo điều 6.12 – TCXDVN 51:2008, v = 0,8 – 1m/s), chọn v = 0,8 m/s;
Chọn chiều rộng của mương dẫn B = 150 mm = 0,15m. Độ sâu mực nước trong mương dẫn:
Tính toán song chắn rác
Số khe hở của song chắn rác:
Chọn n = 10 khe có 09 thanh. Trong đó:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 61
v – Vận tốc nước thải qua song chắn rác, lấy bằng vận tốc nước thải trong mương dẫn, v = 0,8 m/s;
K – Hệ số tính đến mức độ cản trở của dòng chảy do hệ thống cào rác, K = 1,05;
b – Khoảng cách giữa các khe hở của song chắn rác (theo điều 7.21 – TCXDVN 51:2008, b = 15 – 20 mm), chọn b = 16 mm = 0,016 m;
hl – Độ sâu nước ở chân song chắn rác, lấy bằng độ sâu mực nước trong mương dẫn, hl = 117 mm = 0,117 m;
Chiều rộng của song chắn rác:
Trong đó:
S – Chiều dày của thanh song chắn rác, thường lấy S = 0,008 m;
Kiểm tra sự lắng cặn ở phần mở rộng trước song chắn rác, vận tốc nước thải trước song chắn rác Vkt không được nhỏ hơn 0,4 m/s (Theo giáo trình Xử lý nước thải – PGS.TS Hoàng Huệ).
Vkt = 0,5 m/s > 0,4 m/s thỏa mãn điều kiện lắng cặn.
Tổn thất áp lực qua song chắn rác:
Trong đó:
v – Vận tốc của nước thải song chắn rác ứng với chế độ Qmax, v = 0,8 m/s; K1 – Hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc ở song chắn rác, K1 = 2 – 3, chọn K1 = 3;
– Hệ số tổn thất cục bộ của song chắn rác được xác định theo công thức: ( ) (
)
– Góc nghiêng của song chắn rác so với hướng dòng chảy, = 60 – 900, chọn = 600;
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 62
Bảng 4.2 Hệ số để tính sức cản cục bộ của song chắn
Tiết diện thanh A b c D e
Hệ số 2,42 1,83 1,67 1,02 1,76
(Nguồn: Trang 119 – Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân)
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn rác L1:
Trong đó: Bm – Chiều rộng mương dẫn, Bm = 0,15m;
φ – Góc nghiêng chỗ mở rộng, thường lấy φ = 200; Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác L2:
Chiều dài xây dựng phần mương để lắp đặt song chắn rác:
Trong đó:
Ls – Chiều dài phần mương đặt song chắn rác (theo Giáo trình Xử lý nước thải – PGS.TS Hoàng Huệ, Ls 1m), chọn Ls = 1,5m;
Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác:
Chọn H = 0,7m.
Trong đó:
hl – Độ sâu nước ở chân song chắn rác, hl = 0,117m; hs – Tổn thất áp lực qua song chắn rác, hs = 0,08m; hbv – Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5m;
Chiều dài mỗi thanh:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 63
Bảng 4.3 Tóm tắt các thông số thiết kế song chắn rác
STT Các thông số tính toán Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Số khe hở n khe 10
2 Chiều rộng song chắn Bs mm 240
3 Bề dày của thanh song chắn S mm 8
4 Khoảng cách giữa các khe hở b mm 16
5 Góc nghiêng song chắn độ 60
6 Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn L1 mm 120 7 Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn L2 mm 60
8 Chiều dài xây dựng phần mương L mm 1680
9 Tổn thất áp lực song chắn rác hs mm 80
10 Chiều sâu xây dựng phần mương H mm 700
4.2.2 Bể thu gom
a. Nhiệm vụ:
Là công trình đơn vị có chức năng tiếp nhận nước thải từ nước thải sinh hoạt từ các bể tự hoại, tập trung nước thải trước khi bơm lên bể điều hòa.
Trong bể thu gom, sử dụng hai bơm hoạt động luân phiên để bơm nước thải đến bể điều hòa.
b. Tính toán:
Tính toán kích thƣớc bể
Theo Giáo trình Xử lý nước thải đô thi và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, thời gian lưu nước trong bể thu gom là từ 10 – 30 phút. Chọn thời gian lưu nước là t = 30 phút.
Thể tích cần thiết của hố thu gom:
Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 3m.
Giả sử độ sâu chôn cống cuối cùng của MLTN: hc = 1m = hbv Chiều cao xây dựng của bể thu gom:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 64
Trong đó:
H – Chiều cao hữu ích của bể (m); hbv – Chiều cao bảo vệ, hbv = 1m; Diện tích mặt bằng bể:
Kích thước bể thu gom: Thể tích xây dựng của bể thu gom:
Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc thải ra khỏi bể
Lưu lượng trung bình lớn nhất: ⁄ ⁄ Vận tốc nước thải đi trong ống: v = 1,5 m/s ( v = 1 – 2m/s).
Đường kính ống dẫn nước thải ra: √
√
Chọn ống dẫn nước thải ra làm bằng nhựa PVC có D = 100mm.
Tính toán bơm nƣớc thải
Chọn máy bơm: ⁄ ⁄ Cột áp bơm: H = 10m
Công suất của bơm:
Trong đó:
η – Hiệu suất chung của bờm, η = 0,72 – 0,93. Chọn η = 0,8; ρ – Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3
;
Chọn 2 bơm chìm có công suất như nhau (2 máy hoạt động luân phiên). Chọn bơm chìm Model 100BZ43.7 – 3,7KW/50Hz hãng Tsurumi – Nhật Bản.
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 65
Bảng 4.4 Tóm tắt các thông số thiết kế bể thu gom
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước t phút 30
2
Kích thước của bể
Chiều dài L mm 3000
Chiều rộng B mm 2800
Chiều cao hữu ích H mm 3000
Chiều cao xây dựng Hxd mm 4000
3 Đường kính ống dẫn nước thải D mm 100
4 Thể tích xây dựng của bể thu gom Wt m3 33,6
5 Công suất của bơm N KW 1,71
4.2.3 Bể điều hòa
a. Nhiệm vụ
Giúp điều hòa lưu lượng và nồng độ. Qua đó oxy hóa một phần chất hữu cơ, giảm kích thước các công trình đơn vị phía sau và tăng hiệu quả xử lý nước thải của trạm.
Trong bể có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và cân bằng nồng độ các chất trong toàn thể tích bể và không cho cặn lắng trong bể
b. Tính toán
Tính toán kích thƣớc bể
Để thiết kế bể điều hòa, ta cần bảng biến thiên lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày, lưu lượng giờ lớn nhất, lưu lượng giờ nhỏ nhất, lưu lượng giờ trung bình. Vì không có số liệu trên nên ta tạm chấp nhận tính theo lưu lượng giờ lớn nhất.
Thời gian lưu nước trong bể điều hòa t = 4 – 8h. Chọn t = 4h. Thể tích cần thiết của bể:
Chọn chiều cao làm việc của bể: H = 4m.
Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,5m.
Chiều cao xây dựng của bể: Diện tích mặt bằng bể:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 66
Kích thước của bể điều hòa: Thể tích thực tế của bể điều hòa:
Tính toán hệ thống đĩa, ống phân phối khí
Các dạng xáo trộn trong bể điều hòa được thể hiện trong Bảng 4.5
Bảng 4.5 Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m
3
thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 – 15 Lít/m
3.phút (m3 thể tích bể)
(Nguồn: Tài liệu của TS Lê Hoàng Nghiêm)
Chọn khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống máy thổi khí. Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn:
⁄ ⁄ ⁄ Trong đó:
R – Tốc độ khí nén. Dựa vào bảng 4.4, chọn R = 12 l/m3.phút = 0,012 m3/phút; Wt – Thể tích thực tế của bể điều hòa (m3);
Bảng 4.6 Các thông số cho thiết bị khuếch tán khí
Loại khuếch tán khí – cách bố trí Lưu lượng khí Lít/phút.cái
Hiệu suất chuyển hóa oxy tiêu chuẩn ở độ sâu 4,6m, % Đĩa sứ - lưới 11 – 96 25 – 40 Chụp sứ - lưới 14 – 71 27 – 39 Bản sứ - lưới 57 – 142 26 – 33 Ống plastic xốp cứng bố trí: + Lưới
+ Hai phía theo chiều dài (dòng chảy
68 – 113 85 – 311
28 – 32 17 – 28
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 67
xoắn hai bên)
+ Một phía theo chiều dài (dòng chảy xoắn một bên)
57 – 340 13 – 25
Ống plasitc xốp mềm bố trí: + Lưới
+ Một phía theo chiều dài
28 – 198 57 – 298 26 – 36 19 – 37 Ống màng khoan lỗ + Lưới
+ Một phía theo chiều dài
28 – 113 57 – 170
22 – 29 15 – 19 Khuếch tán không xốp (nonporous
diffusers)
+ Hai phía theo chiều dài + Một phía theo chiều dài
93 – 283 283 – 990
12 – 23 9 – 12
(Nguồn:Tài liệu của TS Lê Hoàng Nghiêm)
Chọn ống khuếch tán khí plastic xốp cứng bố trí dạng lưới theo chu vi thành có lưu lượng khí 72 l/phút. Vậy số đĩa khuếch tán khí là:
Chọn số đĩa khuếch tán khí trong bể là 36 đĩa.
Với diện tích đáy bể 9m x 5m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 10cm.
Khoảng cách giữa các ống nhánh là 1m, các ống cách tường 0,5m. Chọn số ống nhánh là 9 ống.
Lưu lượng khí trong ống phân phối chính: ⁄ ⁄
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng (10 – 25) m/s đến 40 m/s (Điều 6.40 – TCXDVN 51:2008). Chọn vkhí = 15 m/s.
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 68
√ √ Chọn đường kính ống dẫn khí chính là ống thép mạ kẽm có D = 65mm. Tính lại vận tốc ống dẫn khí chính: ⁄ thỏa mãn vkhí = (10 – 25) m/s đến 40 m/s. Lưu lượng khí trong ống dẫn khí nhánh:
⁄ ⁄ Đường kính ống dẫn khí nhánh: √ √ Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh làm bằng thép mạ kẽm có D = 20mm. Thử lại vận tốc ống dẫn khí nhánh: ⁄ thỏa mãn vkhí = (10 – 25) m/s đến 40 m/s.
Tính toán áp lực và công suất của hệ thống phân phối khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo công thức sau:
Trong đó:
hd – Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn (m); hc – Tổn thất áp lực cục bộ, hd + hc 0,4m. Chọn hd + hc = 0,4m;
hf – Tổn thất qua thiết bị phân phối, hf 0,5m. Chọn hf = 0,5m; H – Chiều cao hữu ích của bể điều hòa, H = 4m;
Áp lực không khí:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 69
Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau: Trong đó: P – Áp lực không khí, P = 1,474 atm; Qkhí – Lưu lượng khí, Q = 0,04 m3/s;
η – Hiệu suất máy thổi khí, η = 0,7 – 0,9. Chọn η = 0,8;
Chọn 02 máy thổi khí Model ARH80S1 có Q = 3,7 m3/min, N = 2,1 KW của hãng Shinmaywa – Nhật Bản (2 máy hoạt động luân phiên nhau).
Tính toán đƣờng ống dẫn nƣớc vào và ra của bể điều hòa
Lưu lượng nước thải đầu vào: ⁄ . Đường kính ống dẫn nước thải vào bể điều hòa:
√
√
Chọn đường kính ống dẫn nước thải là ống PVC có D = 80mm.
Kiểm tra lại vận tốc nước chảy trong ống:
⁄
thỏa mãn yêu cầu.
Chọn đường kính ống dẫn nước ra bằng đường kính ống dẫn nước vào với D = 80mm.
Tính toán bơm
Lưu lượng cần bơm: ⁄ ⁄ Đường kính ống: D = 80mm.
Cột áp của bơm: H = 8 – 10 mH2O, chọn H = 10 mH2O. Công suất của bơm:
Trong đó:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 70
Chọn 02 máy bơm chìm Model 80BZ41.5 – 1,5KW/50Hz của hãng Tsurumi – Nhật Bản (02 máy hoạt động luân phiên nhau).
Bảng 4.7 Tóm tắt các thông số thiết kế bể điều hòa
STT Thông số Ký
hiệu
Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước của bể điều hòa t h 4
2
Kích thước bể
Chiều dài L mm 9000
Chiều rộng B mm 5000
Chiều cao hữu ích H mm 4000
Chiều cao xây dựng Hxd mm 4500
3 Số đĩa khuếch tán khí n đĩa 35
4 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 65
5 Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn mm 20
6 Đường kính ống dẫn nước thải vào và ra D mm 80
7 Thể tích xây dựng của bể điều hòa Wt m3 202,5
8 Công suất của máy thổi khí Nk KW 1,99
9 Công suất của máy bơm Nb KW 0,71
4.2.4 Bể lắng I (bể lắng đứng)
a. Nhiệm vụ
Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải qua bể điều hòa. Ở đây các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy. Hàm lượng chất lơ lửng sau khi qua bể lắng đợt I cần đạt 150 mg/l.
b. Tính toán
Bể lắng đứng được lựa chọn để tính toán thiết kế căn cứ vào công suất của trạm xử lý dưới 20000 m3/ngày đêm.
Tính toán kích thƣớc bể
Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm tính theo công thức:
SVTH: Nguyễn Lê Hoàng Khánh Ly
GVHD: TS Lê Hoàng Nghiêm 71
Trong đó:
– Lưu lượng tính toán trung bình giây, Q = 20,83 m3/h = 0,0058 m3/s; Vtt – Tốc độ chuyển động của nước trong ống trung tâm lấy không lớn hơn 30 mm/s = 0,03 m/s (Điều 7.60 – TCXDVN 51:1008). Chọn Vtt = 0,03 m/s;
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng tính theo công thức: