Đồ án Công nghệ xử lý nước thải sử dụng công trình song chắn rác tinh kết hợp với bể lắng cát ngang

pháp thủ công và được thu đưa ra bãi chôn lấp. Nước thải sau khi qua song chắn rác được cho qua bể lắng cát ngang. Tại đây dưới tác dụng của trọng lực, cát nặng sẽ lắng xuống đáy bể. Bể lắng cát được gắn thiết bị cào cát , sỏi lắng và dùng bơm khí nâng tách ra khỏi nước thải rồi đưa đi chôn lấp. Nước thải sau khi tách các hạt có trọng lượng lớn chảy vào hố thu gom. Đây là nơi tiếp nhận nguồn nước thải và có tác dụng điều hòa lưu lượng nước. Tiếp đó, nước được bơm lên qua lưới chắn rác đến bể điều hòa. Lưới lọc rác tinh nhằm giữ lại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ. Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 đến 1mm. Khi tang trống quay với vận tốc 0,1 đến 0,5 m/s, nước thải được lọc qua bề mặt trong hay ngoài, tùy thuộc vào đường dẫn nước vào. Trong nước thải sinh hoạt là các loại rác, huyền phù, … bị trôi ra trong quá trình tắm rửa, nấu ăn, sẽ được giữ lại nhờ hệ thống lưới lọc có kích thước lỗ 1mm. Các vật thải được lấy ra khỏi bề mặt lưới bằng hệ thống cào. Do lưu lượng nước thải sinh hoạt biến động lớn trong một ngày đêm. Bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong bể để bảo đảm không ảnh hưởng đến chế độ công tác của trạm xử lý nước thải, đồng thời gây nhiều tốn kém về xây dựng cơ bản và quản lý. Trong bể có thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và tránh cặn lắng. Nước thải sau khi qua bể điều hòa và các công trình xử lý phía trước còn chứa phần lớn các hợp chất hữu cơ hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước. Nước thải được bơm lên máng phân phối 1, theo dàn ống 2 phân phối đều trên SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 16 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH diện tích đáy bể, nước được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua dàn ống phân phối 6. Hỗn hợp khí nước đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc. Trong lớp vật liệu lọc quá trình khử BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Nước trong được thu vào máng 4 theo đường ống 5 đi qua bể lắng ly tâm đợt 2. Nước sau khi xử lý được đưa vào bể lắng hai để lắng bong cặn và tách bùn ra khỏi nước. Bùn này có thể chứa một lượng lớn huyền phù do các chất lơ lửng còn lại. Bùn sẽ được đưa đến bể nén bùn, bùn sau nén được đưa đến máy ép bùn để tạo ra các bánh bùn sau đó được chở đến bãi đổ bỏ. Nước tách bùn được tuần hoàn về gom xử lý lại chung với nước thải. Nước sau bể lắng 2 chảy vào mương thu nước đến bể tiếp xúc để khử trùng các vi sinh gây bệnh, sau đó được thải ra nguồn tiếp nhận. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 17 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC ĐƠN VỊ CÔNG TRÌNH III.1. TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI - Lưu lượng trung bình ngày đêm : Qtbngày = 2000 m3 / ngày - Lưu lượng trung bình giờ (Qtb-h ): Qtb-h = 2000 24 = 83,33 m3/ h - Lưu lượng trung bình giây (Qtb-s) : Qtb-s = 2000 0,023 86400 = m3/s - Lưu lượng lớn nhất giờ (Qmax- h) : Qmax-h = Qtb-h x K0max = 2000 24 1,9× = 158,33 m3/h - Lưu lượng lớn nhất giây (Qmax-s) : Qmax-s = Qtb-s x K0max =0,023 x 1,9 = 0,0437 m3/s - Trong đó : Komax : hế số không điều hòa lớn nhất của nước thải lấy theo quy định của TCXD 51- 84 theo bảng sau: Bảng 3.1. Hệ số không điều hòa Qtb-s (Lít/s) 5 10 20 50 100 300 500 1000 ≥5000 K0max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 18 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH III.2-TÍNH TOÁN BỂ LẮNG CÁT NGANG III.2.1-Nhiệm vụ Bể lắng cát được thiết kế nhằm mục đích loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại cặn nặng khác (vỏ trứng,mảnh xương, hạt ngủ cốc, cafphee….) có trọng lượng riêng lớn hơn các hạt cặn hữu vơ dễ lên men. Các tạp chất lắng đọng dưới đáy bể lắng thường có tính chất dễ tách nước, trơ, tương đối khô, có độ ẩm khoảng 13 – 65%, trọng lượng riêng khoảng 1600 kg/m3. Nếu các tạp chất này không được tách loại ra khỏi nước thải, có thể gây ảnh hưởng lớn đến các công trình phía sau như mài mòn thiết bị, lắng cặn trong ống mương… Trong bể lắng cát ngang, dòng chảy theo hướng ngang và vận tốc được kiểm soát theo kích thước bể, cửa phân phối đầu vào và máng tràn đầu ra. Bể lắng cát ngang thường được thiết kế sao cho vận tốc dòng chảy trong bể đạt gần giá trị 0,3 m/s với thời gian lưu nước từ 45 - 90 giây. Cát sau khi lắng lấy ra khỏi bể bằng thủ công hoặc thiết bị bơm dâng thủy lực,hoặc sử dụng các thiết bị cơ khí như gàu cạp, bơm trục vít, bơm khí nén , bơm phản lực… III.2.2-Tính toán - Diện tích mặt thoáng của bể lắng ngang là : F = K x ax 0 m sQ U − = 1,3 x 0,0437 2,35 0,0242 = m2 Trong đó: • K hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng cát và độ thô thủy lực của hạt cát U0. Ứng với U0 = 24,2 mm/s → K = 1,3. U0 = 18,7 → K = 1,7 • vmax tốc độ lớn nhất của nước thải trong bể lắng cát ngang. vmax= 0,3 m/s • U0 độ thô thủy lực của hạt cát. U0 = 18,7 ÷ 24,2 mm/s ứng với đường kính hạt cát d= 0,2 ÷ 0,25 mm. Chọn d = 0,25mm thì U0 = 24,2 mm/s. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 19 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH Bảng 3.2: Độ thô thủy lực theo đường kính hạt cát Đường kính hạt cát, mm 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 Độ thô thủy lực U0, mm/s 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7 51,6 (Nguồn: Trịnh Xuân Lai – Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải) - Tỷ số chiều dài và chiều sâu của bể : 0 L vK H U = × Trong đó : • L: chiều dài của bể • H: chiều cao phần công tác của bể • V: vận tốc chuyển động của nước trong bể (m/s) • V = 0,3m/s ,ứng với Qmax - Suy ra : 0,31,3 16,11 0,0242 L H = × = Chọn H = 0,5m - Suy ra : L = 16,11 x 0,5 = 8m - Chiều rộng bể : 2,35 0,3 8 FB L = = = m - Chọn B = 0,5 m để thuận tiện cho việc lấy cát thủ công. - Thể tích bể lắng : V =H x F = 0,5 x 0,5 x 8=2 m3 - Thời gian lưu nước trong bể lắng cát : ax 2 46 0,0437m s VT Q − = = = s Chiều cao bảo vệ : Hbv = 0.4m - Lượng cát trung bình sinh ra mỗi ngày : SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 20 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH ày 0 2000 0,15W 0 1000 1000 tb ng c Q q− ×= × = = ,3 m3/ngày - Trong đó: • q0 : lượng cát trong 1000m3 nước thải , q0 = 0.15 m3 cát / 1000m3 nước thải • Chiều cao lớp cát trong bể lắng trong một ngày đêm: W 0,3 1 0,075 8 0,5 c c th L B × ×= = =× × m - Lấy hc=0,1m - Chiều cao xây dựng của bể : Hxd= H + hc + hbv = 0,5 + 0,1 + 0,4=1m Bảng 3.3: Thông số thiết kế bể lắng cát ngang Thông số Đơn vị Giá trị Kích thước bể - Chiều rộng - Chiều dài - Chiều cao Chiều cao lớp cát trong bể m m m mm 0,5 8 1 100 III.3-TÍNH TOÁN HẦM BƠM TIẾP NHẬN III.3.1-Nhiệm vụ Bể gom nước thải tập trung toàn bộ nước thải từ các nước thải của các nhà trong khu dân cư và để đảm bảo lưu lượng tối thiểu cho bơm hoạt động an toàn. Trong bể thu gom,sử dụng hai bơm chìm hoạt động luân phiên để bơm nước thải đến bể điều hòa. III.3.2-Tính toán - Thể tích hầm bơm tiếp nhận: V = Q .t = 158.33 m3/h .0,25 = 39.583m3 maxh SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 21 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH Trong đó: • t : thời gian lưu nước, t = 10 ÷ 30 . Chọn t = 15 phút ⇔ 0,25 h - Chọn hầm bơm tiết diện hình chữ nhật có B x L = 3 x 4 - Chiều cao hầm bơm: H = 43 583,39 x = 3,3 m - Chọn chiều sâu an toàn bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng bằng 0,7 m. - Chiều cao thiết kế : Htk = 3,3+ 0,7 = 4 m ™ Tính toán bơm nước thải: - Chọn bơm nhúng chìm đặt tại hầm bơm, lưu lượng Q = Q maxh = 158.33 m 3/h. Cột áp bơm 10 mH2O và hiệu suất bơm 80%. - Công suất của máy bơm: kwHgQN bb 4,53600.8,0.1000 10.81,9.1000.33,158 .1000 ... === η ρ 7,22 hp - Công suất thực tế của máy bơm: Nt = 1,5. = 8,1 kw bN - Chọn 2 bơm làm việc luân phiên SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 22 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH Bảng 3.4: Các thông số thiết kế của hầm bơm tiếp nhận Thông số Đơn vị Giá trị Thể tích chứa nước Thời gian lưu nước Kích thước bể: • Chiều rộng • Chiều dài • Chiều cao Chiều cao mực nước trong bể Lưu lượng bơm Công suất bơm m3 h m m m m m3/h kW 39,583 0,25 3 4 4 2,2 158,33 5,4 III.4-TÍNH TOÁN BỂ ĐIỀU HÒA III.4.1-Nhiệm vụ bể điều hòa: Bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong bể để bảo đảm không ảnh hưởng đến chế độ công tác của trạm xử lý nước thải, đồng thời gây nhiều tốn kém về xây dựng cơ bản và quản lý. Trong bể có hệ thống sục khí khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích bể và tránh cặn lắng. III.4.2-Tính toán: - Thể tích bể điều hòa: V = Qhmax . t = 158.33 m3/h . 4h = 633.32 m3 Với t là thời gian lưu nước, chọn t = 4 h - Chọn chiều cao phần chứa nước h = 4 m, chiều cao bảo vệ 0,3 m - Chiều cao thiết kế : Htk = 4 + 0,3 = 4,3 m - Chọn bể hình vuông⇒ kích thước bể: SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 23 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH a = 3,4 32,633 = 12,14 m chọn a = 12 m Bảng 3.5: Thông số thiết kế bể điều hòa Thông số Đơn vị Giá trị Thời gian lưu Kích thước bể • Chiều rộng • Chiều cao • Chiều dài Chiều cao mực nước h m m m m 4 12 12 4,3 4 III.4.3-Lượng BOD5 và lượng SS sau xử lý cơ học: - Sau xử lý cơ học BOD5 giảm 20% và SS giảm 15 % - BOD5 còn lại : 271 - 271 *20% = 216.8 mg/l - SS còn lại : 178 – 178* 15% = 151.3 mg/l III.5-BỂ LỌC SINH HỌC FBR: III.5.1-Nhiệm vụ: - Nước thải từ bể điều hòa sẽ tràn qua bể lọc sinh học hiếu khí. Tại bể lọc sinh học diễn ra quá trình khử các chất hữu cơ còn lại để nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn. - Bể lọc sinh học được cấp khí liên tục 24h/ngày thông qua hệ thống phân phối khí nhằm đảm bảo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 24 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Trong bể FBR để duy trì sự ổn định của quá trình xử lý hiếu khí phải duy trì được tình trạng cân bằng giá trị pH của hỗn hợp nước thải từ 6.6 – 7.6 và phải có tỉ lệ chất dinh dưỡng Nitow, photpho theo BOD5 là BOD5 : N : P = 100 :5 :1 - Lượng N, P cần thiết phải cho vào nước thải trước khi vào bể FBR : 216,8 5 10,84 100 N ×= = mg/l 216,8 1 2,168 / 100 P mg l×= = - Hàm lượng N,P có trong nước thải phân tích là Nt=52 mg/l , Pt= 17 mg/l. - Như vậy ta không cần thêm chất dinh dưỡng vào bể FBR. III.5.2-Tính toán : a. Tóm tắt các thông số trước khi vào bể lọc sinh học: - Lưu lượng nước thải trung bình : Q = 2000 m3/ngày - BOD5 sau khi qua bể điều hòa còn lại 216,8 mg/l - Hàm lượng cặn lơ lửng còn lại : SS = 151,3 mg/l - Yêu cầu xử lý đầu ra : Chọn hàm lượng BOD5 đầu ra là S= 26 mg/l (so với tiêu chuẩn là 30 mg/l) - Hệ số sản lượng quan sát Y = 0.2 gVSS / g BOD5 - Chọn tải trọng hữu cơ a = 0.3 kgBOD5 / m3.ngày - Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68 - Hàm lượng vi sinh của mang vi sinh vật : 70% b. Tính toán kích thước bể - Sử dụng bể lọc sinh học có vật liệu ngâp nước , quy trình gió nước cùng chiều. - Hằng số tiêu thụ oxy KT : KT = K20 x 1,047T-20= 0,2 x 1,04725-20=0,252 Trong đó : T : nhiệt độ nước thải, 0C. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 25 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Chọn tải trọng hữu cơ a = 0,3 kgBOD5/m3 x ngày. - Khi đó : (BODvào – BODra) x vl Q V = 0,3 kgBOD5/m3 ngày (216,8 – 26 ) mg/l x 32000 / ày vl m ng V = 0,3kgBOD5/m3ngay → 3 3 3 5 2000 / ày (216,8 - 26) 10 kg/m 0,3 / àyvl m ngV kgBOD m ng −× ×= 3 ⇒ Vvl = 1272 m3 . - Vậy thể tích lớp vật liệu lọc là 1272 m3 - Chọn chiều cao lớp vật liệu lọc là 2,5 m. - Diện tích lớp vật liệu : 1272 508,8 2,5 vlVA H = = = m2 - Chọn chiều rộng bể : B =17,1 m - Chiều dài bể : L = 30m - Trong suốt chiều dài bể chia làm các vách ngăn , chia làm 10 ngăn , mỗi ngăn cách nhau 3m. ™ Kiểm tra tải trọng thủy lực: 0 2000 3,93 508,8 Qq A = = = (m3 nước thải / m2 mặt bể .ngày) - Chuẩn số tổng hợp F : F= 0,6 0,6 0,4 0,4 0 2,5 10 0,252 1,45 3,93 TH B K q × × × ×= = Trong đó : o H: chiều dày lớp lọc, chọn H=2,5 m o B: Lưu lượng không khí đơn vị (m3 không khí /m3 nước thải) chọn từ 8 đến 12, chọn B = 10. SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 26 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH o KT : Hằng số tiêu thụ oxy o q0: Tải trọng thủy lực (m3 nước thải /m2 mặt bể .ngày). - Hiệu quả làm sạch BOD qua bể lọc: 0,4 1,45 0,830 10 10 25,7Fi SK S α β+ × += = = = Trong đó : o α,β: Hệ số phụ thuộc vào lưu lượng đơn vị của không khí và giá trị của chuẩn số tổng hợp lấy theo bảng sau: Bảng 3.6 : Bảng thông số α,β theo lưu lượng không khí và chuẩn số F Lưu lượng đơn vị của không khí,B Chuẩn số tổng hợp F α β 8 ≤ 0,662 ≥ 0,662 1,51 0,47 0 0,69 10 ≤ 0,85 ≥ 0,85 1,2 0,4 0,13 0,83 12 ≤ 1,06 ≥ 1,06 1,1 0,2 0,19 1,15 - Ứng với B = 10 m3 không khí/m3 nước thải ,F = 1,45, Ta có: α= 0,4 β= 0,83 - Hiệu quả làm sạch yêu cầu: 0 216,8 8,34 26 SK S = = = Trong đó : SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 27 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH o S0: Hàm lượng BOD 5 vào bể o S : Hàm lượng cho phép của BOD5 ở đầu ra. - Ta có : K = niK ⇔ 8,34 = (25,7)n ⇔ n<1 ⇔ lọc 1 đợt - Vậy chọn bể hình chữ nhật LxB= 30 x 17,1 m. Suốt chiều dài và chiều rộng bể xây dựng các vách ngăn, chiều dài chia làm 10 ngăn,mỗi ngăn cách nhau 3m; chiều rộng chia làm 3 ngăn mỗi ngăn cách nhau 5,7m. - Tổng chiều cao bể lọc: H = h1+h2+h3+h4=0,5+0,5+2,5+0,3=3,8 m Trong đó • Chiều cao phần đáy: h1=0,5m • Chiều cao phần dành cho vật liệu dãn nở khi rửa : h2=0,5m • Chiều cao vật liệu: h3=2,5 m • Chiều cao dự trữ: h4=0,3m - Chọn vật liệu tiếp xúc đặt trong bể lọc là ống nhựa ruột gà với các thông số kỹ thuật sau: • Diện tích riêng bề mặt: 120-150m2/m3 • Tải trọng thủy lực q0: 30-50m3/m2 • Tải trọng hữu cơ: 0,15 -2 kgBOD/m3ngày • Hệ số sinh bùn: 0,04-0,1 kg/kg BOD bị khử. c. Hiệu quả xử lý của bể lọc sinh học: 216,8 26 88% 216,8 E −= = d. Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 28 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px= Yobs x Q x (S0-S) Px= 0,2kgVSS/kgBOD5 x 2000m3/ngày x (216,8-26)gBOD5/m3x10-3kg/g Px= 76,32 kgVSS/ngày - Tổng lượng bùn sinh ra theo SS: MSS = 76,32/0,7 = 109,03 kgSS/ngày - Giả sử nồng độ bùn ra khỏi bể lắng sau bể lọc sinh học là 1,5%, khối lượng riêng của bùn là 1,1kg/lít. Vậy lưu lượng bùn cần xử lý: 32 3 109,03 / ày 6,6 / ày 0,015 1,1 0,015 1,1 / 1000 / ssM kgSS ngQ m kg l l m = = =× × × ng e. Tính toán hệ thống phân phối nước cho bể lọc sinh học - Lưu lượng trung bình giây: Qtb.s=0,023m3/s - Vận tốc nước trong ống dẫn chính: Vống= 0,6 – 1 m/s - Chọn Vống=1m/s. - Đường kính ống phân phối chính ông 4 4 0,023 0,17 1 tb sQD V π π −× ×= = =× × m= 170 mm - Chọn ống sắt tráng kẽm Φchính = 200 mm - Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống: 2 2 4 4 0,023 0,73 0,2 tb sQv Dπ π −× ×= = =× × m/s Giá trị này thỏa mãn điều kiện 0,6 m/s ≤ v≤1 m/s ™ Cách bố trí hệ thống phân phối nước : - Chọn hệ thống phân phối băng sắt tráng kẽm có đục lỗ đặt dọc theo chiều rộng bể ở ngăn đầu. - Đường kính các lỗ chon d1=15mm SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 29 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Vận tốc nước ở đầu ống : chọn v1=1m/s - Lưu lượng nước qua 1 lỗ: 2 2 41 1 1 0,0151 1,77 4 4 dq v π π 10−× ×= × = × = × m3/s - Số lỗ trong một ống : ô 4 0,023 130 1,77 10 ngqN q − = = =× lỗ. - Số lỗ trên một mét chiều dài: 130 4,3 30 30 Nn = = ≈ lỗ
- ọn n = 5 lỗ/m ống. f. Xác định lượng không khí cấp cho bể lọc sinh học ™ Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn ( )o o Q S SOC f −= 2000 (216,8 26) 561,18 0,68 1000o OC × −= × = kg O2/ngày Trong đó : • f: Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 , f= 0,68 ™ Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể ở điều kiện thực tế: ( ) 20 0 20 1 1,024 s t T SH d COC OC C Cβ α− ⎛ ⎞= ×⎜ ⎟× − ×⎝ ⎠ Trong đó: • Cd :nồng độ oxy cần duy trì trog bể, Cd=2mg/l. • α : Hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt,loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kích thướt bể, α = 0,6 ÷ 0,94, chọn α = 0,8. Tra phụ lục D, Unit operation processes in environment engineering SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 30 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH • Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 200C: Cs20 = 9,17mg/l • Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 26 0C : CSH = 8,22mg/l • Hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối đối với nước thải β =1. • Nhiệt độ nước thải T =260C. ( )26 20 9,17 1561,18 897 1 8,22 2 1,024 0,8t OC − ⎛ ⎞= × =⎜ ⎟× − ×⎝ ⎠ kg O2/ngày ™ Lượng oxy cần cung cấp để khử lượng nitơ có trong nước thải: - Quá trình đồng hóa khử Nitơ xảy ra đồng thời với quá trình khử BOD trong bể, còn quá trình nitrat hóa và khử N2 có thể thực hiện bằng 3 cách: • Tách riêng 3 công đoạn : Khử BOD, Nitrat hóa và khử N2 • Kết hợp 2 công đoạn: Khử BOD, nitrat hóa và khử N2 • Tổng hợp chung cả 3 công đoạn trong 1 công trình. - Khử amonia (NH4+) bằng phương pháp bể lọc sinh học gồm 2 bước: • NH4+ bị oxy hóa thành NO2- do tác dụng của vi khuẩn nitrit hóa theo phản ứng: NH4+ +1,5O2 vi khuẩn nitrit hóa NO2- +2H+ +H2O • Oxy hóa NO2- thành NO3- do tác động của vi khuẩn nitrat hóa: NO2- + 0,5 O2 vi khuẩn nitrat hóa NO3- • Tổng hợp quá trình chuyển hóa NH4+ thành NO3- NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ +H2O - Khoảng 20-40% NH4+ bị đồng hóa thành vỏ tế bào. Phản ứng tổng hợp thành sinh khối có thể viết như sau: 4CO2 + HCO3- + NH4+ +H2O C5H7O2N + 5O2 C5H7O2N biểu diễn tế bào vi khuẩn đã được tổng hợp thành. - Có thể tổng hợp các quá trình trên bằng phản ứng sau: SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 31 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH NH4++ 1,731O2+1,962HCO3- 0,038C5H7O2N + 0,962NO3- + 1,077H2O + 1,769H2CO3 - Từ phương trình trên rút ra: khi chuyển hóa 1mg NH4+ cần tiêu thụ 3,96mg O2 và sản sinh ra 0,31mg tế bào mới, 7,01mg kiềm bị khử và cần tiêu thụ 0,61mg CO2. - Nước thải có hàm lượng ammonia ban đầu là 52mg/l, lượng oxy cần cung cấp để khử lượng nitơ tổng có trong nước thải trên: 52 x 3,96 = 205,92 mg/l ⇒ Lưu lượng khí oxy cần cung cấp để khử toàn bộ 2000m3/ngày: OCtnitơ =205,92 mg/l x 2000m3/ngày = 411,84 kgO2/ngày. ™ Tính lượng không khí cần thiết để cung cấp vào bể: ( ) ( ) 2 3 2 897 411,84 / 2 93488,57 28 / 10 / nito t t kk OC OC kgO ngay Q f OU gO ngay kg g− + += × = × =× m 3/ngày 3895,36 m3/h=64922,62 l/phut. Với : • f:Hệ số an toàn, chọn f = 2 • OCt + OCtnito : Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể , • OU : Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối OU = Ou x h = 7 x 4 = 28 g O2/m3 • Ou: Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối, gO2/m3 không khí. • h: Chiều sâu ngập nước của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu của thiết bị phân phối gần sát đáy và chiều sâu của giá đỡ không đáng kể. • Tra bảng 7.1 trang 112 “ tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải _ Trịnh xuân Lai” , ta có Ou =7 gO2/m3xm. g. Tính toán số lượng thiết bị khuếch tán khí - Chọn thiết bị khuếch tán khí dạng đĩa xốp, đường kính 170mm, diện tích bề mặt F =0,02 m2, cường độ thổi khí I = 12m3/h. đĩa SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 32 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Số đĩa cần phân phối trong bể: ( / út) 64922,62 324 200( / út.dia) 200 kkQ L phN L ph = = = ™ Cách bố trí đĩa phân phối khí: - Để thuận lợi cho việc bố trí đều, ta chọn số đĩa N= 360 đĩa, vẫn đảm bảo hiệu xuất xử lý của bể. • Từ ống chính chia làm 30 ống nhánh, mỗi ống nhánh có 12 đĩa phân phối. • Theo chiều của bể là 30m, khoảng cách giữa các ống nhánh là 1m,ống ngoài cùng cách thành bể 0,5m. • Trên mỗi ống nhánh bố trí 12 đầu phân phối: khoảng cách giữa 2 đầu phân phối ngoài cùng đến thành của mỗi ngăn bể là 0,6 m và khoảng cách giữa 2 đầu phân phối khí là 1,5 m • Trụ đỡ : đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một. • Kích thước trụ đỡ là : D x R x C = 0,2m x 0,15m x 0,23m h. Tính toán các thiết bị phụ: Tính toán máy thổi khí : • Áp lực cần thiết của máy thổi khí Hm = h1 + hd + H Trong đó: 9 h1: Tổn thất trong hệ ống vận chuyển h1= 0,5m 9 hd: Tổn thất qua đĩa phun, hd= 0,5m 9 H : Độ sâu ngập nước của miệng vòi phun H=4m Hm = 0,5 + 0,5 + 4 =5m. Chọn Hm = 5m = 0,5 atm • Áp lực máy thổi khí tính theo Atmotphe: SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 33 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH 0,5 0,0494 10,12 10,12 m m HP = = = atm • Năng suất yêu cầu 3895,36kkQ = m3/h = 1,082 m3/s • Công suất máy thổi khí 0,283 1 2 áy 1 1 29,7m G R T PP ne P ⎡ ⎤⎛ ⎞× × ⎢ ⎥= −⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ Trong đó: 9 Pmáy: Công suất yêu cầu của máy nén khí, KW 9 G : Trọng lượng của dòng không khí, kg/s 9 í 1,082 1,3 1,4066kk khG Q ρ= × = × = kg/s 9 Hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K 9 T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đâu vào T1=273 + 25=2980K 9 P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1 = 1 atm 9 P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra P2= Pm + 1 = 0,0494 + 1 = 1,05 atm 9 1 1,395 1 0,283 1,395 Kn K − −= = = (K = 1,395 đối với không khí) 9 29,7 : Hệ số chuyển đổi 9 e: Hiệu suất của máy, chọn e = 0,7. Vậy : 0,2831, 4066 8,314 298 1,05 1 29,7 0,283 0,7 1may P ⎡ ⎤× × ⎛ ⎞= −⎢ ⎥⎜ ⎟× × ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ = 8,235KW 11,04 HP (HP = 0,7457kw) Tính toán đường ống dẫn khí SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 34 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH • Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính, chọn Vkhí= 15 m/s • Lưu lượng khí cần cung cấp, Qk= 1,082 m3/s • Đường kính ống phân phối chính: í 4 4 1,082 0, 22 15 2 k kh QD V mπ π × ×= = =× × × × m với m=2: số ống chính trong bể • Chọn ống sắt tráng kẽm Φ250 • Từ ống chinh ta phân làm 30 ống nhánh cung cấp khí cho bể • Vận tốc khí qua mỗi ống nhánh v,khí = 20m/s • Đường kính ống phân phối trong bể: 4 4 1,082 0,045 20 30 k nh k Qd V nπ π × ×= = =× × × × m • n=30 : số ống nhánh trong bể. • chọn loại ống sắt tráng kẽm Φ50mm; Φtrong40mm • kiểm tra lại vận tốc: ƒ Vận tốc khí trong ống chính í 2 2 4 4 1,082 11,02 0,25 2 k kh QV D mπ π ×= = =× × × m/s ÆVkhí nằm trong khoảng cho phép 10 -15 m/s ƒ Vận tốc khí trong ống nhánh ' í 2 2 4 4 1,082 18,37 0,05 30 k kh QV dπ π ×= = =× × m/ III.6 – BỂ LẮNG LY TÂM III.6.1. Nhiệm vụ Lắng cặn và tách bùn ra khỏi nước thải III.6.2. Tính toán a. Xác định kích thước bể lắng SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 35 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH - Diện tích mặt bằng của bể lắng - Tính toán bể lắng II có thể dựa vào các thông số cho trong bảng sau: Bảng 3.7 Thông số thiết kế cho bể lắng II Loại công trình XL sinh học Tải trọng bề mặt m3/m2ngày đêm Tải trọng chất rắn (kg/m2.h) Chiều cao công tác Bùn hoạt tính khuếch tán bằng không khí 16,3 – 32,6 3,9 – 5,9 3,7 – 6,1 Bùn hoạt tính khuếch tán bằng oxy nguyên chất 16,3 – 32,6 4,9 – 6,8 3,7 – 6,1 Bể lọc sinh học 16,3 – 24,4 2,9 – 4,9 3,0 – 4,6 RBC 16,3 – 32,6 3,9 – 5,9 3,0 – 4,6 (Nguồn: Xử Lý Nước Thải Đô Thị Và Công Nghiệp – Tính Toán Thiết kế Công Trình của Lâm Minh Triết ) - Diện tích bề mặt chứa bùn sinh ra của bể: 1 2 3 4,54 / 1,135 4 / ssM kgSS hS L kg m h = = =× m 2 Trong đó: - Mss: Lượng bùn sinh ra : 109,03 /24 = 4.54 kgSS/h - L3 : Tải trọng chất rắn lớn nhất, chọn L3 = 4 kg/m2. - Diện tích bề mặt lắng của bể: 2000 80 25 QS a = = = m2 Với : a là tải trọng thủy lực bể lắng 20 – 25 m3/m2ngay SVTH: NGUYỄN THỊ KIM LÀO Trang: 36 LỚP: MO06KT01 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TH.S NGUYỄN THỊ THÀNH chọn a = 25 m3/m2ngày. - Diện tích bể nếu tính thêm buồn phân phối trung tâm: Sbể = 1,135 x 80 = 90,8 m2 91 m2 - Đường kính bể : 4 4 91 10,76bebe SD π π ×= = = m. Chọn Dbể = 11m - Đường kính buồng phân phối ống trung tâm Dtt = 0,25 Dbể = 0,25 x 11 =2,75m 3m≈ - Đường kính ống loe: d’ = 1,35 x Dtt = 1,35 x 3 = 4,05 m ~ 4m - Chiều cao ống loe (h’ = 0,2 ÷0,5m), chọn h’ =0,3m - Đường kính tấm chắn: Dtc = 1,3 d’ = 1,3 x 4 =5,2 m - Chiều cao từ ống loe đến tấm chắn (htc = 0,2 ÷ 0,5 m) , chọn h’’ = 0,3m. - Diện tích buồng phân phối trung tâm 2 23 7 4 4 tt tt DS π π× ×= = = m2 - Diện tích vùng lắng của bể: Slắng = Sbể - Stt = 91 – 7 =84 m2 - Kiểm tra tải trọng thủy lực lên bể 2000 23,8 84lang Qa S = = = m3/m2 ngày.đêm - Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể 23,8 0,99 24 24nuoc aV = = = m/h S