Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp Đồng An II – Bình Dương, công suất 2500 m3/ngày đêm

– 2005) Bể lắng Bể lắng Hố thu gom Bể phân phối Trống lọc Bể điều hòa Hố bơm Tháp lọc sinhhọc Bể tuần hoàn Bể aerotank Bể nén bùn Máy ép bùn Nước thải sau xử lý Hình 3.2: Sơ đồ công nghệ HTXLNT khu công nghiệp Việt Nam - Singapore Công nghệ chủ đạo: Sử dụng công nghệ vi sinh bám dính (lọc sinh học) kết hợp với bùn hoạt tính aerotank truyền thống. Ưu điểm: - Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, kết hợp xử lý bằng vi sinh vật lơ lửng và dính bám vì vậy hiệu quả xử lý rất cao. - Hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh, nước thải đầu ra đạt chất lượng tốt Nhược điểm: - Khá tốn kém do phải thường xuyên thay vật liệu lọc. - Chi phí đầu tư ban đầu cao, tốn nhiều diện tích xây dựng - Sử dụng trong trường hợp lưu lượng nước thải không lớn. Khu công nghiệp Linh Trung 1 Lưu lượng nước thải thiết kế: 5.000m3/ngđ Tính chất nước thải đầu vào BOD5 = 500 mg/l COD = 800 mg/l SS = 300 mg/l Nhiệt độ = 45°C pH = 5 - 9 Yêu cầu: nước thải đầu ra phải được: Xử lý đạt tiêu chuẩn loại A (TCVN 5945-2005) Bể thu gom Lưới chắn rác tinh Bể điều hòa Bể SBR Bể chứa sau xử lý sinh học Bộ lọc tinh Bể đệm Bể tiếp xúc Clorine Đầu ra Bể lọc than hoạt tính Máy ép bùn Bể nén bùn Polymer Bánh bùn Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ HTXLNT khu công nghiệp Linh Trung 1 Công nghệ chủ đạo: Sử dụng công nghệ bùn hoạt tính theo phương pháp SBR là chủ yếu, có kết hợp cơ học - vật lý. Ưu điểm: - Khả năng xử lý nước thải có BOD cao, khử Nitơ, tiết kiệm diện tích, không cần nhiều nhân viên. - Không tốn chi phí cho việc tuần hoàn bùn. - Thời gian xử lý có thể điều chỉnh linh hoạt Nhược điểm: - Đòi hỏi người vận hành phải có trình độ cao, vận hành phức tạp, chi phí xây dựng tốn kém. - Đòi hỏi nhiều năng lượng để cấp cho máy thổi khí trong suốt quá trình hoạt động. - Chi phí đầu tư xây dựng bể lọc than hoạt tính không hợp lý, tốn kém do phải thay than hoạt tính theo định kì, nước thải có thể không cần qua giai đoạn này mà vẫn đạt hiệu quả. Khu Chế Xuất Tân Thuận Công suất thiết kế: 10.000m3/ngày Yêu cầu: nước thải đầu ra phải được: Xử lý đạt tiêu chuẩn loại B (TCVN 5945-2005) Hình 3.4: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải KCX Tân Thuận Ưu điểm: - Hệ thống xử lý hoá học là chủ yếu - Ít tốn diện tích xây dựng - Không đòi hỏi nhiều năng lượng trong suốt quá trình hoạt động Nhược điểm: - Chi phí xử lý cao - Người điều hành cần có kỹ năng: Theo dõi, kiểm tra các chỉ tiêu đầu ra thường xuyên. CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHÙ HỢP CHO KCN ĐỒNG AN II CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Đề xuất công nghệ xử lý nước thải dựa vào - Công suất trạm xử lý. - Chất lượng nước sau xử lý. - Thành phần, tính chất nước thải khu công nghiệp. - Những quy định xả vào cống chung và vào nguồn nước. - Hiệu quả quá trình. - Diện tích đất sẵn có của khu công nghiệp - Quy mô và xu hướng phát triển trong tương lai của khu công nghiệp. - Yêu cầu về năng lượng, hóa chất, các thiết bị sẵn có trên thị trường. THÀNH PHẦN TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TẠI KCN ĐỒNG AN II Lưu lượng nước thải Ở khu công nghiệp, nước thải được kiểm soát bằng lượng nước cấp cho khu công nghiệp hoạt động. Ước tính có khoảng 90 – 95% nước cấp dùng cho sản xuất, 5 – 10% dùng cho sinh hoạt. Lưu lượng nước thải công nghiệp dao động phụ thuộc vào lượng nước được sử dụng trong sản xuất biến động theo ngày. Khu công nghiệp sử dụng nước cấp do công ty cấp nước tỉnh Bình Dương cung cấp. Nhu cầu cấp nước cho KCN hoạt động với công suất là 5.495m3/ngàyđêm. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu đi vào hoạt động các nhà máy, cơ sở sản xuất chưa lấp đầy KCN nên hiện nay nhu cầu dùng nước khoảng 3.125m3/ngày. Lượng nước thải tính bằng 80% lượng nước cấp. Từ đó có thể ước tính lượng nước thải hiện nay đây cũng là. Đây cũng là cơ sở tính toán thiết kế và xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung cho KCN trong giai đoạn 1. Giai đoạn đầu KCN xây dựng trạm xử lý nước thải với công suất 2.500m3/ngàyđêm và tiếp tục nâng cấp trạm trong tương lai cùng nhịp độ phát triển của KCN. Thành phần và tính chất nước thải Nước thải có thể chứa các chất tan, không tan, các chất vô cơ hoặc hữu cơ. Bảng 4.1: Thành phần tính chất nước thải KCN Đồng An II trước và sau xử lý STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị đầu vào QCVN 24:2009/BTNMT (loại A) 01 Nhiệt độ 0C 40 40 02 pH 6 – 9 6 – 8,5 03 BOD5 (20oC) mg/l 200 30 04 COD mg/l 300 50 05 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 250 50 06 Độ màu Pt-Co 200 20 07 Asen (As) mg/l 0.1 0.05 08 Cadmi (Cd) mg/l 0.01 0.005 09 Chì (Pb) mg/l 0.5 0,1 10 Clo dư (Cl) mg/l - 1 11 Crom (IV) (Cr4+) mg/l 0.1 0.05 12 Crom (III) (Cr3+) mg/l 1 0.2 13 Dầu mỡ khoáng mg/l 5 5 14 Dầu mỡ thực vật mg/l 20 10 15 Đồng (Cu) mg/l 2 2 16 Kẽm (Zn) mg/l 3 3 17 Mangan (Mn) mg/l 1 0.5 18 Niken (Ni) mg/l 0.5 0.2 19 Phốtpho hữu cơ mg/l 0.5 - 20 Phốt pho tổng số mg/l 6 4 21 Tetracloetylen mg/l 0.005 - 22 Thiếc (Sn) mg/l 1 0.2 23 Thuỷ ngân (Hg) mg/l 0.01 0.005 24 Tổng Nitơ mg/l 30 15 25 Tricloetylen mg/l 0.1 - 26 Amoniac (NH3) mg/l 10 5 27 Florua (F) mg/l 10 5 28 Phenol mg/l 0.5 0.1 29 Sulfua (S) mg/l 0.5 - 30 Xianua (CN) mg/l 0.1 0.07 31 Coliform MPN/100ml 5.000 3000 32 Tổng hoạt độ phóng xạ Bp/l 0.1 0.1 33 Tổng hoạt độ phóng xạ Bp/l 1 1 (Nguồn: Ban quản lý khu công nghiệp Đồng An II) Nhận xét: Bảng thành phần tính chất nước thải trước và sau xử lý cho thấy sau khi nước thải được xử lý sơ bộ tại các cơ sở sản xuất đã cơ bản đạt chỉ tiêu nguồn tiếp nhận (kênh Hòa Lợi) chỉ còn một số thông số như BOD, COD, SS, độ màu, N tổng, Coliforms còn khá cao và cần tiếp tục xử lý đạt loại A - QCVN 24:2009/BTNMT trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ PHÙ HỢP Dựa trên việc phân tích lưu lượng, thành phần nước thải, yêu cầu mức độ xử lý, điều kiện kinh tế, kỹ thuật đề xuất 2 phương án xử lý nước thải cho KCN như sau: Phương án 1 Polymer anion FeCl3 Thổi khí Thổi khí Bùn dư Bùn tuần hoàn Bơm nước thải NƯỚC THẢI HỐ THU & TRẠM BƠM Cặn rác THIẾT BỊ LƯỢC RÁC TINH CHÔN LẤP BỂ TẠO BÔNG Polymer Bùn lắng BỂ KEO TỤ BỂ LẮNG I BỂ ĐIỀU HÒA Bơm nước thải Nước dư BỂ NÉN BÙN MÁY ÉP BÙN BỂ AEROTANK BỂ LẮNG II BỂ TRUNG GIAN BỒN LỌC ÁP LỰC THÙNG CHỨA BÙN CHÔN LẤP NaOH BỂ KHỬ TRÙNG KÊNH HÒA LỢI NaOCl Hình 4.1 Sơ đồ quy trình công nghệ phương án 1 Phương án 2 Poymer anion Bùn dư Bùn tuần hoàn Bơm nước thải NƯỚC THẢI HỐ THU & TRẠM BƠM Cặn rác THIẾT BỊ LƯỢC RÁC TINH CHÔN LẤP Thổi khí BỂ TẠO BÔNG Polymer Bùn lắng BỂ KEO TỤ FeCl BỂ LẮNG I BỂ ĐIỀU HÒA Bơm nước thải Nước dư BỂ NÉN BÙN MÁY ÉP BÙN MƯƠNG OXY HÓA Thổi khí BỂ LẮNG II HỒ SINH VẬT KÊNH HÒA LỢI THÙNG CHỨA BÙN CHÔN LẤP NaOH Hình 4.2: Sơ đồ quy trình công nghệ phương án 2 So sánh 2 phương án xử lý Bảng 4.2: So sánh 2 phương án xử lý Phương án Phương án 1 (Bể Aerotank) Phương án 2 (Mương Oxy hóa) Ưu điểm - Bể Aerotank phù hợp sử dụng trong trường hợp nước thải có lưu lượng bất kì. - Hệ thống được điều khiển hoàn toàn tự động, vận hành đơn giản, ít sửa chữa. - Dễ khống chế các thông số vận hành - Hiệu quả xử lý BOD, COD khá cao - Công nghệ đơn giản, dễ vận hành và dễ bảo dưỡng - Cấu tạo đơn giản. - Không cần cán bộ vận hành có chuyên môn cao. - Hiệu quả xử lý BOD, COD, Nitơ, Photpho … cao. Nhược điểm - Lượng bùn sinh ra nhiều - Khả năng xử lý N, P không cao - Cần diện tích lớn, dung tích lớn gấp 3 – 10 lần so với aerotank xử lý nước thải cùng mức độ - Tốn nhiều năng lượng cho khuấy trộn. Phương án Phương án 1 (Bể khử trùng) Phương án 2 (Hồ sinh vật) Ưu điểm - Oxy hóa tiếp tục các chất hữu cơ còn sót lại trong nước. - Tiêu diệt gần như hoàn toàn các vi sinh vật gây bệnh. - Tốn ít diện tích - Quản lý đơn giản, dễ dàng - Phương pháp tốn ít kinh phí, đơn giản, dễ vận hành, không đòi hỏi cung cấp năng lượng. - Có khả năng làm giảm các vi sinh gây bệnh trong nước thải. - Có khả năng loại các chất hữu cơ, vô cơ tan trong nước. Nhược điểm - Tốn nhiều hóa chất - Thời gian xử lý dài ngày - Đòi hỏi mặt bằng rộng - Phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên Nhận xét: Sau khi so sánh ưu, nhược điểm 2 công nghệ xử lý thấy rằng: Phương án 1 có nhiều ưu điểm phù hợp với yêu cầu thiết kế cho trạm xử lý nước thải KCN Đồng An II về quy mô, kinh tế, quản lý, vận hành. Chính vì vậy chọn phương án 1 để tính toán thiết kế cho KCN Đồng An II công suất 2.500m3/ngàyđêm. Thuyết minh quy trình công nghệ lựa chọn Nước thải từ các cơ sở sản xuất trong KCN Đồng An II sẽ tự chảy về hố thu của nhà máy xử lý nước thải theo đường ống chính. Nước thải trước khi đi vào hố thu đi qua song chắn rác để loại bỏ những loại rác thô để bảo vệ bơm trong hố thu. Nước thải từ hố thu được luân phiên bơm bằng 2 bơm chìm lên thiết bị lược rác tinh. Thiết bị này dùng để tách các loại rác, đá, sỏi có kích thước lớn hơn 1,5mm ra khỏi nước thải. Nước thải sau khi tách rác đi vào bể điều hòa. Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và hàm lượng chất thải trong nước thải đi vào nhà máy, đồng thời hạn chế vi sinh kị khí phát triển do có gắn các đĩa phân phối khí. Nước thải từ bể điều hòa được bơm qua hệ thống xử lý hóa học bằng 2 bơm chìm. Trên đường ống dẫn vào bể keo tụ thì nước thải được châm NaOH để nâng pH của nước thải lên khoảng 9,2 - 9,7. Với pH cao thì kim loại nặng sẽ chuyển sang dạng hidroxit không tan. Nước thải tiếp tục đi vào bể keo tụ tại đây chất keo tụ FeCl3 được thêm vào để giúp quá trình keo tụ các hidroxit kim loại. Tiếp theo nước thải đi vào bể tạo bông và sự có mặt của chất trợ keo tụ là một loại polimer anion để tiếp tục làm tăng kích thước và trọng lượng bông cặn tạo thuận lợi cho quá trình lắng tiếp theo. Sau bể tạo bông là bể lắng sơ cấp (lắng I) các chất kết tủa lắng xuống đáy bể, dưới đáy bể có hệ thống cào bùn vào trung tâm đáy bể hình nón và được 2 bơm bùn luân phiên định kì bơm về bể nén bùn. Nước sau khi ra khỏi bể lắng I sẽ tự chảy về bể Aerotank. Ở đây khí được cung cấp nhờ các đĩa phân phối khí giúp cho quá trình hòa tan oxy được hiệu quả. Mục đích giai đoạn này là dựa vào hoạt động phân hủy của vi sinh vật làm giảm lượng hữu cơ trong nước thải cũng như làm đông tụ các chất thải dưới dạng keo lắng. Sinh khối vi sinh vật tăng lên đồng thời, hàm lượng chất hữu cơ giảm đi. Sau đó nước tự chảy về bể lắng thứ cấp (bể lắng II), bể lắng II có nhiệm vụ giúp cho việc lắng tách bùn hoạt tính và nước thải đã được xử lý, bùn lắng phần lớn được bơm tuần hoàn lại bể Aerotank, lượng bùn dư được bơm vào bể nén bùn. Để đảm bảo nước thải đầu ra đạt QCVN 24:2009/BTNMT, cột A, ta tiến hành lọc lại nước thải sau khi lắng. Do đó nước thải sau lắng II cho chảy vào bể chứa trung gian. Bể chứa trung gian có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng trước khi bơm lên bể lọc áp lực. Quá trình lọc xảy ra nhờ lớp áp lực nước phía trên vât liệu lọc, giữ lại những cặn lơ lửng và kết tủa chưa lắng ở các công trình trước. Sau một thời gian hoạt động, ta tiến hành rửa ngược bể lọc. Nước sau rửa lọc được đưa về bể điều hòa và thực hiện quá trình xử lý tiếp theo. Nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận phải cho qua bể khử trùng (khử trùng bằng NaOCl) nhằm loại bỏ các vi trùng gây bệnh. Mục đích của việc xử lý bùn là để ổn định khối lượng bùn thải, khử nước để làm giảm thể tích bùn. Bùn được bơm từ 2 bể lắng để phân hủy . Bùn sau đó được bơm về về máy ép bùn, trộn lẫn với 1 loại Polymer Cation để giúp bùn kết vón lại và tăng hiệu quả tách loại nước. Nước tại máy ép bùn được bơm ngược về hố thu. CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 5.1. MỨC ĐỘ CẦN THIẾT XỬ LÝ VÀ THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 5.1.1. Mức độ cần thiết xử lý Mức độ cần thiết phải xử lý hàm lượng chất lơ lửng SS SS = Trong đó: SSv: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải chưa xử lý, (mg/l) SSr: Hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước, (mg/l) Mức độ cần thiết phải xử lý hàm lượng BOD BOD = Trong đó: : Hàm lượng BOD5 trong nước thải đầu vào, (mg/l) : Hàm lượng BOD5 trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước, (mg/l) Mức độ cần thiết phải xử lý hàm lượng COD COD = Trong đó: : Hàm lượng COD trong nước thải đầu vào, (mg/l) : Hàm lượng COD trong nước thải sau xử lý cho phép xả thải vào nguồn nước, (mg/l) 5.1.2. Xác định 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: Q Lưu lượng trung bình giờ: Q= Lưu lượng trung bình giây: Q= Lưu lượng giờ lớn nhất: Chọn hệ số không điều hòa, giờ cao điểm: kmax = 1,6 Q= 104,16 x 1,6 = 166,65 (m3/h) 5.2. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 5.2.1. Bể thu gom Nhiệm vụ Tập trung nước thải từ các nhà máy trong Khu Công nghiệp về trạm xử lý. Tính toán Chọn thời gian lưu nước: t = 20 phút (10 – 60 phút) Thể tích cần thiết W = Qmax.h . t = Chọn chiều cao hữu ích của bể H = 4 (m) Chiều cao xây dựng của bể thu gom Hxd = H + hbv Với: H : Chiều cao hữu ích của bể, (m) hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m) Hxd = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Diện tích mặt bằng: A = Kích thước bể thu gom: L x B x Hxd = 4,2m x 3m x 4m Thể tích xây dựng bể: Wt = 4,2 x 3 x 4,5 = 56,7 (m3) Chọn ống dẫn nước vào bể thu gom Chọn ống dẫn nước vào với vận tốc v = 0,9(m/s), D = 500(mm) (Điều 4.6.1 TCVN 7957 – 2008) Theo điều 6.2.5 (TCVN 5957 – 2008) thì độ sâu đặt ống đối với nơi có nhiều xe cơ giới đi lại Hmin = 0,7(m). Vậy, Chọn H = 1(m). Ống dẫn nước thải sang bể điều hòa Nước thải được bơm sang bể điều hòa nhờ một bơm chìm, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2(m/s) (1 – 2,5 m/s _TCVN 51 – 2008) Tiết diện ướt của ống A = Đường kính ống dẫn nước thải ra D = (m) Chọn D = 125 (mm). Chọn máy bơm Qmax = 166,65 (m3/h) = 0,046 (m3/s), cột áp H = 10 (m). Công suất bơm: N = = 4,51 (Kw) = 6 (Hp) Trong đó: h : Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93, chọn h= 0,8 : Khối lượng riêng của nước 1.000 (kg/m3) Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm có công suất như nhau (4,5 Kw). Trong đó 1 bơm đủ để hoạt động với công suất tối đa của hệ thống xử lý, 1 bơm còn lại là dự phòng. Bảng 5.1: Tổng hợp tính toán bể thu gom Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước t Phút 20 Kích thước bể thu gom Chiều dài L mm 4.200 Chiều rộng B mm 3.000 Chiều cao Hxd mm 4.500 Đường kính ống dẫn nước thải ra D mm 125 Thể tích bể thu gom Wt m3 56,7 5.2.2. Lưới lọc tinh Nhiệm vụ Loại bỏ các hạt có kích thước nhỏ hơn 1mm giúp bảo vệ thiết bị trước khi đưa vào bể điều hoà. Lưới lọc tinh được đặt trước bể điều hòa, lưới được làm bằng vật liệu Inox có kích thước L x B = 1m x 0,5m . Tính toán Đặc điểm lưới lọc tinh - Loại lưới: Cố định. - Số lượng: 1 lưới. - Đường kính mắt lưới: 1,5 mm. Hàm lượng SS và BOD5, COD sau khi qua lưới lọc tinh giảm: = x (1 – 5%) = 250 x 0,95 = 237,5 (mg/l) = x (1 – 5%) = 200 x 0,95 = 190 (mg/l) = x (1 – 5%) = 300 x 0,95 = 285 (mg/l) 5.2.3. Bể điều hòa 5.2.3.1. Nhiệm vụ Điều hoà lưu lượng và nồng độ, tránh cặn lắng và làm thoáng sơ bộ. 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. 5.2.3.2. Tính toán Chọn thời gian lưu nước của bể điều hoà t = 4h (4 – 12h) Thể tích cần thiết của bể: W = x t = = 416,66 (m3) Chọn chiều cao hữu ích của bể: H = 4m. Diện tích mặt bằng: A =. Chọn L x B = 11m x 10m Chiều cao xây dựng của bể: Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 (m) Với: H : Chiều cao hữu ích của bể, (m) hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m) Kích thước của bể điều hoà: L x B x Hxd = 11m x 10m x 4,5m Thể tích thực của bể điều hòa: Wt = 11 x 10 x 4,5 = 495 (m3) Tính toán hệ thống đĩa, ống, phân phối khí Hệ thống đĩa Chọn khuấy trộn bể điều hoà bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn: qkhí = R x Wdh(tt) = 0,012 (m3/m3.phút) x 416,66 (m3) = 5 (m3/phút) = 300 (m3/h) = 5.000 (l/phút). Trong đó: R : Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 (l/m3.phút). Chọn R = 12 (l/m3.phút) = 0,012 (m3/m3.phút) (Nguồn[6]: Bảng 9 – 7) Wdh(tt) : Thể tích hữu ích của bể điều hoà, (m3) Chọn khuếch tán khí bằng đĩa bố trí dạng lưới. Vậy số đĩa khuếch tán là: n = = 71,42 (đĩa) Trong đó: r : Lưu lượng khí, chọn r = 70 (l/phút) (r =11 – 96 l/phút)_( Nguồn[6]: Bảng 9 – 8) Chọn đường kính thiết bị sục khí d = 170mm. Chọn đường ống dẫn Với lưu lượng khí qkk = 5 (m3/phút) = 0,0833 (m3/s) và vận tốc khí trong ống vkk= 10 – 15 (m/s) có thể chọn đường kính ống chính D = 90mm. Tính lại vận tốc khí trong ống chính: vc = = 13,05 (m/s) => thoả mãn vkk= 10 – 15 (m/s) (Nguồn[3]) Đối với ống nhánh có lưu lượng qnh = = 0,009255 (m3/s) và chọn đường kính ống nhánh dnh = 34 (mm) ứng với vận tốc ống nhánh: vn = = 10,19 (m/s) => thoả mãn (vkk= 10 – 15 m/s) (Nguồn[3]) Áp lực và công suất của hệ thống nén khí Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo công thức: Htc = hd + hc + hf + H 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, hc thường không vượt quá 0,4m hf : Tổn thất qua thiết bị phân phối , hf không vượt quá 0,5m H : Chiều cao hữu ích của bể điều hoà, H = 4 m Do đó áp lực cần thiết là: Htt = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 (m) => Tổng tổn thất là 4,9 (m) cột nước Áp lực không khí sẽ là: P = Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau: N = = = 8,364 (Kw) = 11,3 (Hp) Trong đó: qkk : Lưu lượng không khí, (m3/s) n : Hiệu suất máy thổi khí, n = 0,7 – 0,9, chọn n = 0,8 k : Hệ số an toàn khi sử dụng trong thiết kế thực tế, chọn k = 2. Chọn 2 máy thổi khí công suất 12 Hp (2 máy hoạt động luân phiên) Tính toán các ống dẫn nước ra khỏi bể điều hoà Nước thải được bơm sang bể keo tụ nhờ một bơm chìm, lưu lượng nước thải 104,16 m3/h, với vận tốc nước chảy trong ống là v = 2m/s, đường kính ống ra: Dr = = 0,135 (m) Chọn ống nhựa uPVC có đường kính =150mm. Chọn máy bơm nước từ bể điều hòa sang keo tụ Các thông số tính toán bơm Lưu lượng mỗi bơm QTB = 2.500 (m3/ngày) = 0,029 (m3/s) Sử dụng hai bơm hoạt động luân phiên để bơm nước thải từ bể điều hòa lên bể keo tụ. Thiết bị đi kèm với bơm gồm: đường ống dẫn nước chiều dài ống L = 10m, một van, ba co 900, một tê. Công suất của bơm: Trong đó: :Khối lượng riêng chất lỏng =1.000 (kg/m3) : Là lưu lượng trung bình giờ nước thải H :Là chiều cao cột áp (tổn thất áp lực) (m) g :Gia tốc trọng trường g = 9,81 (m/s2) : Là hiệu suất máy bơm = 0,73 - 0,93 chọn = 0,8 Xác định chiều cao cột áp của bơm theo định luật Bernulli: H = Hh + = Hh + Ht + Hd +Hcb Trong đó: Hh : Cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học, (m). Ht : Tổn thất áp lực giữa hai đầu đoạn ống hút và ống đẩy, (m). Hd : Tổn thất áp lực dọc đường, (m) Hcb: Tổn thất áp lực cục bộ, (m) Xác định cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học: Hh = Z1 – Z2 = 4,5 (m) Trong đó: Z1 : Chiều cao đẩy (độ cao bể điều hòa) Z1 = 4,5 (m) Z2 : Chiều cao hút, Z2 = 0 (m) Xác định tổn thất áp lực gữa hai đầu đoạn ống hút và ống đẩy: Trong đó: p1, p2 : Áp suất ở hai đầu đoạn ống p1 = p2. : Khối lượng riêng của nước thải Suy ra Ht = 0 Xác định tổn thất áp lực dọc đường: Hd = i x L Tổn thất theo đơn vị chiều dài. Với Q = 28,93 (l/s) và đường kính ống D =150 (mm) tra bảng tra thủy lực đối với ống nhựa ta được vận tốc trong ống v = 0,7 (m/s), 1000i = 2,19. Tổn thất cục bộ: Hcb = Tổn thất qua van z= 1,7, có 1 van Tổn thất qua co 900 z= 0,5, có 3 co Tổn thất qua tê z= 0,6, có 1 tê. V : Vận tốc nước chảy trong ống, V = 0,7 (m/s). H = 4,5 + = 4,6 (m). Chọn cột áp bơm H = 10 (m) = 4,7 (Hp) Chọn bơm nước thải bể điều hòa Chọn bơm chìm, được thiết kế 2 bơm có công suất như nhau (3,55 Kw). Trong đó 01 bơm đủ để hoạt động với công suất tối đa của hệ thống xử lý, bơm còn lại là dự phòng. Các bơm tự động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ lâu bền. Hàm lượng BOD5, COD sau khi qua bể điều hòa = x (1 – 10%) = 190 x 0,9 = 171 (mg/l) = x (1 – 10%) = 285 x 0,9 = 256,5 (mg/l) Bảng 5.2: Tổng hợp tính toán bể điều hoà Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước của bể điều hoà T h 6 Kích thước bể điều hoà Chiều dài L mm 11.000 Chiều rộng B mm 10.000 Chiều cao hữu ích H mm 4.000 Chiều cao xây dựng Hxd mm 4.500 Số đĩa khuyếch tán khí n đĩa 72 Đường kính ống dẫn khí chính D mm 90 Đường kính ống nhánh dẫn khí dn mm 34 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể Dr mm 150 Thể tích bể điều hòa Wt m3 495 Công suất máy nén khí N Kw 8,364 5.2.4. Bể keo tụ Nhiệm vụ Xáo trộn đều các chất keo tụ với nước thải nhằm tăng hiệu quả keo tụ tạo bông. Tính toán Chọn: Thời gian khuấy trộn t = 10 phút (t = 10 – 15 phút)_(Nguồn: Điều 8.21.8 TCVN 7957 – 2008) Thể tích bể trộn cần: W = Q x t = 2500 (m3/ngày) x = 17,36 (m3) Chọn bể keo tụ hình vuông, kích thước bể: 2,8m x 2,8m x 2,4 m Chiều cao xây dựng bể: Hxd = h + hbv = 2,4 + 0,5 = 2,9 (m) Thể tích thực của bể keo tụ: Wt = 2,8 x 2,8 x 2,9 = 22,7 (m3) Đường kính cánh khuấy D ½ chiều rộng bể, chọn D = = 1,4 (m) Máy khuấy đặt cách đáy một khoảng : h = D = 1,4 (m) Chiều rộng bản cánh khuấy = = 0,28 (m) = 280 (mm) Chiều dài bản cánh khuấy = = 0,35 (m) = 350 (mm) Vậy năng lượng cần truyền vào nước: P = G2 x W x Trong đó: G : Cường độ khuấy trộn, G = 600 (s-1) (Nguồn: Điều 8.21.9 TCVN 7957 – 2008) W : Thể tích bể, W = 17,36 (m3) : Độ nhớt động học của nước, ở 25oC = 0,9.10-3 (Ns/m2) Hiệu suất động cơ chỉ đạt H = 0,8 nên công suất động cơ: N = 7,031 (Kw) Xác định số vòng quay của máy khuấy: n = Trong đó: P : Năng lượng khuấy trộn, (J/s) K :Hệ số sức cản của nước, chọn cánh khuấy tuabin 4 cánh nghiêng 45o, ta có K= 1,08 : Khối lượng riêng của nước, (kg/m3) D : Đường kính cánh khuấy, D = 1,4 (m) (vòng/s) 63,6 (vòng/phút) Kiểm tra số Reynold: NR= > 10.000 Vậy đường kính máy khuấy và số vòng quay đã chọn đạt chế độ chảy rối. Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể keo tụ Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7 (m/s) Lưu lượng nước thải: Q = 104,16 (m3/h). Đường kính ống là: D = ==0,23 (m) = 250 (mm) Chọn ống nhựa uPVC có đường kính = 250mm Bảng 5.3: Tổng hợp tính toán bể keo tụ Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước bể trộn t phút 10 Kích thước bể trộn Chiều dài L mm 2.800 Chiều rộng B mm 2.800 Chiều cao xây dựng H mm 2.900 Đường kính ống dẫn nước ra khỏi bể D mm 250 Thể tích bể trộn Wt m3 22,7 5.2.5. Bể tạo bông 5.2.5.1. Nhiệm vụ Là nơi phản ứng keo tụ, tạo bông xảy ra hình thành những bông cặn lớn giúp quá trình lắng tại bể lắng I có hiệu quả cao hơn. 5.2.5.2. Tính toán Dung tích bể W = Q x t = 104,16 (m3/h) x 30 (phút/60 phút/h) = 52,08 (m3) Trong đó: Q : Lưu lương nước thải trung bình giờ, (m3/h) T : Thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30phút (t = 20 ¸ 30 phút) (Nguồn: Điều 8.21.8 TCVN 7957 – 2008) Theo chiều dài của bể ta chia làm 3 buồng bằng 2 vách ngăn hướng dòng dày 100mm theo phương thẳng đứng, kích thước chiều rộng và chiều cao của mỗi buồng là: 2,8m x 2,5m Tiết diện ngang của ngăn phản ứng: f = b x h = 2,8 x 2,5 = 7 (m2) Chiều dài bể: L = Chiều dài mỗi buồng: l = 2,5 (m) Dung tích mỗi buồng: 2,5m x 2,8m x 2,5m = 17,5 (m3) Tổng chiều cao bể ứng với chiều cao bảo vệ bằng 0,3m: Htc = 2,5 + 0,3 = 2,8 (m) Tổng chiều dài bể ứng với 3 vách ngăn 100mm và 1 ngăn thu nước 600mm: Ltc = 7,5 + (3 x 0,1) + 0,6 = 8,4 (m) Thể tích thực của bể tạo bông: Wt = 8,4 x 2,8 x 2,8 = 65,85 (m3) Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay, 4 cánh khuấy và 8 bản cánh đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng. Chọn chiều dài bản cánh là: 1m Chiều rộng bản cánh: 0,1m Tổng diện tích bản cánh: fc = 0,1 x 1 x 8 = 0,8 (m2) Cánh khuấy đặt ở khoảng cách tính từ mép ngoài đến tâm trục quay là R2 = 0,6m; R1 = 0,4m Cường độ khuấy trộn Buồng phản ứng 1 Dung tích 12,7 m3 Chọn tốc độ của guồng khuấy n = 12 (vòng/phút). Tốc độ tương đối của bản khuấy so với nước: v1 = 0,37 (m/s) v2 = 0,56 (m/s) Công suất cần thiết để quay cánh khuấy: N = 51 x C x fc x (v13 + v23) Trong đó: N :Công suất, (W) fc :Tổng diện tích của bản cánh quạt, fc = 0,8 (m2) C :Hệ số trở lực của nước phụ thuộc vào tỉ số dài/rộng C = 1,2 Vậy: N = 51 x 1,2 x 0,8 x (0,373 + 0,563) = 11,07 (W) Gradient vận tốc trung bình: G = Trong đó: G : Gradient vận tốc trung bình, (s-1) N : Nhu cầu năng lượng, (W) m : Độ nhớt động lực học, (N.S/m2). Ở 25oC, m = 0,0092 (N.S/m2) W : Thể tích buồng tạo bông, (m3) G = = 83 (s-1) < 100 (s-1) à thoả (Nguồn[1]) Buồng đầu G = 80 – 100 (s-1) (Nguồn[1]) Buồng phản ứng 2 Dung tích 17,5 (m3) Tốc độ quay của guồng khuấy n = 10 (vòng/phút) Tốc độ chuyển động tương đối của bản cánh khuấy so với nước: v1 = = 0,314 (m/s) v2 = = 0,471 (m/s) Công suất cần thiết để quay cánh khuấy: N = 51 x 1,2 x 0,8 x (0,3143 + 0,4713) = 5,06 (W) Gradient vận tốc trung bình: G = = 56 (s-1): thoả (Nguồn[1]) Buồng hai G = 40 – 80 (s-1) (Nguồn[1]) Buồng phản ứng thứ 3 Dung tích 17,5 (m3)