Khóa luận Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải khu nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao Tiến Hùng

hương án 1 Nước tuần hoàn hoàn Song chắn rác Hố thu gom Máy thổi khí Bể điều hoà Bể lắng 1 Bùn thải Bể chứa Bùn thải Bể UASB Bùn tuần hoàn Bể Anoxic Máy thổi khí Bể Aerotank Nước tuần hoàn Bể nén bùn Bể lắng 2 Ghi chú Đường nước Đuờng bùn Đường khí Đường hóa chất Đường hoá chất Máy ép bùn Bể keo tụ tạo bông Bể lắng 3 dung dịch khử trùng Bể khử trùng Nguồn thải (QCVN 24-2009/BTNMT) Thuyết minh quy trình công nghệ theo phương án 1 Toàn bộ nước thải từ các khu chức năng được dẫn theo cống thoát nước thải về trạm xứ lí tập trung tới hố thu gom qua song chắn rác để giữ lại và loại bỏ các loại rác và phân tươi có kích thước lớn. Sau đó, nước thải tiếp tục được bơm vào bể điều hoà. Tại bể điều hoà, nước thải sẽ được ổn định về lưu lượng, nồng độ. Do thời gian lưu nước là 6 giờ, nên ở bể điều hoà có hệ thống xáo trộn bằng khí nén. Sau thời gian lưu nước, nước thải sẽ được chảy vào bể lắng đứng đợt 1. Tại đây, những tạp chất thô không hoà tan, có khả năng lắng sẽ được lắng xuống ở đáy bể nhờ trọng lượng riêng của các tạp chất thô lớn hơn trọng lượng riêng của nước. Nước thải lưu trong bể lắng đợt 1 thời gian được bơm vào bể UASB, bùn lắng được bơm ra sân phơi bùn. Tại bể UASB, nước thải được bơm vào bể và được phân bố đều từ dưới lên, nước thải tiếp xúc với bùn hạt có trong bể, các chất hữu cơ sẽ được phân hủy nhờ các vi sinh vật kỵ khí, trong bể có lắp tấm chắn khí – lỏng - rắn, khí sẽ theo ống thu khí ra ngồi, dòng nước theo máng thu ra ngoài, bùn sau khi tách pha sẽ được lắng xuống lại, nước thải theo máng chảy tràn qua bể Anoxic. Tại bể Anoxic, lượng nước và bùn tuần hoàn sẽ được khuấy trộn nhờ cánh khuấy lắp trong bể, nhằm tạo điều kiện xử lí nitơ và giúp khí N2 giải phóng ra khỏi nước dễ dàng. Sau đó nước sẽ theo đường ống chảy sang bể Aerotank. Tại bể Aerotank, lượng nước thải kết hợp với bùn hoạt tính tuần hoàn từ bể lắng đợt 2 và lượng oxy cho vào bể nhờ máy thổi khí để thực hiện quá trình oxy hố những chất hữu cơ dễ bị oxy hoá Sau thời gian làm việc 10 giờ, nước thải sẽ được chảy vào bể lắng đứng đợt 2. Tại bể này, lượng bùn cặn sẽ lắng xuống và được bơm vào bể nén bùn, một phần lượng bùn sẽ được tuần hoàn trở lại bể Aerotank đảm bảo lượng vi sinh trong bể. Sau khi ra khỏi bể lắng đứng đợt 2, nước thải sẽ được qua bể keo tụ tạo bông, nhằm loại bỏ các tế bào chứa lượng phosphor sau khi qua quy trình xử lí sinh học yếm khí tiếp nối quy trình hiếu khí. Khi biến các tế bào này liên kết với nhau thành bông cặn lắng xuống đáy khi qua bể lắng, phospho chứa trong cặn sẽ được đưa đến bể nén bùn. Phần nước sau khi lắng tiếp tục chảy đến bể khử trùng, nước được khử trùng bằng chlorua và được tiếp xúc với thời gian lưu nước là 30 phút. Sau khi ra khỏi bể khử trùng, nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải sau đó được xả vào nguồn tiếp nhận. Bùn thải từ các bể sẽ được đưa vào bể nén bùn, tại đây độ ẩm sẽ giảm xuống một lượng lớn, nước tách bùn sẽ được tuần hoàn về hố thu gom, bùn thải sẽ được đưa về hố thu bùn và sẽ được các đơn vị thu gom định kỳ. Nguồn thải Phương án 2 Nước tuần hoàn hoàn Song chắn rác Hố thu gom Máy thổi khí Bể điều hoà Bùn thải Bể lắng 1 Bể chứa Bùn thải Nước tuần hoàn Bể UASB Máy thổi khí Bể SAF Bể nén bùn Bể lắng 2 dung dịch khử trùng Máy ép bùn Bể khử trùng Ghi chú Đường nước Đuờng bùn Đường khí Đường hóa chất Đường hoá chất Nguồn thải (QCVN 24-2009/BTNMT) Thuyết minh quy trình công nghệ theo phương án 2 Toàn bộ nước thải từ các khu chức năng được dẫn theo cống thoát nước thải về trạm xử lí tập trung tới hố thu gom qua song chắn rác để giữ lại và loại bỏ các loại rác và phân tươi có kích thước lớn. Sau đó, nước thải tiếp tục được bơm vào bể điều hoà. Tại bể điều hoà, nước thải sẽ được ổn định về lưu lượng, nồng độ. Do thời gian lưu nước là 6 giờ, nên ở bể điều hoà có hệ thống xáo trộn bằng khí nén. Sau thời gian lưu nước, nước thải sẽ được chảy vào bể lắng đứng đợt 1. Tại đây, những tạp chất thô không hoà tan sẽ được giữ lại ở đáy bể nhờ trọng lượng riêng của các tạp chất thô lớn hơn trọng lượng riêng của nước nên lắng xuống đáy bể. Nước thải lưu trong bể lắng đợt 1 thời gian được bơm vào bể UASB, bùn lắng được bơm ra sân phơi bùn. Tại bể UASB, nước thải được bơm vào bể và được phân bố đều từ dưới lên, nước thải tiếp xúc với bùn hạt có trong bể, các chất hữu cơ sẽ được phân hủy nhờ các vi sinh vật kỵ khí, trong bể có lắp tấm chắn khí – lỏng - rắn, khí sẽ theo ống thu khí ra ngoài, dòng nước theo máng thu ra ngoài, bùn sau khi tách pha sẽ được lắng xuống lại, nước thải theo máng chảy tràn qua bể chứa, sau đó được bơm vào bể lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước. Tại bể bể lọc, lượng nước thải tiếp xúc với vi sinh vật dính bám trên lớp vật liệu lọc, các chất hữu cơ sẽ được phân hủy bằng vi sinh vật hiếu khí có trong bể, sau đó nước được chảy tràn qua bể lắng đợt 2 và lượng oxy cho vào bể nhờ máy thổi khí để thực hiện quá trình oxy hoá những chất hữu cơ dễ bị oxy hoá. Tại bể lắng 2, lượng bùn cặn sẽ lắng xuống và được bơm vào bể chứa bùn, một phần lượng bùn sẽ được tuần hoàn một phần trở lại bể lọc đảm bảo lượng vi sinh trong bể. Sau khi ra khỏi bể lắng đứng đợt 2, nước thải sẽ được khử trùng bằng chlorua và được tiếp xúc với thời gian lưu nước là 30 phút. Sau khi ra khỏi bể tiếp xúc khử trùng, nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải, được xả vào nguồn tiếp nhận. Bùn thải từ các bể sẽ được đưa vào bể nén bùn, tại đây độ ẩm sẽ giảm xuống một lượng lớn, nước tách bùn sẽ tuần hoàn về hố thu gom, bùn thải sẽ được đưa vào bể chứa bùn và được thu gom định kì. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH 5.1 Tính toán công trình đơn vị theo phương án 1 5.1.1 Song chắn rác Chức năng Loại bỏ các rác, cặn có kích thước lớn (giấy, rau, cỏ, rác,…) nhằm đảm bảo an toàn cho máy bơm, các công trình và các thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Vật liệu Mương dẫn được xây dựng bằng bê tông cốt thép Thanh chắn bằng Inox không gỉ Tính toán h1 h 𝛼 A - A Bk Bs l1 ls l2 Hình 5.1: Mương đặt song chắn rác Lưu lượng nước thải theo giờ lớn nhất: Qmaxh = Qtbh * kh = 50024 * 2.5 = 52 (m3/h) = 0.01 (m3/s) Trong đó: kh : hệ số vượt tải theo thời gian lớn nhất ( k = 1.5 ÷ 3.5) Chọn kh = 2.5 ( Lâm Vĩnh Sơn - 2008) Số lượng khe hở: n = Qmaxvs ×b×h1 x kz Trong đó: Qmax: lưu lượng lớn nhất của dòng thải, Qmax = 0.01 m3/s b: khoảng cách giữa hai thanh (b = 16 ÷ 25mm), chọn b = 16 mm = 0.016 m kz: hệ số tính đến sự thu hẹp của dòng chảy, kz = 1.05 (Hoàng Huệ - 1996) h1: chiều sâu mực nước qua song chắn h1 = QBk × vs = 0.010.2 x 0.8 = 0.06 (m) Trong đó: Bk: bề rộng mương dẫn, chọn Bk = 0.2 m (Lâm Vĩnh Sơn - 2008 ) vs: vận tốc nước thải qua song chắn rác, vs = 0.6 ÷1. Chọn vs = 0.8 m/s. Vậy: n = Qmaxvs ×b×h1 x kz = 0.010.8 × 0.016 ×0.06 = 13.2 Chọn 14 khe hở Chiều rộng song chắn rác: bs = s * ( n -1 ) + b * n Trong đó: s: bề dày của thanh chắn rác, s = 8 ÷ 10 mm. Chọn s = 10 mm = 0.01 m (Lâm Vĩnh Sơn - 2008) n -1 : số thanh của song chắn rác Vậy: Bs = 0.01 x (14 - 1) + 0.016 x 14 = 0.354 (m) Chọn Bs = 0.4 (m) Kiểm tra lại tốc độ dòng chảy ở phần mở rộng trước song chắn. Vận tốc này không đượng nhỏ hơn 0.4 (m/s). (Hoàng Huệ - 1996) vs = QmaxBs × h1 = 0.010.4 ×0.06 = 0.41 (m/s) → đạt yêu cầu Tổn thất áp lực qua song chắn rác hs = E * ( v2max * k/2g ) Trong đó: vmax: vận tốc nước thải trước song chắn ứng với Qmax, vmax = 0.6 m/s g: gia tốc trọng trường (m/g2) k: hệ số tính đến sự gia tăng tổn thất áp lực do rác bám, k= 2 ÷ 3. Chọn k = 2. E: hệ số tổn thất áp lực cục bộ, được xác định theo công thức x = β ×(sb)43 × sinα Suy ra: x = 2.42 x 0.010.016 4/3 x sin 60o = 1.11 sin 𝛼 = sin 60o (góc nghiêng 60 ÷ 90o) b = 2.42 b = 1.83 b = 1.67 b = 1.97 b = 0.62 Hình 5.2: Các tiết diện của thanh đan b: hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của song chắn rác Chọn b = 2.42 Vậy: hs = E * (v2max * k/2g) = 1.11 x (0.62 x 2/2 x 9.81) = 0.04 (m) = 4 (cm) Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác H = h1 + hs + hbv Trong đó: h1: chiều sâu lớp nước qua song chắn, h1 = 0.06 m hs: tổn thất áp lực của song chắn, hs = 0.04 m hbv: chiều sâu bảo vệ, hbv = 0.5 m. Vậy : H = 0.06 + 0.04 + 0.5 = 0.6 (m) Chiều dài của ngăn mở rộng trước song chắn rác L1= Bs - Bk2tgα Trong đó : Bk: chiều rộng của mương dẫn nước thải vào, Bk = 0.2 m ( Lâm Vĩnh Sơn – 2008) Chọn góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác là 200 Vậy: L1 = Bs-Bk2tgα = 0.354-0.22tg 20 = 0.212 (m). Chọn L1 = 0.2 m Chiều dài phần mở rộng sau song chắn rác: L2 = 0.5 x L1 = 0.1 (m) Chiều dài xây dựng mương đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + Ls Trong đó : Ls: chiều dài phần mương đặt song chắn rác Ls = La + 1 Với La = H tg = 0.6tg60o = 0.35 (m) Ls = 0.35 + 1 = 1.35 (m) Vậy: L = 0.2 + 0.1+ 1.35 = 1.65 (m) STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài mương L m 1.7 2 Chiều rộng mương Bs m 0.4 3 Chiều sâu mương H m 0.8 4 Số thanh song chắn rác n-1 thanh 13 5 Số khe n khe 14 6 Kích thước khe b mm 16 7 Bề rộng thanh S mm 10 8 Góc nghiêng độ 60 9 Góc mở rộng trước SCR 𝛼 độ 20 10 Chiều dài mở rộng trước SCR L1 m 0.21 11 Chiều dài mở rộng sau SCR L2 m 0.1 Bảng 5.1: Các thông số thiết kế song chắn rác 5.1.2 Hố thu gom Chức năng Đảm bảo cột nước tối thiểu cho bơm nước thải đầu vào, lắng cát, chất lơ lửng có kích thước lớn, đảm bảo cao độ cho hệ thống thoát nước tự chảy. Vật liệu Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép Tính toán t: thời gian lưu nước 10 ÷ 60 phút, t = 15 phút ( Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân - 2002) Qhmax: lưu lượng nước thải (m3/h) Thể tích bể tiếp nhận Vb = Qhmax x t = 52 x 1560 = 13 (m3) Chọn chiều sâu hữu ích h = 1.5 m Chiều cao an toàn hf = 0.5 m Chiều sâu tổng cộng H = h + hf = 1.5 + 0.5 = 2 (m) Kích thước hầm bơm tiếp nhận: B x L = 132 = 6.5 (m2) Chọn L = 6.5 m, B = 2 m Thông số xây dựng bể: B x L x H = 2m x 6.5m x 2m Đường kính ống dẫn nước thải từ bể gom qua bể điều hòa, lấy bằng nhựa PVC đường kính ống dẫn đầu ra của bơm Ø 90. Chiều cao mực nước cao nhất và thấp nhất để bơm hoạt động (Hoàng Huệ -1996) Mực nước tối đa trong hầm bơm lấy bằng cốt đáy cống dẫn tới, chính là chiều sâu mương dẫn nước thải (so với mặt đất ) đặt song chắn rác chọn bằng 0.8 m Mực nước tối thiểu trong hầm bơm được xác định như sau Theo quy định, mực nước tối thiểu trong bể chứa cao hơn miệng ống hút 0.5m Tính bơm Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được xác định Htp = Hh + Ht+ Hd Trong đó: Htp: áp lực toàn phần Hh : chiều cao hình học bơm nước lấy sơ bộ bằng 3.1 m Hh = Z2 – Z1 Z2: cốt cao nhất mà ống phải dẫn tới Z1: cốt mực nước thấp nhất ở bể chứa Ht: tổn thất áp lực từ hầm bơm, lấy sơ bộ 1.5 m Hd: tổn thất p lực trong ống dẫn, lấy bằng 0.5 m Vậy : H = 2.7 + 1.5 + 0.5 = 5 (m) Chọn H = 5 (m) Công suất của máy bơm N = đ × g × H × Q1000 × E Với : Q: lưu lượng nước thải (m3/s) đ: khối lượng riêng của chất lỏng ( nước đ = 1000 kg/m3) H: cột áp của bơm, mH2O E: hiệu suất của bơm, E = 0.73 ÷ 0.93 → chọn E = 0.85 Vậy: N = 1000 × 9.81 × 5 × 0.00571000 × 0.85 = 0.32 (kw) Lý thuyết Q = 52 (m3/h) H = 5 m N = 0.32 kw Thực tế Nhà sản xuất: EBARA Model: AF-55AU N = 5.5 kw H = 10.5m Q = 60 (m3/h) STT Tên thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị 1 Chiều rộng hố thu L m 2 2 Chiều dài hố thu B m 6.5 3 Chiều sâu hố thu H m 2 4 Đường kính ống dẫn nước vào D 90 mm Bảng 5.2: Các thông số thiết kế hố thu gom 5.1.3 Bể điều hoà Chức năng Nước thải từ bể thu gom được đưa về̀ bể điều hoà. Trong bể có bố trí hệ thống sục khí liên tục nhằm mục đích điều hòa lưu lượng và hòa trộn đều nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. Vật liệu Bể điều hoà được xây dựng bằng vật liệu bê tông cốt thép Tính toán Lưu lượng nước thải trung bình Q = 500 m3/ngày và trạm xử lý nước thải hoạt động liên tục 24/24 giờ. Thể tích bể điều hoà: V = Qhtb x t = 21 x 8 = 168 (m3) Trong đó: Qhtb: lưu lượng trung bình giờ, m3/h t: thời gian lưu nước (t = 4 ÷ 12h). Chọn t = 8h (Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân - 2002) Diện tích bể điều hoà xác định: F = Vh = 1688 = 21 (m2) Ta chọn L x B = 7m x 3.8m Chọn chiều cao bể điều hoà h = 4 m Chọn chiều cao bảo vệ là 0.5m Vậy chiều cao tổng cộng: H = 4 + 0.5 = 4.5 (m) Thể tích thực bể điều hoà: Vbể = L * B * H = 7m * 3.8m * 5m = 133 (m3) Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hoà Để tránh hiện tượng lắng cặn và ngăn chặn mùi trong bể điều hòa cần cung cấp một lượng khí thường xuyên. Lượng khí cấp cho bể: Qk = qkk * V bể = 0.015 * 133 * 60 = 119.7 m3/h = 2 m3/phút = 0.03 m3/s qkk: tốc độ cấp khí trong bể điều hoà, qkk = 0.01 ÷ 0.015 m3/m3.phút Chọn qkk =15 lít/m3.phút = 0.015 m3/m3.phút Vbể: thể tích bể điều hoà Lưu lượng khí cấp cho bể Chọn đĩa phân phối có đường kính 170mm Chọn vận tốc khí khi đi qua 1 đĩa phân phối v = 6 ÷ 8 m/h Chọn v = 7 m/h Qk7 = 94.57 = 13.5 Chọn số đĩa: 15 Ống phân phối khí: Vận tốc khí trong ống: v = 10 ÷ 15m/s. Chọn v = 10 m/s Đường kính ống phân phối khí chính: Dống = Qkhi ×4v × π = 0.03 ×410 ×3.14 = 0.06 (m) = 60 (mm) Chọn ống PVC Ø 60 Chọn hệ thống cấp khí bằng nhựa PVC có đục lỗ, hệ thống gồm 1 ống chính, 3 ống nhánh. Khoảng cách giữa các ống nhánh 1.75m. Ống được phân phối dọc theo chiều dài của bể, cách thành bể 1.75m, cách đáy bể 0.15m. H = 2.5m Hbv = 0.5m L = 7 m B = 3m Hình 5.3: Sơ đồ dàn ống phân phôi khí bể điều hoà Tiết diện ống khí nhánh Dnhánh = Qnhánh ×4v × π = 0.01 ×410 ×3.14 = 0.01 (m) = 10 (mm) Chọn ống PVC Ø14 Qnhánh: lưu lượng khí trên ống nhánh, Qnhánh = Qkhí3 = 94.53 = 0.01 (m3/s) Đường kính các lỗ phân phối khí vào bể điều hòa: dlỗ = 2 ÷ 5 mm Chọn dlỗ = 5mm Vận tốc khí qua lỗ phân phối khí: Vlỗ: 15 ÷ 20 (m/s) Chọn Vlỗ = 15 m/s Lưu lượng khí qua 1 lỗ phân phối qlỗ = Vlỗ × π × d2 ×36004 = 15 ×3.14 ×0.0052 ×36004 = 1.06 (m3/h) Số lỗ trên 1 ống N = qốngqlỗ = 0.025 ×36001.06 = 85 (lỗ) Số lỗ trên 1m chiều dài ống: n = 854 = 21.25 lỗ Chọn n = 22 lỗ. 3mm 14mm 45mm Hình 5.4: Ống nhánh phân phôi khí bể điều hoà Tính toán máy thổi khí Áp lực cần thiết cho hệ thống thổi khí được xác định theo công thức Ho = hd + hc + hf + H = 0.4 + 0.5 + 4 = 4.9 (m) Trong đó: hc: tổn thất p lực cục bộ của ống phân phối khí hd: tổn thất p lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m Tổn thất hd + hc ≤ 0.4 m. Chọn hd + hc = 0.4 m hf: tổn thất p lực qua thiết bị phân phối , hf ≤ 0.5 m. Chọn hf = 0.5 m H: chiều cao hữu ích, H = 4 m Áp lực của máy thổi khí tính theo Atmotphe p2 = 10.33 + Hd10.33 = 10.33 + 4.910.33 = 1.47 (atm) Xác định công suất máy nén khí Pmáy = Trong đó: Pmáy: công suất yêu cầu của máy nén khí, kw Qk: lưu lượng không khí cần cung cấp (m3/s) η: hiệu suất máy bơm, chọn η = 75% = 0.75 p: áp lực của khí nén Pmáy = 34400 × 1.470.29 – 1×0.03102 × 0.75 = 1.6 (kw) Lý thuyết Q = 1.6 (m3/phút) H = 4.9 m Thực tế (chọn theo catalog) Nhà sản xuất Model: BE50E 2B Q = 1.51 (m3/phút) H = 5.1 m N = 2.5 (kw) Hình 5.5: Sơ đồ hệ thống sục khí bể điều hoà Đường kính dẫn nước ra khỏi bể Chọn vận tốc nước thải trong ống: v =1 m/s Lưu lượng nước thải: Q = 500 m3/ng.đ = 5.7 10-3 m3/s Chọn loại ống nước thải là ống PVC, đường kính của ống Dvào = 4 × Qv × π = 4 ×5.7 × 10-31 ×3.14 = 0.08 (m) = 80 (mm) Chọn ống PVC có Ø 90 Tính bơm bể điều hòa Chiều cao mực nước cao nhất và thấp nhất để bơm hoạt động (Hoàng Huệ -1996) Mực nước tối đa trong bể điều hòa lấy bằng cốt đáy bể dẫn tới, chính là chiều sâu bể điều hòa. Mực nước tối thiểu trong hầm bơm được xác định như sau Theo quy định, mực nước tối thiểu trong bể chứa cao hơn miệng ống hút 0.5m Tính bơm Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được xác định Htp = Hh + Ht+ Hd Trong đó Htp: áp lực toàn phần Hh : chiều cao hình học bơm nước lấy sơ bộ bằng 4.2 m Hh = Z2 – Z1 Z2: cốt cao nhất mà ống phải dẫn tới Z1: cốt mực nước thấp nhất ở bể chứa Ht: tổn thất áp lực từ hầm bơm, lấy sơ bộ 1.5 m Hd: tổn thất p lực trong ống dẫn, lấy bằng 0.5 m Vậy H = 4.2 + 1.5 + 0.5 = 6.2 (m) Chọn H = 6.2 (m) Công suất của máy bơm: N = đ × g × H × Q1000 × E Với Q: lưu lượng nước thải (m3/s) đ: khối lượng riêng của chất lỏng ( nước đ = 1000 kg/m3) H: cột áp của bơm, mH2O E: hiệu suất của bơm, E = 0.73 ÷ 0.93 → chọn E = 0.85 Vậy: N = 1000 × 9.81 × 6.2 × 0.00571000 × 0.85 = 0.4 (kw) Lý thuyết Q = 21 m3/h H = 6.2 m N = 0.4 kw Thực tế Nhà sản xuất: ABARA Model: 80AFU21.5 N = 0.75 kw H = 8.5 m Q = 24 m3/h STT Các thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1 Chiều dài bể L 7 m 2 Chiều rộng bể B 4 m 3 Chiều cao làm việc của bể H 4 m 4 Chiều cao xây dựng bể H 4.5 m 5 Thể tích xây dựng bể Vbể 105 m3 6 Số ống nhánh 3 ống 7 Đường kính ống dẫn khí chính D 60 mm 8 Đường kính ống dẫn khí nhánh d 14 mm 8 Số lỗ trong mỗi ống n 22 lỗ 9 Đường kính lỗ dlỗ 5 mm 10 Đường kính ống dẫn nước vào Dvào 90 mm 11 Đường kính ống dẫn nước ra Dra 90 mm Bảng 5.3 :Các thông số thiết kế bể điều hòa 5.1.4 Bể lắng đứng 1 Chức năng Nước thải sau khi qua bể lắng cát được dẫn đến bể lắng đứng đợt. Nhiệm vụ của bể lắng đợt 1 là lắng các tạp chất thô hoặc phân tán nhỏ (chất lơ lửng) dưới dạng cặn lắng xuống đáy bể hoặc nổi lên trên mặt nước. Vật liệu Vật liệu xây dựng bể bằng bê tông cốt thép Tính toán Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng F1 = Qtbsv = 5.7 × 10-30.000475 = 12 (m2) Trong đó v: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng v = 0.0285 (m/phút) = 0.000475 (m/s). Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm F2 = Qtbsv = 5.7 × 10-30.02 = 0.3 (m2) Trong đó vtt: tốc độ chuyển động của nước thải trong ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 mm/s (TCXD – 51:84) Chọn vtt = 20 mm/s = 0.02 m/s Diện tích tổng cộng của bể lắng F = F1 + F2 = 12 + 0.285 = 12.3 ≈ 13 (m2) Đường kính bể lắng D = 4Fπ = 4 ×133.14 = 4 (m) Đường kính ống trung tâm d = 4 × F2π = 4 ×0.33.14 = 0.6 (m) Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng hl = V x t = 0.000475 x 114 x 60= 3.2 (m) Trong đó t: thời gian lắng, t = 114 phút (thực nghiệm) V: tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng V = 0.0285 (m/phút) = 0.000475 (m/s) Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng được xác định hn = h2 + h3 = (D-dn)2 * tag 𝛼 = 4 - 0.62 * tag 50o = 2 (m) Trong đó: h2: chiều cao lớp trung hoà (m) h3: chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể D: đường kính trong của bể lắng, D = 4 (m) dn: đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0.6 m α: góc ngang của đáy bể lắng so với phương ngang, không nhỏ hơn 50o Chọn α = 50o Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng bằng 3.2 m. Đường kính ống loe dloe = 1.35 x d = 1.350.6 = 0.8 (m) Đường kính tấm chắn dchắn = 1.3 x dloe = 1.30.8 = 1 (m) Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o Chiều cao tổng cộng bể lắng đợt I Htc = htt + hn + hbv = htt+ (h2 + h3) + hbv = 3.2 + 2 + 0.3 = 5.5 (m) Trong đó: hbv: khoảng cách từ mặt nước đến thành bể, hbv = 0.3 m Tính máng thu nước Để thu nước bể lắng, hệ thống máng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết kế máng thu nước đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngoài của máng chính là đường kính trong của bể. Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể Dmáng = 0.8 × D = 0.8 x 4 = 3.2 (m) Chiều dài máng thu nước L = 𝜋 × Dmáng = 3.14 x 3.2 = 10 (m) Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng aL = QL = 50010 = 50 (m3/mdài.ngày) Đường kính ống dẫn nước vào D = 4Q3600 × 3.14 × 0.9 = 4 × 213600 × 3.14 × 0.9 = 0.09 (m) Chọn ống PVC Ø 90 Hàm lượng SS, BOD, COD còn lại sau bể lắng đứng 1 (Metcalf & Eddy – 1991) SS = SS * 40% = 850 * 40% = 340 (mg/l) BOD = BOD * 75% = 2000 * 75% = 1500 (mg/l) COD = COD * 75% = 3000 * 75% = 2250 (mg/l) Lượng bùn sinh ra mỗi ngày M = Qngàytb * SS * Rss = 500 * 850 * 0.58 = 246500 (kg/ng.đ) Giả sử bùn tươi có độ ẩm 95% Khối lượng riêng bùn = 1053 kg/m3 Tỉ số MLVSS : MLSS = 0.75 Lượng bùn cần xử lý G = M 1-0.95 ×1053 = 2465000.05 ×1053 = 4681 (m3/ng.đ) STT Tên thông số Kí hiệu Giá trị Đơn vị 1 Diện tích ướt của ống trung tâm F2 0.28 m2 2 Diện tích ướt của bể lắng F1 12 m2 3 Đường kính ống trung tâm d 0.6 m 4 Đường kính bể lắng D 4 m 5 Chiều cao bể H 5.5 m 6 Thời gian lắng t 114 phút 7 Đường kính máng thu Dmáng 3.2 m 8 Đường kính ống dẫn nước vào Dvào 90 mm 9 Đường kính ống dẫn nước ra Dra 90 mm Bảng 5.4: Các thông số thiết kế bể lắng đứng 1 5.1.5 Bể UASB Chức năng Nhờ vào quá trình hoạt động của các vi sinh vật kị khí nhằm biến đổi các chất hữu cơ phức tạp tạo thành các chất đơn giản hơn và sinh ra khí sinh học. Việc giảm bớt nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ ở bể UASB giúp tăng hiệu quả của các công trình xử lý hiếu khí phía sau (nồng độ COD đầu vào và tải trọng hữu cơ giảm). Hỗn hợp nước thải sau khi đi qua các công trình xử lý sơ bộ để đến bể UASB đạt được các tính chất sau: COD = 2250 mg/l BOD = 1500 mg/l SS = 340 mg/l Q = 500 m3/ngày = 21 m3/h Hàm lượng các chất khác không đáng kể. Thực nghiệm trên mô hình pilot rút ra được kết luận sau: _ Yêu cầu nước thải trước khi vào công trình xử lý hiếu khí tiếp theo chỉ tiêu COD cần đạt nhỏ hơn 500 mg/l _ Bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ bùn của bể phân huỷ kị khí từ quá trình xử lý nước thải sinh hoạt cho vào bể với hàm lượng 30 kgSS/m3. _ Tỉ lệ MLVS : MLSS của bùn trong bể UASB = 0.75 _ Tải trọng bề mặt phần lắng 12 m3/m2.ngày _ Ở tải trọng thể tích Lo = 3 kgCOD/m3.ngày, hiệu quả khử COD đạt 65% và BOD5 đạt 75%. _ Lượng bùn phân huỷ kị khí cho vào ban đầu có TS = 5% Y = 0.04 gVSS/gCOD, kd = 0.0025ngày-1, qc = 60 (ngày) Vật liệu Bể được xây dựng bằng bê tông cốt thép Tính toán Hiệu quả xử lý của UASB là COD 65%, BOD 75% (Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân - 2002) Lượng COD sau xử lí: CODra = (1 – ECOD) * CODvào = (1 – 0.65) * 2250 = 788 (mg/l) Lượng BOD sau xử lí BODra = (1 – EBOD) * BODvào = ( 1 – 0.75) * 1500 = 375 (mg/l) Lượng COD cần khử trong ngày G = (CODvào –CODra) * 300 * 10-3 = (2250 – 788)* 300 * 10-3 = = 439 (kg COD/ngày) Tải trọng khử COD của bể Chọn L = 3 kg COD/m3.ngày (Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân - 2002) Thể tích xử lý yếm khí cần thiết V = GL = 4193 = 146 (m3) Để giữ lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, tốc độ nước dâng trong bể khoảng v = 0.6 ÷ 0.9 m/h, (Trịnh Xuân Lai - 2000). Chọn v = 0.6 m/h Diện tích bề mặt bể F = Qv = 500 0.6 ×24 = 35 (m2) Kích thước diện tích bể: F = B * L = 6m * 6m Chiều cao cần xử lý yếm khí H1 = VF = 14635 = 4.1 (m) Tổng chiều cao bề H = H1 + H2 + H3 = 4.1 + 1.5 + 0.3 = 6 (m) Trong đó: H1: chiều cao cần phải xử lý yếm khí. Chiều cao vùng lắng H2 ≥ 1(Trịnh Xuân Lai – 2000), H2 = 1.5m Chiều cao bảo vệ, chính là phần thu khí, H3 = 0.3 m Gọi hlắng là chiều cao toàn bộ ngăn lắng → Hlắng = 2m (Trịnh Xuân Lai - 2000) Kiểm tra: hlang+ h3hbe × 100 = 2 + 0.37 ×100 = 33% > 30% ( thoã yêu cầu) Thời gian lưu nước trong ngăn lắng (tlắng >1h) tlắng = vlắngQtbh = 0.5 × L măt thoang× B × hlắngQtbh = 0.5 × 3.125 × 6 × 221 > 1h → (thoã yêu cầu) Lmat thoang = 3.125 (m) Khoảng cách từ mí trên cùng của ngăn lắng đến thành bể là: B - Lmat thoángQtbh = 6 - 3.12521 = 0.1 (m) Thời gian lưu nước trong bể (HRT = 4 ÷ 12 h) HRT = B2 × ( hbê - h3)Qtbh = 62 × ( 6 - 0.3)21 = 10 (giờ) → thoã yêu cầu Tấm chắn khí và tấm hướng dòng Nước khi vào ngăn lắng sẽ được tách khí bằng các tấm chắn khí đặt nghiêng so với phương ngang một góc 45 ÷ 60o. Chọn 50o. Hình 5.6: Tấm chắn khí Khoảng cách giữa hai tấm chắn khí Vận tốc nước qua khe lắng (vqua khe = 9 ÷10m/h). Chọn vquakhe = 9 m/h vqua khe = QtbhSkhe = 214 khe × 4m × bkhe = 9 (m/h) Suy ra bkhe = Qtbhvqua khe × 4 khe × 4m = 219 × 4 × 4 = 0.146 (m) = 146 (mm) Tấm chắn khí 1 Dài l1 = L = 6m Rộng b1 = hlắng - h2sin50o = 2-1.5sin50o = 0.6 (m) Chọn rộng = 1.2 (m) Tấm chắn khí 2 Đoạn xếp mí của 2 tấm chắn lấy bằng 0.25 Dài l2 = L = 6 (m) Rộng b2 = 0.25 + h2 + h3- hsin50o = 0.25 + 1.5 + 0.3 - 0.07sin50o = 2.5 (m) Với h = b * sin ( 90o – 50o ) = 146 * sin (30o) = 70 (mm) = 0.07 (m) Tấm hướng dòng: được đặt nghiêng so với phương ngang một góc 50o và cách tấm chắn khí dưới 200 mm Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là L = 4X. Với X = 200 * cos50o = 129 (mm) L = 4 * X = 4 * 129 = 516 (mm) Hình 5.7: Cấu tạo tấm hướng dòng Khoảng cách từ đỉnh tam giác của tấm hướng dòng đến tấm chắn 1