Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống xử ly nước thải khách sạn công suất 300m3/ngày đêm

chiếm trên 30% tổng chiều cao bể. Ta có: Þ Þ Hnglắng = 2 – H3 = 2 – 0,3 = 1,7 m Kiểm tra lại: Vậy chiều cao xác định được là thích hợp. Thời gian lưu nước trong ngăn lắng, thời gian này phải ³ 1giờ [7]: Trong đó: VL: Thể tích của một ngăn lắng, m3 Q: Lưu lượng nước thải, Q = 300 m3/ngày Þ ® Thỏa điều kiện Tuổi của bùn được tính thông qua tuổi nhỏ nhất của bùn [(511-28)] Trong đó: Y : hệ số tạo sinh khối ,mg VSS/mg COD .ngày. Y = 0,05 – 0,1 .Chọn Y = 0,08 [( bảng 10.10)(1000-20)] Kd : hệ số phân hủy nội bào , mg VSS/mg VSS .ngày. Kd = 0,02 – 0,04 .Chọn Kd = 0,03 [( bảng 10.10)(1000-20)] K : thông thường trong khoảng 0,5 – 2 ngày-1.Chọn K = 1,5 ngày Vậy tuổi nhỏ nhất của bùn : = 10 ngày Chọn hệ số an toàn là 1,5 [(1001-20)].Tuổi của bùn trong hệ thống : ngày Lượng bùn ( sinh khối) sinh ra mỗi ngày là: , [(14.13)(1510-20)] Trong đó: Px : Lượng bùn sinh ra mỗi ngày, (kg VSS/ngày); Y : Hệ số năng suất sử dụng cơ chất cực đại, (gam VSS/g COD); S0 : Hàm lượng COD vào, (mg/l); S : Ham lượng COD ra, (mg/l); Q: Lưu lượng nước thải, (m3/ngày); kd : Hệ số phân hủy nội bào, (ngày -1); : Thời gian lưu bùn trong bể, (ngày); Thể tích khí mê tan sinh ra mỗi ngày: [(14.12)(1510-20)] Trong đó: Px : Lượng bùn sinh ra mỗi ngày, (kg VSS/ngày); S0 : Hàm lượng COD vào, (mg/l); S : Ham lượng COD ra, (mg/l); Q: Lưu lượng nước thải, (m3/ngày); 0,35 : Lượng khí metan tạo ra từ 1kg COD ở điều kiện 00C Theo [( bảng 10.10)(1000.20)] thì lượng khí CH4 tạo ra ở nhiệt độ 350C là 0,4 m3/kgCOD Gỉa sử nhiệt độ của nước thải trong bể yếm khí là 300 C ADCT: Trong đó: : thể tích khí CH4 ở nhiệt độ 300C : thể tích khí CH4 ở nhiệt độ 350C : nhiệt độ 300C ; nhiệt độ 350C m3/kgCOD =113 m3/ngày Khí sản phẩm của quá trình lên men mêtan thường có hàm lượng CH4 khoảng 65%-70%, CO2 khoảng 25-30% và một lượng nhỏ các khí khác. Tổng lượng khí biogas tạo thành là : Năng lượng khí gas tạo thành : Ở 250C thì thể tích của một mol khí là : Trong đó: P – áp suất khí ở điều kiện tiêu chuẩn V – thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn n- số mol khí R – hằng số khí lý tưởng T – nhiệt độ khí ở điều kiện tiêu chuẩn Tổng mol khí tạo ra trong một ngày Tổng lượng CH4 tạo thành Trong đó: mCH4 – lượng khí CH4 - số mol khí CH4 - khối lượng mol khí CH4 g/ngày Lượng bùn dư tạo ra mỗi ngày là: , (m3/ngày) Trong đó 0,75 là tỷ số , (kgVSS/kgSS) [(20)] (m3/ngày) Hàm lượng chất lơ lửng sau khi qua bể tiếp xúc kị khí xuống còn 150 mg/l [(1000.20)] Tính toán đường ống thu khí: Đường ống dẫn khí: ,m Trong đó: Qkk: Lượng khí sinh ra trong bể, Qkk = 174 m3/ngày vkhi = 2-4 m/s [16], chọn v = 4m/s (m) = 25 (mm) ® Chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính F25mm Tính toán hệ thống phân phối nước. Đường kính ống phân phối là: Nước thải cần xử lý đi vào bể đi vào bể UASB đi từ dưới lên thông qua dàn ống phân phối nước dạng xương cá, yêu cầu việc cấp nước vào bê phải đảm bảo sự phân phối đề nước ở đáy bể, trên đường cấp nước chính phải bố trí van một chiều để tránh hiện tượng nước thải chảy ngược trở lại khi bơm khi bơm không hoạt động, dàn xượng cá cách đáy bể khoảng 0,3m. Vận tốc nước trong ống là: v = 0,8÷1 (m/s) [16] Đường kính ống dẫn nước chính: Chọn vchinh = 1 m/s, khi đó: (m) Đường kính ống nhánh, chọn vnhanh = 1 (m) Trong đó: n: số ống nhánh Bố trí các ống nhánh trong bể sao cho ống nhánh đầu và cuối cách thành dài bể là 0,75m. Khoảng cách giữa các ống nhánh có trong một bể là 1 m: (ống) (m) Trên các ống nhánh ta đục các lỗ để phân phối nước đảm bảo vận tốc nước thải đi từ dưới lên với vận tốc từ 0,6 – 0,9 m/s Tổng tiết diện ống : Lấy tổng diện tích lỗ phân phối bằng 40% tiết diện ống, tổng diện tích lỗ là: , [21] Chọn lỗ phân phối có đường kính dl = 0,005 m; tiết diện mỗi lỗ là: Tổng số lỗ trên ống phân phối là: , [21] Số lỗ trên mỗi ống nhánh là : lỗ Tính toán tấm chắn khí. Tính khoảng cách giữ hai tấm chắn khí: Bể có hai chia làm hai ngăn, có 2 phần lắng và 4 cặp tấm chắn khí tạo thành 2 khe hở. Tổng diện tích mặt cắt mỗi khe là: Trong đó: n: Số khe hở; Số khe hở là n = 4: v: Vận tốc nước chảy trong khe hở, (m/s); Vận tốc nước chảy trong khe hở giữa hai hai tấm chắn khí 9-10 m/h. Chọn v = 9m/s. Bề rộng khe hở là: Chọn bk = 0,150 m, vận tốc nước giữa khe hở là v = 9m/h. Tính kích thước tấm chắn khí: Tấm 2 Tấm 1 l1 ldư b1 b2 H2 + Hbv D L - Tấm chắn khí 1: Có chiều dài bằng chiều rộng của bể: L1 = B = 4,5m + Chiều rộng (m) - Tấm chắn khí 2: Có chiều dài bằng chiều rộng bể: L2 = B = 4,5m + Chiều rộng: b2 = l1 + ldư Tấm thứ hai chồng lên tấm thứ nhất một đoạn 0,4m. Do đó ldư = 0,4m (m) Chọn tấm chắn khí làm bằng thép không gỉ, có độ dầy 5mm [18] Tính toán tấm hướng dòng: Trong bể bố trí các tấm hướng dòng đặt nghiêng một góc 55o và cách tấm chắn khí dưới 0,08 m. Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí là: Với . Tấm chắn dòng có chức năng ngăn chặn bùn đi lên từ phần xử lý yếm khí lên phần lắng để thu nước, nên bề rộng đáy của tấm chắn dòng lớn hơn khoảng cách giữa hai tấm chắn khí, đoạn nhô ra khoảng 10÷20cm, chọn một bên nhô ra 200 mm. Chiều rộng tấm chắn dòng Chiều dài của tấm chắn dòng bằng chiều rộng của bể = 4,5 m. Tính toán máng thu nước. Máng thu nước được đặt ở giữa bể và bố trí dọc theo chiều rộng bể. Máng thu nước được đặt nghiêng để tạo độ dốc để nước thải chảy về cuối bể rồi theo ống dẫn theo cơ chế tự chảy, chảy sang bể Aeroten. Máng được làm bằng thép không rỉ dạng tấm răng cưa, dày 5mm, cao 200 mm, dài 4,5m. Trên một mặt được cắt thành hình răng cưa có chiều cao 50mm, vát đỉnh 40mm, khoảng cách giữa hai răng cưa là 60mm - Số răng cưa: i x 40 + (i – 1) x 60 = 4500 Þ i = 45 (răng cưa) Hình4.7: Máng răng cửa Bảng 4. 5 : Bảng các thông số ra khỏi UASB: Q pH COD BOD5 SS Tổng N P m3/ngày - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 300 6,5 - 8 450 315 150 58,6 8,7 4.2.7.Tính toán bể hiếu khí Aeroten Hình 4.8.Sơ đồ làm việc của Aeroten Nước thải vào Aeroten với lưu lượng Q chứa chất nền với nồng độ S0 và lượng bùn hoạt tính coi như không đáng kể X0= 0. Nước thải đi vào bể được khuấy trộn hoàn chỉnh và phân bổ đều ngay lập tức trong toàn bộ thể tích bể. Cùng với nước thải vào bể, còn có dòng bùn hoạt tính tuần hoàn lấy từ đáy bể lắng đưa vào với: + Lưu lượng Qt. + Nồng độ bùn Xt. + lượng chất nền ra khỏi bể lắng còn S. Sau thời gian lưu giờ trong bể, nước chảy sang bể lắng 2 với: + Lưu lượng Qv + Qt. + Nồng độ chất nền S. + Nồng độ bùn hoạt tính X. Qua bể lắng, nước được lắng trong và xả ra với : + Lưu lượng Qr. + Nồng độ chất nền S. + Nồng độ bùn hoạt tính Xr. Bùn hoạt tính lắng xuống đáy bể có nồng độ Xt, một phần tuần hoàn lại, phần dư xả ra bể chứa cặn với lưu lượng Qx, Xt để xử lý tiếp. Coi việc giảm nồng độ chất nền và tăng khối lượng bùn hoạt tính chỉ xảy ra trong bể Aerotank. Bể làm việc với chế độ thuỷ lực là khuấy trộn hoàn toàn. Phương trình cân bằng sinh khối cho bể: [Lượng bùn trong bể] = [lượng bùn đi vào] - [lượng bùn xả ra] + [Lượng bùn tăng lên trong bể sau thời gian lưu nước] . Các thông số ra khỏi bể yếm khí chính là đầu vào của Aeroten Kiểm tra các thông số đầu vào Điều kiện để xử lý hiếu khí là đảm bảo chất dinh dưỡng theo tỷ lệ : BOD5 : N : P = 100 : 5 :1 Lượng nito cần sử dụng trong quá trình hiếu khí là  mg/l Lượng photpho cần sử dụng trong quá trình hiếu khí là : mg/l Như vậy đầu vào đảm bảo điều kiện vào Aeroten Hiệu suất khử BOD: E = Trong đó: So: BOD5 đầu vào, mg/l, So = 315 mg/l E: Hiệu suất khử BOD5, %.Chọn E = 80 % S: BOD5 đầu ra, mg/l, Ta tính được hàm lượng BOD5 khỏi bể hiếu khí : mg/l Hiệu quả khử nito hữu cơ : En = Trong đó: No: nito đầu vào, mg/l, No = 58,6 mg/l En: Hiệu suất khử Nito, %. En = 15-50%. Chọn E =20% [ (bảng 2.1)(72-8)] Nr: lượng nito đầu ra, mg/l, Ta tính được hàm lượng nito khỏi bể hiếu khí : mg/l Hiệu quả khử phot pho hữu cơ : Ep = Trong đó: - Po: lượng photpho đầu vào, mg/l, Po = 8,7 mg/l - E: Hiệu suất khử P , %. E = 8 -15% . Chọn E =15% [ (bảng 2.1)(72-8)] - P: lượng Photpho đầu ra, mg/l, Ta tính được hàm lượng photpho khỏi bể hiếu khí : mg/l Dung tích hoạt động bể Aeroten được xác định bằng công thức: [(90-7)] Trong đó: Q : lưu lượng nước thải Q =300 m3/ngày Y : hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại, Y = 0,6mg bùn hoạt tính/mgBOD5 [ ( bảng 5.1)(71-7)] qc : tuổi của bùn, qc = 10 ngày [ ( bảng 5.1)(71-7)] So: BOD5 đầu vào, mg/l, So = 315 mg/l S : BOD5 đầu ra, mg/l, S = 63 mg/l X : hàm lượng sinh khối trong bể, X = 2500 mg/l Kd: hệ số phân huỷ nội bào, Kd = 0,055 ngày-1 [ ( bảng 5.1)(71-7)] Thế vào công thức trên: (m3) Thời gian nước lưu lại trong bể: (ngày) = 9,6 (h) [(82-7)] Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đạt 80%: + Tốc độ tăng trưởng của bùn: [(5.24)(67-7] + Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày: Abùn= Yb.Q(So – S).10-3 = 0,387300(315 – 63)10-3 = 30 (kg/ngày) = Px + Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra trong ngày ( độ tro z = 0,3): (Kg/ngày) Lưu lượng xả bùn Qxả: Từ công thức tuổi của bùn : [(68-7)] Rút ra : Qxả Trong đó : V = 120 m3 X = 2500 mg/l qc = 10 ngày Qr = Q = 300 m3/ngày (coi lượng nước theo bùn là không đáng kể ) Tính XT = 10000 (1-0,3) = 7000 mg/l (độ tro z = 0,3) Xr = 1000,65 0,7 = 45,5 (mg/l) (vì trong cặn lơ lửng có 65% cặn hữu cơ và độ tro z = 0,3) Þ Qxả (m3/ngày) Thời gian tích luỹ cặn (tuần hoàn lại toàn bộ) không xả cặn ban đầu: (ngày) [(69-7)] Thực tế sẽ dài hơn gấp 3 đến 4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong bể hiệu quả xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh ra thấp hơn Abùn. Sau khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày: B = Qxả ´ 10000 = 2,34 10000 = 23400 (g/ngày) = 23,4 (Kg/ngày) Trong đó cặn bay hơi : B’ = 23,4 (1-0,3) = 16,38(Kg/ngày) Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng QrXr: B’’ = QrXr = 300 45,5 = 13650 (g/ngày) = 13,65(Kg/ngày) Þ Tổng cặn hữu cơ bay hơi sinh ra trong ngày: B’ + B’’ = 16,38+ 13,65 = 30,03 (Kg/ngày) » Abùn Lưu lượng bùn tuần hoàn QT: Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị X = 2500 mg/l ta có: QT XT = (Q + QT)X [(69-7)] Hệ số tuần hoàn bùn: = Þ QT = 0,555 ´ Q = 0,555300 = 166,5 (m3/ngày) Với : XT = 10000 (1-0,3) = 7000 mg/l (độ tro z = 0,3) Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aeroten: · Tỷ số F/M [(66-7)] Þ ( gBOD5/g bùn hoạt tính.ngày) nằm trong khoảng 0,2 – 1,0 ( bể khuấy trộn hoàn chỉnh)[(91-7)] · Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong ngày [(66-7)] Þ (gBOD5/g bùn hoạt tính.ngày) · Tải trọng thể tích [(91-7)] Þ La = (mgBOD5/l.ngày) = 0,8(kgBOD5/m3.ngày) nằm trong khoảng 0,8 – 1,9 (bể khuấy trộn hoàn chỉnh) [(91-7)] Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình xử lý: Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn: Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho xử lý nước thải bằng sinh học gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD, oxy hoá amoni thành , khử . , kg O2/ngày [(105-7)] Trong đó: OCo: lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20oC Q = 300 m3/ngày So = 315 mg/l , S = 63 mg/l f : hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD, f = 0,68 [(106-7)] Px: phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư (Abùn), Px=30 (Kg/ngày) 1,42: hệ số chuyển đỏi từ tế bào sang COD (KgO2/ngày) Lượng oxy cần trong điều kiện thực ở 20oC: [(113-7)] Trong đó: CS20: nồng độ oxy bão hoà trong nước ở 20oC, CS20 = 9,08 mg/l CL : nồng độ oxy cần duy trì trong bể Aeroten. Khi xử lý nước thải thường lấy CL = 1,5 – 2 mg/l. Chọn CL = 2 mg/l. T: nhiệt độ nước thải, T = 20oC : hệ số điều chỉnh lượng oxi ngấm vào nước thải , = 0,6 – 0,94. Chọn =0,8 Þ (KgO2/ngày) Lượng không khí cần thiết cấp cho bể: Dùng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thước nhỏ mịn với a = 0,7 công suất hoà tan oxy của thiết bị Ou = 7 gO2/m3 không khí cấp vào ở độ ngập 1m. Bể sâu 4,5m: 0,5m dự trữ, nước sâu 4m. Hệ thống phân phối khí đặt cách đáy bể 0,1m tức độ sâu ngập nước h = 4,4m. Năng suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối: OU = Ou ´ h = 7 ´ 4,4 = 30,8 ( gO2/m3 ) Lượng không khí cần thiết tính theo công thức: [(107-7)] Trong đó: OCt: lượng oxy cần cung cấp, OCt = 175 KgO2/ngày OU = 30,8 gO2/m3 f : hệ số an toàn, chọn f = 2 Þ (m3/ngày) Bảng 4. 6 : Các thông số ra khỏi bể hiếu khí aeroten là : Q pH COD BOD5 SS Tổng N P m3/ngày - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 300 6,5 - 8 - 63 100 29,3 7,4 4.2.8. Bể lắng thứ cấp Loại bỏ bùn hoạt tính ra khỏi nước thải nhờ trọng lực. Chọn loại bể lắng đứng : 1- ống dẫn nước vào;2- ống dẫn nước ra,3 - ống phân phối trung tâm,4 – miệng loe ống trung tâm,5 –tấm hắt ,6 - ống xả bùn 1 2 3 6 4 5 Hình 4.9.Bể lắng đứng Diện tích bề mặt của bể lắng : Diện tích bề mặt của bể lắng được tính theo công thức : S = [(148-7)] Trong đó: Q : Lưu lượng nước xử lý, m3/h. Q =300m3/ngày. Qt : Lưu lượng tuần hoàn : Qt = Q (m3/h) α : Hệ số tuần hoàn bùn. α = 0,555 Co : Nồng độ bùn hoạt tính trong nước từ aeroten đi vào bể lắng. Là lượng bùn kể cả tro nên. Co = = 3571 (g/m3) Ct : Nồng độ bùn tuần hoàn, g/m3. Ct = 10000 g/m3. VL: Vận tốc lắng ở bề mặt phân chia ứng với nồng độ CL, m/h VL = Vmax [(150-7)] Với : Vmax = 7 m/h K = 600 CL = [(150-7)] = = 5000 (g/m3) VL = 7 = 0,35 (m/h) Ta tính được: S = = 20 (m2) Ta xây dựng 2 bể lắng đứng Diện tích mỗi bể là : 10m2 Đường kính bể lắng D = = = 3,5(m) Buồng phân phối trung tâm: Đường kính buồng phân phối trung tâm: d = 0,25 D [(153-7)] = 0,25 3,5= 0,875 (m) Diện tích buồng phân phối trung tâm: f = = = 0,6( m2) Diện tích vùng lắng : SL = 10– 0,6 = 9,4 (m2) Tải trọng thủy lực: a = = = 32(m3/m2.ngày) Hình 4.10.Miệng xả nước từ ống trung tâm vào bể lắng đứng Chiều cao làm việc của bể : [(211-10)] Trong đó : H : Chiều cao làm việc của bể,m v: tốc độ chuyển động đi lên của dòng chảy ,m/s.chọn v = 0,5 m/s t : thời gian lưu nước trong bể,chọn t = 1,5h m Chiều cao ống trung tâm lấy bắng 0,9 chiều cao công tác của bể [(47-12)] m Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần loe và bằng 1,35 đường kính ống trung tâm [(253-18)] Đường kính tấm hắt lấy bằng 1,3 đường kính miệng loe : [(253-18)] m Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt và mặt phẳng nằm ngang là 170 Chiều cao tấm hắt : m Khoảng cách từ ống trung tâm đến tấm hắt chọn h2 = 0,25m Đáy bể có dạng chóp nón để bùn dễ dàng trươt xuống đáy ,độ nghiêng của đáy chọn 450 + Đáy lớn có đường kính bằng đường kính bể lắng D = 3,5m + Đáy bé chọn 0,4m [(84-10)] Chiều cao nón chóp là : m [(253-18)] Chiều cao bể lắng 2 là : Trong đó : - Hl : chiều cao bể lắng 2,m - hn : chiều cao phần nón,m - hbv : chiều cao bảo vệ,m Máng thu nước: Máng thu nước đặt ở vòng tròn ngoài vòng tròn bể có đường kính bằng 0,8D [(154-7)] Dmáng = 0,83,5 = 2,8 (m) Chiều dài của máng : L = ЛDmáng = 2,8.Л = 8,8 (m) Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài máng aL = = = 34(m3/m dài.ngày) < 125 (m3/m dài.ngày) [(153-7)] Bùn trong bể lắng: Tải trọng bùn trong bể: b = [(153-7)] ==7,4 (kg/m2.h) Nồng độ bùn trong bể : Ctb = = =7500 (g/m3)= 7,5 (kg/m3) Thời gian lưu nước trong bể lắng: - Dung tích bể lắng: V = HS = 4 10 = 40 (m3) - Nước đi vào bể lắng: Qt = (1 + α) Q = (1+0,555)300 = 466,5 (m3/ngày)=19,44 (m3/h) - Thời gian lắng T = = =2,05 (h) 4.2.9.Bể chứa bùn Mục đích: Giảm khối lượng của hỗn hợp cặn bằng cách gạn một phần hay phần lớn lượng nước có trong hỗn hợp để giảm kích thước thiết bị xử lý và giảm trọng lượng phải vận chuyển đến nơi nhận . Phân hủy các chất hữu cơ dễ bị thối rửa ,chuyển chúng thành các hợp chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ để dễ dàng tách nước ra khỏi bùn cặn và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận Đặc điểm của cặn thu được từ bể lắng 2: cặn trong bể lắng đợt 2 là bùn hoạt tính có cấu tạo dạng bông cặn vì đã qua xử lý sinh học nên các chất hữu cơ trong cặn bị phân hủy một phần Lưu lượng bùn xả là 2,34 m3/ngày. Khối lượng bùn xả: Trong đó: W : khối lượng bùn, tấn V :thể tích hỗn hợp, m3.V = 2,34 m3/ngày S :tỉ trọng hỗn hợp cặn. S = 1,005 [(bảng 13.1)(200-7)] P : nồng độ % của cặn khô trong hỗn hợp. chọn P = 4% [(bảng 13.5)(203-7)] → tấn/ngày = 94 kg/ngày Chọn thời gian lưu bùn là 15 ngày Thể tích của bể chứa bùn là : m3 4.2.10.Trống sinh hoc ( đĩa sinh học RBC) Đĩa gồm các tấm nhựa, hình tròn đường kính 1 – 4 m ,dày 10mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 – 40 mm và các khối này được bố trí thành dãy nối tiếp nhau quay đều trong bể chứa nước thải. Tỷ lệ ngập nước : 90% Khi đĩa quay hình thành các màng sinh học có bề dày từ 0,16 – 0,32 cm. Điều kiện để xử lý bằng đĩa sinh học ( RBC) + pH:6,5 – 7,8 + Nhiệt độ : 13 – 32 0 C + Luợng oxi hòa tan : 1 – 2 mg/l + Tỷ lệ chất dinh dưỡng BOD5: N: P = 100:5:1 + Hàm lượng chất lơ lửng : SS = 100 mg/l Bảng 4. 7 : Bảng các số liệu cơ bản để thiết kế bể RBC [(bảng 9.8)/(933.20)] Các thông số Đơn vị đo Mức độ xử ly Xử ly sinh học Kết hợp nitrat hóa Tách riêng nitrat hóa Tải trọng thủy lực m3/m2.ngày 0,081-0,163 0,03-0,081 0,041-0,1 Tải trọng hữu cơ g/m2.ngày 9,8-17,15 7,35- 14.7 0,98 – 2,94 Tải trọng NH3 g/m2.ngày - 0,74-1,47 1,2-2,9 Thời gian lưu nước h 0,7-1,5 1,5-4 1,2-2,9 BOD5 sau xử l‎y mg/l - - 7-15 NH3 sau xử ly mg/l - <2 1-2 Bảng 4. 8 : Các thông số đầu vào RBC Q pH COD BOD5 SS Tổng N P m3/ngày - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 300 6,5 - 8 - 63 100 29,3 7,4 Kiểm tra điều kiện dinh dưỡng vào RBC Lượng nito cần cho quá trình : mg/l Lượng photpho cần cho quá trình : mg/l Như vậy nhu cầu dinh dưỡng đủ cấp cho quá trình đĩa sinh học Tổng diện tích bề mặt đĩa: ,m2 [(6.28)(203-10)] Trong đó: Q : lưu lượng nước thải ,m3/ngày.Q = 300 m3/ngày q : tải trọng thủy lực,m3/m2 bề mặt đĩa.ngày q = 0,03 – 0,06 m3/m2 bề mặt đĩa.ngày.Chọn q = 0,05 [(199-14)] m2 bề mặt đĩa Để xác định số lượng bể lọc sinh học quay cần tham khảo các số liệu cấu tạo RBC chế tạo sẵn Thiết kế trục dài 1,8m.Vật liệu RBC có mật độ S = 3200 m2 bằng polymer ,khi đó số trục cần có là : trục Chọn k = 2 trục Diện tích bề mặt của vật liệu là ; Thể tích bể chứa đĩa RBC m3 Trong đó: V : thể tích bể chứa RBC,m3 S : diện tích bề mặt vật liệu RBC,m2 0,005: tỷ lệ thể tích bể chứa /diện tích bề mặt đĩa (m3/m2) [(bảng6.8)(204-10)] Vật liệu ngập trong nước 90% Kích thước bể chứa RBC chọn như sau : dài : 6,4 m rộng : 2m sâu : 2,5 m Kiểm tra tải trọng chất hữu cơ : g BOD5/m2.ngày Trong đó: L : tải trọng chất hữu cơ , g BOD5/m2.ngày Q : lưu lượng nước thải ,m3/ngày.Q = 300 m3/ngày S : tổng diện tích bề mặt đĩa. m2.S = 6400m2 L0 : nồng độ BOD5 đầu vào,g/m3. L0= 63 g/m3 g BOD5/m2.ngày [ Thỏa bảng (6.1)(358- 18] Thời gian lưu nước 40-90 phút cho quá trình khử các hợp chất cacbon hữu cơ và thời gian lưu nước khoảng 90 – 240 phút cho quá trình nitrat hóa [(199-14)] . Do đó ta chọn thời gian lưu nước là 90 phút để vừa khử BOD5 và khử nitrat Hàm lượng NH4-N ra khỏi RBC < 2 mg/l [(bảng 9.8)(933-20)] Hiệu quả khử BOD5 70% [(197-14)] Nồng độ BOD5 ra khỏi bể chứa RBC: mg/l Hiệu suất khử SS là 80 – 85% [(bảng 2.1)/(72.8)] Vậy lượng SS ra khỏi RBC là : Hiệu suất khử P từ 10 – 25 % .chọn hiệu suất 35%[(bảng 2.1)/(72.8)] Vậy lượng P ra khỏi RBC : Tải trọng NH3: g /m2.ngày Trong đó: N : tải trọng nitơ , g /m2.ngày Q : lưu lượng nước thải ,m3/ngày.Q = 300 m3/ngày S : tổng diện tích bề mặt đĩa. m2.S = 6400m2 N0 : nồng độ nitơ đầu vào,g/m3. N0= 29,3 g/m3 g/m2.ngày [ phù hợp (bảng 6.1)(358-18)] Ngoài tác dụng khử nitơ và khử BOD5 thì RBC còn có tác dụng làm giảm lượng chất lơ lửng do các chất lơ lửng bám vào bề mặt đĩa Bảng 4. 9 : Các thông số ra khỏi RBC Q pH COD BOD5 SS NH3 P m3/ngày - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 300 6,5 - 8 - 20 20 5 5,5 4.2.11. Khử trùng: Mục đích: Nhằm tiêu diệt hết vi khuẩn còn lại trong nước thải. Sau các giai đoạn xử lý cơ học, sinh học… song song với việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn quy định thì số lượng vi trùng cũng giảm đáng kể 90 – 95% [374-10]. Tuy nhiên lượng vi trùng vẫn còn cao và theo nguyên tắc bảo vệ vệ sinh nguồn nước là cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải. Để thực hiện việc khử trùng nước thải ta sử dụng clo vì phương pháp này tương đối rẻ tiền và cho hiệu quả tương đối cao. Ở đây ta chọn hypoclorit canxi – Ca(ClO)2 dạng viên cho khuếch tán vào nước Cơ chế khử trùng nước thải diễn ra như sau: - Phản ứng thuỷ phân giữa Clo và nước thải Cl2 + H2O HCl + HOCL. - Axit hypoclorit ( HOCl) là một axit yếu, không bền và dễ dàng phân huỷ thành HCl và oxy nguyên tử. HOCl HCl + O Hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl -: HOCl H+ + OCl - Cả HOCl , OCl- , O nguyên tử là các chất oxy hoá mạnh có khả năng tiêu diệt vi trùng Dùng clorua vôi để khử trùng nước thải. Thiết bị dùng để khử trùng nước thải bằng clorua vôi được nêu trong hình vẽ sau: 1: bột clorua vôi cấp từ kho 2.thùng hòa trộn 3.thùng dung dịch 4.bơm định lượng 5.bể tiếp xúc clo với nước thải Hình 4.11.Sơ đồ nguyên tắc hoạt động khử trùng Thùng hòa trộn Liều lượng clorua vôi: Xmax = [(12.2)( 378.-10)] Với : Qmax: lưu lượng tối đa của nước thải, Qmax = 400 m3/ngày a: liều lượng clo hoạt tính, chọn a = 3 g/m3 P: hàm lượng clo hoạt tính (%) trong clorua vôi, thường lấy bằng 30% có tính đến tổn thất trong bảo quản. Dung tích hữu ích của thùng dung dịch: [(12.6)( 378-10)] Với: Q: lưu lượng trung bình của nước cần khử trùng, Q = 300 m3/ngày a: liều lượng clo hoạt tính, a = 3 mg/l [(175-9)] b: nồng độ dung dịch clorua vôi, lấy không lớn hơn 2,5%, chọn = 2,5% n: số lần hòa trộn clorua vôi trong ngày, (khoảng 2 ÷ 6), chọn n = 3 Dung tích hữu ích của thùng hòa trộn [(178-9)] Thiết bị để trộn clorua vôi trong các bể trộn thường dùng thiết bị cơ học,để tránh ăn mòn cánh và trục đều làm bằng gỗ Thùng định lượng thường có hình ô van trên mặt bằng ,có kích thước 0,5 0,4 m,và cao 0,5m Tất cả các thùng hòa trộn,dung dịch,định lượng đều có nắp đậy để tránh clo không bay ra ngoài Bơm định lượng: Lưu lượng clorua vôi cần thiết đưa vào nước trong 1h là: [113-21] Trong đó Q: lưu lượng nước xử lý, m3/h. Q= 300 m3/ngày a : liều lượng clo hoạt tính cho vào nước, g/m3. a= 3g/m3 P : nồng độ dung dịch clo trong thùng dung dịch , %. P= 2,5% m3/h = 15l/h Chọn bơm định lượng có công suất 15l/h để bơm clo vào bể tiếp xúc Bể tiếp xúc: [ (185-9)] Bể tiếp xúc có nhiệm vụ tạo điều kiện tiếp xúc tốt hóa chất khử trùng với nước thải.Thời gian cần thiết để thực hiện các phản ứng oxi hóa diệt khuẩn trong thời gian tiếp xúc 30 phút (kể cả thời gian nước chảy từ máng xáo trộn tới bể tiếp xúc và từ bể tiếp xúc ra họng xả vào hồ chứa).. Thời gian lưu nước trong bể = 30 phút Dung tích làm việc bể: Chọn chiều cao của bể: H = Hlv + Hbv = 4 + 0,5= 4,5 (m) Trong đó: Hlv: chiều cao làm việc của bể, Hlv = 4 (m) Hbv: chiều cao dự trữ, Hbv = 0,5 (m) Diện tích bể khử trùng: Vậy chọn kích thước bể : + chiều dài L = 1,5 (m) + chiều rộng W = 1,1 (m) + chiều cao H = 4,5 (m) Bảng 4. 10 :Thành phần nước thải sau khi đi qua hệ thống xử ly STT Thông số ô nhiễm Đơn vị Nước thải đầu vào Nước thải sau khi qua HTXL Tiêu chuẩn thải (loại A) 1. pH - 6,5 ÷ 8 6,5-8 5 - 9 2. BOD5 mg/l 1050 20 30 3. COD mg/l 1500 - - 4. SS mg/l 800 20 50 5. Tổng Nitơ mg/l 80 5 5 (NH4) 6. Tổng photpho mg/l 13 5,5 6 7 Tổng coliform MPN/100ml 106 – 107 3000 3000 4.3.Tính toán thiết bị phụ của hệ thống xử ly chung nước thải khách sạn Các thiết bị phụ trong hệ thống xử ly nước thải như hệ thống bơm nước thải.bơm bùn,máy nén khí,máy khuấy,hệ thống thong tin và điều khiển…Đây chỉ là các nói tương đối vì các thiết bị và hệ thống trên cũng có vai trò hết sức quan trọng Các loại bơm có thể sử dụng trong công trình như: bơm thể tích, bơm ly tâm, bơm không có bộ phận dẫn động, tuy nhiên trong các lọai bơm trên thì bơm ly tâm được sử dụng rộng rãi hơn cả, chúng có nhiều ưu điểm như: - Cung cấp đều. - Quay nhanh. - Thiết bị đơn giản. - Bơm được chất lỏng không sạch. - Ít bị tắc và hư hỏng. Với những ưu điểm nêu trên trong hệ thống này ta chọn bơm ly tâm. Các quá trình sử dụng bơm là: - Bơm nước thải từ hố thu gom sang bể điều hoà. - Bơm nước thải từ bể điều hòa sang bể yếm khí - Bơm bùn tuần hoàn từ bể lắng II sang bể aeroten và bể chứa bùn - Bơm bùn từ UASB đến bể chứa bùn 4.3.1. Tính bơm nước thải từ hố thu gom sang bể điều hoà. Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 2m/s [(Bảng II.2)\(370-16)] Đường kính ống dẫn nước là: [(II.36)\(369-16)] Trong đó V: lưu lượng nước, m3/s. V= 300 m3/ngày = 3,472.10-3 m3/s W: tốc độ trung bình của nước đi trong ống, m/s. Chọn W= 2m/s [(Bảng II.2)/(370-16)] Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : ,kw [(II.189)\(439-16)] Trong đó Q: năng suất của bơm, m3/s. V= 300 m3/ngày = 3,472.10-3 m3/s : khối lượng riêng của nước thải, = 1000 kg/m3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 H: áp lực toàn phần do bơm tạo ra, m. : hiệu suất chung của bơm. Với:: hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm. : hiệu suất thuỷ lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm. : hiệu suất cơ khí tính đến masat cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục. Theo [(Bảng II.32)\(439-16)] ta có thể tính hiệu suất như sau: Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [(II.185)\(438-16)] Trong đó p1,p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, p1 = p2 = 1atm H0: chiều cao nâng chất lỏng ,H0 = 4,5m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m. Tính (m) Với: DP: Áp suất toàn phần cần thiết để thắng tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ thống: [16] Trong đó: DPd: Áp suất động lưc học- Áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn, N/m2 , N/m2 [16] Trong đó: ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, ρ = 1000 kg/m3 w: Tốc độ của lưu thể, chọn w = 2 m/s Vậy áp suất động lực học : (N/m2) DPm: Áp suất để khắc phục trở lực do ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống dẫn: , N/m2 Trong đó: L: Chiều dài toàn bộ hệ thống ống dẫn, L = 6 m dtd: Đường kính tương đương của ống, m .dtd = 50mm Xét chuẩn số Re: Trong đó: m: Độ nhớt động học của chất lỏng ở 25oC, m = 0,8937.10-3 N.s/m2 = 2 m/s dtd = 0,05 m ρ = 1000 kg/m3 nên chất lỏng chuyển động trong ống là chuyển động xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: [(II.65)/380-16] Mà Trong đó: e: Độ nhám tuyệt đối. Chọn e = 0,1 mm dtd: Đường kính tương đương của ống, dtd = 50 mm Vậy (N/m2) DPH: Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh: , N/m2 [(II.57)/377-16] Trong đó: H - Chiều cao nâng chất lỏng, chọn H = 4,5 m (N/m2) DPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ [(II.56)/377-16] Với ξ: Hệ số trở lực cục bộ Vì bơm nước thải được đặt chìm ốngtrong hố thu gom nên không có đường ống hút mà chỉ có đường ống đẩy Đối với ống đẩy : Chọn 1 van tiêu chuẩn , ξ1 = 4,2 Chọn 2 khuỷu 900 (do 4 khuỷu 450 tạo thành và chọn =2 Suy ra trở lực cục bộ trên đường ống dẫn: ξ = 4,2 + 1,28 =5,48 (N/m2) DPt: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị: DPt = 0 DPk: Áp suất cần thiết ở cuối đường ống, DPk = 0 Vậy (N/m2) (m) Vậy công suất của bơm: (kW) Công suất của động cơ điện: , kW [(II.190)/(439-16)] Trong đó: N: Công suất trên trục bơm, kW htr: Hiệu suất truyền động, chọn htr = 0,97 hdc: Hiệu suất động cơ điện, chọn hdc = 0,95 , (kW) Thường thì người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán: Ndc = b Í Ndc Trong đó:b: Hệ số dự trữ công suất, b = 1,5÷ 2 [(440-16)]. Chọn b = 2 (kW) Vậy ta chọn bơm có công suất 1,12kW 4.3.2. Tính bơm nước thải từ bể điều hoà sang bể yếm khí UASB. Nước thải cần xử lý đi vào bể UASB đi từ dưới lên thông qua dàn ống phân phối nước dạng xương cá, yêu cầu việc cấp nước vào bể phải đảm bảo sự phân phối đều nước trên diện tích đáy bể, trên đường cấp nước chính phải bố trí van một chiều để tránh hiện tượng nước thải chảy ngược trở lại khi bơm khi bơm không hoạt động, dàn xượng cá cách đáy bể khoảng 0,3m. Vận tốc nước trong ống là: v = 0,8÷1 (m/s) [16] Đường kính ống dẫn nước chính: Chọn vchinh = 1 m/s, khi đó: (m) Đường kính ống nhánh, chọn vnhanh = 1 (m) Trong đó: n: số ống nhánh Bố trí các ống nhánh trong bể sao cho ống nhánh đầu và cuối cách thành dài bể là 0,75m. Khoảng cách giữa các ống nhánh có trong một bể là 1 m: (ống) (m) Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : ,kw [(II.189)\(439-16)] Trong đó Q: năng suất của bơm, m3/s. V= 300 m3/ngày = 3,472.10-3 m3/s : khối lượng riêng của nước thải, = 1000 kg/m3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 H: áp lực toàn phần do bơm tạo ra, m. : hiệu suất chung của bơm. Với:: hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm. : hiệu suất thuỷ lực, tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy trong bơm. : hiệu suất cơ khí tính đến masat cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục. Theo [(Bảng II.32)\(439-16)] ta có thể tính hiệu suất như sau: Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [(II.185)\(438-16)] Trong đó p1,p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, p1 = p2 = 1atm H0: chiều cao nâng chất lỏng,m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m. Tính (m) Với: DP: Áp suất toàn phần cần thiết để thắng tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ thống: [16] Trong đó: DPd: Áp suất động lưc học- Áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn, N/m2 , N/m2 [16] Trong đó: ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng, ρ = 1000 kg/m3 w: Tốc độ của lưu thể, chọn w = 2 m/s Vậy áp suất động lực học : (N/m2) DPm: Áp suất để khắc phục trở lực do ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống dẫn: , N/m2 Trong đó: ,: áp suất để thắng trở lực trong các đường ống có đường kính khác nhau Tính DP1 = , xét trên đường ống f70. Trong đó: L: Chiều dài ống dẫn, L = 12 m : hệ số ma sát. dtd: Đường kính tương đương của ống, m .dtd = 70 mm Xét chuẩn số Re: Trong đó: m: Độ nhớt động học của chất lỏng ở 25oC, m = 0,8937.10-3 N.s/m2 = 1 m/s dtd = 0,07 m ρ = 1000 kg/m3 nên chất lỏng chuyển động trong ống là chuyển động xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: [(II.65)/380-16] Mà Trong đó: e: Độ nhám tuyệt đối. Chọn e = 0,1 mm dtd: Đường kính tương đương của ống, dtd = 70 mm Vậy (N/m2) Tính DP2 = , xét trên đường ống f30. Trong đó: L: Chiều dài ống dẫn, L = 16 m l- hệ số ma sát. dtd: Đường kính tương đương của ống, m .dtd = 30 mm Xét chuẩn số Re: Trong đó: m: Độ nhớt động học của chất lỏng ở 25oC, m = 0,8937.10-3 N.s/m2 = 1 m/s dtd = 0,03 m ρ = 1000 kg/m3 nên chất lỏng chuyển động trong ống là chuyển động xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: [(II.65)/380-16] Mà Trong đó: e: Độ nhám tuyệt đối. Chọn e = 0,1 mm dtd: Đường kính tương đương của ống, dtd = 30 mm Vậy (N/m2) Do đó: (N/m2) DPH: Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh: , N/m2 [(II.57)/377-16] Trong đó : H - Chiều cao nâng chất lỏng, chọn H = 4,5 m (N/m2) DPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ [(II.56)/377-16] = DP1 + DP2 Trong đó: - hệ số trở lực cục bộ. r- khối lượng riêng của nước w- tốc độ của lưu thể, m/s. DP1 , DP2: trở lực cục bộ của ống với đường kính khác nhau. * , xét trên đường ống f70, trong đó: w = 1 m/s Chọn 3 khuỷu 900 dùng khuỷu ghép 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành: vì trên đường ống f70 có Re = 78326 > 2105 nên theo [(Bảng N030)\(394-16)] ta có =3.0,2=0,6 Trở lực gây ra do hiện tượng đột thu là: Ta có : tỷ số và Re = 78326 > 3,5.103 nên theo [(Bảng N013)\(388-16)] ta có = 0,34. * , xét trên đường ống f30, trong đó w =1 m/s. Trở lực cục bộ này là do đột thu tại đoạn nối ống f30 và f70. Ta có: tỷ số và Re = 33568> 3,5.103 nên theo [(Bảng N013)\(388-16)] ta có = 0,34, gồm có 4 dàn nên ta có: N/m2. = DP1 + DP2=470+680=1150N/m2. DPt: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị: DPt = 0 DPk: Áp suất cần thiết ở cuối đường ống, DPk = 0 Vậy (N/m2) (m) Vậy công suất của bơm: (kW) Công suất của động cơ điện: , kW [(II.190)/(439-16)] Trong đó: N: Công suất trên trục bơm, kW htr: Hiệu suất truyền động, chọn htr = 0,97 hdc: Hiệu suất động cơ điện, chọn hdc = 0,95 , (kW) Thường thì người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán: Ndc = b Í Ndc Trong đó: b: Hệ số dự trữ công suất, b = 1,5÷ 2 [(440-16)]. Chọn b = 2 (kW) Vậy ta chọn bơm có công suất 1,1 Kw 4.3.3. Tính bơm bùn Trong hệ thống xử lý nước thải, dùng bơm bùn để bơm bùn từ bể lắng II vào bể chứa bùn ,trên đường ống có bố trí van cho tuần hoàn một phần lại vào bể Aeroten và bùn từ bể UASB sang bể xử lý bùn. Chọn bơm ly tâm. Tính toán tương tự như bơm nước thải. Ta có: Thể tích bùn tạo ra trong một ngày ( bao gồm cả bùn xả và bùn tuần hoàn ) chứa trong cả hai bể lắng II Trong mỗi bể ta đặt một bơm .Vậy lượng bùn trung bình trong một bể là q = Q/2 Q= 168,84m3/ngày0,002m3/s Công suất yêu cầu trên trục bơm: , kW [16] Trong đó: q= 0,001m3/s r: Khối lượng riêng của bùn cần bơm, r = 1005 kg/m3 g = 9,81 m/s2 h = 0,72÷0,93 Tính hiệu suất chung của bơm, h [16] Ta có: ho = 0,85÷0,96. Chọn ho = 0,90 htr = 0,8÷0,85. Chọn htr = 0,85 hck = 0,92÷0,96. Chọn hck = 0,95 Suy ra: Tính áp suất toàn phần của bơm, H H = + H0 + hm , N/m2 Với Trong đó: [16] DPd: , N/m2 [16] Với w: Tốc độ lưu thể, w = 1,5 m/s (N/m2) DPm: , (N/m2) Với : L = 10 m ( do đặt bơm chìm ) m = 30 (mm) Xét chuẩn số Re: Trong đó: w = 1,5 m/s dtd = 0,03 m ρ = 1005 kg/m3 m: Độ nhớt động học của hỗn hợp nước bùn φ = 1,3% nên độ nhớt của bùn tính theo công thức:, N.s/m2 Trong đó: mn: Độ nhớt của nước, mn = 0,8937.10-3 N.s/m2 φ: Nồng độ pha rắn trong huyền phù, φ = 1,3% = 0,013 (N.s/m2) nên chất lỏng chuyển động trong ống dẫn là chuyển động xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: Mà Trong đó: e = 0,1 mm dtd = 30 mm (N/m2) DPH: , N/m2 [16] Với H = 4,5 m (N/m2) DPc: [16] Trên đường ống dẫn có 5 khuỷu 90o do 3 khuỷu 30o tạo thành. Do Re = 48998< 2.105 nên ta bỏ qua trở lực của khuỷu. Trên đường ống còn có trở lực do van để điều chỉnh lưu lượng của dòng chảy, có 2 van. Ta chọn van tiêu chuẩn, ξ = 2 Í 4,45 = 8,9 (N/m2) DPt : DPt = 0 DPk : DPk = 0 Vậy: (N/m2) H = H0+hm= 6,78+4,5=11,28m Vậy công suất của bơm: (kW) Công suất của động cơ điện: , kW [16] (kW) Thông thường ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn công suất tính toán: (kW) Vậy ta chọn bơm ly tâm có công suất 0,44 kW Chọn 3 bơm : 2 bơm đặt trong 2 bể lắng II để bơm bùn về bể chứa bùn và tuần hoàn bùn 1 bơm để bơm bùn từ bể UASB về bể chứa bùn 4.3.4.Máy nén khí cho bể Aerotank . Lựa chọn thiết bị làm thoáng cho bể: Có nhiều cách cung cấp khí cho bể: a. Thiết bị làm thoáng bằng khí nén: - Thiết bị làm thoáng tạo ra bọt khí mịn. - Thiết bị làm thoáng tạo ra bọt khí kích thước trung bình. - Thiết bị làm thoáng tạo ra bọt khí lớn. b. Thiết bị cơ khí làm thoáng bề mặt. - Thiết bị làm thoáng kiểu Ru-lo. - Thiết bị làm thoáng kiểu tuabin. Ở đây ta chọn thiết làm thoáng bằng khí nén tạo bọt khí nhỏ mịn. Khí nén được phân phối qua các lỗ rỗng của đĩa xốp. Các đĩa được gắn trên các ống, các ống được gắn với nhau thành giàn ống xương cá. Ống được làm bằng nhựa PVC (hay PE hoặc thép không rỉ). Giàn ống xương cá được bố trí theo chiều vuông góc với thành dọc của bể và đặt càng sát đáy bể càng tốt để các bọt khí có thời gian lưu trong nước lâu hơn. Giàn ống đặt cách đáy 7-10 cm. Chọn cách đáy 10 cm. Chọn đĩa khí có đường kính 0,3m và cường độ khí qua đĩa từ 0,7-1,4l/s. Chọn q = 1,4 l/s. Số đĩa khí cần là: Trong đó Q: lưu lượng khí cần cấp, Q= 11364m3/ngày0,132 m3/s q : lưu lượng khí qua 1 đĩa, q = 1,4.10-3 m3/s đĩa Bố trí các ống cách nhau 0,5 m. Bố ống nhánh trên 1 giàn là: ống nhánh phân phối. Trong đó B: chiều rộng của bể Aerotank. b: khoảng cách từ đầu ống đến thành bể. l : khoảng cách giữa 2 ống nhánh. Chọn ống nhánh có chiều dài 1 m và trên mỗi ống được gắn 2 đĩa. Vậy, số đĩa trên 1 giàn là : (đĩa) Tổng số giàn bố trí trong bể là : dàn Khoảng cách giữa 2 giàn xương cá là : Trong đó D: chiều dài bể Aerotank d : khoảng cách từ giàn ống đến thành bể. m: số giàn ống trong bể. Đường kính ống cấp khí chính là: Trong đó Q: lưu lượng khí , m3/s. Q= 0,132 m3/s w: tốc độ trung bình của dòng khí đi trong ống, m/s. Chọn w= 15m/s = 100mm Đường kính ống nhánh là: Trong đó Q: lưu lượng khí trong một nhánh, m3/s. Q= = 0,0165 m3/s w: tốc độ trung bình của dòng khí đi trong ống, m/s. Chọn w= 15m/s = 40mm Đường kính ống phân phối là: Trong đó Q: lưu lượng khí trong một nhánh trên giàn khí, m3/s. Q= m3/s w: tốc độ trung bình của dòng khí đi trong ống, m/s. Chọn w= 15m/s Công suất của máy nén khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt: [16] Trong đó: Pm: Công suất yêu cầu của máy nén khí, kW G: Trọng lượng của dòng không khí, kg/s R: Hằng số khí, đối với không khí R = 8,314 kJ/kmoloK T1: Nhiệt đô tuyệt đối của không khí đầu vào, T1 = 273 + toC P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1 atm P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 = P1 + DP, atm 29,7: Hệ số chuyển đổi vì đối với không khí k = 1,395 e: Hiệu suất của máy từ 0,7÷0,8. Chọn e = 0,75 DP: Áp suất toàn phần để khắc phục các cản trở thuỷ lực của hệ thống ống dẫn khí (kể cả ống dẫn và thiết bị) khi dòng chảy đẳng nhiệt. a. Tính trọng lượng riêng của dòng khí: Trong đó: Qkk: Lưu lượng không khí cần thiết, Q = 0,132 (m3/s) ρkk: Khối lượng riêng của không khí, ρkk = 1,18 kg/m3 [16] (kg/s) b. Tính DP: [16] Trong đó: DPd: Áp suất động lực học, tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn: , N/m2 Với: ρ: Khối lượng riêng của không khí, kg/m3, ρ = 1,18 kg/m3 [16] w: Tốc độ lưu thể, m/s w1: Tốc độ của lưu thể trong ống f100mm, m/s, w1 = 15 m/s w2: Tốc độ của lưu thể trong ống f40mm, m/s, w2 = 15 m/s w3: Tốc độ của lưu thể trong ống f15mm, m/s, w2 = 15 m/s DPd1, DPd2, DPd3Áp suất động lực học của ống f100, f40, f15 Vậy: (N/m2) (N/m2) DPm: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng: , N/m2 [16] Trong đó: l: Hệ số ma sát L: Chiều dài ống dẫn, m dtd: Đường kính tương đương của ống, m w: Tốc độ lưu thể, m/s DPd1, DPd2 , DPd3Áp suất để khắc phục trở lực ma sát ở các đường ống có đường kính khác nhau. Tính :, xét trên đường ống f100mm Ta có: Trong đó: L: Chiều dài ống dẫn, L = 15 m mkk: Độ nhớt động học của không khí ở 25oC, N.s/m2, mkk = 1837.10-8 N.s/m2 w1: Tốc độ lưu thể, w1 = 15 m/s dtd: Đường kính tương đương của ống, dtd = 0,1m Do đó: >4000 nên khí trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó công thức tính hệ số ma sát có dạng: [16] Trong đó: D - Độ nhám tương đối, xác định theo công thức sau: Với: e: Độ nhám tuyệt đối. Đây là ống dẫn khí nén nên e = 0,8mm. [16] dtd: Đường kính tương đương của ống, dtd = 100mm Vậy (N/m2) Tính , xét trên đường ống f40 mm. Với L: Chiều dài ống dẫn, L = 18,4 m Tương tự, ta có: Với: dtd = 40mm = 0,04m w2 = 15 m/s mkk = 1837.10-8 N.s/m2 ρ = 1,18 kg/m3 Do đó: >4000 nên khí trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó tính hệ số ma sát theo công thức: [16] Mà Với dtd - Đường kính tương đương của ống, dtd = 40 mm Vậy (N/m2) Tính , xét trên đường ống f15 mm. Với L: Chiều dài ống dẫn, L = 48 m Tương tự, ta có: Với: dtd = 15mm = 0,015m w2 = 15 m/s mkk = 1837.10-8 N.s/m2 ρ = 1,18 kg/m3 Do đó: >4000 nên khí trong ống ở chế độ chảy xoáy. Do đó tính hệ số ma sát theo công thức: [16] Mà Với :dtd - Đường kính tương đương của ống, dtd = 15 mm Vậy (N/m2) (N/m2) DPH: Áp suất cần thiết để nâng chất khí lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh: , N/m2 [16] Trong đó: H: Chiều cao nâng chất khí, m, H = 4 m g: Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 (N/m2) DPc: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: [16] Trong đó: - hệ số trở lực cục bộ. r- khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3. w- tốc độ của lưu thể, m/s. DP0, DP1 , DP2: trở lực cục bộ của ống với đường kính khác nhau. * , xét trên đường ống f100, trong đó: w = 15m/s. Tại góc cua 900 dùng khuỷu ghép 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành: vì trên đường ống f100 có Re = 106151 < 2105 nên bỏ qua trở lực do khuỷu Trên đường ống còn có trở lực do van, gồm có 1 van. Ta chọn van tiêu chuẩn ξ = 4,7. Trở lực cục bộ tại ngã ba trên 2 đường ống: trên đường ống dẫn có 16 ngã rẽ nên: ξ = 2 Í 16 = 32 (N/m2) , xét trên đường ống f40, trong đó w = 15 m/s. Tại góc cua 900 dùng khuỷu ghép 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành: vì trên đường ống f40 có Re =38541 < 2105 nên theo [394-16] ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của trở lực. Trở lực gây ra do hiện tượng đột thu là: Ta có : tỷ số và Re = 38541 > 3,5.103 nên theo [(Bảng N013)\(388-16)] ta có = 0,34. Vậy: 45 N/m2 * , xét trên đường ống f16, trong đó w =15m/s. Trở lực cục bộ này là do đột thu tại đoạn nối ống f40 và f16. Ta có: tỷ số và Re = 14453 > 3,5.103 nên theo [(Bảng N013)\(388-16)] ta có = 0,34, gồm có 6 ống phân phối và 8 dàn nên ta có: N/m2. Do đó: DPc = DP0 + DP1 + DP2 = 184 + 45 +2166 = 2395N/m2. DPt: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, DPt = 0 DPk: Áp suất cần thiết ở cuối đường ống.Trong trường hợp này chính là trở lực do đĩa gây ra. Ta có tổn thất áp lực qua mỗi đĩa là 15 mmH2O nên tổn thất áp lực qua 96 đĩa là: 9615 = 1440 mmH2O = 1,44 mH2O. Do đó: = 14118 N/m2. Vậy (N/m2) Hay (atm) (atm) Do đó: (kW) Công suất trên trục của máy nén gọi là công suất hiệu dụng, được tính theo công thức: , kW [16] Trong đó: Nhd: Công suất hiệu dụng, kW NTT: Công suất thực tế cuả máy nén đoạn nhiệt, NTT = Pm = 8 hck: Hiệu suất cơ khí của máy nén, hck = 0,96÷0,98. Chọn hck = 0,97 (kW) Công suất của động cơ điện: [16] Trong đó: b: Hệ số dự trữ công suất, thường lấy bằng 1,1÷1,15. Chọn b = 1,15 htr: Hiệu suất truyền động (0,96÷0,99). Chọn htr = 0,98 hdc: Hiệu suất động cơ điện (~0,95) (Kw ).Vậy ta chọn máy nén khí với công suất 10 kW 4.4. Tính toán giá thành xây dựng và chi phí xử lý nước thải. Bảng 4. 11 : Bảng chi phí xây dựng và mua trang thiết bị cho HTXLNT TT Công việc Khối lượng Đơn vị Đơn giá Thành tiền (triệu) I Chi phí lắp đặt 1 Hố gom sau giặt là 2 m3/bê tông 3triệu/m3 6 2 Bể lắng sau giặt là 10 30 3 Hố gom sau nhà vệ sinh 25 75 4 Bể thu gom dầu mỡ 13 39 5 Mương dẫn nước 1 3 6 Hố thu gom chung 50 150 7 Bể điều hòa 35 105 8 UASB 90 270 9 Bể aeroten 120 360 9 Lắng II 90 270 10 Bể trống quay sinh học 32 96 11 Bể chứa bùn 35 105 12 Bể khử trùng 7 21 13 Nhà điều hành 200 Tổng chi phí xây dựng bể tính theo bể tông cốt thép 1874 II Chi phí mua thiết bị 1 Bơm sau bộ phận giặt là 1 cái 5 5 2 Máy và cánh khuấy phèn 1 cái 5 5 3 Bơm định lượng phèn 1 cái 5 5 4 Song chắn rác 1 5 5 5 Máy nghiền 1 cái 50 50 6 Bơm từ hố thu gom 1 cái 20 20 7 Bơm từ UASB 1 cái 20 20 8 Bơm bùn từ lắng II 1 cái 20 20 9 Bơm bùn từ UASB 1 cái 20 20 10 Tấm chắn khí 1 cái 5 5 11 Máy nén khí cho aeroen 1 cái 50 50 12 Đĩa phân phối khí 96 cái 0,3 28,8 13 Trống sinh học 2 cái 100 200 14 Bơm định lượng clo 1 cái 5 5 15 Đường ống 200 200 Tổng chi phí mua thiết bị 638,8 Tổng chi phí xây dựng và mua thiết bị là : 2.500.000.000 Các chi phí trong hệ thống xử lý nước thải. Các chi phí xử lý bao gồm các khoảng sau: 1. Chi phí nhân công C1: Hệ thống xử lý vận hành 24/24 và cần một nhân viên theo dõi hệ thống xử ly Lương trung bình của cán bộ kỹ thuật là 5 triệu/tháng. C1= 5 ×12 = 60 triệu/năm 2. Chi phí hoá chất C2. Giả sử một năm khách sạn vận hành 325 ngày,thời gian còn lại nghỉ để sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị. Lượng phèn nhôm dùng trong 1 năm là: m = 2 kg/ngày 325 ngày = 650kg Thành tiền = 650 kg 9000đ/kg = 5.850.000 vnđ/năm Lượng clorine dùng trong một năm là: m = 4 kg/ngày 335 = 1300kg Thành tiền = 1300 kg 30.800đ/kg = 3.696.000 vnđ Tổng chi phí hoá chất dùng trong 1 năm là: C2 = 3.696.000 + 540.000 = 40.040.000 vnđ 3. Chi phí điện năng C3. Giá điện công nghiệp là 1500 vnđ/kWh Một năm hệ thống tiêu tốn hết 181025 kw. Chi phí điện trong 1 năm là: C3 = 1810251500vnđ = 271.538.000 vnđ 4.Chi phí khấu hao : Giả sử hệ thống được thiết kế để hoạt động trong 15 năm Chi phí khấu hao : Trong đó : q : chi phí xây dựng hệ thống xử ly nước thải, q=2.500.000.000 VND VNĐ Chi phí xử lý cho 1 m3 nước thải Giá thành xử ly cho 1 m3 nước thải được tính theo công thức sau : Trong đó: S : gồm tổng chi phí trong một năm . S = C1+C2+C3+C4 =166.666.666+271.538.000+40.040.000+60.000.000 =538.244.666VNĐ Q : lưu lượng nước thải trong một năm Giá thành xử ly cho 1 m3 nước thải là : = Vậy giá thành xử ly cho 1 m3 nước thải là : 5520vnd/m3 KẾT LUẬN Xử ly nước thải sinh hoạt là một nhu cầu cấp thiết hiện nay nói chung và nước thải khách sạn nói riêng để đạt được mục đích phát triển một cách bền vững. Trong suốt thời gian làm việc cố gắng, đề tài tốt nghiệp “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải khách sạn công suất 300 m3/ngày.đêm” đã hoàn thành.Với đồ án này,em đã đi vào tìm hiểu các vấn đề môi trường liên quan đến hoạt động của khách sạn.Từ đó đưa ra các phương pháp xử ly và thiết kế hệ thống xử ly nước thải dựa trên cơ sở các thông số đầu vào như đã cho và đầu ra dựa trên QCVN 14 – 2008 ( loại A ) Thông qua việc đưa ra tổng quan chung các phương pháp xử ly nước thải sinh hoạt , giới thiệu một số công nghệ xử ly nước thải sinh hoạt và phân tích lựa chọn công nghệ xử ly nước thải khách sạn .Và với đặc trưng là nước thải sinh hoạt có hàm lượng BOD5,COD,N,P,vi sinh vật cao nên lựa chọn công nghệ xử ly bằng phương sinh học yếm hiếu khí kết hợp.Từ đó lựa chọn các thiết bị xử ly phù hợp và tính toán thiết kế các hạng mục công trình. Vì nước thải sinh hoạt bao gồm nhiều nguồn nên trước khi được xử ly sinh học tập trung thì cần phải được xử ly sơ bộ để loại bỏ các chất gây hại đến quá trình xử ly sinh học.Qúa trình xử ly sơ bộ bao gồm : bể tách dầu mỡ sau bộ phận nhà bếp và bể lắng kết hợp với keo tụ sau bộ phận giặt là.Sau đó toàn bộ nước thải đó cùng với nước thải từ các nhà vệ sinh được đưa về hệ thống xử ly tập trung. Các thiết bị chính trong hệ thống xử l‎y chung được lựa chọn bao gồm : tính mương dẫn,song chắn rác,máy nghiền,bể điều hòa,bể yếm khí UASB ,bể aeroten, bể lắng đứng, bể trống quay sinh học,bể khử trùng,bể chứa bùn Các thiết bị phụ trong hệ thống xử ly chung được tính toán trong đồ án gồm : hệ thống cấp khí cho Aeroten,máy nén khí,các bơm nước thải và bơm bùn trong hệ thống Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống như đã tính toán khoảng 2.500.000.000 vnđ và chi phí xử ly 1 m3 nước thải là 5520 vnđ/m3 Với quá trình làm đồ án một lần nữa giúp em tìm hiểu sâu hơn về nước thải sinh hoạt và các phương pháp xử ly .Đồng thời đồ án còn giúp cho mỗi sinh viên rèn luyện khả năng làm việc độc lập cũng như tự tìm tài liệu hay trao đổi thông tin và lựa chọn thông số tính toán cho bài toán đặt ra Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn GS.TS.Đặng Kim Chi - người đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo em hoàn thành đồ án đúng thời gian Đồ án hoàn thành không sao tránh khỏi những thiếu sót, do thời gian có hạn cũng như kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, em kính mong được sự góp ý của thầy cô, anh chị và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Ngày 6/9/2007 2.wikipedia.org/…/thanhphohochiminh2007 3.vinasme.com.vn 4.www.hanoihotel.com.vn 5.Tài liệu của khách sạn Intercontinental Hà Nội 2010 6.Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải sinh hoạt qui mô nhỏ và vừa, NXB Khoa Học & Kĩ thuật, Hà Nội. 7. Trịnh Xuân lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội. 8. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa Học & Kĩ thuật, Hà Nội. 9. Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ (2002), Thoát nước, tập 2, xử lý nước thải, NXB Khoa Học & Kĩ thuật, Hà Nội 11.Bài giảng vi sinh môi trường – TS.Đặng Minh Hằng 12. Lê Dung (2005), Xử ly nước cấp, NXB Xây dựng, Hà Nội 13.PGS.TS.Đặng Xuân Hiển – Bài giảng ky thuật xử ly nước thải 14. Lương Đức Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Giáo dục, Hà Nội 15.GS.TS.Lâm Minh Triết.Th.S Lê Hoàng Việt (2009),vi sinh vật nước và nước thải ,NXB xây dựng 16. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông (), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1,NXB Khoa Học & Kĩ thuật, Hà Nội. 17. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông (), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 , NXB Khoa Học & Kĩ thuật, Hà Nội 18. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2004), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp tính toán thiết kế các công trình, NXB Đại học quốc gia, TP HCM. 19.GS.TS.Trần Hiếu Nhuệ (2001) ,Thoát nước và xử ly nước thải công nghiệp ,NXB khoa học kỷ thuật 20.Metcalf & Eddy ,Inc (2003) - Wastewater engineering treatment and reuse –Fourth edition ,Mc Graw - Hill 21.Small and Decentralized wastewater management s‎tems 22.C.C.Lee.Shun Dar Lin (2000)- Handbook of Environment Engineering Caculations,Mc.Graw – Hill 23.Operarion of waste water treatment plant ( volume 1) 24.TCXDVN 51: 2008 25.Operation of municipal waste water treatment plants.(fifth edition) 26.GS.TSKH.Nguyễn Bin (), Các quá trình ,thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm ,tập 2 ,NXB khoa học và ky thuật Hà Nội 27. Trần Đức Hạ (2006), Xử ly nước thải đô thị - NXB khoa học và kỷ thuật Hà Nội