Thiết kế một hệ thống xử lí nước thải cho nhà máy cao su Lộc Ninh – Bình Phước với công suất 500m3/ngày đêm

TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ Nước thải --( SCR ---( bể chứa --(bể điều hòa --( bể tuyển nổi --(bể aerotank --( bể lắng đơt II --( bể khử trùng --( môi trường tiếp nhận. Phương án 1 Tính toán lưu lượng nước thải Lưu lượng thiết kế Qtb = 500m3/ng.đ = 21m3/h = 0,006m3/s Lưu lượng lớn nhất: Qmax = 21 m3/h × Kch = 21m3/h × 2,95 = 61,95 m3/h = 52 L/s Với Kch = hệ số không điều hòa chung của nước thải lấy theo điều 2.1.2 TCXD 51-84 Bảng hệ số không điều hòa chung Qtb (L/s)  5  15  30  50  100  200  300  500  800  1250   Kch  3  2,5  2  1,8  1,6  1,4  1,35  1,25  1,2  1,15   Song chắn rác Bảng: Các thông số tính toán cho song chắn rác Thông số  Giá trị   Kích thước song chắn    Rộng, mm  5,08 – 15,24   Dày, mm  25,4 – 38,1   Khe hở giữa các thanh, mm  15-75   Độ dốc theo phương đứng, độ  15 - 45   Tốc độ dòng chảy trong mương đặt song chắn rác, m/s  0,3-0,609   Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác h = H1 = 0,5m Tính chiều rộng các thanh chắn và chiều rộng kênh dẫn nước thải - Vận tốc nước trong mương : chọn v = 0,5 m/s - Chọn kích thước phần mương đặt SCR: B x H = 0,5m x 0,5m Chiều cao lớp nước trong mương
(4.1) Kích thước song chắn rác - Kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 0,015m x 0,025m - Kích thước khe hở giữa các thanh: w = 0,05 m - Giả sử song chắn rác có n khe hở, m = n-1 thanh

n=7,9 ( Số khe hở n=8. Số thanh là 7 - Khoảng cách giữa các khe có thể điều chỉnh w=49,4 mm Tổng tiết diện các khe

= 27255mm2 = 0,027 m2 Vận tốc dòng chảy qua song chắn
(4.2) Tổn thất áp lực qua song chắn
=12mm<150mm (4.3) V: Vận tốc dòng chảy qua song chắn v:vận tốc nước thải trong mương Chiều cao của song chắn:
LSCR =
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn L1 =
(4.4) Trong đó: B: Chiều rộng của song chắn rác W: Chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi song chắn rác. Chọn B =450mm
: Góc nghiêng chỗ mở rộng Chiều dài phần thu hẹp sau song chắn L2 =
Chiều dài xây dựng phần mương để đặt song chắn rác: L = L1 + L2 + Ls = 69 + 35 + 1500 =1604(mm) Trong đó: Ls: Chiều dài phần mương đặt song chắn rác, Ls = 1,5m Mương xây bằng bêtông cốt thép có chiều dày là 100mm Thông số thiết kế SCR Thông số    Chiều rộng song chắn, m  0,5   Chiều cao song chắn, m  0,58   Bề rộng thanh, mm  15   Bề dày thanh, mm  25   Khe hở giữa các thanh, mm  49,4   Góc nghiêng đặt song chắn so với phương thẳng đứng, độ  60   Lưới chắn rác tinh Lưu lượng thiết kế Qtb = 500m3/ng.đ = 21m3/h = 0,006m3/s Lưu lượng lớn nhất: Qmax = 21 m3/h × Kch = 21m3/h × 2,95 = 61,95 m3/h = 52 L/s Vận tốc nước trong mương : chọn v = 0,64 m/s - Chọn kích thước phần mương đặt lưới chắn rác: B = 0,5m Khoảng cách giữa các thanh 10mm


hL = Vl2 ×1,354×0,5 =0,62×1,354×0,5=0,244m kích thước lưới chắn rác BL×hL = 0,255m×0,244m được đặt sau song chắn rác thô. Hàm lượng chất lơ lửng SS và BOD5 của nước thải sau khi qua song chắn rác thô và lưới chắn rác tinh giảm 4%, còn lại: SS = SS’ × (100-4)% =130×(100 -4)% = 124,8mg/l BOD5 = BOD’5 × (100-5)% = 906×(100-5)% = 869,76 mg/l ( tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp- Lâm Minh Triết chủ biên) Hầm bơm tiếp nhận Thể tích hầm bơm tiếp nhận V = Qmax×t (4.5) t: thời gian lưu nước. Chọn t = 20phút V = 61,95m3/h ×20phut×
= 20,65m3 Chọn chiều sâu hữu ích h = 3m, chiều cao an toàn = 0,5m Vậy chiều sâu tổng cộng: H = 3m + 0,5m = 3,5m Chọn hầm bơm có tiết diện ngang là hình chữ nhật trên mặt bằng Diện tích mặt bằng của hầm bơm F =
(4.6) Kích thước hầm bơm: A×B×H = 3m×2,5m×3m Bơm nước ở bể điều hòa, tính tương tự ở hố thu gom H = h1+ h2 h1: chiều cao cột nước trong bể; h1 = 3,5m h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,...h2 = 2 – 3m H2O. Chọn h2 = 2m
H = 2 +3,5 = 5,5m
= 1000kg/m3: Khối lượng riêng của nước thải
= 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm

Chọn bơm công suất 1kW. Bể điều hòa Kích thước bể điều hòa - Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa t =4 h - Thể tích bể điều hòa: Vb = Qtb×t = 21m3/h×4h = 84m3 - Chọn chiều sâu hữu ích của bể h = 4m - Chiều cao bảo vệ = 0,5m Vậy chiều cao tổng cộng H = 4m +0,5m = 4,5m Diện tích bề mặt bể điều hòa A =
Thiết kế bể điều hòa hình chữ nhật Chọn kích thước bể là: Dài × Rộng = 6m × 4m Thể tích thực tế của bể điều hòa Vđh =
Thời gian lưu nước thực tế tại bể
(4.9) Thể tích xây dựng
Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa (bằng khí nén) Bảng 4.4: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa Dạng khuấy trộn  Giá trị  Đơn vị   Khuấy trộn cơ khí  4 – 8  W/m3 thể tích bể   Tốc độ khí nén  10 – 15  L/m3.phút (m3 thể tích bể)   Lượng không khí cần thiết qkhi = R × Vđh = (0,012m3/m3.phút) ×(96m3) (4.10) = 1,152m3/phút ≈ 27,65m3/giờ ≈ 19,2L/s Trong đó: R = tốc độ khí nén, R = 12L/m3.phút = 0,012m3/ m3.phút Vđh = thể tích thực tế của bể điều hòa Bảng 4.5: Các thiết bị khuếch tán khí ở bể điều hòa có thể chọn theo bảng sau: Loại khuếch tán khí – cách bố trí  Lưu lượng khí lit/phut.cai  Hiệu suất chuyển hóa oxy tiêu chuẩn ở độ sâu 4,6m,%   Đĩa sứ - lưới  11 – 96  25 – 40   Chụp sứ - lưới  14 – 71  27 – 39   Bản sứ - lưới  57 – 142  26 – 33   Ống plastic xốp cứng bố trí     +Dạng lưới  68 – 113  28 – 32   +Hai phía theo chiều dài (dòng chảy xoắn hai bên)  85 – 311  17 – 28   +Một phía theo chiều dài (dòng chảy xoắn một bên)  57 – 340  13 – 25   Ống plastic xốp mềm bố trí     +Dạng lưới  28 – 198  26 – 36   +Một phía theo chiều dài  57 – 198  19 – 37   Ống khoan lỗ bố trí     +Dạng lưới  28 – 113  22 – 29   +Một phía theo chiều dài  57 – 170  15 – 19   Khuếch tán không xốp     +Hai phía theo chiều dài  93 – 283  12 – 23   +Một phía theo chiều dài  283 – 990  9 – 12   Chọn ống cấp khí cho bể điều hòa bằng PVC khoan lỗ, gồm n = 4 ống nhánh đặt dọc theo chiều dài bể (6m). Trong đó đặt 2 ống gần tường Ống đặt gần tường của bể có lưu lượng bằng một nửa lưu lượng các ống giữa bể Lưu lượng khí của ống giữa bể là
Cường độ sục khí của ống đặt giữa bể là
Lưu lượng khí của ống sát tường là
Cường độ sục khí của ống đặt sát tường là
Theo TCXD 51-84, các lỗ trên ống đặt cách nhau 3-6cm (chọn 5cm, lỗ nằm mặt dưới ống. Số lỗ trên ống là: n = chiều dài bể/khoảng cách các lỗ = 6m/0,05m = 120 lỗ Tính toán thủy lực ống dẫn khí nén Bảng 4.6: Đường kính theo vận tốc khí trong ống Đường kính, mm  Vận tốc, m/s   25 – 75 (1 – 3’’) 100 – 250 (4 – 10’’) 300 – 619 (12 – 24’’) 760 – 1500 (30 – 60’’)  6 -9 9 – 15 14 – 20 19 – 33   Chọn vận tốc trong ống chính v =9m/s Đường kính ống chính D =
- Chọn ống Ф60mm Vận tốc trong ống chính v =
Đường kính ống nhánh dẫn khí đặt giữa bể là
- Chọn ống Ф25mm Tính lại vận tốc v =
Đường kính ống dẫn khí sát tường
- Chọn ống Ф 20mm Tính lại vận tốc v =
Lưu lượng khí qua lỗ của ống sát tường qlỗ =
(4.11) Lưu lượng khí qua lỗ của ống giữa bể qlỗ =
Theo (trang 481 Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết)
vận tốc khí qua lỗ thay đổi từ 5-20m/s, đường kính các lỗ 2-5mm Chọn đường kính lỗ 2mm( vận tốc khí qua lỗ: + Ống nhánh đặt giữa bể vlỗ =
+ Ống nhánh đặt sát tường vlỗ =
Vận tốc khí qua lỗ phù hợp (5-20m/s) Áp lực và công suất của hệ thống thổi khí (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí Hct = hd + hc + hf + H Trong đó: hd = Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m) hc = Tổn thất cục bộ (m) hf = Tổn thất qua thiết bị phân phối (m) H = Chiều sâu hữu ích của bể, H = 3m Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m; Tổn thất hf không quá 0,5m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 +3 = 3,9m Áp lực không khí là
(4.12) Công suất của máy thổi khí Pmáy =

(4.13) Trong đó: - Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW - G: lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong một giây (kg/s) - Với Q = Lưu lượng không khí Q = 27,65m3/giờ = 0,0077 m3/s -
= khối lượng riêng của không khí,
= 1,2 kg/m3 (G = Q ×
=0,0077m3/s ×1,2 kg/m3 = 0,0092kg/s - R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K - T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K - p1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm - p2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = 1,38 atm n=
= 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) 29,7 : hệ số chuyển đổi e: Hiệu suất của máy , chọn e= 0,8 Vậy : Pmáy =

=3,61kW Chọn công suất máy Pmáy = 1kW Hàm lượng BOD5 qua bể điều hòa giảm 15% BOD5 = 869,76×(1- 0,15) = 739,296mg/L COD = 1256× (1- 0,15) = 1067,6mg/L Bảng 4.7 Các thông số thiết kế cho bể điều hòa TT  Thông số  Đơn vị  Giá trị   Phần thiết kế xây dựng   1  Lưu lượng giờ trung bình, Q  m3/giờ  21   2  Thời gian lưu nước, t  giờ  4,6   3  Thể tích hữu dụng, Vhd  m3  96   4  Thể tích xây dựng, Vxd  m3  108   5  Kích thước (mặt bằng hình chữ nhật): Chiều rộng Sâu tổng cộng, H  m m m  6 4 3,5   Sau khi qua bể điều hòa nước thải vào bể tuyển nổi tiếp tục công đoạn xử lý Bơm nước ở bể điều hòa, tính tương tự ở hố thu gom H = h1+ h2 h1: chiều cao cột nước trong bể; h1 = 3,5m h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,...h2 = 2 – 3m H2O. Chọn h2 = 2m
H = 2 +3,5 = 5,5m
= 1000kg/m3: Khối lượng riêng của nước thải
= 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm

Chọn 3 bơm CV-22-80, 2 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng Thông số kỹ thuật của bơm Công suất: 2,2kW Khối lượng 32kg 4.6 Bể tuyển nổi Lưu lượng nước thải qua tuyển nổi Q = 500m3/ngày Bình tạo áp Lưu lượng nước thải trung bình qua thiết bị tuyển nổi kết hợp lắng: Q =
Lựa chọn tuyển nổi khí hòa tan - Chọn A/S = 0,03mg khí/mg chất rắn - Nhiệt độ trung bình 270C Bảng 4.8 Độ hòa tan của không khí chọn theo bảng sau Nhiệt độ (0C)  0  10  20  30   sa  29,2  22,8  18,7  15,7   (Theo Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai) - sa = 16,6 ml/l - Tỉ số bão hòa f = 0,5 Áp suất yêu cầu cho cột áp lực:
(4.14)
Vậy P = 2,346 atm
Trong đó: A/S = Tỉ số khí/chất rắn, ml khí/mg chất rắn f = Phần khí hòa tan ở áp suất P, thông thường f = 0,5 P = áp suất, atm p = áp suất, kPa Sa = Hàm lượng SS mg/l sa = Độ hòa tan của khí, ml/l Hệ số 1,3 là trọng lượng của 1ml không khí tính bằng mg, giá trị (-1) tính đến yếu tố hệ thống hoạt động ở áp suất khí quyển Thể tích cột áp lực
Với t = thời gian lưu nước ở cột áp lực (0,5 – 3) phút. Chọn t = 2 phút Chọn chiều cao cột áp lực H = 2m. Vậy đường kính cột áp lực: D =
Chọn đường kính cột áp lực D = 1m Tính bề dày thân cột áp lực Vật liệu cột: thép CT3 Giới hạn bền
Giới hạn chảy
Tốc độ gỉ: 0,06mm/năm Môi trường làm việc lỏng (nước):
Áp suất làm việc: P = 2,436(atm) = 136,62kPa Chiều cao nước trong cột H=2(m) Bề dày thân áp lực
(4.15) - Dt- Đường kính trong cột áp lực, Dt = 1m -
Hệ số mối hàn,
- P1-Áp suất tính toán - P1 = P + Pn - P là áp suất yêu cầu cho cột áp lực = 136,62kPa - Pn – Là áp suất thuỷ tĩnh do mực chất lỏng tác dụng lên - Pn =

Xác định ứng suất cho phép của thép CT3 Hệ số hiệu chỉnh
Hệ số an toàn bền kéo nk = 2,6 Hệ số an toàn bền chảy nc = 1,5
(4.16)
Ta lấy giới hạn bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép tiêu chuẩn.
C = C1 + C2 +C3 = 1 + 0 +0,6 = 1,6(mm) C1-Hệ số ăn mòn của môi trường thiết bị làm việc, C1 = 1mm C2- Hệ số ăn mòn trực tiếp của môi trường, C2 = 0mm C3- Hệ số bổ sung do dung sai, C3 = 0,6mm Vì
(4.17) (với
là hệ số mối hàn,
= 0,7) Bề dày thân thiết bị
Chọn S = 4mm Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử Kiểm tra áp suất thử tính toán P0 = 1,5P +Pn = 1,5
156,24
103 + 19,62
103 = 244,55
103(N/m2) (4.18) Kiểm tra ứng suất thử
(4.19)
Vậy bề dày thân cột áp lực S = 4mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc Tính bề dày đáy (elip) của cột áp lực
(4.20) hb- Chiều cao phần lồi của đáy, hb = 0,2Dt = 0,2
1000 = 200(mm) (theo bảng XIII.10, trang 382 -Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2) k- Hệ số không thứ nguyên, k = 1 Vì
nên áp dụng công thức tính bề dày

Vì S – C =0,88< 10mm
tăng lên 2mm cho giá trị C Vậy chiều dày đáy và nắp thiết bị S = 0,88 + 1,6 + 2 = 4,48(mm)
Chọn S = 5mm Kiểm tra ứng suất thử
(4.21)
Vậy bề dày đáy cột áp lực S = 5 mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc Bảng 4.9 Thông số thiết kế cột áp lực TT  Thông số  Đơn vị  Giá trị   1  Lưu lượng nước, Q  m3/h  21   2  Áp lực, P  kPa  136,62   3  Kích thước cột áp lực Đường kính, D Chiều cao, H  m m  1 2   4  Bề dày thân, S  mm  4   Kích thước bể tuyển nổi hình tròn - Tải trọng bề mặt bể tuyển nổi 48m3/m2.ngày tương ứng với hiệu quả khử cặn lơ lửng đạt 90% và khử dầu mỡ đạt 85% - Hàm lượng COD qua lưới chắn rác và bể tuyển nổi giảm 50% và BOD5 giảm 36% (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết) - Vì trong quá trình vận hành không thể đạt được ở hiệu suất tối ưu nên hàm lượng COD qua lưới chắn rác và bể tuyển nổi giảm khoảng 30% và BOD5 giảm 20% - Chọn thời gian lưu nước trong bể tuyển nổi là 30 phút. Trong đó, thời gian nước lưu lại ở vùng tuyển nổi là 10 phút, ở vùng lắng là 20 phút. Lưu lượng thiết kế: Q = 21m3/giờ = 0,35 m3/phút Thể tích vùng tuyển nổi: Vtn = Q x t = 0,35(m3/phút) x 10(phút) = 3,5 m3 Chọn chiều sâu phần tuyển nổi: Htn = 2 m =>Đường kính phần tuyển nổi:
Chọn Dtn =2 m Thể tích thực tế của vùng tuyển nổi:
Thời gian lưu nước thực tế trong vùng tuyển nổi:
Thể tích vùng lắng: Vl = Q x tl =0,35(m3/phút) x 20(phút) =7 (m3) Thể tích vùng tuyển nổi và lắng: Vtc = 6,28 + 7 = 13,28 m3 Chiều cao tổng cộng của bể tuyển nổi: H = Hn +hb + hbv Trong đó: Hn – Chiều cao phần tuyển nổi và lắng, Hn = 3m hb – Chiều sâu phần bùn lắng (phần hình nón), chọn hb = 0,7m hbv – Chiều cao bảo vệ, chọn hbv = 0,5m =>H = 3 + 0,7 + 0,5 = 4,2 m Máng thu váng nổi ( Máng thu - Bố trí máng thu váng nổi dọc theo đường kính bể - Chiều dài máng thu váng nổi L = D = 2m - Máng thu váng tiết diện hình chữ nhật : chiều cao r, chiều rộng d với d = 2r - Chọn kích thước máng r = 200mm d=2
r =2
200=400mm Máng thu nước - Đường kính máng thu nước dm = 0,8Dbể = 0,8×2m = 1,6m - Chiều dài máng thu nước: Lm =3,14dm =
- Chiều cao máng thu nước hm = 200 mm - Lưu lượng vào máng thu nước Qm = 500(m3/ngày) - Tải trọng máng tràn trên 1m dài của máng Ld =
= 1,152 (l/m.s) Máng răng cưa Máng răng cưa hình chữ V góc 900 đặt xung quanh máng thu nước. Chiều cao hình chữ V là 5cm, đáy chữ V là 10cm. Khoảng cách giữa các đỉnh là 20cm. Chọn chiều cao mực nước h trong khe chữ V q0 =
Rút ra h = 1,1 cm < 5cm (đạt yêu cầu) Hình 4.2 Chi tiết máng răng cưa Đường kính ống thu váng nổi - Chọn ống xả
100mm Đường kính ống trung tâm - Chọn tốc độ của nước trong ống trung tâm: Vu = 25 mm/s = 0,025m/s (lấy không lớn hơn 30 mm/s theo điều 6.5.9 TCDX 51-84). - Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm: f =
(4.22) - Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần tuyển nổi 2 m. - Đường kính ống trung tâm: d =
Tính toán lượng cặn bùn cần xử lý Hàm lượng COD sau lắng kết hợp tuyển nổi: 1067,6(mgCOD/L) x (1 - 0,3) = 747,32 mgCOD/L Hàm lượng BOD5 sau lắng kết hợp tuyển nổi: 739,296 (mgBOD5/L) x (1-0,2) = 591,44 mgBOD5/L Hàm lượng SS sau lắng kết hợp tuyển nổi : 124,8 mgSS/L ×(1-0,5) = 62,4mg/L Lượng chất lơ lửng thu được mỗi ngày 124,8mgSS/L×0,5×500(m3/ngày)×1(kg)/1000(g)= 31,2 kgSS/ngày Trong đó: 30% cặn được tách từ quá trình tuyển nổi và 20% cặn được tách từ quá trình lắng. Lượng cặn lắng thu được mỗi ngày: 124,8mgSS/L×0,3×500(m3/ngày)×1(kg)/1000(g)= 18,72kgSS/ngày Lượng bọt thu được từ quá trình tuyển nổi 124,8mgSS/L × 0,2×500(m3/ngày) ×1(kg)/1000(g) = 12,48kgSS/ngày Giả sử cặn lắng có hàm lượng chất rắn là TSV = 3,4%, VSV = 65% và khối lượng riêng là SV = 1,01 kg/L. Dung tích bùn tươi cần xử lý mỗi ngày: QV =
(4.23) Đường kính ống xả cặn chọn
60mm Bảng 4.10 Các thông số thiết kế bể tuyển nổi TT  Đơn vị  Giá trị   Lưu lượng nước, Q  m3/h  21   Kích thước bể tuyển nổi Đường kính, D Chiều cao, H  m m  2 4,2   Tính toán máy nén khí Tương tự bể điều hòa, áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 +4,2 = 5,1m Áp lực không khí là
Công suất của máy nén khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt Pmáy =

Trong đó: Pmáy : Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW G: lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong một giây (kg/s) Với Q = Lưu lượng không khí Q = 240m3/giờ = 0,068 m3/s
= khối lượng riêng của không khí,
= 1,2 kg/m3 (G = Q ×
=0,068m3/s ×1,2 kg/m3 = 0,0816kg/s (4.24) R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T1= 273 + 25 = 298 0K p1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm p2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p2 = 1,494 atm n=
= 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí ) 29,7 : hệ số chuyển đổi e: Hiệu suất của máy , chọn e= 0,8 Vậy : Pmáy =

=3,62kW Chọn máy có công suất 4 kW Sau khi qua bể tuyển nổi toàn bộ nước sẽ chuyển đến bể aerotank. Bể aerotank Bể aerotank xáo trộn hoàn toàn Các thông số thiết kế - Lưu lượng nước thải 500m3/ngđ = 21m3/h - Hàm lượng BOD5 vào aerotank là 591,44mg/L - Cặn lơ lửng đầu vào TSSvào = 62,4mg/L - Hàm lượng CODvào = 747,32mg/L - Chọn các thông số động học cho bể aerotank Lượng BOD5 đầu vào 591,44 mg/l. BOD5 /BOD20 =0,68 hay BOD5/COD = 0,68. Lượng BOD5 đầu ra 50 mg/L Nhiệt độ nước thải t =200 Cặn lơ lửng ở đầu ra : SSra= 30 mg/L gồm có 65% là cặn có thể phân hủy sinh học. Các thông số vận hành: Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào X0 =0 Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính được duy trì trong bể Aerotank: 2500 – 4000 mg/l, chọn X = 3000 mg/l. (tra bảng 6-1, sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS. Trịnh Xuân Lai Nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn( tính theo chất rắn lơ lửng) 10000mg/l hay 8000mg/l Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn):chọn
=10 ngày.( tra bảng 6-1, sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS. Trịnh Xuân Lai) Hệ số phân hủy nội bào:Kd.= 0,055 (tra bảng 5-1, sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS. Trịnh Xuân Lai). Hệ số sản lượng tối đa ( tỷ số giữa tế bào tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ ) Y= 0,5 (tra bảng 5-1, sách Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, TS. Trịnh Xuân Lai). Tỷ số chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,8 (MLVSS/ MLSS =0,8 ) Độ tro của bùn họat tính , thường là Z= 0,3. Loại và chức năng bể : bể aerotank khuấy trộn hoàn toàn. Ưu điểm sẽ không sảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất kỳ phần nào của bể Nước thải có đủ chất dinh dưỡng BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1 và nồng độ các chất kim loại nặng không vượt quá mức cho phép. Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước thải đầu ra Phương trình cân bằng vật chất BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan + BOD5 chứa trong cặn lơ lửng BOD5 chứa trong 30 mg/l cặn lơ lửng đầu ra : Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng đầu ra: 0,65 ( 30 mg/l = 19,5mg/l Phương trình phản ứng: C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2 H20 + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L 1mg/L 1,42 mg/L BOD20 bị oxy hóa hết thành cặn tăng lên 1,42 lần (1mg BOD20 tiêu thụ 1,42 mgO2) 1,42 × 19,5 mg/l = 27,69 mg/l Lượng BOD5 chứa trong cặn lơ lửng đầu ra: 27,69× 0,68 =18,83 mg/l Lượng BOD5hòa tan khi ra khỏi bể lắng: 50 – 18,83 = 31,17 mg/l Hiệu quả xử lý BOD5 của bể Aerotank là :
Thể tích bể aerotank
Chọn 208m2 Thời gian lưu nước trong bể
giờ Thời gian tối ưu của bể Aerotank là 5-15 giờ .Chọn
=10 giờ Các kích thước điển hình của bể aerotank xáo trộn hoàn toàn: Thông số  Giá trị   Chiều cao hữu ích, m Chiều cao bảo vệ, m Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí, m Tỉ số rộng : sâu (W:H)  3,0 – 4,6 0,3 – 0,6 0,45 – 0,75 1,0:1 – 2,2:1   (Bảng 9-11 xử lý nước thải đô thị và công nghiệp của Lâm Minh Triết chủ biên) Chọn chiều cao hữu ích là 4 m, chiều cao bảo vệ là 0,5 m Chiều cao tổng cộng của bể là :
Chọn tỉ số rộng : sâu là 1,25 : 1, chiều rộng bể là

Vậy kích thước bể aerotank là :
STT  Tên thông số  Đơn vị  Số liệu thiết kế   1  Chiều rộng  m  5   2  Chiều dài  m  11   3  Chiều cao cột nước  m  4   4  Chiều cao tổng  m  4,5   5  Thể tích thực  m3  247,5  
Hình : sơ đồ làm việc của hệ thống Trong đó: Q, Qr,Qw,Qe : Lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn xả và lưu lượng nước đầu ra, m3/ngày. S0,S : Nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể aerotank và bể lắng, mg/l Xo,X, Xr, Xe :lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào, nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng đợt II, mg/l. Phương trình cân bằng vật chất đối với bể lắng đợt 2
Xả bùn dư hàng ngày vào các công trình xử lý bùn.

(m3/ngày) Trong đó : Qw: lưu lượng bùn xả (m3/ngày) V: thể tích của bể (m3),V=208 m3 X: nồng độ bùn hoạt tính trong bể aerotank (mg/l), X= 3500mg/l Qe: lưu lượng nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng (m3/ngày), Qe= Q= 500 (m3/ngày)coi như lượng nước theo bùn không đáng kể. Xe: nồng độ bùn sau khi qua bể lắng đợt II ,( mg/l) ,Xe=SSra=30mg/l Xr: nồng độ bùn tuần hoàn, mg/l, Xr= 8000mg/l Tính hệ số tuần hoàn α bỏ qua lượng bùn hoạt tính tăng lên trong bể. Xác định lưu lượng tuần hoàn theo phương trình cân bằng khối lượng bùn hoạt tính đi vào và đi ra bể. Q.X0 + Qr.Xr = (Q + Qr).X Q.X0 + Qr.Xr = Q.X + Qr. X Qr(Xr – X) = Q.( X - X0)
Trong đó : α : Tỷ lệ tuần hoàn Q: lưu lượng nước thải đi vào công trình xử lý(m3/ngày.đêm).Q= 500(m3/ngày.đêm). Qr : lưu lượng hỗn hợp bùn tuần hoàn lại (m3/ngày.đêm) X : Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, mg/l.X = 3500mg/l Xr : nồng độ bùn tuần hoàn, mg/l. X= 8000mg/l X0: hàm lượng bùn hoạt tính ở đầu vào., X0=0 Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr = αQ=0,78.500 =390 (m3/ngày.đêm) Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aerotank - Tỷ số F/M

( ngày) Gía trị này nằm trong khoảng cho phép (F/M = 0,2 – 0,6 ngày-1) - Giá trị của tốc độ
sử dụng chất nền (BOD5) của 1gram bùn hoạt tính trong một ngày
ngày - Tải trọng thể tích của bể Aerotank
kg BOD5/m3ngày Giá trị này nằm trong khoảng cho phép L = 0,8 – 19 kg BOD5/ m3ngày Tính lượng oxy cần cung cấp cho bể Aerotank dựa trên BOD20 Hệ số tạo cặn từ BOD5
Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS
- Lượng oxy cần thiết trong điều kiện chuẩn
Vậy
- Lượng oxi cần trong điều kiện thực ở 200C
Trong đó: CS: Nồng độ bão hòa oxy trong nước ở 200, CS=9,08mg/l CL: nồng độ oxy duy trì trong bể Aerotank, CL=2mg/l Chọn hệ thống phân phối khí bọt nhỏ, dựa vào bảng 7.1 trang 112 tài liệu “ tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải của TS. Trịnh Xuân Lai “ Ou =7grO2/m3.m Bể sâu 4,5 m, độ sâu ngập nước là 4 m Công suất hòa tan của thiết bị : OU = Ou
h = 7
4= 28 ( grO2/m3) Lượng không khí cần thiết tính theo công thức:

( với f hệ số an toàn chọn f= 2) Tính ống dẫn khí vào bể Aerotank Hệ thống đường ống dẫn khí chính vào bễ, ta đặt dọc theo thành bể với chiều dài ống chính là 11m, Lưu lượng ống chính : 0,284m3/s . Các ống dẫn khí được làm bằng sắt tráng kẽm - Ống phân phối khí bố trí dọc theo thành chiều dài thành bể. Vận tốc khí đi trong một đường ống chính được duy trì trong khoảng 15 -20 m/s, chọn vận tốc để tính toán là 20 m/s - Đường kính ống chính
→ Chọn ống chính có đường kính 140 mm Kiểm tra lại vận tốc :
Từ ống chính phân thành 11 ống nhánh cung cấp khí cho bể, lưu lượng qua mỗi nhánh
Vận tốc khí qua mỗi nhánh v = 15m/s Đường kính ống nhánh
→Chọn đường kính ống nhánh 50 mm Kiểm tra lại vận tốc :
Khoảng cách giữa các nhánh: Chọn khoảng cách giữa các ống nhánh ở 2 đầu bể với thành bể chọn a =500mm
Hệ thống đĩa phân phối Chọn đĩa phân phối dạng xốp, có màng phân phối mịn Đường kính đĩa phân phối d= 170mm = 0,17 m Diện tích bề mặt đĩa : Fđ =0,02 (m2) Cường độ thổi khí của đĩa: rđ= 200(l/phút,đĩa) Số lượng đĩa phân phối khí
đĩa Để dễ dàng bố trí các đĩa trên các ông nhánh ta chọn số đĩa phân phối là 88 đĩa Số đĩa trên một nhánh
đĩa/ nhánh Trên ống nhánh , 2 đĩa ở 2 đầu nhánh cách thành bể 0,4m Khoảng cách giữa các đĩa là :
Tính và chọn máy thổi Áp lực cần thiết của máy thổi khí tính theo mH2O Hm = h1 + hd + H Trong đó: h1: tổn thất trong hệ thống ống vận chuyển,h1 = 0,5m hd :tổn thất qua đĩa phun, hd = 0,5m H độ sâu ngập nước của miệng vòi phun. H = 4m Hm = 0,5 + 0,5 + 4 = 5m Hm = 5m = 0,5atm Công suất máy thổi khí Pmáy =

Trong đó: Pmáy :công suất yêu cầu của máy nén khí ,kW G: trọng lượng của dòng không, kg/s Khối lượng riêng không khí G = Qkk ( (khí = 0,284( 1,29 = 0,366kg/s R :hằng số khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: nhiệt độ tuyệt đối của khí đầu ,T1= 273 + 25 = 298 0K P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P1= 1 atm P2:áp suất tuyệt đối của đầu ra: P2 =Pm + 1=0,5 +1=1,5 atm n=
= 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí) e: hiệu suất của máy, chọn e= 0,7 ( 0,7 ÷ 0,9 ) Vậy : Pmáy=

= 16,12kW Chọn Pmáy = 17 kW Tính toán đường ống dẫn nước thải vào bể - Vận tốc nước thải trong ống ở bể Aerotank cần được duy trì trong khoảng 0,8 – 1 m/s, chọn vận tốc là 1m/s. - Đường kính các ống vào và ra là:
Chọn đường kính ống:
90mm Tính đường ống dẫn bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr = 390 m3/ngày đêm = 0,005 m3/s. Chọn vận tốc bùn trong ống 0,3m/s
Chọn ống PVC đường kính 150mm Bơm bùn tuần hoàn Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr = 390 m3/ngày đêm = 0,005 m3/s. Chọn cột áp của bơm, H =h1 + h2 = 4m+2m = 6m Với: h1: chiều cao cột nước trong bể, h1 = 4m h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua bùn… Chọn h2 = 2m - Chọn hiệu suất bơm,
Công suất bơm :
Chọn bơm có công suất : 1kw - Chọn bơm công suất 1kw, chọn 2bơm hoạt động - Một bơm bơm bùn tuần hoàn. Một bơm bơm bùn dư sang bể chứa bùn. Bơm từ bể aerotank sang bể lắng II Bơm nước ở bể aerotank, tính tương tự bể điều hòa H = h1+ h2 h1: chiều cao cột nước trong bể; h1 = 4m h2: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,...h2 = 2 – 3m H2O. Chọn h2 = 2m
H = 2 +4 = 6m
= 1000kg/m3: Khối lượng riêng của nước thải
= 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm

Chọn 3 bơm CV-22-80, 2 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng Thông số kỹ thuật của bơm Công suất: 2,2kW Khối lượng 32kg BỂ LẮNG ĐỢT 2 Nhiệm vụ : Sau khi qua bể Aerotank, hầu hết các chất hữu cỏ hòa tan trong nước thải bị loại bỏ. Tuy nhiên, nồng độ bùn hoạt tính có trong nước thải là rất lớn , do vậy vùn hoạt tính và các chất rắn lơ lửng sẽ được tách ở bể lắng II. Tính toán Diện tích phần lắng của bể:
Trong đó:
: nồng độ cặn trong bể Aerotank (theo tính chất rắn lơ lửng)

: hệ số tuần hoàn ,
= 0,78
: nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn,

:vận tốc lắng của bề mặt phân chia ứng nồng độ

Với:
: nồng độ cặn tại mặt lắng L (bề mặt phân chia)


(cặn có chỉ số thề tích 50<SVI<150)

Diện tích bể nếu tính thêm buồng phân phối trung tâm:
Đường kính bể:
Đường kính buồng phân phối trung tâm:
Chiều cao ống trung tâm:
Diện tích buồng phân phối trung tâm:
Đường kính ống leo:
Chiều cao ống leo:
chọn
Đường kính tấm chắn:
Chiều cao từ ống leo tới tấm chắn:
chọn
. Diện tích vùng lắng của bể : Slắng= Sbể - Stt = 36 – 2,54 = 33,46 m2 Tải trọng thủy lực của bể
a =
( m3/m2.ngđ) Vận tốc đi lên của dòng nước trong bể
Vnước =
Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,9 đường kính bể. Máng răng cưa được bố trí sao cho điều chỉnh được chế độ chảy , lượng nước tràn qua để vào máng thu. Đường kính máng thu nước: Dmáng = 0,9
7 = 6,3 (m) Chiều dài máng thu nước: L =

Dmáng =

6,3 = 19,78 (m) Chiều cao máng thu nước hm = 200 mm Tải trong thu nước trên 1 mét chiều dài máng:
a1 =
=
( m3/m dài.ngđ) Tải trọng bùn:

Máng răng cưa Máng răng cưa hình chữ V góc 900 đặt xung quanh máng thu nước. Chiều cao hình chữ V là 5cm, đáy chữ V là 10cm. Khoảng cách giữa các đỉnh là 20cm. Chọn chiều cao mực nước h trong khe chữ V q0 =
Rút ra h = 2,73 cm < 5cm (đạt yêu cầu) Xác định chiều cao bể : Chọn chiều cao bể : H = 4 m Chiều cao dự trữ trên mặt thoáng : h1 = 0,3 m Chiều cao cột nước trong bể : h = 4 – 0,3 =3,7 m Chiều cao phần nước trong : h2 = 2m Chiều cao phần chóp đáy bể có độ dốc 10% về hướng tâm: h3 =
Chiều cao chứa bùn phần hình trụ :
h4 = H – h1 - h2 – h3 = 4 – 0,3 – 2 – 0,35 = 1,35 (m) Thể tích phần chứa bùn: Vb = Sbể
h4 = 36
1,35 = 48,6 (m3) Nồng độ bùn trong bể :
Lượng bùn chứa trong bể lắng G = Vb
Ctb = 48,6
6 = 291,6 (kg) Thời gian lưu nước trong bể lắng: Dung tích bể lắng : Vbể = H
Sbể =3,7
36= 133,2 (m3) Nước đi vào bể lắng:
(m3/ngđ) Thời gian lưu:
Thời gian lắng:
Bảng thông số thiết kế bể lắng 2 Thông số thiết kế  Giá trị  Đơn vị   Thời gian lưu nước,t  3,6  Giờ   Đường kính ống trung tâm  1,8  m   Chiều cao ống trung tâm  0,9  m   Đường kính bể lắng, D  7  m   Chiều cao bể lắng  4  m   Thể tích xây dựng  150  m3   Bể chứa bùn: NGĂN CHỨA BÙN Chức năng Chứa bùn tuần hoàn để bơm về bể Aerotank và chứa bùn dư để bơm về bể chứa bùn Tính toán Ngăn chứa bùn bao gồm hai ngăn : ngăn chứa bùn tuần hoàn và ngăn chứa bùn dư Xác định kích thước ngăn thứ nhất - Tổng thể tích bùn được chuyển qua ngăn thứ nhất trong 1 ngày Qbùn = Qw + Qr + QV= 11,125 + 390 +0,55 = 410,575 m3/ng - Chọn thời gian lưu bùn trong ngăn thứ nhất là t1 = 20 phút , thể tích của ngăn thứ nhất là V1= Qr ( t1 =
- Kích thước của ngăn thứ nhất :L(B(H = 2(2(3 (m) Xác định kích thước ngăn thứ hai - Chọn thời gian lưu bùn cùa ngăn thứ hai là t2=1 ngày , thể tích ngăn thứ hai là: V2 = (Qw +QV)( t2 = (11,125+0,55) ( 1 = 11,575m3 - Kích thước của ngăn thứ hai :L(B(H( = 2(2(3 (m) Sân phơi bùn Sân phơi bùn tiếp nhận bùn từ bể chứa bùn Dung tích bùn cần xử lý: =>Q = 11,575m3/ngày Diện tích hữu ích của sân phơi bùn: F1 =
Trong đó: hc: Chiều cao lớp cặn bùn trong sân phơi bùn, hc = 0,2-0,3m. Chọn hc = 0,25m. (Theo Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết công trình, trang309). Chọn số ô là: n = 4 ô. => Kích thước mỗi ô : L x W = 4m x 3m Diện tích phụ của sân phơi bùn: đường sá, mương máng… F2 = k x F1 (k – Hệ số tính đến diện tích phụ, k = 0,2 ( 0,4. Chọn k = 0,2) =>F2 = 0,2 × 44,5 =8,9 m2 Diện tích tổng cộng của sân phơi bùn: F = F1 + F2 = 44,5+8,9 =53,4 m2 Bể tiếp xúc khử trùng: Nhiệm vụ Khử trùng là khâu cuối cùng trong quá trình xử lý nước thải trước khi thải vào nguồn tiếp nhận. khử trùng nhằm mục đích phá hủy , tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm chưa hay không thể khử bỏ trong các công trình xử lý phía trước. Hóa chất khử trùng được chọn là chlorine .Chlorine là chất oxy hóa mạnh thường được sử dụng ở dạng bột [Ca(OCl)2]. Hàm lượng cần thiết để khử trùng cho nước sau lắng : 3- 15 mg/l. Thiết bị chuyên dùng để đưa chlorine váo nước gọi là clorator. Clorate có chức năng pha chế và định lượng Clo, được chia làm 2 loại: Clorate áp lực và clorate chân không. Tính toán Xác định lượng Clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải theo công thức :
Với : a là liều lượng Clo hoạt tính (g/m3), được xác định dựa theo quy phạm. Đối với nước thải sau khi xử lý sinh học hoàn toàn a = 3-15 mg/l,ta lấy a = 5 g/m3 Vmax = 5
21m3/h = 105 g/h = 2,52kg/ngày - Ngăn tiếp xúc khử trùng được thiết kế kết hợp để thỏa mãn 2 yêu cầu : Hóa chất và nước thải tiếp xúc đồng đều Clo hoạt tính phản ứng khử trùng nước thải Thời gian lưu nước trong bể tiếp xúc là 15
30 phút; chọn ttx=30 phút Vậy thể tích của bể tiếp xúc : V = Q
ttx =
m3 Kích thước của bể tiếp xúc là LxBxH = 3m x 2 m x 2 m . Để đảm bảo cho sự tiếp xúc giữa hóa chất và nước thải là đồng đều, trong bể tiếp xúc khử trùng, ta xây thêm các vách ngăn để tạo dòng chảy zigzac cho sự khuấy trộn trong ngăn.