Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bột ngọt 23000m3/ngày đêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA MÔI TRƯỜNG NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân SVTH: Nguyễn Minh Tuấn 90203779 Lê Xuân Linh 90201423 Giang Bửu Dân 90200324 Triệu Gia Phong 90201929 Nguyễn Thành Trung 90202891 Trần Đình Trúc 90202924 Hoàng Đức Thẩm 90202477 Lê Hoàng Chương 90200241 Tp HCM, tháng 01 – 2006 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 1 of 54 MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỘT NGỌT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÍ ………………………………………… 2 I) Nguồn gốc, tính chất nước thải ………………………………………………........... 2 1). Nguồn gốc nước thải ………………………………………………………….. 2 2). Tính chất nước thải ……………………………………………………........... 2 II) Nguồn tiếp nhận, tiêu chuẩn thải ………………………………………………….. 3 1). Nguồn tiếp nhận ……………………………………………………………….. 3 2). Tiêu chuẩn thải ………………………………………………………………… 3 III) Công suất hệ thống xử lí ……………………………………………………........... 3 IV) Qui trình xử lí ................................................................................................... 4 1). Lựa chọn qui trình xử lí ............................................................................. 4 2). Thuyết minh sơ đồ công nghệ ................................................................... 4 3). Ưu và nhược điểm của phương án xử lí .................................................... 7 V) Nhiệm vụ và mục đích của bài tập lớn ............................................................. 7 1). Mục đích ................................................................................................... 7 2). Nhiệm vụ ................................................................................................... 7 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI BỘT NGỌT ................................................. 8 A) LƯU LƯỢNG VÀ HỆ SỐ KHÔNG ĐIỀU HÒA ............................................ 8 B) TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI ...................................... 9 I). Song chắn rác ……………………………………………………………… 9 II). Hầm bơm tiếp nhận ……………………………………………………….. 11 III). Bể điều hòa …………………………………………………………………. 14 IV). Bể lắng đợt 1 ……………………………………………………………….. 24 V). Bể trung hòa ……………………………………………………………….. 27 VI). Bể bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn - Bể Aerotank …………………... 30 VII). Bể lắng đợt 2 ……………………………………………………………….. 41 VIII). Bể khử trùng ……………………………………………………………….. 44 IX). Bể nén bùn ………………………………………………………………….. 46 X). Bể phân hủy bùn kị khí ……………………………………………............ 49 XI). Sân phơi bùn ………………………………………………………………... 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………............ 54 PHỤ LỤC Bảng vẽ các công trình xử lí nước thải trong trạm xử lí (nộp kèm theo). TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 2 of 54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỘT NGỌT VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÍ I) Nguồn gốc, tính chất nước thải: 1). Nguồn gốc nước thải: - Các nhà máy sản xuất bột ngọt (chủ yếu là axit glutamic và lizin) dùng nguyên liệu là bột sắn, rỉ đường, các axit sunfuric, clohidric, canxi cacbonat, natri clorua, than hoạt tính các muối khoáng (NH4)2SO4, KH2PO4, MgSO4, cũng có thể có urê hoặc nước amoniac, v.v… Nước thải ở các nhà máy gồm có: + Nước làm mát máy móc, thiết bị. + Nước sinh hoạt của cán bộ công nhân viên nhà máy. + Nước thải ở phân xưởng chế biến tinh bột từ sắn củ (củ mì) và phân xưởng đường hóa từ tinh bột bằng axit sunfuric hay axit clohidric, cũng như xử lí rỉ đuờng. Nước thải ở đây bị nhiễm bẩn bởi nồng độ cao các hidrat cacbon như tinh bột, các loại đường (sacarozơ, glucozơ, dextrin), các mẩu vụn sắn củ, vỏ sắn, vẩn cặn rỉ đường v.v… + Nước thải từ phân xưởng lên men gồm các cặn môi trường lên men có nhiều đường cùng với xác vi khuẩn, các muối khoáng cũng như urê, muối amon, các chất béo, chất hoạt động bề mặt dư thừa. + Nước thải từ phân xưởng hoàn thành sản phẩm rất giàu các chất hữu cơ và chất khoáng, nước rửa sàn và làm vệ sinh nói chung + Nước mưa thu gom trên toàn bộ diện tích khu công nghiệp. 2). Tính chất nước thải: - Từ các nguồn nước thải trên mà nước thải nhà máy sản xuất bột ngọt bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ ở dạng lơ lửng, hòa tan với nồng độ cao và chứa nhiều vi trùng, ô nhiễm bởi chất béo, dầu mỡ, nước có màu và mùi khó chịu. Đặc điểm nước thải của nhà máy sản xuất bột ngột như bảng 1. Bảng 1:Đặc điểm nước thải của nhà máy sản xuất bột ngột Chỉ số Đơn vị Trị số Nhiệt độ 0C 30 ÷ 45 pH 4 ÷ 6 tb 5BOD mgO2/l 900 COD mgO2/l 1500 Ntổng mg/l 55 Ptổng mg/l 15 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 200 Coliform MNP/100ml 108 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 3 of 54 II) Nguồn tiếp nhận, tiêu chuẩn thải: 1). Nguồn tiếp nhận: - Nước thải sau khi được xử lí qua hệ thống xử lí của nhà máy được đổ ra sông (kênh, rạch), các loại sông (kênh, rạch) này được sử dụng để cấp nước cho khu dân cư gần đó. Vì vậy nước sau khi xử lí phải đạt được “tiêu chuẩn loại A theo tiêu chuẩn Việt Nam”. 2). Tiêu chuẩn thải: - Theo tiêu chuẩn loại A, ta có tiêu chuẩn thải như bảng 2. Bảng 2: Tiêu chuẩn nước thải đầu ra theo loại A (TCVN 5945:1995) Chỉ số Đơn vị Trị số Nhiệt độ 0C 40 pH 6 ÷ 9 tb 5BOD mgO2/l 20 COD mgO2/l 50 Ntổng mg/l 30 Ptổng mg/l 4 Chất rắn lơ lửng (SS) mg/l 50 Coliform MNP/100ml 103 III) Công suất hệ thống xử lí: - Công suất: 2300m3/ngày đêm. - Điều kiện mặt bằng: nằm trong khu công nghiệp, diện tích đất hạn chế. - Kết quả đo lưu lượng và nồng độ BOD5 theo giờ thể hiện ở bảng 3. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 4 of 54 Bảng 3: Dao động lưu lượng và hàm lượng BOD5 theo giờ trong ngày Giờ (h) Q (m3/h) BOD5 (mg/l) 1 50 515 2 40 540 3 40 610 4 40 650 5 30 732 6 45 850 7 70 1020 8 180 1460 9 190 1525 10 150 1420 11 100 1325 12 82 920 13 90 900 14 100 885 15 165 820 16 126 1200 17 114 1026 18 120 870 19 110 730 20 105 725 21 100 895 22 91 740 23 90 610 24 72 520 Tổng 2300 21488 IV) Qui trình xử lí: 1). Lựa chọn qui trình xử lí: - Dựa vào thành phần, tính chất nước thải đầu vào, mức độ xử lí và diện tích mặt bằng, hiệu quả của dự án, tính khả thi của dự án, chi phí đầu tư, điều kiện của nhà máy, ta có sơ đồ công nghệ trạm xử lý nước thải nhà máy chế biến bột ngột mô tả như hình 1. 2). Thuyết minh sơ đồ công nghệ: - Nước thải sản xuất được dẫn theo đường thoát nước riêng ra hệ thống xử lí nước thải. Nước thải sau khi được xử lí cục bộ tại từng nhà máy được thu gom bởi hệ thống ống, cống rãnh chảy qua song chắn rác thô nhằm loại bỏ các rác có kích thước lớn hơn 15mm rồi về hầm bơm tiếp nhận được đặt âm sâu duới mặt đất. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 5 of 54 - Nước từ hầm bơm tiếp nhận được bơm vào bể điều hòa, bể này có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước thải, giảm thể tích và tăng hiệu quả xử lí cho các công trình xử lí phía sau. Để giảm bớt mùi hôi, nước thải được thổi khí để làm thoáng sơ bộ và phân bố chất bẩn đồng đều khắp bể. - Nước thải sau bể điều hòa được bơm vào bể lắng 1. Tại đây nước thải được loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lí trước đó, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhỏ hơn hơn sẽ nổi lên trên mặt nước và sẽ được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở bên ngoài bể. - Nước thải được nâng pH lên khoảng 7 ÷ 9 tại bể trung hòa tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của vi sinh vật nâng cao hiệu quả xử lí cho các công trình xử lí sau này và đảm bảo cho nước ở đầu ra đạt tiêu chuẩn. Nước thải được châm thêm bởi dung dịch NaCl bằng bơm định lượng để trung hòa tính axit. - Nước thải sau khi được xử lí sơ bộ được đi qua công đoạn xử lí sinh học. Nước thải được đưa vào bể Aerotank nhằm xử lí các chất hữu cơ lơ lửng tan trong nước. Bể được khuấy trộn liên tục nhằm duy trì sự lơ lửng của bùn. Sau một thời gian nhất định, bông bùn lớn dần và nước thải được đưa qua bể lắng 2. Một phần bùn được tuần hoàn lại bể Aerotank, một phần bùn dư được đưa qua bể nén bùn. Nước qua máng tràn của bể lắng 2 đi vào bể tiếp xúc Clor để khử trùng. Nước thải sau khi qua hệ thống xử lí đạt tiêu chuẩn loại A được thải ra sông, hồ, kênh, rạch. - Bùn hoạt tính dư ở bể lắng 2 được đưa về bể lắng 1, cùng với bùn tươi ở bể lắng 1 sẽ được nén bùn trong bể lắng 1 (bể lắng 1 kết hợp với bể nén bùn) nhằm giảm độ ẩm. Sau đó hỗn hợp bùn này được đưa qua bể ổn định bùn kị khí để phân hủy một phần lớn lượng bùn hữu cơ có trong hỗn hợp bùn nhờ hoạt động của vi sinh vật kị khí. Trong quá trình này có sinh ra các khí Biogas (chủ yếu là CH4) được thu gom để làm chất đốt. Sau đó, phần bùn còn lại sẽ được đưa tới sân phơi bùn để tách nước. Bùn khô sau khi được tách nước được vận chuyển đến bãi chôn lấp. Phần nước tách bùn phát sinh từ bể ổn định bùn kị khí và sân phơi bùn được tuần hoàn lại về bể điều hòa và tiếp tục qua các công đoạn xử lí như trên. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 6 of 54 Hình 1: Sơ đồ công nghệ trạm xử lí nước thải nhà máy chế biến bột ngọt 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 (b) (a) (c) (d) (e) 11 11 11 9 1. SONG CHẮN RÁC (a) Bùn tuần hoàn 2. HẦM BƠM TIẾP NHẬN (b) Bùn dư 3. BỂ ĐIỀU HÒA (c) Bùn lắng 4. BỂ TRUNG HÒA (d) Bùn 5. BỂ LẮNG I + BỂ NÉN BÙN (e) Nước tuần hoàn 6. BỂ AREOTANK 7. BỂ LẮNG II 8. BỂ KHỬ TRÙNG 9. CÔNG TRÌNH XẢ 10. BỂ PHÂN HỦY BÙN KỴ KHÍ 11. SÂN PHƠI BÙN 12. TRẠM KHÍ NÉN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TRẠM XỬ LÍ TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 7 of 54 3). Ưu và nhược điểm của phương án xử lí: - Nước thải đầu vào có SS cao → sử dụng công trình xử lí cơ học, nước thải chứa chủ yếu chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học cao là thành phần dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật → lựa chọn tiếp theo là xử lí bằng công trình xử lí sinh học. Nên sơ đồ công nghệ được chọn bao gồm quá trình xử lí 2 bậc: xử lí bậc 1 và xử lí bậc 2. - Ngoài các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật, còn có một phần các chất gây ức chế (chết) cho vi sinh vật như: hàm lượng kim loại, các axit v.v... gây khó khăn và làm giảm hiệu quả của quá trình xử lí. V) Nhiệm vụ và mục đích của bài tập lớn: 1). Mục đích: - Tính toán xử lí nước thải cho nhà máy sản xuất bột ngọt làm việc 24/24 có chế độ thải nước không đều theo giờ, công suất 2300m3/ngày đêm nhằm đảm bảo nước thải đầu ra được thải ra kênh rạch đạt tiêu chuẩn cho phép (Tiêu chuẩn loại A – TCVN 5947:1995). 2). Nhiệm vụ: - Tìm hiểu nguồn gốc, tính chất đặc trưng, khả năng gây ô nhiễm của nước thải nhà máy sản xuất bột ngọt. - Tổng quan về các phương pháp xử lí nước thải bột ngọt. - Lựa chọn công nghệ xử lí nước thải phù hợp. - Tính toán thiết kế các công trình xử lí nước thải. - Tính toán thiết kế các công trình xử lí bùn thải (phát sinh từ quá trình xử lí nước thải). - Bảng vẽ sơ đồ công nghệ, mặt bằng trạm xử lí, cao trình của các công trình và bản vẽ chi tiết các công trình có trong hệ thống xử lí nước thải của trạm xử lí. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 8 of 54 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI BỘT NGỌT A) LƯU LƯỢNG VÀ HỆ SỐ KHÔNG ĐIỀU HÒA Từ bảng 3 ta tìm được: - Lưu lượng giờ lớn nhất: h/m190Q 3maxh = - Lưu lượng giờ nhỏ nhất: h/m30Q 3minh = - Lưu lượng giây: s/L8,52 3600 1000.190 3600 1000.Qq max h === q = 52,8L/s - Lưu lượng giờ trung bình: h/m8,95 24 2300 24 Q Q 3ngaytbh === h/m8,95Q 3tbh = Trạm xử lí làm việc 3 ca (24h/24h), nên lưu lượng bơm bằng lưu lượng trung bình giờ: h/m8,95QQ 3tbhb == - Hệ số giờ cao điểm: 98,1 8,95 190 Q QK tb h max hmax h === 98,1K maxh = - Hệ số giờ nhỏ nhất: 31,0 8,95 30 Q QK tb h min hmin h === 31,0K minh = TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 9 of 54 B) TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI I) Song chắn rác a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ song chắn rác là giữ lại các tạp chất có kích thước lớn, chủ yếu là rác như: nhánh cây, lá cây, vải vụn, giấy, bao nilông… tránh gây nghẹt bơm, van, đường ống cánh khuấy hay gây cản trở các công trình xử lí phía sau. Song chắn rác đựơc đặt trước hầm bơm tiếp nhận và là công trình đầu tiên trong thành phần của trạm xử lí nước thải. b) Tính toán: Do công suất nhỏ và lượng rác không lớn nên ta có thể chọn song chắn rác làm sạch bằng thủ công. 1). Kích thước mương đặt song chắn: - Chọn vận tốc dòng chảy trong mương: v = 0,5m/s. - Chọn kích thước mương: rộng x sâu = B x H = 0,5m x 0,7m. - Chiều cao lớp nước trong mương: m21,0 5,0.5,0.3600 190 B.v.3600 Qh max h n === hn = 0,21m 2). Kích thước song chắn: - Chọn kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 8mm x 25mm - Chọn khoảng cách giữa các thanh: w = 25mm - Chọn độ nghiêng song chắn: α = 600 - Số thanh chắn: B = n.b + (n+1).w → 500 = n.8 + (n+1).25 → n = 14,4 - Chọn n = 15 thanh - Khoảng cách giữa các thanh điều chỉnh lại: 500 = 15.8 + (15 + 1).w w = 23,75mm 3). Tổn thất áp lực qua song chắn: - Tổng tiết diện các khe song chắn: A = (B – b.n).h = (0,5 – 0,008.15).0,21 = 0,0798m2 A = 0,0798m2 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 10 of 54 - Vận tốc dòng chảy qua song chắn: s/m66,0 1000.0798,0 8,52 A qV === V = 0,66m/s - Tổn thất áp lực qua song chắn: mm5,13m0135,0 81,9.2 5,066,0. 7,0 1 g2 vV. 7,0 1h 2222 L == - = - = (≤150mm) (thỏa) hL = 0,0135m = 13,5mm h Hình 2: Sơ đồ lắp đặt song chắn rác c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều rộng mương m 0,5 2 Chiều cao mương m 0,7 3 Chiều rộng song chắn mm 8 4 Bề dày song chắn mm 25 5 Bề rộng khe mm 23,75 6 Số thanh thanh 15 7 Độ nghiêng 0 60 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 11 of 54 II) Hầm bơm tiếp nhận a) Nhiệm vụ: Thu gom nước thải từ các nơi trong nhà máy về trạm xử lí. Hầm bơm được thiết kế chìm trong đất để đảm bảo tất cả các loại nước thải từ các nơi trong nhà máy tự chảy về hố thu. Nước thải được dẫn đến qua mương dẫn hay hệ thống thoát nước, qua song chắn rác và đổ vào hầm bơm từ đó được bơm đến các công trình xử lí tiếp theo. Hầm bơm sau 1 thời gian nhất định phải được vệ sinh. b) Tính toán: 1). Kích thước hầm bơm tiếp nhận: - Thời gian lưu nước: t Î (10 ÷ 30)phút → Chọn t = 10phút - Thể tích hầm bơm tiếp nhận: 3maxhb m67,3160 10.190t.QV === Vb = 31,67m3 - Chọn chiều sâu hữu ích: hhi = 2,5m - Chọn chiều cao an toàn bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng: hat = 0,7m - Chiều sâu tổng cộng: H = hhi + hat = 2,5 + 0,7 = 3,2m H = 3,2m - Giả sử hầm bơm hình tròn, vậy đường kính hầm bơm tiếp nhận: m4 5,2 67,31.4 h V.4D b = p = p = D = 4m - Kích thước hầm bơm tiếp nhận: D x H = 4m x 3,2m 2). Đường kính ống dẫn nước: - Chọn bơm nhúng chìm đặt tại hầm bơm có: h/m190QQ 3maxh == - Chọn vận tốc trong ống: v = 0,75m/s - Đường kính của ống: mm300m30 3600750 1904 v Q4dong ==p = p = , .., . . . dống = 300mm TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 12 of 54 3). Công suất máy bơm: - Chọn ống nhựa PVC có độ nhám: e = 0,2mm - Độ nhám tương đối của ống dẫn: 00067,0 300 2,0 d en === n = 0,00067 - Độ nhớt của nước ở 250C: μ = 0,95.10-3N.s/m2 - Khối lượng riêng của nước ở 250C: ρ = 997kg/m3 - Tính số Renold: 236131 10.95,0 997.3,0.75,0.d.vRe 3 ==m r = - Re = 236131 Đây là chế độ chảy rối. Từ Re = 236131 và n = 0,00067 tra trên đồ thị ta được hệ số ma sát: λ = 0,019 - Tổn thất cột áp trên đường ống: m156,0 81,9.2 75,0.8,4 3,0 10.019,0 g2 v d LH 22 =÷ ø ö ç è æ +=÷ ø ö ç è æ åz+l=D ΔH = 0,156m Trong đó: - L: Chiều dài ống nước đẩy. Chọn L = 10m - åz : Tổng hệ số cục bộ. Chọn 8,4=åz - Tổng cột áp của bơm: Hb = H0 + ΔH = 8 + 0,156 = 8,156m Hb = 8,156m Với: H0: Chiều cao bơm nước từ hầm bơm tiếp nhận lên bể điều hòa. H0 Î(8 ÷ 10)mH2O . Chọn H0 = 8mH2O - Hiệu suất chung của bơm: η Î (0,72 ÷ 0,93) → Chọn η = 0,8 - Công suất của bơm: kW26,5 3600.8,0.1000 156,8.81,9.997.190 .1000 H.g..Q N b max h b ==h r = Nb = 5,26kW TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 13 of 54 - Công suất bơm thực tế: Ntt = 1,2Nb = 1,2.5,26 = 6,312kW Ntt = 6,312kW = 8,443Hp c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao tổng m 3,2 2 Đường kính m 4 3 Công suất bơm Hp 8,443 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 14 of 54 III) Bể điều hòa a) Nhiệm vụ: Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn cho tương đối ổn định, giảm kích thước và chi phí cho các công trình xử lí sau này, điều hòa chất lượng nước thải qua đó nâng cao hiệu quả xử lí của các công trình xử lí phía sau. Trong bể có tiến hành sục khí để xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của các chất xảy ra trong bể. b) Tính toán: 1). Xác định thể tích bể điểu hòa: a) Thể tích tích lũy: - Thể tích tích lũy dòng vào của giờ thứ i được xác định theo công thức: VV(i) = VV(i-1) + QV(i) Trong đó: - VV(i-1): Thể tích tích lũy dòng vào của giờ trước đó, m3 - QV(i): Lưu lượng nước thải của giờ đang xét (thứ i), m3/h - Thể tích tích lũy bơm đi của giờ thứ i: Vb(i) = Vb(i-1) + Qb(i) Trong đó: - Vb(i-1): Thể tích tích lũy bơm đi của giờ trước đó, m3 - Qb(i): Lưu lượng bơm của giờ đang xét (thứ i), m3/h b) Thể tích bể điều hòa: + Theo phương pháp lập bảng: Dựa vào lưu lượng theo giờ Qh, thể tích tích lũy vào VV(i) và thể tích tích lũy bơm đi Vb(i), lập bảng “thể tích tích lũy theo giờ” trong ngày như bảng 4. Thể tích lý thuyết bể điều hòa bằng hiệu đại số giá trị dương lớn nhất và giá trị âm nhỏ nhất của cột hiệu số thể tích tích lũy. - Thể tích lí thuyết bể điều hòa: Vđh(lt) = Vmax – Vmin = 355,6 – (-35,2) = 390,8m3 Vđh(lt) = 390,8m3 - Thể tích thực tế bể điều hòa: Vđh(tt) = (1,1 ÷ 1,2)Vđh(lt) = 1,1.390,8 = 430m3 Vđh(tt) = 430m3 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 15 of 54 Bảng 4: Thể tích tích lũy theo giờ Giờ (h) Q (m3/h) Thể tích tích lũy vào bể (1) (m3) Thể tích tích lũy bơm đi (2) (m3) Hiệu số thể tích tích lũy (2) – (1) (m3) 1 50 50 95.8 45.8 2 40 90 191.6 101.6 3 40 130 287.4 157.4 4 40 170 383.2 213.2 5 30 200 479 279 6 45 245 574.8 329.8 7 70 315 670.6 355.6 8 180 495 766.4 271.4 9 190 685 862.2 177.2 10 150 835 958 123 11 100 935 1053.8 118.8 12 82 1017 1149.6 132.6 13 90 1107 1245.4 138.4 14 100 1207 1341.2 134.2 15 165 1372 1437 65 16 126 1498 1532.8 34.8 17 114 1612 1628.6 16.6 18 120 1732 1724.4 -7.6 19 110 1842 1820.2 -21.8 20 105 1947 1916 -31 21 100 2047 2011.8 -35.2 22 91 2138 2107.6 -30.4 23 90 2228 2203.4 -24.6 24 72 2300 2300 0 + Theo biểu đồ đường cong tích lũy: Dựa vào lưu lượng theo giờ Qh, thể tích tích lũy vào VV(i) và thể tích tích lũy bơm đi Vb(i), vẽ “biểu đồ đường cong tích lũy” theo giờ trong ngày như hình 2. Vẽ hai đường thẳng song song với “đường tích lũy bơm” và tiếp tuyến với “đường cong tích lũy vào” ở 2 cực trị. Thể tích bể điều hòa là tổng 2 khoảng cách thẳng đứng từ 2 điểm tiếp tuyến đến đường thẳng tích lũy bơm. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 16 of 54 Dựa vào đồ thị hình 3, nhờ vào “độ dốc” tiếp tuyến của “đường cong tích lũy vào” so với “độ dốc” của “đường tích lũy bơm” ta có thể xác định được “mực nước thấp nhất” trong bể vào lúc 7h (ứng với Vmax = 355,6m3) và “mực nước cao nhất” trong bể vào lúc 21h (ứng với Vmin = 35,2m3). - Thể tích lí thuyết bể điều hòa: Vđh(lt) = Vmax – Vmin = 355,6 – (-35,2) = 390,8m3 Vđh(lt) = 390,8m3 - Thể tích thực tế bể điều hòa: Vđh(tt) = (1,1 ÷ 1,2)Vđh(lt) = 1,1.390,8 = 430m3 Vđh(tt) = 430m3 Hình 3: Biểu đồ đường cong tích lũy 2). Kích thước bể điều hòa: Chọn bể có dạng hình chữ nhật: Chọn: Chiều cao lớp nước lớn nhất: hmaxÎ(2,5 ÷ 5)m. Chọn hmax = 4,5m Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m Thể tích tích lũy bơm Thể tích tích lũy vào TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO www.vinawater.org Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 17 of 54 - Chiều cao tổng cộng bể điều hòa: H = hmax + hbv = 4,5 + 0,3 = 4,8m H = 4,8m - Diện tích mặt cắt ngang bể: 2)tt(dh m90 8,4 430 H V A === A = 90m2 Chọn chiều dài, chiều rộng của bể: L = 10m W = 9m - Kích thước bể điều hòa: L x W x H = 10m x 9m x 4,8m 3). Hiệu quả của bể điều hòa đối với tải lượng BOD5: Dựa vào kết quả phân tích biểu đồ đường cong tích lũy hoặc bảng thể tích tích lũy theo giờ, ta thấy thời điểm bể cạn nhất là 7h. Thời điểm tính toán bắt đầu từ 8h. - Thể tích nước trong bể điều hòa ở giờ thứ i: Vi = Vi-1 + Vin(i) – Vout(i) (1) Trong đó: - Vi: Thể tích nước trong bể điều hòa ở gìơ đang xét (i). - Vi-1: Thể tích nước trong bể điều hòa ở gìơ trước đó (i-1). - Vin(i): Lượng nước vào bể ở giờ đang xét (i). - Vout(i): Lượng nước bơm ra bể ở giờ đang xét (i). Giả sử khối nước trong bể điều hòa được xáo trộn hoàn toàn. - Hàm lượng BOD5 trung bình bơm ra khỏi bể ở giờ thứ i : 1iiin 1i1iiiniin iout VV SVSV S - -- + + = )( )()( )( .. (2) Trong đó: - Sout(i): Hàm lượng BOD5 trung bình của dòng ra ở giờ đang xét (i). - Sin(i): Hàm lượng BOD5 trung bình của dòng vào ở giờ đang xét (i). - Vi-1: Thể tích nước trong bể điều hòa ở giớ trước đó (i-1). - Vin(i): Lượng nước vào bể ở giờ đang xét (i). - Tải lượng BOD5 của dòng vào ở giờ thứ i: vaoiih vao iBOD BODQL .)()( = (3) TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 18 of 54 - Tải lượng BOD5 của dòng ra ở giờ thứ i: raib ra iBOD BODQL .)( = (4) Trong đó: - vao iBODL )( : Tải lượng BOD5 vào bể giờ thứ i. - ra iBODL )( : Tải lượng BOD5 ra bể giờ thứ i. - Qh(i): Lưu lượng nước thải vào giờ thứ i. - Qb: Lưu lượng bơm ra khỏi bể giờ thứ i. - vaoiBOD : Hàm lượng BOD5 vào bể ở giờ thứ i. ( ))i(invaoi SBOD = - raiBOD : Hàm lượng BOD5 ra khỏi bể ở giờ thứ i. ( ))i(outrai SBOD = Từ các công thức (1),(2),(3),(4) ta tính thử các thông số trên tại giờ thứ 8 (do thời điểm tính toán bắt đầu từ 8h) và giờ thứ 9. + Thể tích nước vào trong bể điều hòa lúc 8h: V8 = V7 + Vin(8) - Vout(8) = 0 + 180 – 95,8 = 84,2m3 + Thể tích nước vào trong bể điều hòa lúc 9h: V9 = V8 + Vin(9) - Vout(9) = 84,2 + 190 – 95,8 = 178,4m3 + Hàm lượng BOD5 trung bình bơm ra khỏi bể điều hòa lúc 8h: l/mg1460 0180 1020.01460.180 VV S.VS.V S 7)8(in 77)8(in)8(in )8(out =+ + = + + = + Hàm lượng BOD5 trung bình bơm ra khỏi bể điều hòa lúc 9h: l/mg1505 2,84190 1460.2,841525.190 VV S.VS.V S 8)9(in 88)9(in)9(in )9(out =+ + = + + = + Tải lượng BOD5 ở dòng vào lúc 8h: h/kgBOD8,26210.1460.10.180BOD.QL 5 63vao 8)8(h vao )8(BOD === - + Tải lượng BOD5 ở dòng vào lúc 9h: h/kgBOD75,28910.1525.10.190BOD.QL 5 63vao 9)9(h vao )9(BOD === - + Tải lượng BOD5 ở dòng ra vào lúc 8h: h/kgBOD87,13910.1460.10.8,95BOD.QL 5 63ra 8b ra )8(BOD === - + Tải lượng BOD5 ở dòng ra vào lúc 9h: h/kgBOD18,14410.1505.10.8,95BOD.QL 5 63ra 9b ra )9(BOD === - TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 19 of 54 (Ghi chú: Lúc 7h bể cạn nước nhất, nên thể tích nước trong bể điều hòa lúc đó V7 = 0). Từ các công thức (1),(2),(3),(4) và cách tính tương tự như trên ta lập bảng “tính toán hàm lượng BOD5 trung bình và tải lượng BOD5 trước và sau bể điều hòa” như bảng 5. Bảng 5: Tính toán hàm lượng BOD5 trung bình và tải lượng BOD5 trước và sau bể điều hòa Giờ (h) Lưu lượng vào Qh(i) (m3) Thể tích nước trong bể (m3) BOD5 vào (mg/l) BOD5 ra (mg/l) Tải lượng BOD5 trước điều hòa (kgBOD5/h) Tải lượng BOD5 sau điều hòa (kgBOD5/h) 8 180 84.2 1460 1460 262.8 139.87 9 190 178.4 1525 1505.04 289.75 144.18 10 150 232.6 1420 1477.04 213 141.50 11 100 236.8 1325 1391.44 132.5 133.30 12 82 223 920 1220.83 75.44 116.96 13 90 217.2 900 914.25 81 87.59 14 100 221.4 885 895.27 88.5 85.77 15 165 290.6 820 857.24 135.3 82.12 16 126 320.8 1200 934.93 151.2 89.57 17 114 339 1026 1154.38 116.96 110.59 18 120 363.2 870 985.22 104.4 94.38 19 110 377.4 730 837.46 80.3 80.23 20 105 386.6 725 728.91 76.13 69.83 21 100 390.8 895 759.94 89.5 72.80 22 91 386 740 865.72 67.34 82.94 23 90 380.2 610 715.42 54.9 68.54 24 72 355.6 520 595.67 37.44 57.06 1 50 310.6 515 519.38 25.75 49.76 2 40 254.8 540 517.85 21.6 49.61 3 40 199 610 549.50 24.4 52.64 4 40 143.2 650 616.69 26 59.08 5 30 77.4 732 664.20 21.96 63.63 6 45 26.6 850 775.38 38.25 74.28 7 70 0 1020 973.19 71.4 93.23 TB 95,8 900 913.123 95.25 87.48 4). So sánh lưu lượng và tải lượng của nước thải trước và sau bể điều hòa: Ta lập “Biểu đồ lưu lượng trước và sau bể” như hình 4 để so sánh lưu lượng nước thải trước và sau bể điều hòa, và “Biểu đồ tải lượng BOD5 trước và sau bể” như hình 5 để so sánh tải lượng BOD5 của nước thải trước và sau bể điều hòa. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 20 of 54 Hình 4: Biểu đồ lưu lượng trước và sau bể Hình 5: Biểu đồ tải lượng BOD5 trước và sau bể TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 21 of 54 5). Công suất máy bơm: kW26,3 3600.8,0.1000 10.81,9.997.8,95 .1000 H.g..Q N bbb ==h r = Nb = 3,26kW - Công suất bơm thực tế: Ntt = 1,2Nb = 1,2.3,26 = 3,912kW Ntt = 3,912kW = 5,126Hp Trong đó: - Các hệ số ρ, g, η tính như phần “Hầm bơm tiếp nhận”. - Hb: Cột áp bơm, Hb Î (8 ÷ 10)m. Chọn Hb = 10m 6). Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa bằng khí nén: - Lượng không khí cần thiết: h/m35974,3.8,95a.QL 3tbhkhi === Lkhí = 359m3/h = 0,1m3/s Trong đó: - a: Lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa. Chọn a = 3,74 m3 khí/m3 nước thải - tbhQ : Lưu lượng nước thải trung bình giờ. tb hQ = 95,8m 3/h Chọn hệ thống ống cấp khí bằng PVC có đục lỗ, bao gồm 3 ống đặt dọc theo chiều dài bể (10m), các ống cách nhau 2,5m. - Lưu lượng khí trong mỗi ống: h/m120 3 359 3 Lq 3khiong === qống = 120m3/h - Đường kính ống dẫn khí: mm65m065,0 3600.10. 120.4 3600.v. q.4 d ong ong ong ==p = p = dống = 65mm Trong đó: - vống: Vận tốc khí trong ống, vống Î (10 ÷ 15)m/s. Chọn vống = 10m/s Chọn ống θống = 65mm, đường kính các lỗ: dlỗ = (2 ÷ 5)mm. Chọn dlỗ = 3mm Vận tốc khí qua lỗ: vlỗ Î (5 ÷ 20)m/s. Chọn vlỗ = 15m/s. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 22 of 54 - Lưu lượng khí qua 1 lỗ: h/m382,03600. 4 003,0..15 4 d. .vq 3 22 lo lolo = p = p = qlỗ = 0,382m3/h - Số lỗ trên một ống: 315 382,0 120 q q N lo ong lo === lỗ Nlỗ = 315 lỗ - Số lỗ trên 1m dài: 5,31 10 315 L N n lolo === lỗ/m nlỗ = 32lỗ/m 7). Công suất máy nén khí: - Áp lực và công suất của hệ thống nén khí: Hct = hd + hc + hr + H Trong đó: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m). hc: Tổn thất cục bộ (m). hr: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). H: Chiều sâu hữu ích của bể tức độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, H = 4m. Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m. Chọn hd + hc = 0,4m Tổn thất hf thường không vượt quá 0,5m. Chọn hf = 0,5m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9m Hct = 4,9m - Áp lực máy nén khí của máy thổi khí là: at474,1 33,10 9,433,10P =+= P = 1,474at TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 23 of 54 - Công suất của máy nén khí: [ ] kW05,51474,1. 8,0.283,0.7,29 293.314,8.12,01 P P .n.7,29 T.R.GN 283,0 283,0 1 21kk =-= ú ú û ù ê ê ë é -÷÷ ø ö çç è æ h = N = 5,05kW = 6,73Hp Với: Gkk: khối lượng của dòng không khí: G = Lkk . ρkk = 0,1.1,2 = 0,12kg/s Gkk = 0,12kg/s ρkk: khối lượng riêng của không khí ở 200C, ρkk = 1,2kg/m3 R: hằng số của khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: nhiệt độ đầu vào của không khí, T1 = 2930K P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 = 1,474at n: 283,0 395,1 1395,1 k 1kn =-=-= n = 0,283 k: hằng số đối với không khí, k = 1,395 η: hiệu suất của máy, chọn η = 80% c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao bể m 4,8 2 Chiều rộng bể m 9 3 Chiều dài bể m 10 4 Công suất bơm Hp 5,126 5 Công suất máy nén Hp 6,73 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 24 of 54 IV) Bể lắng đợt 1 a) Nhiệm vụ: Loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau khi đã qua các công trình xử lí trước đó. Ở đây, các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy, các chất có tỷ trọng nhỏ hơn sẽ nổi lên trên mặt nước và sẽ được thiết bị gạt cặn tập trung đến hố ga đặt ở bên ngoài bể. Hàm lượng chất lơ lửng sau bể lắng 1 cần đạt ≤ 150mg/l trước khi đưa vào các công trình xử lí sinh học. b) Tính toán: h/m8,95Q 3htb = → /m230024.5,95Q 3ng tb == ngày Chọn bể lắng đợt 1 dạng tròn, nước thải vào từ tâm và thu nước theo chu vi bể (bể lắng ly tâm). 1). Diện tích bề mặt lắng: Tải trọng bề mặt: LA Î (32 ÷ 48) m3/m2.ngày → Chọn LA= 40 m3/m2.ngày - Diện tích bề mặt lắng: 2 A ng tb m5,57 40 2300 L Q A === A = 57,5m2 2). Đường kính bể lắng: m6,85,57.4A4D = p = p = D = 8,6m 3). Đường kính ống trung tâm: Ta có: dtt Î (15 ÷ 20%)D → Chọn 20%D nên: dtt = 20%D = 0,2.8,6 = 1.72m dtt = 1,72m 4). Chiều cao bể lắng : Chiều sâu hữu ích bể lắng: H Î (3 ÷ 4,6)m → Chọn H = 3,7m Chiều cao lớp trung hòa: hth = 0,2m Chiều cao lớp bùn lắng: hb = 0,7m Chiều cao lớp an toàn: hat = 0,3m TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 25 of 54 ® Chiều cao tổng cộng: Htc = 3,7+0,2+0,7+0,3 = 4,9m Htc = 4,9m 5). Chiều cao ống trung tâm: htt Î (55 ÷ 65%)H → Chọn 60%H nên: htt = 60%H = 0,6.3,7 = 2,22m htt = 2,22m 6). Kiểm tra lại thời gian lưu nước bể lắng: - Thể tích phần lắng: 32222 m2,2067,3).72,16,8( 4 h)dD( 4 V =-p=-p= V = 206,2m3 - Thời gian lưu nước: h2,2 8,95 2,206 Q VHRT h tb ===q= > 1,5h (thỏa) HRT = θ = 2,2h 7). Tải trọng máng tràn: ng.m/m2,85 6,8. 2300 D Q L 3 ng tb S =p = p = < 500 m3/m.ngày (thỏa) LS = 85,2m3/m.ngày 8). Độ dốc đáy bể: i Î (4 ÷ 10)% → Chọn i = 10% i = 10% 9). Chọn chiều cao và đường kính các ống phân phối: - Đường kính ống loe: dloe = 1,35.dtt = 1,35.1,72 = 2,322m dloe = 2,322m - Đường kính ống chắn: dchắn = 1,3.dloe = 1,3.2,322 = 3,02m dchắn = 3,02m - Chiều cao ống loe: hloe Î (0,2 ÷ 0,5)m → Chọn hloe = 0,3m hloe = 0,3m - Chiều cao ống chắn: hchắn Î (0,2 ÷ 0,5)m → Chọn hchắn = 0,3m hchắn = 0,3m TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 26 of 54 10). Hiệu quả lắng cặn lơ lửng và khử BOD5: Theo công thức thực nghiệm của các nhà khoa học Mỹ: q q .ba R + = Trong đó: R: Hiệu quả khử BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%). θ : Thời gian lưu nước (h). a,b: Hằng số thực nghiệm. a) Hiệu quả lắng cặn lơ lửng SS: Với SS ta có: a = 0,0075h ; b = 0,014 → %44,57 2,2.014,00075,0 2,2R SS =+ = RSS = 57,44% b) Hiệu quả khử BOD5: Với BOD5 ta có: a = 0,018h ; b = 0,02 → %5,35 2,2.02,0018,0 2,2R 5BOD = + = %5,35R 5BOD = c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao tổng m 4,9 2 Đường kính m 8,6 3 Chiều cao cột nước m 4,6 4 Độ dốc đáy bể % 10 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 27 of 54 V) Bể trung hòa a) Nhiệm vụ: Dùng năng lượng cánh khuấy tạo ra dòng chảy rối để trộn đều nước thải với các hóa chất cho vào để điều chỉnh pH nước thải nằm trong khoảng thích hợp (pH = 6,5 ÷ 7,5) và cung cấp thêm dinh dưỡng cho hoạt động của vi sinh vật. b) Tính toán: Ống dẫn nước thải vào ở đáy bể, dung dịch sút NaOH cho vào ngay cửa ống dẫn vào bể, nước đi từ dưới lên tràn qua ống thu nước ở phía kia cùa thành bể để dẫn sang Aerotank. - Chọn thời gian khuấy trộn: tkt = 60s - Chọn cường độ khuấy trộn: G = 800s-1 - Nhiệt độ nước: tn = 200C 1). Thể tích bể trộn: 3kt tb h m6,160.3600 8,95t.QV === V = 1,6m3 Chọn bể trộn tròn. 2). Kích thước bể: Chọn: - Chiều cao hữu ích: Hhi = 2m - Chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m - Chiều cao tổng cộng: Htc = Hhi + hbv = 2 + 0,3 = 2,3m Htc = 2,3m - Đường kính bể: m1 2. 6,1.4 H. V.4D = p = p = D = 1m 3). Kích thước tấm chắn: Trong bể đặt 4 tấm chắn để ngăn chuyển động xoáy của nước. - Chiều cao tấm chắn: Hch = 1,8m - Chiều rộng tấm chắn: Wch = 0,1.D = 0,1.1 = 0,1m Wch = 0,1m TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 28 of 54 4). Thông số máy khuấy : Dùng máy khuấy tuabin 4 cánh nghiêng góc 450 hướng lên trên để đưa nước từ dưới lên. - Chọn: Đường kính máy khuấy: Dkh = 0,35m Chiều rộng cánh khuấy: Wkh = 0,07m Chiều dài cánh khuấy: Lkh = 0,09m Hiệu suất động cơ: η = 0,7 - Máy khuấy đặt cách đáy 1 đoạn: h = 0,35m - Năng lượng cần truyền vào nước: P = G2.V.μ = 8002.1,6.0,001 = 1,024kW P = 1,024kW - Công suất động cơ: kW47,1 7,0 024,1PN == h = N = 1,47kW = 1,96Hp - Số vòng quay: 65,5 35,0.1000.08,1 024,1 D..K Pn 3 1 5 3 1 5 kh =÷ ø ö ç è æ=÷÷ ø ö çç è æ r = vòng/s n = 5,65vòng/s = 339vòng/phút Trong đó: μ: Độ nhớt động lực của nước, μ = 0,001Pa.s ρ: Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000kg/m3 K: Hệ số hiệu chỉnh, K = 1,08 Phải có hộp giảm tốc cho động cơ. - Đường kính ống dẫn nước ra và dẫn nước vào lấy như sau: dra = dvào = 300mm TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 29 of 54 5). Tính lượng sút NaOH sử dụng để trung hòa: - Do pH của dung dịch nước thải đầu vào là 4 (pH = 4) nên l/mol10C 4M H -= + - Số mol H+ có trong lưu lượng dòng vào: /mol16,0 60 1000.8,95.10Q.CN 4tbhMH H === - + + phút /mol16,0N H =+ phút - Phương trình phản ứng: NaOH + H+ → Na+ + H2O 1 1 0,16 0,16 - Dựa vào phương trình ta có số mol NaOH cần dùng là: nNaOH = 0,16mol/phút - Chọn dung dịch NaOH vào có nồng độ: M1l/mol1C NaOHM == - Lượng NaOH cần dùng: /L16,0 1 16,0 C n V NaOHM NaOH NaOH === phút VNaOH = 0,16L/phút = 230,4L/ngày c). Thông số thiết kế: STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế 1 Chiều cao tổng bể m 2,3 2 Đường kính m 1 3 Chiều cao tấm chắn m 1,8 4 Chiều rộng tấm chắn m 0,1 5 Công suất máy khuấy Hp 1,96 6 Số vòng quay vòng/s 5,65 7 Lượng NaOH sử dụng L/ngày 230,4 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO www.vinawater.org Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 30 of 54 VI) Bể bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn - Bể Aerotank a) Nhiệm vụ: Bể Aerotank được sử dụng khá phổ biến trong các quá trình xử lí sinh học hiếu khí, tức là quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan không lắng được nhờ các vi sinh vật hiếu khí có sử dụng Oxy hòa tan. Tùy thuộc vào thành phần nước thải cụ thể, các chất dinh dưỡng, chủ yếu là N và P sẽ được bổ sung để gia tăng khả năng phân hủy sinh học của vi sinh vật. Nước thải chứa 1 lượng lớn chất hữu cơ, do đó chúng được đưa vào bể Aerotank để vi sinh vật phân hủy chúng thành các chất vô cơ như: CO2, H2O... và tạo thành sinh khối mới, góp phần làm giảm COD và BOD của nước thải. b) Tính toán: 1). Các thông số tính toán: - BOD5 trung bình sau bể điều hòa là: 913,123mgO2/L. - Hàm lượng BOD5 vào Aerotank (ra bể lắng đợt I): S0 = 913,123.(1 – 0,355) = 589mgO2/L S0 = 589mgO2/L Theo kết quả thực nghiệm ta tìm được các “thông số động học” như sau: - Hệ số bán vận tốc: KS = 50mg/L - Hàm lượng cơ chất: Y = 0,5mgVSS/mgBOD5 - Hệ số phân hủy: kd = 0,05ngày-1 Có thể áp dụng các điều kiện sau cho tính toán quá trình bùn hoạt tính xáo trộn hoàn toàn: a) Hàm lượng vi sinh, chất hữu cơ có trong bùn: MLVSS:MLSS = 0,75. b) Hàm lượng bùn tuần hoàn: Xu = 12000mgSS/l. c) Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank: MLVSS = 3500mg/l. d)Thời gian lưu bùn trung bình: θc = 10ngày. e) Tỉ số BOD5 so với BODL (BOD cuối cùng): BOD5:BODL= 0,68. f) BOD5 sau lắng II đạt tiêu chuẩn loại A, còn lại là: 20mgO2/l. g) Nước thải sau lắng II chứa 20mgSS/L cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học. h) Tỉ số BOD5:N:P = 900 : 55 : 15 = 100 : 6,1 :1,6 nên chất dinh dưỡng đa lượng đủ cho vi sinh phát triển. Giả sử các chất dinh dưỡng vi lượng cũng đủ cho sinh trưởng tế bào. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 31 of 54 2). Xác định BOD5 hòa tan sau lắng II theo mối quan hệ sau đây: Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng Xác định BOD5 của cặn lơ lửng ở đầu ra: - Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy: VSS = 0,65.20 = 13mg/L VSS = 13mg/L - BODL của cặn lơ lững dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II: BODL = 13.1,42 = 18,46mgO2/L BODL = 18,46mgO2/L - BOD5 của cặn lơ lững của nước thải sau bể lắng II: BOD5 = 18,46.0,68 = 12,55mgO2/L BOD5 = 12,55mgO2/L - BOD5 hòa tan của nước thải sau bể lắng II: 20 = C + 12,55 → C = 7,45mgO2/L BOD5 hòa tan = 7,45mgO2/L 3). Hiệu quả xử lí BOD5 của bể Aerotank: %6,96100. 589 20589100. S SSE 0 0 BOD5 = - = - = %6,96E 5BOD = 4). Tính thể tích và các kích thước bể Aerotank: - Thể tích bể: 3 cd 0c r m1480)10.055,01.(3500 )45,7589.(6,0.2300.10 ).k1.(X )SS.(Y.Q.V = + - = q+ -q = Vr = 1480m3 Chia thành 2 đơn nguyên: V1 = V2 = 1480 : 2 = 740m3 - Chọn chiều cao hữu ích: H = 4m - Chọn chiều cao bảo vệ: hbv = 0,3m - Chiều cao tổng: Htc = H + hbv = 4 + 0,3 = 4,3m. Htc = 4,3m - Chọn tỉ số: rộng : cao = W : H = 2 : 1. TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 32 of 54 - Chiều rộng bể là: W = 2.H = 2.4 = 8m. W = 8m - Chiều dài bể là: .m23 8.4 740 W.H VL 1 === L = 23m - Kích thước bể: L x W x Htc = 23m x 8m x 4,3m 5). Thời gian lưu nước của bể Aerotank: h44,1524. 2300 1480 Q VHRT ===q= HRT = θ = 15,44h 6). Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày: - Hệ số sản lượng quan sát: 5 cd obs mgBOD/mgVSS387,010.055,01 6,0 .k1 YY = + = q+ = Yobs = 0,387mgVSS/mgBOD5 - Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS: Px(VSS) = Yobs.Q.(BOD0 – BOD5 hòa tan) = 0,387.2300.(589 – 7,45).10-3 Px(VSS) = 518kgVSS/ngày - Lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS: /kgSS691 75,0 518 75,0 P P )VSS(x)SS(x === ngày Px(SS) = 691kgSS/ngày Hình 6 :Sơ đồ làm việc của hệ thống Bể lắng Bể Aerotank Qe, S, Xe Q, S0, Xo Qr, Xr, S Qw,Xr TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 33 of 54 - Lượng bùn dư cần xử lí mỗi ngày: Lượng bùn dư cần xử lí = Tổng lượng bùn - Lượng SS trôi ra khỏi lắng II Mdư(SS) = 691 – 2300.20.10-3 = 645kgSS/ngày Mdư(SS) = 645kgSS/ngày - Lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lí: Mdư(VSS) = Mdư(SS).0,75 = 645.0,75 = 484kgVSS/ngày Mdư(VSS) = 484kgVSS/ngày Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính lắng ở đáy bể lắng có hàm lượng chất rắn CSS = 1,2% và khối lượng riêng là ρ = 1012kg/m3. - Lưu lượng bùn dư cần xử lí: /m11,53 012,0.1012 645 C. M Q 3 SS )SS(du w ==r = ngày Qw = 53,11m3/ngày Có thể tính theo công thức sau: )75,0.20).(Q2300(75,0.12000.Q 3500.148010 X)QQ(X.Q X.V wwedurw r c -+ =Þ -+ =q → Qw = 53,81m3/ngày 7). Tính lưu lượng bùn tuần hoàn: - Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerorank: MLSS= MLVSS : 0,75 = 3500 : 0,75 = 4667mgSS/L MLSS = 4667mgSS/L Già sử X0 = 0 và Qr = αQ. Hệ số tuần hoàn: 630= 4667-12000 4667 = - =a , XX X u α = 0,63 - Lưu lượng bùn tuần hoàn: Qr = αQ = 0,63.2300 = 1449m3/ngày = 60,4m3/h Qr = 60,4m3/h TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 34 of 54 8). Kiểm tra tải trọng thể tích: .m/kgBOD92,0 10.1480 589.2300 V S.QL 353 r 0 BOD5 === - ngày Î (0,8 ÷ 1,9) (thỏa). .m/kgBOD92,0L 35BOD5 = ngày 9). Kiểm tra tỉ số F/M: 26,0 3500. 24 44,15 589 X. SM/F 0 == q = ngày-1 Î(0,2 ÷ 0,6)ngày-1 (thỏa). F/M = 0,26ngày-1 10). Tính lượng khí cần thiết cho quá trình bùn hoạt tính: Chọn: - Hiệu suất chuyển hóa O2 của thiết bị khuyếch tán khí: E = 9%. - Hệ số an toàn để tính công suất thực của máy thổi khí: (1,2 ÷ 2,5) → f = 2. - Lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính: /kgBOD1967 68,0 10).45,7589.(2300 68,0 )SS.(Q M L 3 0 BODL = - = - = - ngày /kgBOD1967M LBODL = ngày - Nhu cầu O2 cho quá trình: /kgO44,1231518.42,11967P.42,1MM 2)VSS(xBODO L2 =-=-= ngày /kgO44,1231M 2O2 = ngày Không khí chứa 23,2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng của không khí 1,2kg/m3 (ở 200C). - Lượng không khí lí thuyết cho quá trình: /m3,4423 2,1.232,0 44,1231 2,1.232,0 M M 3Okk 2 === ngày Mkk = 4423,3m3/ngày - Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn: .m/L6,23 1440.1480.09,0 1000.3,4423 V.E Mq 3 r kk kk === phút Î(20 ÷ 40L/m 3.phút) (thỏa) qkk = 23,6L/m3.phút TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 35 of 54 Như vậy lượng khí cấp cho quá trình bùn hoạt tính cũng đủ cho nhu cầu xáo trộn hoàn toàn. 11). Tính toán cho máy thổi khí và hệ thống nén khí: - Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí: /m26,68 1440.09,0 3,4423.2 E M.fQ 3kkkk === phút Qkk = 68,26m3/phút = 1,14m3/s - Áp lực và công suất của hệ thống nén khí: Hct = hd + hc + hr + H Trong đó: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m). hc: Tổn thất cục bộ (m). hr: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). H: Chiều sâu hữu ích của bể tức độ sâu ngập nước của miệng vòi phun, H = 4m. Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m. Chọn hd + hc = 0,4m Tổn thất hf thường không vượt quá 0,5m. Chọn hf = 0,5m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là: Hct = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9m Hct = 4,9m - Áp lực máy nén khí của máy thổi khí là: at474,1 33,10 9,433,10P =+= P = 1,474at - Công suất của máy nén khí: [ ] kW6,571474,1. 8,0.283,0.7,29 293.314,8.37,11 P P .n.7,29 T.R.GN 283,0 283,0 1 21kk =-= ú ú û ù ê ê ë é -÷÷ ø ö çç è æ h = N = 57,6kW = 76,8Hp Với: Gkk: khối lượng của dòng không khí: G = Qkk . ρkk = 1,14.1,2 = 1,37kg/s Gkk = 1,37kg/s ρkk: khối lượng riêng của không khí ở 200C, ρkk = 1,2kg/m3 TAØI LIEÄU CHÆ MANG TÍNH CHAÁT THAM KHAÛO Tính toán thiết kế hệ thống xử lí nước thải GVHD: TS. Nguyễn Phước Dân. nhà máy bột ngọt công suất 2300m3/ngày đêm. Bài tập lớn môn học kỹ thuật xử lí nước thải. Page 36 of 54 R: hằng số của khí, R = 8,314 KJ/K.mol 0K T1: nhiệt độ đầu vào của không khí, T1 = 2930K P1: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at P2: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 = 1,474at n: 283,0 395,1 1395,1 k 1kn =-=-= n = 0,283 k: hằng số đối với không khí, k = 1,395 η: hiệu suất của máy, chọn η = 80% Chọn dạng đĩa xốp, có màng phân phối dạng mịn, đường kính θ = 170mm, diện tích bề mặt F = 0,02m2. Cường độ thổi khí v = 200L/phút.đĩa = 12m3/h.đĩa. Độ ngập sâu nước của thiết bị phân phối h = 4m (lấy gần đúng bằng chiều sâu bể). - Số đĩa cần phân phối trong bể: 3,341 12 60.26,68 v QN kk === đĩa Chọn N = 344đĩa - Vậy mỗi Aerotank cần bố trí: 172 2 344 2 Nn === đĩa n = 172đĩa Cách bố trí đầu phân phối khí: - Từ ống chính chia thành 22 ống nhánh, trên mỗi ống nhánh có 8 đầu phân phối. - Theo chiều dài của bể là 23m ta bố trí như sau: khoảng cách giữa 2 ống nhánh ngoài cùng với thành bể là 0,5m, khoảng cách giữa 2 ống nhành là 1,047m. - Trên mỗi ống nhánh bố trí đầu phân phối: khoảng cách giữa 2 đầu phân phối ngoài cùng đến thành bể là 0,5m và khoảng cách giữa 2 đầu phân phối khí là 1m. - Trụ đỡ: đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một. - Kích thước trụ đỡ: L x W x H = 0,2m x 0,2m x 0,2m 12). Tính toán đường ống dẫn khí: - Vận tốc khí trong ống dẫn khí chính vkhí Î (10 ÷ 15)m/s. Chọn vkhí = 12m/s - Đường kính ống phân phối chính: m348,0 .12 14,1.4 v. Q.4d khi