Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải tái chế giấy 600 m3/ngày đêm

hăm xử lý các chất hữu cơ dạng hòa tan có trong nước thải. Dưới hoạt động sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật hiếu khí, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được phân hủy. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cở và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo năng lượng và xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên. Bể aeroten được lựa chọn là loại bể aeroten thông thường. Sơ đồ bể aeroten thông thường được thể hiện trong hình + Các thông số đầu vào của bể aeroten Giải thiết nước thải sau khi ra khỏi bể tuyển nổi nồng độ các chất thay đổi như sau: SS giảm 90%, BOD5 giảm 25%, COD giảm 40%, N, P giảm không đáng kể. Khi đó các thông số đầu vào của bể aeroten như trong bảng IV.2 dưới đây Bảng 9. Các thông số đầu vào của bể Aeroten Thông số Đầu vào Đầu ra (QCVN Lưu lượng q(m3/ngày đêm) 25 25 BOD5 (mg/l) 478.5 50 COD (mg/l) 688.8 80 TSS (mg/l) 45 50 pH 8 5,5 - 9 - 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] . 1- Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan: [1] Trong đó S0: nồng độ BOD đầu vào, mg/l. S0= 478,5 mg/l. S : nồng độ BOD còn lại sau khi xử lý, mg/l. S= 50 mg/l. % 2- Thể tích bể Aerotank. [2-66] Trong đó Q: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q=600 m3/ngày đêm. Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg). Là tỷ số giữa khối lượng tế bào và khối lượng chất nền được tiêu thụ trong một thời gian nhất định.Y= 0,4-0,8. Chọn Y = 0,4. [2-71] S0: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l. S0= 478,5 mg/l. S : nồng độ BOD còn lại sau khi xử lý, mg/l. S= 50 mg/l. c: thời gian lưu cặn trong bể hay còn gọi là tuổi bùn. Chọn c=8 ngày. . [2-91] X : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính), g/m3. X=2500-3000 mg/l. Với X nằm trong khoảng giá trị này sẽ cho kết quả chấp nhận được và tốt hơn cho quy trình bể Aerotank bình thường, giảm được khó khăn cho quá trình xử lý cặn. Chọn X= 2800 mg/l Kd : hệ số phân huỷ nội bào, 1/s. Chọn Kd= 0,055 [2-71] m3 Chọn bể gồm các kích thước như sau: + Chiều sâu bể 4m, chiều cao dự trữ 0,30,5m [2-131] Chọn h’= 0,3m. + Chiều dài x rộng = 10,5x5 m 3- Thời gian lưu nước trong bể. Trong đó V: thể tích bể Aerotank, m3. V= 204 m3 Q: lưu lượng nước thải đi vào bể, m3/h. Q=25 m3/h 4- Lượng bùn hữu cơ sinh ra khi khử BOD. a. Tốc độ tăng trưởng của bùn hoạt tính (tỷ lệ bùn hoạt tính sinh ra do giảm chất nền ) là: [2-67] Trong đó Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (mg/mg). Là tỷ số giữa khối lượng tế bào và khối lượng chất nền được tiêu thụ trong một thời gian nhất định. Chọn Y = 0,4. [2-71] Kd : hệ số phân huỷ nội bào, 1/s. Chọn Kd= 0,055 [2-71] c: thời gian lưu cặn trong bể hay còn gọi là tuổi bùn. Chọn c= 8 ngày. [2-71] b. Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày là: Abùn[1] Trong đó ybùn: tốc độ tăng trưởng của bùn hoạt tính. ybùn=0,28 Q: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q=600 m3/ngày đêm S0: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l. S0= 478,5 mg/l. S : nồng độ BOD còn lại sau khi xử lý, mg/l. S= 50 mg/l. Abùn 5. Tính lưu lượng bùn xả. Ta có : [2-65] Suy ra: Trong đó V: thể tích bể Aerotank, m3. V=204 m3 X : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính), g/m3. X=2800 mg/l Qr: lưu lượng nước đã xử lý ra khỏi bể lắng, m3/ngày Qr= Qv=600 m3/ngày (coi lượng nước theo bùn là không đáng kể) Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng, g/m3, Xr = 0,7.BOD5 (0,7 là tỷ lệ lượng cặn bay hơi trong tổng số cặn hữu cơ và tro) Xr = 0,7x50 = 35mg/l c: thời gian lưu cặn trong bể hay còn gọi là tuổi bùn. c= 8 ngày. Xt: nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lại bể Aerotank, g/m3. Độ tro của cặn thường là 0,3 mg/mg [2-91]. Ta có phương trình cân bằng bùn trong bể Aerotank như sau: Trong đó Qt: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/ ngày. Qv: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q = 600 m3/ngày đêm Xt: nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lại bể Aerotank, g/m3. Độ tro của cặn thường là 0,3 mg/mg [2-91]. X0: nồng độ bùn hoạt tính có trong nước đi vào bể thường không đáng kể, coi X0= 0. X : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính). X= 2800 mg/l Với : tỷ số tuần hoàn. =0,251 [2-91] Chọn = 0,8 Vậy nồng độ bùn hoạt tính tính theo hàm lượng cặn không tro là: Suy ra: m3/ngày m3/ngày Vậy Lưu lượng bùn xả là 8 m3/ngày Lưu lượng nước đã xử lý ra khỏi bể lắng là 600 m3/ngày. Lưu lượng bùn tuần hoàn là 480 m3/ ngày 6. Thời gian tích luỹ cặn. [2] Trong đó X : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính), g/m3. X=2800 mg/l V: thể tích bể Aerotank, m3. V= 387 m3 c: thời gian lưu cặn trong bể hay còn gọi là tuổi bùn. Chọn c= 8 ngày. [2-91] A: lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày. A= 136,4 kg/ngày ngày 7. Sau khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày là: Trong đó Qx: lưu lượng bùn xả ra hằng ngày. Qx= 8 m3/ngày Xt: nồng độ bùn hoạt tính (cặn không tro) lấy từ đáy bể lắng để tuần hoàn lại bể Aerotank, g/m3. Xt=4410mg/l kg - Cặn hữu cơ trong nước đã xử lý ra ra khỏi bể lắng là: Trong đó Qr: lưu lượng nước đã xử lý ra khỏi bể lắng là 600 m3/ngày. Xr: nồng độ bùn hoạt tính trong nước đã lắng (cặn không tro). Xr= 35 mg/l kg Tổng cặn hữu cơ sinh ra là: B + B’ = 35,28 + 21 = 56,28 kg 8. Kiểm tra tỷ số F/M Trong đó S0: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l. S0= 478,5 mg/l. X : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính). X= 2800 mg/l : thời gian lưu của nước trong bể Aerotank. = 8,2h0,34 ngày mg BOD5/mg bùn.ngày (phù hợp với qui phạm F/M= 0,21) [2-91] 9. Kiểm tra giá trị tốc độ sử dụng chất nền BOD5 của 1g bùn hoạt tính. [2-66] Trong đó S0: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l. S0= 478,5 mg/l. S : nồng độ BOD còn lại sau khi xử lý, mg/l. S= 50 mg/l. X : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính). X= 2800 mg/l : thời gian lưu của nước trong bể Aerotank. =0,34 ngày mgBOD5/mgbùn.h I.7. Tính toán bể lắng đợt 2. - Diện tích mặt bằng của bể lắng II xác định theo công thức: , m2 [2-150] Trong đó Q: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q= 25 m3/h : hệ số tuần hoàn, = 0,8 C0 : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính) trong bể Aerotank. Độ tro của bùn hoạt tính 0,2[2-155]. C0= 2800/0,8= 3500 mg/l Ct: nồng độ bùn trong dòng tuần hoàn, g/m3. Ct = 4410mg/l VL: vận tốc lắng của mặt phân chia (m/h) phụ thuộc vào nồng độ cặn CL và tính chất của cặn. CL: nồng độ cặn tại mặt phân chia. CL= ½ Ct=1/2 4410 = 2205 mg/l VL được xác định theo công thức: [2-148] Hình 11. Bể lắng II. Trong đó Vmax= 7 m/h K = 600 Do đó ta có: m2 - Đường kính bể: D= - Đường kính ống trung tâm: d= 20%D= 0,25= 1 m [3-507] - Diện tích ống trung tâm F= m2 - Diện tích vùng lắng của bể SL= 19 -0,8 = 18,2 m2 - Chiều cao làm việc của bể [8-210] Trong đó v : vận tốc chuển động đi lên của dòng chảy, m/s t: thời gian lưu nước trong bể (thời gian lắng) v và t chọn dựa vào chức năng của bể, bể lắng II đặt sau Aerotank nên theo [8-211] Ta chọn v = 0,5 mm/s và t = 1,5 h. Chiều cao ống trung tâm lấy bằng 0,9 chiều cao công tác của bể Do đó ta có: Chiều cao ống trung tâm là: h = 0,93,78 = 3,402m3,4m - Chiều cao tấm chắn hình nón: Khoảng cách từ ống trung tâm đến tấm chắn chọn h2= 0,25m. Đáy bể có dạng chóp nón để bùn dễ dàng trượt xuống đáy, độ nghiêng của đáy chọn 450. Cấu tạo của phểu phân phối nước của ống trung tâm Đường kính của phểu phân phối nước bằng 1,35d Ống le phân phối nước nằm trên ống trung tâm và có chiều dài 1.35d Hình 12. Ống trung tâm bể lắng thứ cấp. 1. Ống trung tâm. 2. Ống loe. 3. Tấm chắn. Chiều cao hình chóp đáy là: + Đáy lớn có đường kính bằng đường kính bể lắng. D = 5m + Đáy bé có đường kính chọn bằng 0,2m (bằng đường kính ống xả cặn) - Chiều cao nón chóp là: - Chiều cao bể lắng II là: Ht= H + hn + hbv Trong đó H: chiều cao bể lắng. Hn: chiều cao nón Hbv : chiều cao bảo vệ, chọn hbv= 0,3m Ht= H + hn + hbv= 3,78 + 2,4 + 0,3 = 6,48m6,5 m - Tải trọng thuỷ lực: Trong đó Q: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q= 600 m3/ngày đêm SL: diện tích vùng lắng của bể m3/m2.ngày (thuộc tải trọng trung bình, trong khoảng 16-32 m3/m2.ngày theo * Máng thu nước: - Máng thu nước đặt ở vòng tròn có đường kính bằng 0,8 đường kính bể. Dmáng= 0,8D= 0,85= 4,6 m - Chiều dài máng thu nước L=Dmáng=m - Tải trọng thu nước trên 1m chiều dài của máng aL= Trong đó Q: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q= 600 m3/ngày đêm L: chiều dài máng thu nước. aL=m3/m dài. ngày Giá trị này nằm trong khoảng cho phép aL< 500 m3/m. ngày - Thể tích phần chứa bùn V= Sm3 - Nồng độ bùn trung bình trong bể Ctb=g/m3 3,3075 kg/m3 - Lượng bùn chứa trong bể lắng Gbùn= Trong đó V: thể tích ngăn chứa bùn. Ctb: nồng độ bùn trung bình trong bể Gbùn=kg - Lượng bùn cần thiết trong bể Aerotank Gbùn= Trong đó V: thể tích bể Aerotank. C0 : nồng độ tế bào (nồng độ bùn hoạt tính) trong bể Aerotank. C0= 3500 mg/l Gbùn= Như vậy nếu phải tháo khô bể Aerotank để sửa chữa thì khi hoạt động lại phải chờ để tích luỹ cặn vì bùn từ bể lắng không đủ cấp để bể Aerotank hoạt động ngay . * Tính thời gian xả cặn: Hàm lượng cặn có trong bùn tuần hoàn và bùn xả là: m = (Qx + Qt)Ctb Trong đó Qx: Lưu lượng bùn xả. Qx = 8 m3/ngày Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn. Qt = 480 m3/ngày Ctb: Nồng độ trung bình của bùn trong bể. Ctb = 3,3075 kg/m3 m = (Qx + Qt)Ctb = (8 + 480)3,3075 = 3224,84 3225 kg/ngày Vậy thời gian lưu cặn trong bể lắng 2 là: t Trong đó Gb: Lượng bùn bể lắng có thể chứa. Gb = 427 kg m : Khối lượng bùn có trong bùn xả từ bể lắng. m = 3225 kg/ngày Suy ra: t giờ Vậy thời gian xã cặn trong 1 ngày ở bể lắng 2 là 3 giờ. I.8. Bể chứa bùn. Bể chứa bùn được chia làm 2 ngăn, ngăn chứa bùn tuần hoàn và ngăn chứa bùn dư. Lưu lượng bùn tuần hoàn là 480 m3/ngày. Lưu lượng bùn xả là 8 m3/ngày. Chọn thời gian lưu tại ngăn chứa bùn tuần hoàn là 10 phút. Chọn thời gian lưu tại ngăn chứa bùn dư là 1 ngày. - Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn là: V1= m3 3,3m3 - Chọn kích thước bể là LBH= 21,21,5 m - Thể tích ngăn chứa bùn xả V2= Chọn kích thước bể là: LBH= 222 m I.9. Tính toán bể nén bùn. - Bể nén bùn có nhiệm vụ làm giảm độ ẩm của bùn hoạt tính dư ở bể lắng II từ 99,2 xuống 98%[8-216]. Chọn kiểu bể lắng đứng làm việc như bể lắng đứng bình thường. Dung dịch cặn đi vào buồng phân phối đặt ở tâm bể, nước thu bằng máng răng cưa đặt quanh chu vi bể để được đưa nước trở lại công trình xử lý nước thải. Trong bể đặt máy gạt cặn để gom cặn ở đáy về hố thu trung tâm. Để tạo ra các khe hở cho nước chuyển động lên bề mặt, trên tay đòn của máy gạt cặn gắn các thanh dọc bằng thép (hoặc bằng gỗ), khi máy gạt chuyển động quanh trục, hệ thanh gạt này khuấy nhẹ khối cặn, nước trào lên trên làm đặc cặn lại. - Bùn từ bể lắng 2 theo định kỳ một ngày được bơm trong 1h vào bể nén bùn. Vậy lưu lượng bùn cần xử lý là 8 m3/h. - Nồng độ bùn hoạt tính dư là 6300 mg/l. Nồng độ bùn hoạt tính dư cũng dao động theo thời gian trong năm. Do đó, nồng độ bùn hoạt tính dư tối đa được tính như sau: XtMax=kXt [8-215] Trong đó k : hệ số không điều hoà tháng của bùn hoạt tính, k = 1,15 - 1,2. Chọn k = 1,15 Xt: nồng độ bùn hoạt tính dư. XtMax=kXt = 1,156300 = 7245 mg/l - Lưu lượng giờ tối đa của bùn hoạt tính dư là: [8-215] Trong đó XtMax: nồng độ bùn hoạt tính dư tối đa, g/m3. XtMax= 7245 mg/l Q: lưu lượng nước thải đi xử lý, m3/ngày. Nt: nồng độ bùn hoạt tính dư sau khi nén, g/m3 Bùn hoạt tính sau khi nén độ ẩm giảm xuống còn 98% tức là nồng độ bùn khô là 2%. Điều này có nghĩa là trong 1kg (1000g = 1L nước) thì có 20g bùn hoạt tính, do đó nồng độ bùn hoạt tính sau khi nén là: Nt = 20 g/L = 20000 mg/l = 20000g/m3 m3/h - Chiều cao phần lắng của bể nén bùn đứng h = [8-215] Trong đó v : tốc độ của nước bùn, mm/s. Chọn v = 0,05 mm/s [8-216] t : thời gian nén bùn, h. Chọn t = 10h [8-216] h = = 3,61,8 m - Diện tích mặt thoáng của bể : [8-215] Trong đó v : tốc độ của nước bùn, mm/s. Chọn v = 0,05 mm/s qx: lượng nước tối đa được tách ra trong quá trình nén bùn, m3/h. qx= qmax [8-216] Trong đó qmax : Lưu lượng giờ tối đa của bùn hoạt tính dư . qmax= 2,9 m3/h P1: độ ẩm của bùn trước khi sấy. P1= 99,2% P2: độ ẩm của bùn sau khi sấy. P1= 98% [8-216] qx= qmax m3/h m2 - Diện tích ống trung tâm ftr= [8-216] Trong đó qmax: lưu lượng giờ tối đa của bùn hoạt tính dư. qmax= 2,9 m3/h vtb : tốc độ dòng chảy nước bùn trong ống trung tâm. vtb = 0,05 m/s ftr= m2 - Đường kính ống trung tâm . - Chiều cao ống trung tâm h1 = 0,8h = - Đường kính ống loe của ống trung tâm d1=1,35d =1,35x0,16 = 0,216m - Đường kính tấm chắn dch = 1,3d1 = 0,216x1,3 = 0,280m - Đường kính bể nén bùn là: . - Tính chiều cao ngăn chứa bùn hình nón: - Dung tích phần chứa bùn của bể: Wb= qmax Trong đó qmax: lưu lượng giờ tối đa của bùn hoạt tính dư. qmax= 4,6 m3/h P1: độ ẩm của bùn trước khi sấy. P1= 99,2% P2: độ ẩm của bùn sau khi sấy. P1= 98% t : thời gian giữa 2 lần lấy bùn. Chọn t = 5h Wb= qmax = 5,8 m3 Ta có: Trong đó h : chiều cao hình nón, m. B: Diện tích đáy lớn hình nón, có đường kính D = 3,6m) B’: Diện tích đáy bé hình nón, có đường kính d bằng đường kính ống xả cặn, d= 1m. Ta có: m - Chiều cao toàn phần của bể là: H = h + hb + hth + ht Trong đó h : chiều cao phần lắng, h = 1,8 m hb : chiều cao phần chứa bùn. h = 1,63 m hth : chiều cao phần trung hoà. hth= 0,30,5 m. Chọn hth= 0,3m ht : chiều cao bảo vệ, ht = 0,3m. H = h + hb + hth + hu + ht = 1,8 + 1,63 + 0,3 + 0,3 = 4,03 m Tốc độ quay của máy gạt bùn lấy bằng 0,754 vòng/phút. Bùn đã nén được định kỳ dưới bơm đi lọc ép bùn. Nước sau khi tách bùn tự chảy trở lại về hầm bơm để tiếp tục xử lý một lần nữa. I. 10. Tính toán lọc ép băng tải. - Lưu lượng cặn đến lọc ép dây đai [3-510] Trong đó q: lưu lượng bùn cần xử lý, q = 8 m3/ngày = 0,33 m3/h. P1, P2: độ ẩm của bùn trước và sau khi nén. m3/ngày Giả sử bùn hoạt tính sau khi nén C = 50 kg/m3 [3-510] - Lượng cặn đưa đến máy là: kg/ngày - Hàm lượng cặn đưa đến máy trong tuần là: G= 1607 = 1120 kg Máy ép làm việc 8h trong ngày và 2 ngày trong tuần,khi đó lưu lượng cặn đến máy trong 1h là: Q*= (kg/h) Tải trọng trên 1m rộng của băng tải dao động trong khoảng 90- 680 kg/m chiều rộng băng. giờ [3-510]. Chọn băng tải có năng suất 200 kg/m chiều rộng băng. giờ. - Chiều rộng băng tải Chọn máy có chiều rộng 0,35m và năng suất 200 kg/m rộng. giờ HỆ THỐNG THIẾT BỊ NHƯ SAU Bảng 10. Hệ thống các thiết bị STT Tên thiết bị Hình dạng thiết bị Kích thước cơ bản 1 Mương dẫn Hình vuông - Cao 0,2m - Rộng 0,2m 2 Hố gom Hình chữ nhật - Cao 2,8m - Rộng 2m - Dài 3,8m 3 Bể điều hoà Hình chữ nhật - Cao 4,3m - Rộng 4m - Dài 6m 4 Bình áp lực Hình trụ tròn - Đường kính D= 1,8m - Chiều cao H= 1,5m - Thời gian lưu nước 3phút 5 Bể tuyển nổi Hình trụ tròn Đường kính D=3600 Chiều cao h=2,2m Thời gian lưu 0,5h 6 Bể Aerotank Hình chữ nhật - Cao 4,3m - Rộng 5m - Dài 10,5m - Thời gian lưu nước 8,2h 7 Bể lắng II Bể lắng đứng Bể lắng - Đường kính D= 5m - Chiều cao Hxd= 6,5m - Chiều cao nón 2,4m - Thời gian lưu nước 1,5h Ống trung tâm - Đường kính dtt= 1 m - Chiều cao htt= 3,4 m 8 Bể chứa bùn Hình chữ nhật Ngăn tuần hoàn - Cao 1,5m - Rộng 1,2m - Dài 2m - Thời gian lưu bùn 10 phút Ngăn chứa bùn dư - Cao 2m - Rộng 2m - Dài 2m - Thời gian lưu bùn 1 ngày. 9 Bể nén bùn Bể lắng đứng - Đường kính d= 3,6 m - Chiều cao hxd= 4,03 m. - Thời gian giữa 2 lần lấy bùn 5h. 10 Lọc ép băng tải Lọc ép băng tải Máy làm việc 8 h/ ngày và 2 ngày/tuần. Bề rộng băng tải 0,35m. II. Tính toán các thiết bị phụ. II.1. Tính toán hệ thống cấp khí cho bể Aeroten và thiết bị làm thoáng bể 1. Hệ thống cấp khí cho bể - Lượng Oxy cần thiết (tính theo lý thuyết) cho quá trình xử lý nước thải bằng sinh học khi không khử nitrat là: [2-150] Trong đó Q: lưu lượng nước thải đi vào bể. Q=600 m3/ngày đêm S0: Nồng độ BOD đầu vào, mg/l. S0= 478,5 mg/l. S : nồng độ BOD còn lại sau khi xử lý, mg/l. S= 50 mg/l. f : Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD Px: phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư. Px=, kg/ngày Yb: tốc độ tăng trưởng của bùn hoạt tính. Yb=0,28 Px=71,988 kg/ngày72kg/ngày Suy ra kg/ngày - Lượng Oxy cần thiết trong điều kiện thực tế kg O2/ngày [2-113] Trong đó : hệ số điều chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lượng muối, đối với nước thải lấy =1. Cs20: nồng độ Oxy bão hoà trong nước sạch ở 200C,mg/l. Cs20=9,08mg/l Cd=1,5-2 mg/l. Chọn Cd=2mg/l T: nhiệt độ nước thải , T= 200C Suy ra 344 kg O2/ngày Lượng không khí cần thiết , m3/ngày [2-107] Trong đó OCt: lượng Oxy cần thiết trong điều kiện thực tế. OCt=344 kg O2/ngày OU= Ouh: công suất hoà tan O2 vào nước thải của thiết bị phân phối khí tính theo g O2 cho 1m3 không khí ở độ sâu ngập nước 1m được chọn theo [2-115] . Ou = 5,5 gO2/m3.m h : độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, h = 4m OU = Ouh = 5,54 =22 gO2/m3 f : hệ số an toàn thường lấy 1,5-2. Chọn f=1,5 m3/ngà 2. 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. Ở đây ta chọn thiết làm thoáng bằng khí nén. Không khí được phân phối qua hệ thống ống châm lỗ với đường kính 5 mm, cách nhau 35 cm [9-51]. Chọn b = 5 cm. Đặt ống dọc theo bể và nằm trên các tấm đỡ cách đáy 710 cm [9-51]. Chọn 7,8 cm. Nước vào với lưu lượng và nồng độ không đổi sẽ được khuấy đều với lượng nước trong bể. Dàn ống 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. Chọn ống cấp khí có đường kính D100, tính theo cường độ cho phép q chọn là 6m/s [2-110] - Số ống phân phối D100 dài 1m Trong đó Q: Lưu lượng khí cần cấp, Q = 23454,54 m3/ngày 0,271 m3/s q : Lưu lượng khí qua 1 m chiều dài ống, q = 6.10-3 m3/s.m ống Chọn khoảng cách giữa ống với thành bể là 0,4 m. - Chiều dài của 1 ống cấp khí là: l = B – 0,4 = 5 – 0,4 = 4,6 m Trong đó: B: Chiều rộng bể Aerotank. B = 5 m Ta bố trí 7 dãy đường ống phân phối chính mỗi đường ống phân phối khí chính có 5 đường ống cấp khí dài 1m và đường kính D100 - Khoảng cách giữa các ống cấp khí Ta có l = b*4 + 5*D Trong đó: l: chiều dài của ống cấp khí(m) b: Khoảng cách giữa các ống cấp khí(m) D: Đường kính của ống cấp khí (m) Suy ra: b=m - Khoảng cách giữa các ống phân phối chính thì ta chọn theo rộng dần theo chiều dài của bể để đảm bảo cho nước thải thô và bùn tuần hoàn ở đầu bể được thông khí mạnh nhất vì ở đây hàm lượng chất hưu cơ lớn nhất Đường kính ống cấp khí chính là: [11-369] Trong đó V: Lưu lượng khí , m3/s. V = 0,271 m3/s W: Tốc độ trung bình của dòng khí đi trong ống, m/s. Chọn W = 15 m/s [11-370] m Các thiết bị phụ trợ trong hệ thống xử lý nước thải như hệ thống cánh khuấy, máy nén khí, bơm, hệ thống thông tin và điều khiển… Đây chỉ là cách nói tương đối vì các thiết bị và hệ thống trên cũng có vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống. II 2. Tính máy nén khí cho bể điều hoà . Công suất của máy nén: [18-108] Trong đó: Pm: Công suất yêu cầu của máy nén khí, KW. G: Trọng lượng riêng của dòng khí, kg/s. R: Hằng số khí, R = 8,314 KJ/Kmol.0K. T: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, 0K. t0 = 250C nên T = 273 + 25 = 298 0K. P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, atm, P1 = 1 atm. P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, atm. . , đối với không khí k = 1,395. 29,7 : Hệ số chuyển đổi. e: Hiệu suất của máy nén từ 0,70,8, chọn e = 0,75. DP: Áp suất toàn phần để khắc phục các cản trở thuỷ lực trong hệ thống ống dẫn khí (kể cả ống dẫn và thiết bị) khi dòng chảy đẳng nhiệt. * Tính G: , Kg/s. Trong đó: Qkk: Lượng không khí cần thiết gồm lưu lượng khí cấp cho bể điều hoà , m3/s. Qkk = 0,0193 m3/s. rkk: Khối lượng riêng của không khí, kg/m3, rkk = 1,3 Kg/m3 [11-13]. Do đó: G = 0,0193 1,3 = 0,0251 Kg/s. * Tính DP: DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc , [11-376] Trong đó: + DPđ – Áp suất động lực học tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. DPđ = , N/m2 [11-377] Trong đó: r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3. [11-13]. w: Tốc độ của lưu thể, m/s, w = 15 m/s. Vậy: DPđ = 146,25 N/m2 = 146 N/m2. + DPm – Áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng), N/m2. DPm = [11-377] Trong đó: l: Hệ số ma sát. L: Chiều dài ống dẫn, m. r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3. [11-13]. w: Tốc độ của lưu thể, m/s. dtđ : Đường kính tương đương, m. Ta có: [11-359] Trong đó: r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3,r = 1,3 Kg/m3 [11-13]. dtđ : Đường kính tương đương, m, dtđ = D = 50 mm = 0,05 m. w: Tốc độ của lưu thể, m/s, w = 15 m/s. μkk : Độ nhớt động học của không khí ở 250C, N.s/m2. μkk = 183710-8 N.s/m2 [11-118] L: Chiều dài ống dẫn, m. L = 8 m. l: Hệ số ma sát. Do đó: = 53076 > 4000 nên khí ở trong ống ở chế độ chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [14-88] Vậy: DPm = N/m2 + DPH – Áp suất cần thiết để nâng chất khí lên cao 4 m hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh, N/m2. Ta có: 1 N/m2 = 1,02.10-4 mH2O Do đó: 39216 N/m2. + DPt – Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2. DPt = 0. + DPk – Áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, N/m2. Có thể coi DPk = 0 + DPc – Áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ. , N/m2, [11-377] 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. Tại góc cua 900 dùng khuỷu ghép 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành, vì trên đường ống f50 có Re = 53076 < 2.105 nên theo [11-394] ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của trở lực. Ta có: = 1,5 [3-96] Trên đường ống f50 còn có trở lực cục bộ do van điều chỉnh lưu lượng. Loại van thường dùng là van tấm quay (van bướm) có α = 200 và dùng loại ống tròn nên = 1,54 [11-398]. N/m2 DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc = 146 + 21,06 + 39216 + 0 + 0 + 883,35 = 40266,06 N/m2 hay = 0,41 atm. Suy ra: P2 = 1 + DP = 1 + 0,41 = 1,41 atm. Do đó: Công suất của máy nén là: KW. Vậy ta chọn loại máy nén ly tâm có công suất là 2,1 KW. Công suất trên trục của máy nén (công suất hiệu dụng): Nhd = NTT/hck, KW, [11-466] Trong đó NTT: Công suất thực tế của máy nén, KW, NTT = Pm = 2,1 KW. hck : Hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm thì hck = 0,96 0,97, chọn hck = 0,97. Vây: 2,2 KW. Công suất của động cơ điện: , KW [11-466]. Trong đó: b: Hệ số dự trữ công suất, b = 11,15. Chọn b = 1. Nhd: Công suất hiệu dụng của máy nén, KW, Nhd = 2,2 KW. htr: Hiệu suất truyền động, htr = 0,960,99, chọn htr = 0,98. hđc: Hiệu suất động cơ điện, hđc = 0,95. Vậy: KW. Vậy ta chọn động cơ có công suất 2,5 KW. II.3. Tính toán máy nén khí cho bể Aerotank . Công suất của máy nén: [2-108] Trong đó: Pm: Công suất yêu cầu của máy nén khí, KW. G: Trọng lượng riêng của dòng khí, kg/s. R: Hằng số khí, R = 8,314 KJ/Kmol.0K. T: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, 0K. t0 = 250C nên T = 273 + 25 = 298 0K. P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, atm, P1 = 1atm. P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, atm. . , đối với không khí k = 1,395. 29,7: Hệ số chuyển đổi. e: Hiệu suất của máy nén từ 0,70,8, chọn e = 0,75. DP: Áp suất toàn phần để khắc phục các cản trở thuỷ lực trong hệ thống ống dẫn khí khi dòng chảy đẳng nhiệt. * Tính G: , Kg/s. Trong đó: Qkk: Lượng không khí cần thiết gồm lưu lượng khí cấp cho bể Aerrotank, Qkk = 0,271 m3/s. rkk: Khối lượng riêng của không khí, kg/m3, rkk = 1,3 Kg/m3 [11-13]. Do đó: G = 0,271 1,3 = 0,3523 Kg/s. * Tính DP: DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc , [11-376] Trong đó: + DPđ– Áp suất động lực học tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. DPđ = = DPđ1 + DPđ2 , N/m2 [11-377] Trong đó: r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3.[11-13]. w1: Tốc độ của lưu thể trong ống f150 , m/s, w1 = 15 m/s. w2: Tốc độ của lưu thể trong ống f100 , m/s, 3 m/s DPđ1 , DPđ2 : Áp suất động lực học của ống f150, f100 Vậy: DPđ1 = 146,25 N/m2 = 146 N/m2. DPđ2 = 5,85 N/m2 . DPđ = DPđ1 + DPđ2 = 146 + 5,85 = 151,85 152 N/m2 + DPm– Áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng), N/m2. DPm = [11-377] = DP0 + DP1 Trong đó: l: Hệ số ma sát. l: Chiều dài ống dẫn, m. r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3.[11-13]. w: Tốc độ của lưu thể, m/s. dtđ : Đường kính tương đương, m. DP0, DP1: Áp suất để khắc phục trở lực masat ở các đường ống có đường kính khác nhau. Tính DP0 = , xét trên đường ống f150. Ta có: [11-359] Trong đó: L: Chiều dài ống dẫn, m. L = 10 m. l: Hệ số ma sát. dtđ : Đường kính tương đương, m, dtđ = D = 150 mm = 0,15 m. μkk: Độ nhớt động học của không khí ở 250C, N.s/m2. μkk = 183710-8 N.s/m2 [11-118] Do đó: = 160098 > 4000 nên khí ở trong ống ở chế độ chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [14-88] Vậy: DP0 = N/m2 Tính DP1 = , xét trên đường ống f100. Tương tự ta có: [11-359] Trong đó: L: Chiều dài ống dẫn, m. L = 50 m. l: Hệ số ma sát. dtđ : Đường kính tương đương, m, dtđ = 0,1 m. Do đó: = 35384 > 4000 nên khí ở trong ống ở chế độ chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [2-88] Vậy: DP1 = N/m2 Do đó: DPm= DP0 + DP1 = 585 + 731,25 = 1316,25 N/m2. + DPH – Áp suất cần thiết để nâng chất khí lên cao 4 m hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh, N/m2. Ta có: 1 N/m2 = 1,02.10-4 mH2O Do đó: 39216 N/m2. + DPt – Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2. DPt = 0. + DPk – Áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, N/m2. Có thể coi DPk = 0 + DPc – Áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ. , N/m2, [11-377] = DP0 + DP1 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 : Trở lực cục bộ của ống với đường kính khác nhau. * , xét trên đường ống f150, trong đó: w = 15 m/s. Tại góc cua 900 dùng khuỷu ghép 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành, vì trên đường ống f150 có Re = 212303 > 2105 nên theo [11-394] ta có = 0,2. Có 3 khuỷu 900 Trên đường ống f150 còn có trở lực cục bộ do van điều chỉnh lưu lượng. Loại van thường dùng là van tấm quay (van bướm) có α = 200 và dùng loại ống tròn nên = 1,54 [11-398]. Vậy: N/m2. * , xét trên đường ống f100, trong đó w = 5 m/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 theo [11-394] ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của trở lực. Trở lực gây ra do hiện tượng đột thu là: Ta có : tỷ số 0,7 và Re = 106151 > 3,5.103 nên theo [11-388] ta có = 0,2. Vậy: 3,3 N/m2 Do đó: DPc = DP0 + DP1 = 313 + 3,3 = 316,3 318 N/m2. Vậy: DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc = 152 + 1316,25 + 39216 + 0 + 0 + 316,3 = 41000,55 N/m2. hay atm. Suy ra: P2 = 1 + DP = 1 + 0,4 = 1,4 atm. Do đó: Công suất của máy nén là: KW. Vậy ta chọn loại máy nén ly tâm có công suất là 14 KW. Công suất trên trục của máy nén (công suất hiệu dụng): Nhd = NTT/hck, KW, [11-466] Trong đó NTT – Công suất thực tế của máy nén, kW, NTT = Pm = 14 KW. hck – Hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm thì hck = 0,96 0,97, chọn hck = 0,96. Vậy: KW. Công suất của động cơ điện: , KW [18-466]. Trong đó: b: Hệ số dự trữ công suất, b = 11,15. Chọn b = 1. Nhd: Công suất hiệu dụng của máy nén, KW. Nhd = 15 KW. htr: Hiệu suất truyền động, htr = 0,960,99, chọn htr = 0,99. hđc : Hiệu suất động cơ điện, hđc = 0,95. Vậy: KW. Vậy ta chọn động cơ có công suất 16 KW. II.4 Tính toán máy nén khí cho bình cao áp Công suất của máy nén: [2-108] Trong đó: Pm: Công suất yêu cầu của máy nén khí, KW. G: Trọng lượng riêng của dòng khí, kg/s. R: Hằng số khí, R = 8,314 KJ/Kmol.0K. T: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, 0K. t0 = 250C nên T = 273 + 25 = 298 0K. P1: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, atm, P1 = 1atm. P2: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, atm. . , đối với không khí k = 1,395. 29,7: Hệ số chuyển đổi. e: Hiệu suất của máy nén từ 0,70,8, chọn e = 0,75. DP: Áp suất toàn phần để khắc phục các cản trở thuỷ lực trong hệ thống ống dẫn khí khi dòng chảy đẳng nhiệt. Ta có: G = 11,538m3/h = 0,0032 m3/s * Tính DP: DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc , [11-376] Trong đó: + DPđ – Áp suất động lực học tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. DPđ = , N/m2 [11-377] Trong đó: r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3. [11-13]. w: Tốc độ của lưu thể, m/s, w = 15 m/s. Vậy: DPđ = 146,25 N/m2 = 146 N/m2. + DPm – Áp suất để khắc phục trở lực ma sát (khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng), N/m2. DPm = [11-377] Trong đó: l: Hệ số ma sát. L: Chiều dài ống dẫn, m. r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3, r = 1,3 Kg/m3. [11-13]. w: Tốc độ của lưu thể, m/s. dtđ : Đường kính tương đương, m. Ta có: [11-359] Trong đó: r: Khối lượng riêng của không khí, Kg/m3,r = 1,3 Kg/m3 [11-13]. dtđ : Đường kính tương đương, m, dtđ = D = 20 mm = 0,02 m. w: Tốc độ của lưu thể, m/s, w = 15 m/s. μkk : Độ nhớt động học của không khí ở 250C, N.s/m2. μkk = 183710-8 N.s/m2 [11-118] L: Chiều dài ống dẫn, m. L = 15 m. l: Hệ số ma sát. Do đó: = 21230 > 4000 nên khí ở trong ống ở chế độ chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [14-88] Vậy: DPm = N/m2 + DPH – Áp suất cần thiết để nâng chất khí lên cao 2 m hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh, N/m2. Ta có: 1 N/m2 = 1,02.10-4 mH2O Do đó: N/m2. + DPt – Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị, N/m2. DPt = 0. + DPk – Áp suất cần thiết ở cuối ống dẫn, N/m2. Có thể coi DPk = 0 + DPc – Áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ. , N/m2, [11-377] 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. Tại góc cua 900 dùng khuỷu ghép 900 do 3 khuỷu 300 tạo thành, vì trên đường ống f20 có Re = 53076 < 2.105 nên theo [11-394] ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của trở lực. Tại ống chữ T ta tra theo [3-96] ta có: = 1,5 Trên đường ống f20 còn có trở lực cục bộ do van điều chỉnh lưu lượng. Loại van thường dùng là van tấm quay (van bướm) có α = 200 và dùng loại ống tròn nên = 1,54 [11-398]. N/m2 DP = DPđ + DPm + DPH + DPt + DPk + DPc = 146 + 99 + 19608 + 0 + 0 + 883,35 = 20736 N/m2 hay = 0,21 atm. Suy ra: P2 = 1 + DP = 1 + 0,41 = 1,21 atm. Do đó: Công suất của máy nén là: KW. Vậy ta chọn loại máy nén ly tâm có công suất là 1,1 KW. Công suất trên trục của máy nén (công suất hiệu dụng): Nhd = NTT/hck, KW, [11-466] Trong đó NTT: Công suất thực tế của máy nén, KW, NTT = Pm = 1,1 KW. hck : Hiệu suất cơ khí của máy nén. Đối với máy nén ly tâm thì hck = 0,96 0,97, chọn hck = 0,96. Vây: 1,2 KW. Công suất của động cơ điện: , KW [2-466]. Trong đó: b: Hệ số dự trữ công suất, b = 11,15. Chọn b = 1. Nhd: Công suất hiệu dụng của máy nén, KW, Nhd = 1,2 KW. htr: Hiệu suất truyền động, htr = 0,960,99, chọn htr = 0,98. hđc: Hiệu suất động cơ điện, hđc = 0,95. Vậy: KW. Vậy ta chọn động cơ có công suất 1,3 KW. III. Tính toán bơm nước thải và bơm bùn. 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 loại 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 tuần hoàn nước ra của bể tuyển nổi sang bình tạo áp - Bơm bùn tuần hoàn từ bể chứa bùn sang bể Aerotank. - Bơm bùn từ bể chứa bùn sang bể nén bùn. - Bơm bùn từ bể nén bùn sang thiết bị lọc ép băng tải III.1. Tính bơm nước thải từ hố thu gom sang bể điều hoà. Chọn ống dẫn nước là ống gang mới và vận tốc nước chảy trong ống là 2m/s [11-370] - Đường kính ống dẫn nước là: [11-369] Trong đó V: lưu lượng nước, m3/s. V= 0,007m3/s W: tốc độ trung bình của nước đi trong ống, m/s. Chọn W= 2m/s [11-370] - Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : ,kw [11-439] Trong đó Q: năng suất của bơm, m3/s. Q= 0,007 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. : 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 [11-439] ta có thể tính hiệu suất như sau: - Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [11-438] 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= 3m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường óng hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m hm= Với = p1 + p2 +p3 Trong đó p1: áp suất động lực học ,tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. p1 = , N/m2 [11-377] p2: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng. p2 = l . [11-377] p3 : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ p3 = [11-377] hm= Trong đó : khối lượng riêng của nước thải, = 1000 kg/m3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 w: tốc độ trung bình của nước đi trong ống, m/s. Chọn w = 2m/s l :hệ số ma sát dọc đường. L : chiều dài ống dẫn (m) . L= 8m d : đường kính ống dẫn, m. d= 0,09m Sz : hệ số trở lực cục bộ. Sz =z1 + z2 + z3 z1 : trở lực cục bộ tại ống đẩy của bơm vào bể lắng. z1 = 1 [11-386] z2 : trở lực tại cua nối bằng ren 900, z2 = 0,6. có 3 cua nối. [11-396] z3 : trở lực van, chọn van 1 chiều với z3 = 1,5 [11-399] Sz =z1 + z2 + z3 = 1 + 3.0,6 + 1,5 = 4,3 Tính l dựa dựa vào chuẩn số Renold như sau : Re = 4000 [11-359] Với : độ nhớt của nước, =10-3N.s/m2 [11-94] Dòng chảy trong ống là chảy xoáy. [2-88] hm== Vậy 0 + 3 + 2,5 = 5,5 m - Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : kw - Công suất của động cơ điện , kw [12-439] Trong đó N: công suất yêu cầu trên trục bơm. N = 1,035kw : hiệu suất truyền động. chọn = 0,9 : hiệu suất động cơ điện. = 0,85 kw Thường ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán. [12-439] Trong đó : hệ số dự trữ công suất. Chọn =1,6 [12-440] kw Vậy để bơm nước thải từ hố thu gom sang bể điều hoà ta chọn bơm có công suất 2,5 Kw. III.2. Tính bơm bùn tuần hoàn sang bể Aerotank. Bùn từ bể chứa bùn với thể tích 3,3 m3 được bơm định kỳ 3 giờ một lần tuần hoàn lại bể Aerotank, thời gian một lần bơm là 5 phút. Lưu lượng bùn tuần hoàn là: V = m3/s Chọn ống dẫn bùn là ống nhựa và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s [11-370] - Đường kính ống dẫn bùn là: [11-369] Trong đó V: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/s. V= 0,011m3/s W: tốc độ trung bình của bùn đi trong ống, m/s. Chọn W= 1,5m/s [11-370] - Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : ,kw [11-439] Trong đó Q: năng suất của bơm, m3/s. Q= 0,01 m3/s : khối lượng riêng của bùn. = 1005 kg/m3 [12-200] 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. : 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 [11-439] ta có thể tính hiệu suất như sau: - Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [11-438] Trong đó p1,p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, p1=p2 H0: chiều cao nâng bùn, H0= 7m hm: áp suất tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường óng hút và đẩy (kể cả trở lực cục bộ khi chất lỏng ra khỏi ống đẩy),m. hm= Với = p1 + p2 +p3 Trong đó Trong đó p1: áp suất động lực học ,tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn. p1 = , N/m2 [11-377] p2: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng. p2 = l . [11-377] p3 : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ p3 = [11-377] hm= Trong đó : khối lượng riêng của nước thải, = 1005 kg/m3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 w: tốc độ trung bình của nước đi trong ống, m/s. Chọn w = 2m/s l :hệ số ma sát dọc đường. L : chiều dài ống dẫn (m) . L= 8m d : đường kính ống dẫn, m. d= 0,1m Sz : hệ số trở lực cục bộ. Sz =z1 + z2 + z3 z1 : trở lực cục bộ tại ống đẩy của bơm vào bể lắng. z1 = 1 [11-386] z2 : trở lực tại cua nối bằng ren 900, z2 = 0,6. có 3 cua nối. [11-396] z3 : trở lực van, chọn van 1 chiều với z3 = 1,5 [11-399] Sz =z1 + z2 + z3 = 1 + 3.0,6 + 1,5 = 4,3 Tính l dựa dựa vào chuẩn số Renold như sau : Re = 4000 [11-359] Với : Độ nhớt của bùn. Xét nồng độ pha rắn (bùn) theo thể tích trong hỗn hợp bùn là: % 45 % Trong đó Qt: Lưu lượng bùn tuần hoàn. Qx: Lưu lượng bùn xả. Q : Lưu lượng nước vào bể Aerotank. Khi j = 45% > 10% thì độ nhớt được tính theo công thức: , Ns/m2 [12-85] Trong đó : Độ nhớt của nước, = 10-3N.s/m2 [12-94] : Nồng độ pha rắn trong huyền phù. Re = > 4000 Dòng chảy trong ống là chảy xoáy. Ta có thể tính theo công thức sau: [2-88] hm== Vậy 0 + 7 + 3,2 = 10,2 m Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : KW Tương tự mục (7.1) ta có công suất của động cơ điện là: , KW [12-439] Trong đó N: Công suất yêu cầu trên trục bơm. N = 1,4 KW KW Thường ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán. [12-439] Trong đó : Hệ số dự trữ công suất. Chọn = 1,6 [12-440] KW 3 KW Vậy để bơm bùn tuần hoàn từ bể chứa bùn sang bể Aerotank ta chọn bơm có công suất 3 KW. III. 3. Tính bơm bùn từ bể chứa bùn sang bể nén bùn. Chọn bơm bùn từ bể chứa bùn sang bể nén bùn là bơm ly tâm và định kỳ 1 ngày bơm 1 lần, thời gian 1 lần bơm là 10 phút. Lượng bùn trong bể chứa bùn dư là: 8 m3 Lưu lượng bùn là: m3/s Chọn ống dẫn bùn là ống thép mới và vận tốc bùn chảy trong ống là 0,8 m/s [12-370] Đường kính ống dẫn bùn là: [12-369] Trong đó q: Lưu lượng bùn đến máy , m3/s. q = 0,013 m3/s W: Tốc độ trung bình của bùn đi trong ống, m/s. Chọn W = 0,8 m/s [12-370] mm Tương tự mục (III. 1) ta có: Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : , KW [12-439] Trong đó Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 0,013 m3/s Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [12-438] hm = Trong đó L : Chiều dài ống dẫn (m) . L = 10 m d : Đường kính ống dẫn, m. d = 0,140 m Sz : Hệ số trở lực cục bộ. Sz = z1 + z2 + z3 z1 : Trở lực cục bộ tại ống đẩy của bơm vào bể nén. z1 = 1 [12-386] z2 : Trở lực tại cua nối bằng ren 900, z2 = 0,6. Có 2 cua nối. [12-396] z3 : Trở lực van, chọn van tiêu chuẩn với z3 = 4,7. Có 2 van gồm van trên đường ống hút và ống đẩy. [12-397] Sz = z1 + z2 + z3 = 1 + 20,6 + 4,7 = 11,6 Tính l dựa dựa vào chuẩn số Renold như sau : Re = [12-359] Tương tự mục (7.2) ta có độ nhớt bùn là 3,025.10-3 N.s/m2 Re => 4000 Vậy bùn đi trong ống ở chế độ quá độ. Ta có thể tính theo công thức sau: [2-88] hm== Vậy 0 + 7 + 0,6 = 7,6 m Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : KW Tương tự mục (III.1) ta có công suất của động cơ điện là: KW KW Vậy để bơm bùn tuần hoàn từ bể nén bùn sang máy lọc ép băng tải ta chọn bơm có công suất 3 KW III.4. Tính bơm bùn từ bể nén bùn sang lọc ép băng tải. Chọn bơm bùn từ bể nén sang lọc ép băng tải là bơm ly tâm và định kỳ 5 giờ bơm 1 lần, thời gian 1 lần bơm là 5 phút. Lưu lượng bùn đến máy là: m3/s Trong đó V: Thể tích bùn trong ngăn chứa bùn ở bể nén bùn. t : Thời gian bơm bùn từ bể nén sang lọc ép băng tải. Chọn ống dẫn bùn là ống thép mới và vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5 m/s [11-370] Đường kính ống dẫn bùn là: [11-396] Trong đó V: Lưu lượng bùn đến máy , m3/s. V = 0,02 m3/s W: Tốc độ trung bình của bùn đi trong ống, m/s. Chọn W = 1,5 m/s [11-370] m = 13 cm Tương tự mục (7.2) ta có công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : , KW [11-439] Trong đó Q: Năng suất của bơm, m3/s. Q = 0,02 m3/s : Khối lượng riêng của bùn sau khi nén, = 50 kg/m3 [3-510] Áp lực toàn phần do bơm tạo ra được tính như sau: [11-438] Trong đó H0: Chiều cao nâng bùn, H0 = 4 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. hm = Trong đó L : Chiều dài ống dẫn, m. L = 6 m d : Đường kính ống dẫn, m. d = 0,130 m Sz: Hệ số trở lực cục bộ. Sz = z1 + z2 + z3 z1: Trở lực cục bộ tại ống đẩy của bơm vào băng tải. z1 = 1 [11-386] z2: Trở lực tại cua nối bằng ren 900, z2 = 0,6. Có 2 cua nối. [11-396] z3: Trở lực van, chọn van tiêu chuẩn với z3 = 4,7. Có 2 van gồm van trên đường ống hút và ống đẩy. [11-397] Sz = z1 + z2 + z3 = 1 + 20,6 + 4,7 = 11,6 Tính l dựa dựa vào chuẩn số Renold như sau : Re = [11-359] Với : Độ nhớt của bùn. Xét nồng độ pha rắn (bùn) theo thể tích trong hỗn hợp bùn là: % Trong đó qbùn: Lưu lượng bùn đến lọc ép băng tải. Theo mục 10 ta có qbùn = 3,2 m3/ngày Q : Lưu lượng bùn trong bể nén bùn. Q = 8 m3/ngày Khi j = 40 % > 10 % thì độ nhớt được tính theo công thức: , Ns/m2 [11-85] Trong đó : Độ nhớt của nước, = 10-3N.s/m2 [11-94] : Nồng độ pha rắn trong huyền phù. Re = < 4000 Vậy bùn đi trong ống ở chế độ quá độ. Ta có thể tính theo công thức sau: [14-88] hm== Vậy 0 + 4 + 0,02 = 4,02 m Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định : KW Tương tự mục (7.1) ta có công suất của động cơ điện là: KW KW Vậy để bơm bùn tuần hoàn từ bể nén bùn sang máy lọc ép băng tải ta chọn bơm có công suất 0,1 KW. IV. Tính kinh tế. IV.1. Chi phí xây dựng. Dựa vào giá cả thị trường hiện nay ta có thể tính chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải như sau: Bảng 11. Chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải STT Mô tả công trình Khối lượng hạng mục Đơn vị tính Đơn giá (triệu vnđ) Thành tiền (triệu vnđ) 1 Song chắn rác 1 cái 5 triệu/cái 5 2 Bể điều hoà 100 m3 1,5 triệu/m3 150 3 Bể tuyển nổi 17,5 m3 1,5 triệu/m3 26,25 4 Bể Aerotank 225 m3 1,5 triệu/m3 337,5 5 Bể lắng 2 118 m3 1,5 triệu/m3 177 8 Bể chứa bùn 11,3 m3 1,5 triệu/m3 17 9 Bể nén bùn 24 m3 1,5 triệu/m3 36 10 Bơm định lượng hoá chất 1 cái 3 3 11 Bơm ly tâm 5 cái 3 15 12 Máy nén khí 3 cái 50 150 13 Lọc ép băng tải 1 cái 80 80 14 Đường ống dẫn khí và nước 500 500 15 Cầu thang và hành lang cho hệ thống 1 bộ 800 800 16 Cổng ngõ, đường đi 100 100 17 Chi phí xây dựng nhà điều hành, nhà đặt máy 100 100 18 Nhà để xe 30 30 19 Điện thắp sáng và cho hệ thống xử lý 100 100 22 Thiết kế, chế tạo, lắp đặt 500 500 23 Vận hành 100 100 24 Đo đạc, thử nghiệm 100 100 25 Huấn luyện và hướng dẫn sử dụng 30 30 26 Bảo trì và bảo hành 1 năm 100 100 27 Chi phí phát sinh khác 500 500 Tổng chi phí 3.957.000.000 vnđ Vậy chi phí đầu tư cho xử lý 1 m3 nước thải là triệu vnđ/m3 IV.2. Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải. Chi phí vận hành bao gồm các khoảng sau: III.2.1. Chi phí nhân công C1: Hệ thống xử lý vận hành 3 ca/ngày và mỗi ca cần 1 công nhân. Hai cán bộ kỹ thuật quản lý chung theo giờ hành chính. Lương trung bình của mỗi công nhân vận hành trong 1 tháng là 2.000.000 đ/tháng và cán bộ kỹ thuật là 3 triệu/tháng. C1 = ( 3 2 triệu + 23 triệu)12 = 144 triệu/năm III.2.2. Chi phí hoá chất C2. Giả thiết một năm trạm vận hành trong 325 ngày, thời gian cò lại do nhà máy nghỉ để sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị. Lượng chất trợ tuyển Pecol (C580) dùng trong 1 năm là: m = 4,2 kg/ngày 325 ngày = 1.365 kg/năm Thành tiền = 1.365 kg 150.000đ/kg = 204,75 triệu vnđ/năm III.2.3. Chi phí điện năng C3. Giá điện công nghiệp là 2500 vnđ/KWh Một năm hệ thống tiêu tốn hết 250000 KW. Chi phí điện trong 1 năm là: C3 = 2500002500vnđ = 625.000.000 vnđ/năm Tổng chi phí vận hành trong một năm: C = C1 + C2 + C3 = 144 + 204,75 + 625 = 973,75 triệu vnđ/năm Vậy chi phí vận hành cho xử lý 1m3 nước thải là: vnđ/m3 IV.3. Chi phí xử lý tính cho 1 m3 nước thải. Giá thành xử lý tính cho 1 m3 nước thải được tính theo công thức sau: G = Trong đó S : Gồm tổng chi phí vận hành hệ thống trong 1 năm và chi phí khấu hao. Q : Lưu lượng nước thải trong 1 năm. Giả sử hệ thống được thiết kế để hoạt động trong thời gian 15 năm. Vậy tổng chi phí vận hành hệ thống trong 1 năm và chi phí khấu hao là: S = 973,75 + 1.369,45 triệu vnđ/năm Giá thành xử lý cho 1 m3 nước thải là: G = vnđ/1m3 Vậy giá thành xử lý cho 1 m3 nước thải khoảng 7.000 vnđ/m3 KẾT LUẬN Xử lý nước thải là một nhu cầu cấp thiết hiện nay của các cơ sở sản xuất nói chung và sản xuất giấy nói riêng để đạt được mục đích là phát triển sản xuất một cách bền vững. Chỉ khi đáp ứng được các yêu cầu khắc khe về môi trường hiện nay thì các doanh nghiệp mới có khả năng mở rộng thị trường và mở rộng sản xuất. Với đồ án này, em đã đi vào tìm hiểu các vấn đề môi trường liên quan của loại hình công nghệ sản xuất giấy nói chung và giấy tái chế nói riêng, đặc biệt quan tâm đến vấn đề nước thải của ngành giấy tái chế, từ đó đưa ra các phương pháp xử lý và thiết kế hệ thống xử lý nước thải được dựa trên cơ sở các thông số đầu vào như đã cho và đầu ra dựa trên quy chuẩn kỷ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp giấy và bột giấy (QCVN 12:2008/BTNMT) cột B1 Thông qua việc đưa ra các phương pháp xử lý nước thải gồm các phương pháp tách chất rắn lơ lửng có thu hồi bột quay trở lại quá trình sản xuất, phương pháp xử lý COD, BOD của nước thải. Cùng với ưu, nhược điểm của từng phương pháp xử lý thì hệ thống xử lý nước thải được lựa chọn bao gồm quá trình xử lý bằng tuyển nổi, Aerotank. Từ đó lựa chọn các thiết bị xử lý phù hợp và tính toán thiết kế các hạng mục công trình. Với quá trình làm đồ án này đã một lần nữa giúp bản thân em có dịp tìm hiểu sâu hơn về công nghệ xử lý nước thải ngành tái chế giấy và các vấn đề môi trường của ngành công nghiệp hiện đang rất phổ biến hiện nay. Đồng thời việc làm đồ án cũng 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 và giải quyết bài toán đặt ra. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Đức Thảo, người đã chỉ bảo cách làm việc và góp ý giúp em hoàn thành đồ án này đúng thời gian. Tài liệu tham khảo 1. Tạp chí công nghiệp giấy số 03,05,13,14, 22 2. Trịnh Xuân Lai(2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội 3. Lâm Minh Triết(2004), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, NXB ĐHQG Thành Phố Hồ Chí Minh . 4. Lương Đức Phẩm(2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản giáo dục 5. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga(2001), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 6. Bộ xây dựng (2008) , Thoát nước mạng lưới và công trình bênh ngoài Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 7957 7. Nguyễn Thiện Nhân, Nguyễn Trung Việt, Nguyễn Thị Phương Loan(1998), Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp, Sở khoa học công nghệ và môi trường thành phố Hồ Chí Minh 8. Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ(2002), Thoát nước, tập 2, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội 9. Trần Hiếu Nhuệ(2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 10. 11. Nguyển Bin(2004), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 1,Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 12. Trịnh Xuân Lai(2002). Cấp nước, tập 2, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật . 13. Trần Đức Hạ(2006) .Xử lý nước thải đô thị , Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội 14. Đoàn Xuân Sơn (2003), Sổ tay thiết kế, chế tạo, lắp ráp đường ống công nghiệp, NXBGD Hà Nội. 15 ESCAP United Nation(1982), Environment end development sevies, industrial pullution coltrol guide lines, UNEP, Bangkok