Phương án 2
Hình 3.2 Sơ đồ công nghệ phương án 2 Ghi chú:
Hiệu suất xử lý dự kiến của phương án 2 Đầu vào Thông số
COD Độ màu Đầu ra
Thiết bị tách rác tinh
TSS BOD COD Độ màu
Bể keo tụ + lắng hóa lý
Bể khử màu + lắng hóa lý
Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Nước thải từ hoạt động sản xuất được dẫn qua mạng lưới thoát nước đến hố thu gom, nơi có song chắn rác thô với khe hở 5mm nhằm loại bỏ các chất thải lớn như bao bì, găng tay ni lông và lá cây, giúp bảo vệ bơm và ngăn ngừa tắc nghẽn Sau đó, nước thải sẽ đi qua thiết bị lọc rác tinh để loại bỏ các rác thải nhỏ, trước khi được dẫn xuống bể điều hòa.
Bể điều hòa có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng, thành phần và nhiệt độ nước thải, giúp ngăn ngừa tình trạng quá tải vào giờ cao điểm Điều này không chỉ đảm bảo hệ thống xử lý hoạt động ổn định mà còn giảm kích thước của các công trình xử lý phía sau Bên trong bể điều hòa, hệ thống sục khí bề mặt được thiết kế để xáo trộn nước, ngăn chặn lắng cặn và phân hủy kỵ khí, từ đó giảm thiểu mùi hôi và lượng chất hữu cơ trong nước thải Sau khi được xử lý, nước thải sẽ được bơm lên thiết bị tháp giải nhiệt.
Tháp giải nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm, vì nước thải này thường có nhiệt độ cao do các công đoạn sản xuất Nhiệt độ cao ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả của các quy trình xử lý và quá trình sinh học Do đó, việc giảm nhiệt độ nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý là cần thiết, và tháp giải nhiệt là giải pháp hiệu quả để thực hiện điều này.
Bể keo tụ - tạo bông là thiết bị quan trọng trong xử lý nước thải, giúp cải thiện độ màu và giảm COD, từ đó nâng cao chất lượng nước thải đầu ra Thiết bị này được chia thành nhiều ngăn, mỗi ngăn đảm nhiệm một chức năng riêng và được bổ sung các loại hóa chất khác nhau Ở ngăn đầu tiên, nước thải được thêm hóa chất trung hòa để tạo môi trường thuận lợi cho phản ứng keo tụ Tiếp theo, nước thải sẽ tiếp tục diễn ra phản ứng keo tụ và tạo bông tại các ngăn tiếp theo, đảm bảo hiệu quả xử lý tối ưu.
Ngăn keo tụ đóng vai trò quan trọng trong việc trợ keo tụ các chất rắn lơ lửng thông qua quá trình tiếp xúc và phản ứng giữa hóa chất điều chỉnh pH và hóa chất keo tụ PAC với nước thải Để nâng cao hiệu quả của phản ứng keo tụ, bể được trang bị thiết bị khuấy trộn, với tốc độ khuấy trộn của motor đạt 50 vòng/phút, nhằm đảm bảo sự tiếp xúc tối ưu giữa hóa chất và nước.
Ngăn tạo bông có chức năng hình thành các bông cặn lớn từ hạt keo nhỏ nhờ hóa chất trợ keo tụ Polymer, được trộn với nước thải để đảm bảo hiệu quả cho bể lắng phía sau Motor khuấy trong bể hoạt động với tốc độ 20 vòng/phút, tạo điều kiện tối ưu cho sự tiếp xúc giữa hóa chất và nước, giúp hình thành bông bùn lớn mà không làm phá vỡ cấu trúc bông bùn.
Quá trình keo tụ tạo ra và tăng cường lượng bùn liên tục, vì vậy bể lắng hóa lý được thiết kế để tách bùn khỏi nước Bể này tạo môi trường tĩnh, giúp bông bùn lắng xuống đáy và được thu gom vào trung tâm thông qua hệ thống gom bùn lắp đặt dưới đáy.
29 bể Phần nước trong sau lắng được thu lại bằng hệ máng thu nước răng cưa được bố trí trên bề mặt trước khi chảy qua bể trung gian.
Bể trung hòa dùng để châm hóa chất và dinh dưỡng trước khi qua các công trình xử lý sinh học.
Bể bùn hoạt tính từng mẻ (SBR) là hệ thống xử lý nước thải hiệu quả, hoạt động theo chu kỳ tuần hoàn với 5 pha: làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và chờ Điểm nổi bật của bể SBR là quá trình sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể, giúp tối ưu hóa quy trình xử lý.
Bể trung gian có nhiệm vụ điều hòa lại lưu lượng nước thải trước khí qua bể khử màu do bể SBR hoạt động theo mẻ.
Bể khử màu là thiết bị quan trọng trong việc xử lý nước thải, giúp giảm độ màu và COD, từ đó nâng cao chất lượng nước thải đầu ra Cấu tạo của bể khử màu tương tự như bể keo tụ, với nhiều ngăn chức năng khác nhau, mỗi ngăn được bổ sung các loại hóa chất phù hợp Ngăn đầu tiên sử dụng hóa chất khử màu DECOLORING, một polymer cao phân tử, mang lại hiệu quả xử lý tức thì và ngăn ngừa hiện tượng tái màu, đặc biệt phù hợp cho nước thải từ quá trình dệt nhuộm Sau đó, nước thải tiếp tục trải qua quá trình keo tụ và tạo bông trong các ngăn tiếp theo.
Ngăn keo tụ có vai trò quan trọng trong việc trợ keo tụ các chất rắn lơ lửng thông qua quá trình tiếp xúc và phản ứng giữa hóa chất điều chỉnh pH và PAC trong nước thải Để tăng cường hiệu quả của phản ứng keo tụ, bể được trang bị thiết bị khuấy trộn với tốc độ 50 vòng/phút, đảm bảo sự tiếp xúc tốt giữa hóa chất và nước.
Ngăn tạo bông có vai trò quan trọng trong việc hình thành các bông cặn lớn từ hạt keo nhỏ thông qua hóa chất trợ keo tụ Polymer được hòa trộn với nước thải Điều này đảm bảo hiệu quả cho quá trình vận hành của bể lắng phía sau Motor khuấy trong bể hoạt động với tốc độ 20 vòng/phút, giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa hóa chất và nước, từ đó tạo ra các bông bùn lớn dễ dàng lắng xuống mà không làm phá vỡ cấu trúc của bông bùn.
Quá trình keo tụ sẽ làm phát sinh và gia tăng liên tục lượng bùn Do đó, bể lắng hóa lý
Bể lắng hóa lý được thiết kế để tách bùn khỏi nước, tạo ra môi trường tĩnh giúp bông bùn lắng xuống đáy Hệ thống gom bùn lắp đặt dưới đáy bể thu gom bùn hiệu quả Nước trong sau lắng được thu lại qua máng thu nước răng cưa trên bề mặt trước khi chảy vào bể khử trùng.
Bể khử trùng là bước quan trọng trong xử lý nước thải, nơi nước sau khi tách bùn được bổ sung Chlorine để khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Chlorine, một chất oxi hóa mạnh, được sử dụng phổ biến trong quá trình này với hàm lượng cần thiết từ 3-15mg/L để đảm bảo hiệu quả khử trùng Việc cung cấp ổn định hàm lượng chlorine vào nước thải được thực hiện bằng bơm định lượng hóa chất.
Phần nước sau xử lý thải ra nguồn tiếp cận đạt tiêu chuẩn thải loại A, QCVN 40- MT:2011/BTNMT.
Quá trình xử lý bùn sinh học dẫn đến sự gia tăng liên tục lượng bùn vi sinh trong bể sinh học Sau một thời gian phát triển, lượng bùn ban đầu sẽ giảm khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải Lượng bùn này được gọi là bùn dư và sẽ được chuyển đến bể nén bùn để xử lý tiếp.
Trong quá trình xử lý nước thải, không chỉ bùn vi sinh mà còn bùn hóa lý cũng được hình thành từ phương pháp hóa lý, tạo ra một lượng bùn đáng kể Lượng bùn này sẽ được thu gom và chuyển đến bể nén bùn để xử lý tiếp theo.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM PHƯƠNG ÁN 1 4.1 Mức độ cần thiết xử lý và các thông số tính toán 4.1.1 Mức độ cần thiết
Xác định các thông số tính toán
Hệ thống xử lý nước thải hoạt động 24/7 vậy lượng nước thải đổ ra liên tục
Lưu lượng trung bình ngày: Qd = 2500 m 3 /ng.đ
Lưu lượng trung bình giờ: Qh = 2500/24 = 104 m 3 /h
Lưu lượng trung bình giây: Q s = 104/3600 = 28 l/s
Hệ số không điều chung K0 K0 max K0 min
Với lưu lượng q = 28 l/s, ta tính nội suy từ bảng 4.2 ta có:
Lưu lượng lớn nhất giờ:
Lưu lượng nhỏ nhất giờ:
: Lưu lượng nước thải trung bình giờ (m 3 /h)
K0max: Hệ số không điều hoà chung lớn nhất
K 0min : Hệ số không điều hoà chung nhỏ nhất
Mương dẫn nước thải
Trước khi vào bể tiếp nhận thì nước thải phải chảy qua mương dẫn
Diện tích tiết diện ướt:
Lưu lượng nước thải lớn nhất của dòng thải: Q smax = 0.052 m 3 /s
V: Vận tốc chuyển động của nước thải trước song chắc rác, chọn v = 0.8 m/s
Chọn chiều rộng của mương dẫn là B m = 300mm = 0.3m Độ sâu mực nước trong mương dẫn: h = 0.3 = 0.065 = 0.22m ≈ 250mm
Song chắn rác
Chức năng và vị trí:
Song chắn rác (SCR) đóng vai trò quan trọng trong việc phân loại và giữ lại các loại rác thải như cành cây, lá, và bịch ni-lông trước khi chúng chảy vào hệ thống cống thu gom và được đưa về nhà máy xử lý.
Các loại rác thải này gây hại cho máy bơm và các công trình xử lý nước thải SCR được phân loại thành ba nhóm: SCR thô với kích thước từ 30-200mm, loại trung có kích thước từ 16-30mm, và loại nhỏ dưới 16mm.
Trong thực tế, SCR thường đặt nghiêng một góc 45°-90°, chọn 60° so với mặt phẳng ngang để dễ dàng trong việc lấy rác.
SCR được lắp đặt tại vị trí nước thải vào hố thu gom để loại bỏ rác thô trước khi vào bể Thiết kế của SCR thô được bố trí trong một ngăn phù hợp với hố thu gom nước thải của nhà máy.
Số khe hở của song chắn rác là: n = ×ℎ1 × ×k 0
Q smax : Lưu lượng lớn nhất của dòng thải trong 1 giây, Q smax = 0.052 m 3 /s l: Khoảng cách giữa các song chắn rác, chọn l= 16mm ( Theo Lâm Minh Triết,
Nguyễn Thanh Hùng và Nguyễn Phước Dân trong cuốn sách "Xử lý nước thải đô thị & Công nghiệp" (2015, trang 483) đã chỉ ra rằng chiều sâu mực nước qua song chắn rác là 0.22 m Tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn rác, tại lưu lượng lớn nhất, được xác định là 0.8 m/s Hệ số k 0, tính đến độ thu hẹp của dòng chảy khi sử dụng công cụ cào rác cơ giới, được thiết lập là 1.05.
Chiều rộng của song chắn rác:
S:Chiều dày của thanh chắn rác, chọn S= 0.008 m n: Số khe hở của song chắn rác, n = 20 l : Khoảng cách giữa các khe hở, l= 0.016 m
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán song chắn rác thô
Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn rác để khắc phục khả năng lắng đọng cặn khi vận tốc bé hơn 0,4m/s.
Tổn thất áp lực qua song chắn: hs= × 2× 2 × k 1
Trong đó: v : Vận tốc nước thải, v= 0.8 m/s g : Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s 2 k1: Hệ số tính đến sự tổn thất do vướng mắc ở song chắn rác, chọn k1= 3
: Hệ số sức cản cục bộ của song chắn được tính theo công thức:
: Góc nghiêng của song chắn rác so với hướng dòng chảy, = 600
: Hệ số phụ thuộc tiết diện ngang của thanh song chắn rác, theo bảng sau:
Bảng 4.3 Hệ số để tính sức cản cục bộ của song chắc rác Tiết diện của thanh
(Nguồn: Trang 119 – xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm Minh Triết,
Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân)
Chiều sâu xây dựng của phần mương đặt song chắn rác:
Trong đó: h : Độ sâu của nước ở chân song chắn rác, h=0,22 m hs : Tổn thất áp lực ở song chắn, hs= 0,081 mH2O hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv =0.5 m
Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60o so với mặt đất.
Chiều cao SCR: HSCR Chọn HSCR = 1.2m
Chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn rác:
L 1 Chiều dài ngăn thu hẹp sau song chắn rác:
Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác:
Chiều dài phần mương lắp đặt song chắn rác được chọn là Ls = 1.5 m, theo tài liệu "Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp" của các tác giả Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng và Nguyễn Phước Dân (Trang 119).
Hình 4.3 Song chắn rác thô
Hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS), COD, BOD của nước thải sau khi qua xong chắn rác giảm 5% còn lại:
Bảng 4.4 Thông số thiết kế song chắn rác
STT Thông số thiết kế
2 Chiều rộng song chắn rác, BS
3 Bề dày của thanh song chắn, S
4 Khoảng cách giữa các khe hở, b
5 Góc nghiêng song chắn rác,
6 Chiều dài phần mở rộng trước thanh chắn, L1
7 Chiều dài phần mở rộng sau thanh chắn, L2
8 Chiều dài xây dựng phần mương, L
9 Chiều cao xây dựng phần mương, H
Bể tiếp nhận
Kích thước bể Ống dẫn nước và bơm
Thời gian lưu nước t = 10 – 30 phút
Chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.5m
Chiều cao xây dựng của bể
Hiệu suất chung của bơm Cột áp cột bơm H = 8m Khối lượng riêng của nước Gia tốc trọng trường g
Hệ số dự trữ công suất,
Kích thước xây dựng của bể
Hình 4.4 Sơ đồ tính toán bể tiếp nhận
Là nơi tập trung tất cả nước thải từ các công đoạn về hệ thống xử lý.
Tính toán thể tích bể
Qmax : Lưu lượng lớn nhất của dòng thải, = 187 m3
/h t : Thời gian lưu nước, t = 10 – 30 phút, chọn t = 20 phút (Theo Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp - Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân)
Chọn chiều cao hữu ích của bể là: h= 3 m
Chọn chiều cao bảo vệ của bể là: hbv= 0.5 m
Chiều cao xây dựng của bể là: H= h + h bv = 2.5 + 0.5 = 4 m
Di ện tích mặt bằng của bể: = ℎ = 62 3 33 = 20.77 m 2
Thể tích thực xây dựng của bể :
Vxd = 6 x 3.5 x 3.5 = 73.5 m3 Ống dẫn nước thải Nước thải được bơm lên thiết bị lọc rác tinh, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v 1.5 m/s Đường kính ống dẫn
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D = 160 mm
Chọn 3 bơm, 2 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng
Lưu lượng cần bơm: Q hmax = 187 m 3 /h = 0.052 m 3 /s
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của nước thải 1000 kg/m 3
H : Cột áp cột bơm từ 8 – 10, chọn H = 8m g : Gia tốc trọng trường , g = 9.81 m/s 2
: Hệ số dự trữ công suất = 1 – 2.5, chọn = 1.5
Công suất thực tế của bơm
N tt = N × = 5.1 × 1.5 = 7.65 KW Chọn 3 bơm chìm Franklin 4inch 35FA5S4-4E với công suất mỗi bơm là 4 kW Bảng 4.5 Thông số thiết kế bể tiếp nhận
3 Thể tích xây dựng của bể, Wxd
4 Công suất của bơm, Nb
Thiết bị tách rác tinh
Chọn thiết bị lọc rác trống quay WRDS của hãng WTVN – Việt Nam
Hình 4.5 Thiết bị tách rác thùng quay WRDS
(Nguồn: Công ty WesternTech Việt Nam)
Với lưu lượng tối đa 187 m³/h, thiết bị WRDS-1000 với khe hở 1.00 mm được lựa chọn để lọc rác tinh Thiết bị này được lắp đặt trên bể điều hòa, nơi nước được bơm từ bể chứa vào thiết bị tách rác trước khi chảy vào bể điều hòa.
Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), BOD và COD của nước thải sau khi qua thiết bị tách rác tinh giảm 10%, còn lại:
Bể điều hoà
Hình 4.6 Sơ đồ tính toán bể điều hoà
Bể điều hòa là thiết bị quan trọng giúp điều chỉnh lưu lượng và chất lượng nước thải, từ đó giảm kích thước và chi phí cho các công trình xử lý tiếp theo Bên trong bể, hệ thống khuấy trộn hoạt động hiệu quả để đảm bảo việc hòa tan và cân bằng nồng độ các chất ô nhiễm, ngăn chặn hiện tượng cặn lắng xuống đáy bể.
Tính toán kích thước bể
Chọn thời gian lưu trong bể là t = 8 giờ (t = 8 – 12 giờ )
Thể tích của bể điều hòa: W = × t = 187 × 8 = 1496 m3
Chia cụm bể thành 2 đơn nguyên, thể tích mỗi bể: V bể = 1496 2 = 748 m 3
Chiều cao hữu ích của bể được chọn là 4.5 m, trong khi chiều cao bảo vệ là 0.5 m Do đó, chiều cao xây dựng của bể là 5 m Diện tích mặt bằng của bể tính toán được là 150 m².
Thể tích thực xây dựng của bể : W t
= 15 x 10 x 5 = 750 m 3 Tính toán hệ thông đĩa, ống phân phối khí
Cho khuấy trộn bể điều hoà bằng hệ thống thổi khí Lượng khí nén cần thiết cho khuấy trộn:
Q =R×W = 0,01( 3⁄ 3 × hú ) ×748 3 =7.48 3⁄ hú = 7480 l/phút = 0.125 m 3 /s Trong đó:
R: Tốc độ khí nén , R = 10 - 15 (l/m 3 phút) Chọn R = 10 (l/m phút) = 0.01
(m 3 /m 3 phút) (Nguồn: Bảng 9 – 7, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân
Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang 422)
Wt: Thể tích thật của bể điều hoà, Wt= 20 x 15 x 5 = 1500 m 3
Chọn khuếch tán khí bằng đĩa thổi khí thô PermaCap Medium 3/4", đường kính của đĩa D = 127 mm, cường độ thổi khí 0 – 13 m 3 /h, chọn là r = 150 l/phút
Vậy số đĩa khuếch tán: n = ℎí = 7480 150 ≈ 48 (đĩa)
Trong đó: r: Lưu lượng khí, chọn bằng r = 150 l/phút.
Lưu lượng khí trong ống phân phối chính: Qkhí = 0.125 m 3 /s
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoản 10 – 40 m/s (Theo mục 6.39 – TCXDVN 51:2008) Chọn vkhí = 15 m/s.
45 Đường kính ống dẫn khí chính:
Chọn đường kính ống dẫn khí chính D c = 100 mm
Tính lại vận tốc ống dẫn khí chính:
Vc Chia ống dẫn chính thành 6 ống nhánh
Lưu lượng trong ống dẫn khí nhánh: Đường kính ống dẫn khí nhánh:
Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh: D n = 38 mm
Tính lại vận tốc ống dẫn khí nhánh:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D = 220mm
Tính toán áp lực và công suất của hệ thống phân phối khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo công thức:
Htt = hd + hc + hf + H Trong đó: Ống dẫn nước thải
Nước thải được bơm lên tháp giải nhiệt Chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 Đường kính ống dẫn nước thải:
Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn được xác định là h d + h c ≤ 0.4 m, trong đó chọn h d + h c = 0.4 m Tổn thất qua thiết bị phân phối được giới hạn ở h f ≤ 0.5 m, và chọn h f = 0.5 m Chiều cao hữu ích của bể điều hòa được xác định là h = 4.5 m.
Công suất máy thổi khí:
Công suất máy thổi khí:
(Nguồn: Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, 2010, NXB Xây dựng.Trang 122) Trong đó:
Qkhí : Lưu lượng khí, Q khí = 0.45 m 3 /s
: Hiệu suất máy thổi khí, = 0.7 – 0.9 Chọn = 0.8 β : Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.5
Công suât thực tế của máy thổi khí:
Chọn máy thổi khí Longtech model LT-125S với công suất là 25 HP Chọn 4 máy thổi khí, trong đó có 2 máy hoạt động và 2 máy dự phòng
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3
H : Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g : Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2 β : Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β 1.3 Công suất thực tế của bơm:
Chọn bơm chìm Franklin 4inch 35FA5S4-4E với công suất là 4 kW
Hàm lượng COD và BOD của nước thải sau khi qua bể điều hòa giảm 5% còn lại:
Bảng 4.7 Thông số thiết kế bể điều hòa
1 Thời gian lưu nước của bể điều hòa, t
4 Số đĩa khuếch tán khí, n
5 Số nhánh ống dẫn khí
6 Đường kính ống dẫn khí chính, DC
7 Đường kính ống dẫn khí nhánh, Dn
8 Thể tích xây dựng của bể, Wt
9 Công suất máy thổi khí, Nk
10 Công suất của bơm, Nb
Tháp giải nhiệt
Giúp điều chỉnh nhiệt độ nước thải tạo điều kiện thuận lợi cho các công trình phía sau làm việc hiệu quả.
Chọn thiết bị tháp giải nhiệt của hãng Liang Chi – Đài Loan
Hình 4.7 Thiết bị tháp giải nhiệt Liang Chi
Công suất toả nhiệt của hệ thông :
Q toả : Công suất toả nhiệt của hệ thống
C: Nhiệt dung riêng của nước = 4200 (J/kg.K)
M: Khối lượng của nước ( ta có 2500m 3 = 2500.10 3 kg/ng.đêm = 104,166 kg/h) T 2 : Nhiệt độ nước đầu vào, T 2 = 500° (kết quả khảo sát thực tế tại công ty)
T 1 : Nhiệt độ nước đầu ra, T 1 = 40° (QCVN 40-MT:2011/BTNMT cột A)
Bảng 4.8 Catalogue tháp giải nhiệt Liang Chi
Với công suất toả nhiệt Q toả = 4808795 Kcal/H , chọn tháp giải nhiệt LBC-1250
Bể keo tụ - tạo bông
Bể keo tụ-tạo bông Kích thước bể
Chọn chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.5m
Chiều cao thực của bể
A = V / h Độ nhớt động lực của
(để toàn bộ nước thải đc khuấy trộn đều)
Thể tích thực của bể
Hình 4.8 Sơ đồ tính toán bể kẹo tụ-tạo bông
Giúp kết dính các chất rắn lơ lửng thành các bông bùn có kích thước lớn thuận lợi cho quá trình lắng Làm giảm thiểu độ màu, BOD, COD
Tính toán bể keo tụ
Bảng 4.9 Thời gian của keo tụ
(Nguồn: Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp 2 – Trịnh Xuân Lai)
Chọn thời gian trong bể keo tụ là 1phút t = 60s, vậy tốc độ gradient G= 700 s -1 Thể tích của bể keo tụ:
V = Q × t = 24×3600 2500 × 60= 1.74 m 3 Chọn chiều cao bể tạo bông là h = 1m
Chọn chiều cao bảo vệ là h bv = 0.5m
Chiều cao xây dựng H = h + hbv = 1 + 0.5 = 1.5m
Diện tích mặt bằng của bể: A = ℎ = 1 1 74 = 1.74m 2
Kích thước bể xây dựng: L × W × H = 1.4 × 1.3 ×1.5
Tính toán công suất cho thiết bị khuấy trộn bằng cơ khí
Năng lượng tiêu hao của bể keo tụ cần:
P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng J/s
: Độ nhớt động lực của nước, N.s/m 2 , đối với nước ở 20°C ta có = 0.001 N.s/m 2 P = G 2 × × V = 700×0.001×1.74 = 1.218 kW = 1218W Đường kính của cánh khuâý: D≤ 0.5×W = 0.5×1.3= 0.65m
Tuabin 4 cánh nghiêng 45° hướng xuống dưới, Vòng quay của cánh khuấy là: n = ( × × 5 ) 1/3 Trong đó: n: Số vòng quay trong 1 giây, vòng/s
: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m 3 , = 1000 kg/m 3
K: Hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, K= 1.08
(Nguồn: Trang 115 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai) n = ( 1218 5 ) 1/3 = 2.5 vòng/s = 150 vòng/phút
Chọn motor khuấy Tunglee PF40-2200-30S3, công suất 2.0 kW
Tính toán bể tạo bông
Chọn bể phản ứng keo tụ-tạo bông bằng cơ khí
Thời gian lưu nước trong bể t = 10-30 phút Chọn t = 15 phút (Nguồn: trang 129 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai)
Chọn chiều cao bể tạo bông là h = 1.5m
Chọn chiều cao bảo vệ là h bv = 0.5m
Chia bể làm 3 ngăn vậy thể tích của 1 bể là:
V bể = 3 = 26 3 = 8.6 m 3 Thể tích của 1 bể: V = L×W×H= 2.5× 2.5 × 1.5 = 9.3 m 3
Thể tích cần xây dựng của 1 bể: V xd = L×W×H= 2.5× 2.5 × 2= 12.5 m 3
Chọn cường độ khuấy trộn lần lượt là G1= 70 s -1 ; G2= 50 s -1 ; G3= 30 s -1
Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy bậc 1, bậc 2, bậc 3:
P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng, J/s
: Độ nhớt động lực của nước, N.s/m P 1 = G 1 2 × × V = 70 2 , đối với nước ở nhiệt độ 20°C ta có = 0.001 N.s/m 2 × 0.001 × 9.3 = 45.6 J/s = 45.6 W 2
P 2 = G 2 2 × × V = 50 2 × 0.001 × 9.3 = 23.2 J/s = 23.2 W P 3 = G 3 2 × × V = 30 2 × 0.001 × 9.3 = 8.4 J/s = 8.4 W Đường kính của cánh khuấy: D≤0.5×W= 0.5×2.5 = 1.25 m
Tuabin 4 cánh nghiêng 45° hướng xuống dưới, vòng quay của cánh khuấy là: n = ( × × 5 ) 1/3 Trong đó: n: Số vòng quay trong 1 giây, vg/s
: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m 3 , = 1000 kg/m 3
K: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, K = 1.08
(Nguồn: Trang 115 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai) n 1 = (
Chọn 3 motor khuấy Tunglee PF18-0100-30S3, công suất 0.1 KW Ống dẫn nước thải
Nước thải được dẫn vào bể lắng I, chọn vận tốc dòng chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D= 160 mm
Bảng 4.10 Thông số thiết kế bể keo tụ-tạo bông
1 Thời gian lưu nước của bể keo tụ, t
4 Công suất của máy khuấy, P
1 Thời gian lưu nước của bể tạo bông, t
Bể lắng 1
Tải trọng bề mặt m 3 /m 2 ngay
Hàm lượng SS đầu vào bể, gSS
Hiệu quả xử lý SS của bể lắng, % xử lý
Lượng bùn tươi sinh ra
Hàm lượng cặn 5% VSS:SS = 0.75 Khối lượng riêng của bùn = 1053 kg/l Đường kính ống trung tâm d = 20%× D
Chiều cao ống trung tâm h = 60%×H
Chiều cao lớp bùn lắng h b = 0.7m
Chiều cao lớp trung hoà h th = 0.2m
Chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.5m
Hình 4.9 Sơ đồ tính toán bể lắng 1
Lượng bùn cần xử lý
Lượng bùn có khả năng phân huỷ sinh học
Hiệu suất chung của bơm Cột áp cột bơm, H = 8m Khối lượng riêng của bùn, Gia tốc trọng trường, g
Hệ số dự trữ công suất,
Công suất máy bơm bùn
Quá trình loại bỏ các tạp chất lơ lửng có khả năng lắng trong nước thải diễn ra khi các chất có tỷ trọng lớn lắng xuống đáy Những chất này được tập trung tại hố thu cặn nhờ hệ thống thanh gạt và sau đó được bơm qua bể chứa bùn thông qua ống đặt ở đáy bể.
Tính toán kích thước bể
Bảng 4.11 Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể li tâm
Thời gian lưu nước, giờ
Chiều sâu H, m Đường kính D của bể lắng, m Độ dốc đáy bể, mm/m
Tốc độ thanh gạt bùn, vòng/phút
(Nguồn: Bảng 9.10, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang 429)
Diện tích bề mặt lắng của bể lắng ly tâm trên mặt bằng được tính theo công thức:
Q tb : Lưu lượng trung bình ngày, (m 3 /ngày).
LA : Tải trọng bề mặt, (m 3 /m 2 ngày), chọn LA = 35 m 3 /m 2
.ngày Đường kính bể lắng:
D = √ 4× =√ 4×71.4 = 9.54m Đường kính ống trung tâm: d= 20%×D = 20%×9.54= 1.9 m
Chọn d= 2m Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng H = 3.5 m, chiều cao lớp bùn lắng h b =0.7 m, chiều cao lớp trung hoá h th =0.2 m, chiều cao bảo vệ h bv = 0.3m
(Nguồn:Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đô thị
& công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang 430).
Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt 1 là:
H tc = H + h b + h th + h bv = 3.5+0.7+0.2+0.3 = 4.7 m Chiều cao ống trung tâm h = 60%× H `%× 3.5 = 2.1 m
Kiểm tra thời gian lưu nước của bể lắng
V = 4 × (D 2 – d 2 )× = 4 × (9.54 2 – 1.9 2 ) × 3.5 = 240.25 m 3 Thời gian lưu nước t = = 240.25 = 2.31h (thoã mãn > 1.5h)
Thể tích thực của bể:
V tt = 4 × (D 2 – d 2 )× tc = 4 × (9.54 2 – 2 2 ) × 4.7= 321.2 m 3 Tải trọng máng tràn L s = × = ×9.54 2500
Máng thu nước Đường kính máng thu nước: D m = 0.8×D =0.8 ×9.54 = 7.63 m
Chiều rộng máng thu nước: Wm= − = 9.54−7.63 = 0.95 m
Chiều dài máng thu nước: L m = × = × 7.63 = 23.97 m
Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày và chọn máy hút bùn
Hiệu quả lắng cặn lơ lửng:
R ss Bảng 4.12 Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở t ≥ 20o
(Nguồn: Bảng 4-5, Trịnh Xuân Lai, 2000, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng - Trang 48 )
R: Hiệu quả xử lý BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%) a,b: Hằng số thực nghiệm t: Thời gian lưu nước (h)
Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là:
/ngày) x 0.6 x 10-3 g/kg = 264 kgSS/ngày Giả sử bùn tươi của nước thải dệt nhuộm có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%), tỉ số VSS:SS
=0.75 và khối lượng riêng bùn tươi 1.053 kg/lít.
Lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý mỗi ngày
Qtươi Lượng bùn tươi có khả năng phân huỷ sinh học
Mtươi(VSS) = 264 kgSS/ngày x 0.75 = 198 kgVSS/ngày Hiệu quả xử lý BOD 5 , COD:
R:Hiệu quả xử lý BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%) a,b: Hằng số thực nghiệm t: Thời gian lưu nước (h)
Công suất máy bơm bùn:
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của bùn 1.053 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m Β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 2
Công suất thực tế của máy bơm bùn
Ntt = N × β = 0.006 × 2 = 0.012 KW Chọn 2 máy bơm bùn Ebara model Dwo150M với công suất 1.0 kW, 1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng Ống dẫn nước thải
Nước thải được dẫn vào bể trung gian, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D = 160mm Ống dẫn bùn
Bùn được bơm vào bể chứa bùn, chọn vận tốc bùn trong ống là v = 1 m/s
Thời gian bơm bùn 30 phút/ ngày Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn Dc = 60 mm
Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), COD và BOD của nước thải sau khi qua lắng I giảm còn lại:
COD×(100 – 50)% = 625×(100 – 50)% = 312 mg/l Độ màu = Độ màu×(100 – 80)% = 1320×(100 – 80)% = 264 mg/l
Bảng 4.13 Thông số tính toán bể lắng 1
4 Đường kính ống trung tâm, d
5 Công suất bơm tuần hoàn, N
Bể trung hoà
Chọn chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.5m
Chiều cao thực của bể
Công suất máy bơm bùn:
(để toàn bộ nước thải được khuấy trộn đều)
Hệ số sức cản của nước
Hiệu suất chung của bơm, Cột áp cột bơm, H=
8m Klr của bùn, Gia tốc trọng trường, g
Hệ số dự trữ công suất,
Kích thước thực của bể
Hình 4.10 Sơ đồ tính toán bể trung hoà
Bể giúp điều chỉnh châm hóa chất và dinh dưỡng trước khi qua các công trình xử lý sinh học.
Tính toán thể tích của bể
Trong đó: t: thời gian lưu nước, t = 10 phút (Nguồn:Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn
Phước Dân Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang
Chọn chiều cao hữu ích h = 2.5 m
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m
Diện tích mặt bằng bể:
Thể tích xây dựng của bể: W xd = 3× 3 × 3 = 27 m 3
Tính công suất của máy khuấy trộn cơ khí
Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy:
P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng, J/s
: Độ nhớt động lực của nước, N.s/m , đối với nước ở nhiệt độ 20 C ta có = 0.001
P = 2 × × = 700 2 × 0.001 × 17.36 = 8506 J/s = 8506 W = 8.506 KW Đường kính của cánh khuấy D ≤ 0.5 × a = 0.5 × 3 = 1.5 m
Tuabin bốn cánh nghiêng 450 hướng xuống dưới, vòng quay của động cơ là: n = ( Trong đó:
62 n: Số vòng quay trong 1 giây, vg/s
: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m , = 1000 kg/m
K: Hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, K = 1.08
(Nguồn: trang 115 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp - Trịnh Xuân Lai) n = ( × ×
Chọn motor khuấy Tunglee PF40-2200-30S3, công suất 2.2 KW Ống dẫn nước thải
Nước thải được bơm vào bể sinh học hiếu khí, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn ống dẫn nước thải có D = 160 mm
Lưu lượng cần bơm: Qhtb= 104 m 3 /h = 0.028 m 3 /s
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g: Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.3
Công suất thực tế của máy bơm:
Ntt = N × β = 2.75 × 1.3 = 3.57 KW Chọn bơm chìm Tsurumi model KTZ43.7, công suất bơm 3.7 Kw
Bảng 4.14 Thông số thiết kế bể trung hoà
3 Thể tích xây dựng của bể, Wt
5 Công suất của máy khuấy, P
Bể sinh học hiếu khí (Aerotank)
Bể sinh học hiếu khí
Kích thước bể Lượng bùn dư
Chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.6 m
Chiều cao thực của bể
Kích thước thật của bể
Hệ số sản lượng Y obs
Lượng bùn dư mỗi ngày theo VSS
Lượng bùn dư mỗi ngày theo SS
Lượng bùn cần xử lý
M dư(SS) = Tổng lượng bùn – Lượng SS đầu ra
Lượng bùn dư có khả năng phân huỷ sinh học
Lượng bùn dư cần xử lý Q W
Hàm lượng bùn hoạt tính MLSS = MLVSS / 0.8
Lưu lượng bùn tuần hoàn
Hình 4.11 Sơ đồ tính toán bể sinh học hiếu khí (1)
Bể sinh học hiếu khí
Lượng khí cần cung cấp khí
Nhu cầu oxi cho quá trình
Giả sử rằng không khí có
23.2% trọng lượng O 2 và klr không khí là 1.2 kg/m 3
Lượng không khí lý thuyết
Hiệu suất chuyển hoá oxygen của thiết bị khuếch tán khí là E = 9%, hệ số an toàn f = 2
Lưu lượng khí cần thiết
Tổn thất áp lực do ma sát, h d
Tổn thất áp lực cục bộ, h c hd + hc ≤ 0.4 m
Tổn thất qua thiết bị phân phối, hf ≤ 0.5 m
Áp lực cần thiết của bể
Hiệu suất máy thổi khí
Công suất máy thổi khí
Lưu lượng khí ống chính, Q khí
Vận tốc khí trong ống
V khí = 10 – 40 m/s Đường kính ống chính
Lưu lượng khí ống nhánh
Q nhánh = Q khí /n Đường kính ống nhánh
Lưu lượng đĩa thổi khí
Công suất máy bơm bùn
Hình 4.12 Sơ đồ tính toán bể sinh học hiếu khí (2)
Xử lý hiệu quả các chất hữu cơ bằng máy thổi khí trong điều kiện cấp khí nhân tạo giúp giảm hàm lượng BOD và COD, đảm bảo đạt tiêu chuẩn xả thải cho phép.
Để thiết kế bể Aerotank, cần chú ý đến các thông số cơ bản như lưu lượng nước thải, thời gian lưu trú, nồng độ ôxy hòa tan và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất của bể và đảm bảo chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn Việc tính toán chính xác các thông số này sẽ giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.
Hàm lượng bùn tuần hoàn: Cu = 8000 mgSS/lít
Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể aeroten: MLVSS 000 mg/l
Thời gian lưu bùn trung bình: = 10 ngày
Hệ số phân hủy nội bào: kd = 0.05 ngày-1
Nước thải sau lắng II chứa 25 mg/l cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân hủy sinh học.
BOD5 sau lắng II còn lại 40 mg/l
Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra:
Hàm lượng cặn sinh học dễ phân hủy: 0.65 × 25 = 16.3 mg/lít
BODL của cặn lơ lửng dễ phân hủy sinh học của nước thải sau lắng II:
16.3 × (1.42 mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hóa) = 23 mg/lít
BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II: 23 × 0.68 = 16 mg/lít
BOD5 hòa tan của nước thải sau lắng II:
Tổng BOD5 = BOD5 hòa tan + BOD5 của cặn lơ lửng
Hiệu quả xử lý BOD5 của bể aerotank:
Các thành phần hữu cơ khác như Nitơ, Phospho, có tỷ lệ phù hợp để xử lý sinh học (BOD5 :N:P0:5:1)
Lượng N và P không đủ cho quá trình xử lý của bể aerotank, cần phải cung cấp thêm:
Lượng BOD cần xử lý = 268 – 40 = 228 mg/l
Lượng N cần cung cấp cho quá trình = 228 × 100 5 = 11.4
Lượng P cần cung cấp cho quá trình = 228 × 100 1 = 2.28 Tính thể tích của bể
Thể tích của bể được xác định theo 2 công thức sau:
: Thời gian lưu bùn, ngày
/ngày Y: Hệ số sản lượng tế bào, Y = 0.5 mg VSS/mg BOD5
S0: BOD5 nước thải đầu vào, mg/l
S: Nồng độ BOD5 hòa tan sau lắng II, mg/l
X: Hàm lượng tế bào chất trong bể, mg/l
Kd: Hệ số phân hủy nội bào, ngày-1
Thay vào phương trình, ta có:
Vr Bảng 4.15 Các kích thước điển hình của bể Aerotank
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí, m
(Nguồn:Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang
Chọn chiều cao hữu ích h = 4.0 m, chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m Vậy chiều cao tổng cộng là:
H = h + hbv = 4.0 + 0.5 = 4.5 mChọn tỉ số W:H = 1.5 :1, vậy chiều rộng bể là W = 1.5 × H = 1.5 ×4.5 = 6.75 m Chọn chiều rộng là 7 m
Chọn Aerotank gồm 2 đơn nguyên Như vậy chiều dài mỗi đơn nguyên sẽ là:
Thời gian lưu nước của bể Aerotank
Tính lượng bùn dư thải ra mỗi ngày
Hệ số sản lượng quan sát (YOBS) tính theo phương trình:
YOBS Lượng bùn dư sinh ra mỗi ngày theo VSS:
P X = Y obs × Q × (BOD vào – BOD ra )
Tổng lượng bùn sinh ra mỗi ngày theo SS:
P X(SS) = 203 0.8 = 254 kgSS/ngày Lượng bùn cần xử lý mỗi ngày:
Lượng bùn dư cần xử lý được tính bằng công thức: Tổng lượng bùn trừ đi lượng SS trôi ra khỏi bể lắng II Cụ thể, lượng bùn dư (SS) được xác định là 191 kg, và lượng bùn dư có khả năng phân hủy sinh học cần xử lý là 153 kg VSS mỗi ngày.
Lưu lượng bùn dư cần xử lý:
X: Hàm lượng bùn có trong bể aeroten, mg/l
X e : Nồng độ nước thải sau lắng chứa cặn sinh học, mg/l
X r : Hàm lượng bùn tuần hoàn, mg/l
Qw: Lưu lượng bùn dư, m3
/ngày Q: Lưu lượng vào bể, m3
Sơ đồ thiết lập cân bằng sinh khối quanh bể Aerotank
T ừ s ơ đ ồ t r ê n t a x á c đ ịnh tỉ lệ bùn tuần hoàn dựa trên phương trình cân bằng sinh khối:
Xo + Qr ×X u (Q + Qr) ×X Trong đó:
Xo: Hàm lượng cặn lơ lửng đầu vào, mg/l
Qr: Lưu lượng bùn tuần hoàn, m3
X u : Hàm lượng SS của lớp bùn lắng hoặc bùn tuần hoàn, mg/l
X: Hàm lượng bùn có trong bể, mg MLSS/l
Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể Aerotank
MLSS Giá trị Xo =0 và Qr = ×Q, chia hai vế cho Q, ta có:
Vậy lưu lượng bùn tuần hoàn:Qr ×Q = 0.88×2500 = 2200 m3 /ngày = 91.6 m3
L BOD Trị số nằm trong khoảng cho phép (LBOD = 0.8 – 1.9)
(Nguồn: Trang 435 – xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Lâm
Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng,
Trị số nằm trong khoản cho phép: F/M = 0.2 – 0.6 ngày-1
(Nguồn: Trang 436 – xử lý nước thải đô thị và công nghiệp –
Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh
Tính toán lượng khí cấp cho bể Aerotank
Giả sử BOD5 = 0.68×BODL, vậy khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính:
Nhu cầu oxy cho quá trình:
– (1.42 kgO2/kg VSS× 203 kg VSS/ngày) = 609 kgO2/ngày
Giả sử rằng không khí có 23.2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng không khí là 1.2 kg/m 3
Vậy lượng không khí lý thuyết cho quá trình là:
Hiệu suất chuyển hóa oxygen của thiết bị khuếch tán khí là
E=9%, hệ số an toàn f =2 Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí kk =f × = 2× Q
Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo công thức:
Tổn thất áp lực cục bộ là hiện tượng xảy ra do ma sát dọc theo chiều dài của đường ống dẫn, ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống Việc hiểu rõ về tổn thất áp lực này là cần thiết để tối ưu hóa thiết kế và vận hành các hệ thống ống dẫn.
≤ 0.4 m Chọn hd +hc 0.4 m hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, hf ≤ 0.5 m Chọn hf = 0.5 m h: Chiều cao hữu ích của bể aerotank, h 4.0 m
Công suất máy thổi khí:
(Nguồn: Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, 2010, NXB Xây dựng.Trang 122)
Qkhí: Lưu lượng khí, Qkhí = 2 m3
/s : Hiệu suất máy thổi khí, = 0.7 – 0.9 Chọn = 0.8 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.5
Công suất thực tế của máy thổi khí:
Chọn máy thổi khí Longtech model LT-125, công suất máy là 30 kW Vậy có 8 máy thổi khí trong đó 6 máy hoạt động và 2 máy dự phòng
Tính toán hệ thống ống phân phối khí
Lưu lượng khí trong ống phân phối chính: Qtổng = 2 m3
/s Chia cụm bể thành 2 đơn nguyên Nên lưu lượng khí trong mỗi ống phân phối chính của từng đơn nguyên là:
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoản 10 – 40 m/s (Theo mục 6.39 – TCXDVN 51:2008) Chọn vkhí= 15 m/s. Đường kính ống dẫn khí:
Chọn đường kính ống dẫn khí chính DC = 300 mm
Tính lại vận tốc ống dẫn khí chính: vc ℎí
Với diện tích đáy của bể 7.5 × 7m , ống phân phối chính đặt dọc theo chiều dài của bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20 cm
Chọn số ống nhánh dẫn khí Nnhánh= 18 nhánh
72 Lưu lượng trong ống dẫn khí nhánh Đường kính ống dẫn khí nhánh
Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh Dn = 100 mm
Tính lại vận tốc ống dẫn khí nhánh: v n 4
Khi chọn thiết bị khuếch tán khí, đĩa thổi FlexAir Threaded Disc 12'' Micro với đường kính 328 mm là một lựa chọn lý tưởng Đĩa này có cường độ thổi khí đạt 330 l/phút (tương đương 5.5 l/s), phù hợp cho các hệ thống cần hiệu suất cao Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí nên được xác định theo chiều cao hữu ích của bể, với thông số H = 4.5m.
Số đĩa phân phối trong bể:
N kk = 5 ℎí 5 = 1×10 5.5 3 = 180 đĩa Vậy số đĩa trên 1 ống nhánh của bể = 180 18 = 10 đĩa Ống dẫn nước thải
Nước thải được bơm vào bể lắng II,chia cụm bể thành 2 đơn nguyên Chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D 110 mm Tính toán bơm
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g: Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2
73 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 2
Công suất thực tế của máy bơm:
Chọn 4 bơm ly tâm trục ngang Pentax CM32-200B , công suất bơm là
Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), COD và BOD của nước thải sau khi qua bể sinh học hiếu khí giảm còn lại:
Độ màu = Độ màu×(100 – 20)% = 264×(100 – 20)% = 211 mg/l
Bảng 4.16 Thông số thiết kế bể Aerotank
4 Số đĩa phân phối trong bể, N
5 Số ống nhánh dẫn khí 6
8 Công suất của máy thổi khí, N k
Bể lắng 2 (lắng ly tâm)
Tải trọng bề mặt m 3 /m 2 ngay
Hàm lượng SS đầu vào bể, gSS
Hiệu quả xử lý SS của bể lắng, % xử lý
Lượng bùn tươi sinh ra
Hàm lượng cặn 5% VSS:SS = 0.75 Khối lượng riêng của bùn = 1053 kg/l Đường kính ống trung tâm d = 20%× D
Chiều cao ống trung tâm h = 60%×H
Chiều cao lớp bùn lắng h b = 0.7m
Chiều cao lớp trung hoà h th = 0.2m
Chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.5m
Lượng bùn cần xử lý
Lượng bùn có khả năng phân huỷ sinh học
Hiệu suất chung của bơm Cột áp cột bơm, H = 8m Khối lượng riêng của bùn, Gia tốc trọng trường, g
Hệ số dự trữ công suất,
Công suất máy bơm bùn
Hình 4.14 Sơ đồ tính toán bể lắng 2
Quá trình loại bỏ các tạp chất lơ lửng có khả năng lắng trong nước thải diễn ra khi các chất có tỷ trọng lớn lắng xuống đáy Những chất này được tập trung tại hố thu cặn nhờ hệ thống thanh gạt và sau đó được bơm qua bể chứa bùn thông qua ống đặt ở đáy bể.
Tính toán kích thước bể
Bảng 4.11 Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể li tâm
Thời gian lưu nước, giờ
Chiều sâu H, m Đường kính D của bể lắng, m Độ dốc đáy bể, mm/m
Tốc độ thanh gạt bùn, vòng/phút
(Nguồn: Bảng 9.10, Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đô thị & công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang 429)
Diện tích bề mặt lắng của bể lắng ly tâm trên mặt bằng được tính theo công thức:
Q tb : Lưu lượng trung bình ngày, (m 3 /ngày).
LA : Tải trọng bề mặt, (m 3 /m 2 ngày), chọn LA = 35 m 3 /m 2
.ngày Đường kính bể lắng:
D = √ 4× =√ 4×71.4 = 9.54m Đường kính ống trung tâm: d= 20%×D = 20%×9.54= 1.9 m
Chọn d= 2m Chọn chiều sâu hữu ích của bể lắng H = 3.5 m, chiều cao lớp bùn lắng h b =0.7 m, chiều cao lớp trung hoá h th =0.2 m, chiều cao bảo vệ h bv = 0.3m
(Nguồn:Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân Xử lý nước thải đô thị
& công nghiệp, 2015, NXB Đại học quốc gia TPHCM Trang 430).
Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng đợt 1 là:
H tc = H + h b + h th + h bv = 3.5+0.7+0.2+0.3 = 4.7 m Chiều cao ống trung tâm h = 60%× H `%× 3.5 = 2.1 m
Kiểm tra thời gian lưu nước của bể lắng
V = 4 × (D 2 – d 2 )× = 4 × (9.54 2 – 1.9 2 ) × 3.5 = 240.25 m 3 Thời gian lưu nước t = = 240.25 = 2.31h (thoã mãn > 1.5h)
Thể tích thực của bể:
Tải trọng máng tràn L s = × = ×9.54 = 83.41 m 3 /m 2 ngày < 500 m 3 /m 2 ngay
Máng thu nước Đường kính máng thu nước: D m = 0.8×D =0.8 ×9.54 = 7.63 m − 9.54−7.63
Chiều rộng máng thu nước: W m = 2 = 2 = 0.95 m
Chiều dài máng thu nước: L m = × = × 7.63 = 23.97 m
Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày và chọn máy hút bùn
Hiệu quả lắng cặn lơ lửng:
R ss Bảng 4.12 Giá trị của hằng số thực nghiệm a, b ở t ≥ 20o
(Nguồn: Bảng 4-5, Trịnh Xuân Lai, 2000, Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng - Trang 48 )
R: Hiệu quả xử lý BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%) a,b: Hằng số thực nghiệm t: Thời gian lưu nước (h)
Lượng bùn tươi sinh ra mỗi ngày là:
/ngày) x 0.6 x 10-3 g/kg = 286 kgSS/ngày Giả sử bùn tươi của nước thải dệt nhuộm có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%), tỉ số VSS:SS
=0.75 và khối lượng riêng bùn tươi 1.053 kg/lít.
Lưu lượng bùn tươi cần phải xử lý mỗi ngày
Q tươi = 0.05 ×1.053 / = 5432 l/ngày = 5.432 m 3 /ngày Lượng bùn tươi có khả năng phân huỷ sinh học
Mtươi(VSS) = 286 kgSS/ngày x 0.75 = 214 kgVSS/ngày Hiệu quả xử lý BOD 5 , COD:
R:Hiệu quả xử lý BOD5 hoặc SS biểu thị bằng (%) a, b: Hằng số thực nghiệm t: Thời gian lưu nước (h)
Công suất máy bơm bùn:
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của bùn 1.053 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m Β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 2
Công suất thực tế của máy bơm bùn
Ntt = N × β = 0.006 × 2 = 0.012 KW Chọn 2 máy bơm bùn Ebara model Dwo150M với công suất 1.1 KW, 1 bơm hoạt động, 1 bơm dự phòng Ống dẫn nước thải
Nước thải được dẫn vào bể trung gian, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D = 160mm Ống dẫn bùn
Bùn được bơm vào bể chứa bùn, chọn vận tốc bùn trong ống là v = 1 m/s
Thời gian bơm bùn 30 phút/ ngày Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn Dc = 60 mm
Bảng 4.23 Thông số tính toán bể lắng 2
4 Đường kính ống trung tâm, d
5 Công suất bơm tuần hoàn, N
Bể khử màu
Chọn chiều cao bảo vệ h bv = 0.3 – 0.5m
Chiều cao thực của bể
Bể khử màu Độ nhớt động lực của
Chọn tỉ lệ L:W=1:1 (để toàn bộ nước thải đc khuấy trộn đều)
Thể tích thực của bể
Hình 4.15 Sơ đồ tính toán bể khử màu
Phản ứng phân huỷ phá màu trong nước thải diễn ra dưới tác dụng của hoá chất decolour, giúp loại bỏ hoàn toàn màu sắc còn sót lại Nhờ đó, nước thải sau khi ra khỏi bể sẽ không còn bị nhiễm màu, đảm bảo tiêu chuẩn an toàn môi trường.
Tính toán bể khử màu
Chọn bể phản ứng khử màu bằng cơ khí
Thời gian lưu nước trong bể t = 10-30 phút Chọn t = 10 phút (Nguồn: trang 129 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai)
Chọn chiều cao bể khử màu là h = 1.5m
Chọn chiều cao bảo vệ là h bv = 0.5m
Thể tích cần xây dựng của 1 bể: V xd = L×W×H= 4 × 3 × 2= 24 m 3
Chọn cường độ khuấy trộn là G= 50 s -1
Công suất tiêu thụ cần thiết cho máy khuấy bậc 1:
P: Năng lượng tiêu hao tổng cộng, J/s
: Độ nhớt động lực của nước, N.s/m 2 , đối với nước ở nhiệt độ 20°C ta có = 0.001 N.s/m 2
P= G 2 × × V = 50 2 × 0.001 × 18 = 45 J/s = 45 W Đường kính của cánh khuấy: D≤0.5×W= 0.5×3 =
Tuabin 4 cánh nghiêng 45° hướng xuống dưới, vòng quay của cánh khuấy là: n = ( × × 5 ) 1/3 Trong đó: n: Số vòng quay trong 1 giây, vg/s
: Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m 3 , = 1000 kg/m 3
K: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, K = 1.08 (Nguồn: Trang
115 – Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai)
Chọn 1 motor khuấy Tunglee PF18-0100-30S3, công suất 0.1 KW Ống dẫn nước thải
Nước thải được dẫn vào bể lắng I, chọn vận tốc dòng chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D= 156 m
Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), COD và BOD của nước thải sau khi qua bể khử màu giảm còn lại:
= COD×(100 – 50)% = 46.8×(100 – 50)% = 23.4 mg/l Độ màu = Độ màu×(100 – 80)% = 211×(100 – 80)% = 42.2 mg/l
Bảng 4.20 Thông số thiết kế bể khử màu
1 Thời gian lưu nước của bể
4 Công suất của máy khuấy, P
Bể khử trùng
Chiều cao bảo vệ h bv
Chiều cao xây dựng bể
Liều lượng Cl lý thuyết
Liều lượng Cl thực tế
Liều lượng Cl châm bể
Liều lượng Cl thực tế
Hình 4.16 Sơ đồ tính toán bể khử trùng
Ngăn khử trùng được thiết kế cho dòng nước chảy theo dạng ziczac, thời gian lưu nước trong ngăn khử trùng là t = 30 phút (Nguồn: Mục 7.195 – TCXDVN 51 – 2008)
Chọn chiều sâu của lớp nước h = 1.5 m
Chiều cao tổng cộng của bể H = h + hbv = 1.5 + 0.5 = 2 m Diện tích mặt thoáng A = ℎ = 52.1 1.5 = 34.73 m 2
Chia bể thành 4 ngăn, diện tích mỗi ngăn Angăn = = 34.73 = 8.7 m 2
Tỉ lệ L:W ≥ 10:1 (Nguồn: Lâm Minh Triết, Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, trang 472)
Chiều dài của 1 ngăn Lngăn = ă = 8.7 = 4.4 m ă 2
Tính toán lượng hóa chất
Liều lượng Clo lý thuyết = 5 g/m 3 (Nguồn: Mục 7.193 – TCXDVN 51 –
2008) Liều lượng Clo thực tế = 1.5×5 = 7.5 g/m 3
Lượng Clo châm vào bể khử trùng = 7.5×2500×10 -3 = 18.75 kg/ngày
Lượng NaOCl 10% ( hay 100 kg/m 3 ) châm vào bể khử trùng = 18 100 75 = 0.1875 m 3 /ngày = 187 l/ngày = 7.8 l/h
Thời gian lưu hóa chất là 2 ngày
Thể tích cần thiết của bể chứa: V = 0.1875×2 = 0.375 m 3
Chọn 2 bơm định lượng OBL M 23PPSV, công suất bơm 0.2KW
Bảng 4.24: Thông số thiết kế bể khử trùng
Bể chứa bùn
Lượng bùn thải từ bể lắng I: Q = 5.014 m 3 /ngày
Lượng bùn thải từ bể lắng II: Q = 5.014 m3/ngày
Tổng lượng bùn thải: Qthải = 5.014 + 5.014 = 10.028 m 3 /ngày Thời gian lưu bùn t= 1 ngày
Chọn chiều cao hữu dụng h= 2 m Chiều cao bảo vệ hbv= 0.5 m Tổng chiều cao H = h + hbv = 2 + 0.5 = 2.5m
Thể tích bể chứa bùn
Chọn bể hình vuông tỉ lệ L:W = 1:1
Phần đáy được thiết kế có độ dốc 45 o để tiện cho quá trình tháo bùn.
Công suất máy bơm bùn:
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của bùn 1.053 kg/m 3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m
Công suất thực của máy bơm bùn:
Chọn máy bơm bùn Ebara model Dwo150M với công suất 1.1 kW
Bể nén bùn
Bể nén Kích thước bể
Lưu lượng bùn dư, Qb
Vận tốc trong ống trung tâm V tt = 20 mm/s
Diện tích hữu ích của bể
Diện tích ống trung tâm
Diện tích tổng của bể
A=A 1 +A 2 Đường kính bể nén bùn
D= √ 4× 1 ⁄ Đường kính ống trung tâm d = √ 4× 2 ⁄ Đường kính ống trung tâm d = √ 4× 2 ⁄ Đường kính phần loe ống trung tâm d1= 1.35 × d
Máng thu nước và bơm Đường kính bể lắng D Đường kính máng thu
Công suất máy bơm bùn
N = × × × 1000× × Đường kính đáy bể là 1m
Chiều cao phần lắng hl = Vl × tl
Thời gian lắng bùn, t l = 8h Đường kính tấm chắn
Hình 4.17 Sơ đồ tính toán bể nén bùn
Khi chọn loại bể nén bùn đứng, bùn từ bể lắng I, II, III sẽ được chuyển đến bể nén bùn để giảm độ ẩm xuống còn khoảng 96 – 97% Các thông số tính toán cho bể nén bùn đứng được xác định dựa trên các tiêu chí kỹ thuật cụ thể.
Lượng bùn từ bể lắng I: Q = 5.014 m 3 /ngày
Lượng bùn từ bể lắng II: Q = 5.014 m 3 /ngày
Lượng bùn dư: Qb = 5.014 + 5.014 = 10.028 m 3 /ngày
Vận tốc lắng: vL: 0.1 mm/s
Vận tốc bùn trong ống trung tâm: vtt: 20 mm/s
Thời gian lắng bùn: tL: 8 giờ
Diện tích hữu ích của bể nén bùn
A1 Diện tích ống trung tâm của bể nén bùn
A 2 Diện tích tổng cộng của bể nén bùn
Bể nén bùn có tổng diện tích A = A1 + A2 = 11.6 + 0.064 = 11.66 m² Đường kính của bể nén bùn được xác định, trong đó đường kính ống trung tâm là d1 = 1.35 × d = 1.35 × 0.28 = 0.378 m Đường kính tấm chắn là dch = 1.3 × dl = 1.3 × 0.378 = 0.49 m Chiều cao phần lắng của bể nén bùn cũng cần được tính toán để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Chiều cao phần lắng với góc nghiêng 45 , đường kính của đỉnh đáy bể là 1 m sẽ bằng:
Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén bùn
Hb = h2 – h0 – hth = 1.6 – 0.3 – 0.3 = 0.925 m ≈ 1.0 m Trong đó: ho: Khoảng cách từ đáy ống loe đến tâm tấm chắn, h0 = 0.3 m
Hth: Chiều cao lớp trung hòa, hth = 0.3 m
Chiều cao xây dựng của bể nén bùn
H xd = h 1 + h 2 + h 3 = 2.9 + 1.6 + 0.3 = 4.8 m Trong đó: h 3 : Khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h 3 = 0.3 m
Hình 4.18 Minh hoạ bể nén bùn
Lượng bùn thu được sau khi qua bể nén bùn q = Q × 100−99.2 100−96 = 111.31× 0.8 4 = 22.26 m 3 /ngày
Máng thu nước Đường kính máng thu nước
Chiều rộng máng thu nước Wm = − = 3.84−3.24 = 0.3 m 2 2
Chiều dài máng thu nước Lm = × Dm = × 3.24 = 10.2 m Ống dẫn nước thải
Nước thải được tuần hoàn lại, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường ống dẫn nước thải D = 30 mm Ống dẫn bùn
Nước thải được bơm vào máy ép bùn chọn vận tốc bùn trong ống là v = 1 m/s Thời gian bơm bùn vào bể là 1 giờ/ngày Đường kính ống dẫn:
Chọn đường ống dẫn bùn D = 20 mm
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của bùn 1053 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g:Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2
Công suất thực tế của máy bơm bùn:
Chọn 2 máy bơm bùn Ebara model Dwo150M với công suất 1.1 kW Bảng 4.25 Thông số thiết kế bể nén bún
Máng thu nước Đường kính ống trung tâm, d Đường kính ống dẫn nước thải Đường kính ống dẫn bùn
Tính toán lượng hoá chất
Chọn máy ép bùn là máy ép dây đai.
Lưu lượng cặn đến máy ép dây đai:
Trong đó: q:Lưu lượng bùn cần xử lý, m 3 /ngày
P 1 : Phần trăm lượng bùn ban đầu
P 2: Phần trăm lượng bùn giảm sau bể nén bùn
Giả sử hàm lượng bùn hoạt tính sau khi nén C = 50 kg/m , lượng cặn đưa đến máy ép bùn dây đai là:
Máy ép bùn làm việc 8 giờ/ngày, 5 ngày/tuần, khi đó lượng cặn đưa đến máy trong tuần 890 ×7 = 6230 kg.Lượng cặn đưa đến máy trong 1 giờ: 6230
Tải trọng cặn trên 1 m chiều rộng của băng tải dao động khoảng 90 – 680 kg/m chiều rộng băng.giờ.
Chọn băng tải có năng suất 180 kg/m rộng.giờ.
Chiều rộng của băng tải:
Chọn máy ép bùn băng tải Chishun NBD-M1000, công suất 10
KW 4.18 Tính toán lượng hoá chất
4.18.1 Tính toán lượng hoá chất cho công đoạn kẹo tụ Lượng dung dịch axit H2SO4
K = 4.95×10-6 mol/l Khối lượng phân tử H2SO4 = 98 g/mol
Nồng độ dung dịch H2SO4 = 98%
Trọng lượng riêng của dung dịch = 1.84 g/ml
Lượng H2SO4 châm vào = 0.028 × 1.84 = 0.5 kg/h = 12 kg/ngày Thời gian lưu là 30 ngày
Thể tích cần thiết của bồn chứa V = 0.028 × 24 × 30 = 20.16 lít Lượng dung dịch phèn nhôm
Nồng độ chất keo tụ khan cần là: C = 44.4 g/m3
Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý: Q = 2500 m3
Lượng phèn tiêu thụ = 44.4×2500 = 111 kg/
Nồng độ dung dịch phèn sử dụng là 10% (hay 100 kg/m 3 )
Lưu lượng dung dịch phèn cần cung = 111 100 = 1.11 m 3 /ngày = 46.25 l/ Thời gian lưu là 1
Thể tích cần thiết của bể chứa V = 46.25× 1 × 24 = 1110
4.18.2 Tính toán lượng hoá chất cho công đoạn châm dinh dưỡng
Trong quá trình xử lý sinh học thì lượng N cần thiết cho quá trình xử lý là:
Phân tử lượng của ure (H2N-CO-NH2) = 60
Lượng Ure cần thiết = 60×21.65 = 46.4 mg/
Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý: Q = 2500 m 1000 3 /ngày Lượng Ure tiêu thụ = 46.4×2500 = 116 kg/ngày
Nồng độ dung dịch ure sử dụng = 10% hay 100 kg/m3
Lưu lượng dung dịch ure cần cung cấp = 116 100 = 1.16 m 3 /ngày = 48.3 l/h Thời gian lưu là 1 ngày
Thể tích cần thiết của bể chứa V H.3 × 1 × 24 = 1160 lít Lượng axit photphoric (H3PO4)
Trong quá trình xử lý sinh học thì lượng N cần thiết cho quá trình xử lý là:
Khối lượng phân tử của H3PO4 = 98
Lưu lượng nước thải trung bình cần xử lý: Q = 2500 m 3 / Lượng H 3 PO 4 tiêu thụ = 13.7×2500 = 34.25 kg/ngày
Nồng độ dung dịch H3PO4 sử dụng = 85% hay 850 kg/m 3
Lưu lượng dung dịch H 3 PO 4 cần cung = 34.25 850 = 0.04 m 3 /ngày = 1.6 l/h Thời gian lưu là 10 ngày
Thể tích cần thiết của bể chứa V= 1.6× 10 × 24 = 384 lít
4.18.3 Tính toán lượng hoá chất cho công đoạn khử màu
Lượng dung dịch khử màu
Nồng độ chất khử màu cần là: C = 80 g/m 3
Lưu lượng nước thải trung bình cần xử : Q = 2500 m 3 /
Lượng khử màu tiêu thụ = 0 kg/ngày
Nồng độ dung dịch khử màu sử dụng là 2.5% (hay 25 kg/m 3 )
Lưu lượng dung dịch phèn cần cung cấp = 200 25 = 8 m 3 /ngày = 333.4 l/h Thời gian lưu là 1 ngày
Thể tích cần thiết của bể chứa V = 333.4× 1 × 24 = 8002
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ
Phương án 2 cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm các công trình xử lý sơ bộ và hóa lý được thiết kế tương tự như phương án 1 Tuy nhiên, cụm xử lý Aerotank sẽ được thay thế bằng cụm SBR, trong khi thông số đầu vào của bể SBR sẽ giữ nguyên như thông số thiết kế bể Aerotank.
Bể trung hòa
Bể giúp điều chỉnh lưu lượng, châm hóa chất và dinh dưỡng trước khi qua các công trình xử lý sinh học.
Tính toán thể tích của bể
Trong đó: t:Thời gian lưu nước, thời gian lưu nước dựa theo thời gian bể SBR hoạt động
Bảng 5.1 Thời gian hoạt động của bể SBR
Vậy thời gian lưu cần lưu nước trong bể trung gian là 2h
Chọn chiều cao hữu ích h = 4 m
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m
Diện tích mặt bằng bể:
Thể tích xây dựng của bể: Wxd = 7.5 × 7 × 4.5 = 236 m 3
Tính công suất của máy khuấy trộn cơ khí
Trong bể trung gian để tránh lắng cặn trong bể ta đặt máy khuấy chìm Công suất máy khuấy trộn
:Hệ số khuấy trộn cơ khí,chọn =6W/m3
Chọn máy khuấy chìm Tsurumi, model MR3031, công suất 1.4 KW Ống dẫn nước thải
Nước thải được bơm vào bể SBR, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D = 156
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g:Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.3
Công suất thực tế của máy bơm:
Chọn bơm chìm Tsurumi model 50SF23.7, công suất bơm là 3.7 kW
Bảng 5.2 Thông số thiết kế bể trung hoà
3 Thể tích xây dựng của bể, Wt
4 Công suất của máy khuấy, P
5 Công suất của bơm, Nb
Bể SBR
Bể SBR thực hiện quá trình xử lý sinh học hiếu khí để xử lý chất hữu cơ đảm bảo nước thải đầu ra đạt chuẩn về BOD, COD, N, P.
Các thông số thiết kế
F/M (g BOD5/g bùn hoạt tính) = 0.05 – 0.3 g BOD5/g MLVSS ngày
Nồng độ bùn hoạt tính đầu vào của bể X0 = 0 mg/l
Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng duy trì trong bể X = 2000 – 5000 mg/l, chọn X = 3500 mg/l Độ tro của bùn z = 0.2; sBOD/BOD = 0.8; sCOD/COD = 0.7 Tỷ lệ bCOD/BOD = 1.6
Cặn lơ lửng đầu ra bể SBR chứa 65% chất có khả năng phân hủy sinh học
Chỉ số bùn SVI = 120 ml/g
C Tải trọng thể tích L = 0.1 – 0.4 kgBOD5/m ngày
Tổng chất rắn lơ lửng trong dòng vào: TSS = VSS + iTSS
Hàm lượng chất rắn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học trong dòng vào = 0.8 – 0.9 ⇒ chọn tỷ số = 0.8
Hàm lượng chất rắn trơ trong dòng vào: iTSS = TSS – VSS = 150 – 120 = 30 mg/l
Hàm lượng BOD và COD hòa tan: sBOD = 0.8×BOD = 0.8×268 = 214.4 mg/l sCOD = 0.7×COD = 0.7×312 = 218.4 mg/l
Hàm lượng chất rắn lơ lững không có khả năng phân hủy sinh học nbVSS = (1 - 0.65)× 120 = 42 mg/l
Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học (bCOD) bCOD = 1.6×BOD = 1.6×268 = 428.8 mg/l
Tổng thời gian của một chu kì hoạt động
T = tld + tpu + tl + trn = 2 + 2 + 1 + 1 = 6h Trong đó: tld : Thời gian làm đầy, tld = 2h tpu : Thời gian phản ứng, tpu = 2h tl : Thời gian lắng, tld = 1h trn : Thời gian rút nước, tld = 1h
Chọn xây dựng 2 bể SBR hoạt động xen kẻ nhau
Số chu kỳ hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày n = 24ℎ 6ℎ = 4 chu kỳ/1 ngày
Tổng chu kỳ hoạt động trong 1 ngày
Thể tích làm đầy của 1 chu kỳ
Xác định thể tích bể
Ta có phương trình cân bằng vật chất trong bể: Tổng hàm lượng SS đầu vào bằng tổng hàm lượng SS sau lắng:
VT×XMLSS = Vb×Xb Trong đó:
VT: Thể tích của 1 bể, m3
XMLSS: Hàm lượng MLSS đầu vào, g/m3
Vb: Thể tích bùn lắng sau chắt nước, m3
Xb: Hàm lượng MLSS trong bùn lắng, mg/l
SVI: Chỉ số bùn hoạt tính, SVI = 100 -120 ml/g, chọn SVI = 120 ml/g
10 3 / , 10 3 / : Hệ số biến đổi đơn vị
8333.3 Để đảm bảo hàm lượng chất lơ lửng SS không trôi theo nước trong giai đoạn rút nước cần tính thêm 20% thể tích khi đó tỷ lệ:
Thể tích của bể SBR đc xác định theo công thức:
Chọn chiều cao làm đầy bể là 5 m, chiều cao bảo vệ là hbv= 0.5 m
Chọn bể là hình chữ nhật, vậy diện tích bể mặt của bể là:
Chia bể SBR ra làm 2 bể:
A= 125 2 = 62.5 m 2 Chọn kích thước của 1 bể là: L×W = 12.5 × 5 × 5m
Vậy kích thước xây dựng của 1 bể là: L×W× = 12.5 × 5 × 5.5 m
Chiều cao phần chứa bùn
Chiều sâu lớp rút nước, hrn: hrn = 50%×H = 50%×5 = 2.5 m
Chiều cao phần chứa bùn, hb:
Chiều cao an toàn, hat: hat = (1 – 0.5 – 0.4)×H = (1 – 0.5 – 0.4)×5 = 0.5 m
Xác định thời gian lưu nước
Thời gian lưu nước tổng cộng của bể SBR được tính theo công thức:
Tn Trong đó: n: Số lượng bể SBR
VT: Thể tích bể SBR, m3
Thời gian lưu bùn Tb được tính dựa vào tổng lượng sinh khối trong bể SBR.
Tổng lượng sinh khối trong bể được xác định trong mối quan hệ:
Psk: Tổng lượng sinh khối trong bể SBR tính theo MLSS, g/ng.đ
Tb: Thời gian lưu bùn, ng.đ
Q: Lưu lượng trung bình ngày đêm của mỗi bể, m3
/ng.đ Sv: Nồng độ cơ chất của nước thải đầu vào, mg/l (Sv = bCOD = 643.2 mg/l )
Sr: Nồng độ cơ chất của nước thải đầu ra, mg/l (xem Sv – SR ≈ Sv) kd: Hệ số phân hủy nội bào: kd = k20× −20 = 0.12 × 1.04 25−20 = 0.146 mg/mg.ngđ
Y: Hệ số sản lượng bùn: Y = 0.4 – 0.6 mgVSS/mg bCOD, chọn Y = 0.4 mgVSS/mg bCOD fd: Tỷ lệ vụn tế bào, fd = 0.15 – 0.2, chọn fd = 0.15 nbVSS: Hàm lượng VSS không phản ứng sinh học, mg/l
Vậy ta chọn thời gian lưu bùn là 12 ngày
Thể tích phần chứa bùn của bể SBR
Thể tích phần chứa bùn, Vb được tính theo công thức:
Hàm lượng sinh khối Psk trong bể SBR tính theo MLVSS:
Psk: Tổng lượng sinh khối trong bể SBR tính theo MLSS, g/ng.đ
Tb: Thời gian lưu bùn, ng.đ
Q: Lưu lượng trung bình ngày đêm của mỗi bể, m3
/ng.đ Sv: Nồng độ cơ chất của nước thải đầu vào, mg/l (Sv = bCOD = 643.2 mg/l )
Sr: Nồng độ cơ chất của nước thải đầu ra, mg/l (xem Sv – SR ≈ Sv) kd: Hệ số phân hủy nội bào: kd = k20× −20 = 0.12 × 1.04 25−20 = 0.146 mg/mg.ngđ
Y:Hệsốsảnlượngbùn:Y=0.4–0.6mgVSS/mgbCOD,chọnY=0.4 mgVSS/mg bCOD fd: Tỷ lệ vụn tế bào, fd = 0.15 – 0.2, chọn fd = 0.15 nbVSS: Hàm lượng VSS không phản ứng sinh học, mg/l
Xác định lượng bùn dư
Lượng bùn có khả năng chứa trong bể SBR được tính theo công thức:
Vb: Thể tích chứa bùn, m3
: Trọng lượng riêng của bùn, = 1.02 kg/m3
Xb : Hàm lượng MLSS trong bùn lắng, g/m3
= 2231 kg Khối lượng bùn trong bể G0 = VT×XMLSS×10 -3 = 625 × 3500 ×10 -3 = 2187.5 kg
Lượng bùn sinh ra của 1 bể SBR trong quá trình khử BOD trong 1 ngày
Lượng cặn hữu cơ vào bể trong mỗi chu kỳ
TSSv: Hàm lượng chất lơ lửng đầu vào, mg/l.
VSSv: Hàm lưỡng VSS đầu vào, mg/l
Vld: Thể tích bể làm đầy, m3
SS = (TSSv - VSSv)×Vld = (150 – 120)×312.5×10 -3 = 9.38 kg
Thể tích bùn chiếm chổ sau n chu kỳ:
Gn – 1: Lượng bùn trong bể ở chu kỳ thứ n – 1
SS: Lượng cặn hữu cơ khó phân hủy sinh học đi vào bể ở mỗi chu kỳ
P sk : Lượng bùn sinh ra ở mỗi chu kỳ
Lượng bùn trong bể sau chu kỳ thứ 1
G 1 =G 0 + P sk1 /0.8 + SS = 2187.5 + 37.72 0.8 +9.38 = 2244 kg Lượng bùn dư cần thải bỏ sau mỗi chu kỳ
Gbùn bỏ = G1 – G0 = 2244 – 2187.5 = 56.5 kg Thể tích bùn dư cần thải bỏ trong 1 chu kỳ
Tính toán lượng khí cấp cho bể SBR
Giả sử BOD5 = 0.68×BODL, vậy khối lượng BODL tiêu thụ trong quá trình sinh học bùn hoạt tính:
MBODL= ×( 0 − ) = 1250 × 428.8 × 10 -3 g/kg = 788.2 kg BODL/ngày
Nhu cầu oxy cho quá trình:
Lượng oxy cần thiết cho quá trình là 574 kgO2/ngày, với giả định không khí chứa 23.2% trọng lượng O2 và khối lượng riêng của không khí là 1.2 kg/m³ Từ đó, có thể tính toán lượng không khí lý thuyết cần thiết cho quá trình này.
Hiệu suất chuyển hóa oxygen của thiết bị khuếch tán khí là E = 9%, hệ số an toàn f = 2 Lưu lượng khí cần thiết của máy thổi khí:
Q kk =f × = 2× 2062 0.09 = 45822 m 3 /ngày = 0.53 m 3 /s Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí được xác định theo công thức:
Hệ thống áp lực trong ống dẫn được tính theo công thức Htt = hd + hc + hf + h, trong đó: hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, hc là tổn thất áp lực cục bộ với điều kiện hd + hc ≤ 0.4 m, do đó chọn hd + hc = 0.4 m Tổn thất qua thiết bị phân phối hf không được vượt quá 0.5 m, vì vậy chọn hf = 0.5 m Cuối cùng, chiều cao hữu ích của bể SBR được xác định là h = 5 m.
Công suất máy thổi khí
(Nguồn: Hoàng Huệ, Xử lý nước thải, 2010, NXB Xây dựng.Trang 122)
Qkhí: Lưu lượng khí, Qkhí = 1.8 m3
/s : Hiệu suất máy thổi khí, = 0.7 – 0.9 Chọn = 0.8 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.4
Công suất thực tế của máy thổi khí:
Chọn máy thổi khí Longtech model LT-125, công suất máy là 30 kW
Vậy có 8 máy thổi khí trong đó 6 máy hoạt động và 2 máy dự phòng
Tính toán hệ thống ống phân phối khí
Lưu lượng khí trong ống phân phối chính: Qtổng = 1.8 m3
/s Chia cụm bể thành 2 đơn nguyên Nên lưu lượng khí trong mỗi ống phân phối chính của từng đơn nguyên là:
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoản 10 – 40 m/s (Theo mục 6.39 – TCXDVN 51:2008) Chọn vkhí = 15 m/s. Đường kính ống dẫn khí chính:
Chọn đường kính ống dẫn khí chính DC = 300 mm
Tính lại vận tốc ống dẫn khí chính:
V c = ℎí = 0.9 2 = 12.73 m 2 /s => Thỏa mãn điều kiện vận tốc trong ống × 2 ×0.3
Với diện tích đấy bể 12.5 × 5m, ống phân phối chinhs đặt dọc theo chiều dài của bể, các ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20 cm
Chọn số ống nhánh dẫn khí, Nnh = là 12 nhánh
Lưu lượng trong ống dẫn khí nhánh: Đường kính ống dẫn khí nhánh
Chọn đường kính ống dẫn khí nhánh Dn = 80 mm
Tính lại vận tốc ống dẫn khí nhánh:
Chọn thiết bị khuếch tán khí phù hợp với đĩa thổi PermaCap Medium 3/4" có đường kính 127 mm, với cường độ thổi khí đạt 150 l/phút (tương đương 2.5 l/s) Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí được xác định theo chiều cao hữu ích của bể, là 5m.
Số đĩa phân phối trong bể:
Vậy số đĩa trên 1 ống nhánh của bể = 360 12 = 30 đĩa
=> Chọn 30 đĩa trên 1 ống Ống dẫn bùn
Thể tích bùn thải trong 1 chu kỳ: Vb = 13.5 m3
Q bùn = = 13 0.5 5 ' m 3 /h Chọn vận tốc bùn trong ống là v = 1.2 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường ống dẫn bùn D = 100 mm
Lưu lượng cần bơm: Q htb = 27 m 3 /h = 0.0075 m 3 /s
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của bùn 1053 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g:Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.5
Công suất thực tế của máy bơm:
Chọn bơm ly tâm trục ngang Pentax CM32-
200A , công suất bơm là 10 HP Vậy có 4 máy bơm trong đó 2 máy bơm hoạt động và 2 máy bơm dự phòng Thiết kế hệ thống rút nước tĩnh (Decanter)
Thể tích nước cần rút bằng thể tích làm đầy = Vld = 312.5 m3
Thời gian rút nước: trn = 1h
Tốc độ rút nước = = 312.5 = 312.5 m 3 /h = 5.21 m 3 /phút
Vận tốc trong ống dẫn nước thải ra là v = 1.02 m/s Đường kính của ống dẫn nước
Chọn đường kính ống dẫn nước thải ra D = 200 mm
Hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS), COD và BOD của nước thải sau khi qua bể SBR giảm còn lại:
COD×(100 – 85)% = 312 × (100 – 85)% = 46.8 mg/l Độ màu = Độ màu×(100 – 20)% = 264 × (100 – 20)% = 211 mg/l
Bảng 5.3 Thông số thiết kể bể SBR
STT Các thông số Giá trị Đơn vị
Chiều cao xây dựng, Hxd
4 Chiều cao phần chứa bùn
5 Chiều sâu rút nước (Decanter)
6 Chiều cao an toàn của lớp bùn
7 Đường kính ống dẫn nước thải, D
8 Đường kính ống dẫn bùn, Dbùn
9 Công suất máy thổi khí, Nk
10 Số lượng đĩa thổi khí của 1 bể, N
11 Đường kính ống dẫn khí chính, DC
12 Đường kính ống dẫn khí nhánh, Dn
13 Công suất bơm bùn, Nb
Bể trung gian
Chức năng Điều chỉnh lưu lượng sau bể SBR
Tính toán thể tích của bể
Trong đó: t:Thời gian lưu nước, thời gian lưu nước chọn bằng bể trung hòa trước bể SBR
Chọn chiều cao hữu ích h = 4 m
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m
Diện tích mặt bằng bể:
Thể tích xây dựng của bể: Wxd = 7.5 × 5 × 4.5 = 169 m 3
Tính công suất của máy khuấy trộn cơ khí
Trong bể trung gian để tránh lắng cặn trong bể ta đặt máy khuấy chìm Công suất máy khuấy trộn
: Hệ số khuấy trộn cơ khí,chọn = 6 W/m3
Chọn máy khuấy chìm Tsurumi, model MR3032, công suất 2.8 KW Ống dẫn nước thải
Nước thải được bơm vào bể SBR, chọn vận tốc nước chảy trong ống là v = 1.5 m/s Đường kính ống dẫn:
Chọn đường kính ống dẫn nước thải D = 160 mm Tính toán bơm
Lưu lượng cần bơm: Q htb = 104 m 3 /h = 0.028 m 3 /s
: Hiệu suất chung của bơm từ 0.7 – 0.9, chọn = 0.8
: Khối lượng riêng của nước 1000 kg/m3
H: Cột áp cột bơm, chọn H= 8m g: Gia tốc trọng trường, g= 9.81 m/s2 β: Hệ số dự trữ công suất β = 1 – 2.5 Chọn β = 1.3
Công suất thực tế của máy bơm:
Chọn bơm chìm Tsurumi model KTZ43.7, công suất bơm là 3.7 kW
Bảng 5.4 Thông số thiết kế bể trung gian
3 Thể tích xây dựng của bể, Wt
4 Công suất của máy khuấy, P
5 Công suất của bơm, Nb
