Tính toán hóa chất

Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

-



: Lưu lượng nước thải theo giây lớn nhất, (m3 /s)

t : Thời gian lưu nước. t = 15 phút- 45 phút (Chọn t= 15 phút)



- Kích thước 1 ngăn:

Chiều cao xây dựng = Hi + Hbv = 1,3 + 0,2 = 1,5 (m)

Trong đó:

+ Hi : Chiều cao hữu ích của bể, Chọn Hi = 1,3 (m)

+ Hbv : Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,2(m)



- Tiết diện:

F = = = 2,65 ()

Chọn bể có dạng hình vng

-Kích thước bể trộn vuông:

= = 1,6(m) Chọn a = 1,6 (m)

Chiều rộng bể (B) = chiều dài bể (L) = a = 1,6 (m)

-Thể tích thực:

Vi = B L H = 1,6 1,5 = 3,84 m3

 Xây dựng bể tạo bông gồm 6 ngăn có cùng kích thước:

-



-



-



-



Vi = B L H = 1,6 1,5 = 3,84 ( m3 )

Loại cánh khuấy: Chọn loại cánh khuấy gồm trục quanh và 4 cánh khuấy đặt đối

xứng nhau đôi một quanh trục. Tổng diện tích bản cánh khuấy = 15% diện tích mặt

cắt ngang của bể.

f=

Diện tích 1 bản cánh khuấy:

Kích thước cánh khuấy:

Gọi chiều dài và chiều rộng cánh khuấy lần lượt là l và b. Chọn

Ta có = 0,1 => b = 0,14 (m) và l =0,7 (m)

Gọi R là bán kính vòng khuấy, 2R

Số vòng quay của mỗi ngăn là n = 30- 50 vòng/ phút. Chọn n = 30 vòng/ phút

Tốc độ chuyển động của bản khuấy so với nước:

=

Trong đó: là vận tốc tuyệt đối của cánh khuấy.

:



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



41



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

N = 51Cf (W) = 51 0,4



-



Trong đó:

f: Diện tích tiết diện cánh khuấy, f = 0,4 (

C: Hệ số phụ kích thước bản cánh. = 5 => C = 1,2

v: Vận tốc cánh khuấy

Giá trị Gradien vận tốc:

Có G = = 10 = = 619,8 (



3.2.5.3. Bể lắng 1

Lựa chọn bể lắng đứng, số bể: n = 1 bể

1. Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng



Trong đó:

-



: Lưu lượng nước vào bể theo giây lớn nhất, m3/s

v: Tốc độ chuyển động của nước thải vào trong bể lắng(v = 0,02 –

0,03m/phút), (Điều 6.5.4 – TCXD – 51 – 84).



→ Chọn v = 0,03m/phút = 0,0005m/s

-



n: Số bể. Chọn n =1



-Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm

Trong đó:

-



vtt: Vận tốc chuyển động của nước thải trong ống trung tâm



vtt < 0,03m/s (Theo điều 7.56 –TCXD 51-2008)

→ Chọn vtt = 0,02m/s

-Diện tích tổng cộng của một bể lắng

F = F1 + F2 = 46+ 1,15 = 47,15 m2

Kiểm tra vận tốc: v = = 0,029 (m/phút) thuộc khỏa 0,02 – 0,03 (m/phút)

2. Đường kính của 1 bể lắng

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



42



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải



→ Chọn D = 7,8 m

3. Đường kính ống trung tâm

4. Chiều cao tính tốn của vùng lắng trong bể lắng đứng



hl = vt (m)

Trong đó :

+ t: Thời gian lắng (t = 1,5 ÷ 2 h) [9] → Chọn t = 2h



→ hl = 0,000523600 = 3,6 m

5. Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng



Trong đó:

-



h2: Chiều cao lớp trung hòa, m

h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể, m

D: Đường kính trong của bể lắng,

dn: Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,5 m.

α: Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang, α ≥500

[Điều 7.60, TCXD 51-2008] → Chọn α = 500



Chọn hn = 4,4 m

6. Chiều cao ống trung tâm bằng chiều cao tính tốn của vùng lắng htt = h1= 3,6 m

7. Đường kính phễu của ống trung tâm bằng chiều cao phần ống phễu và bằng 1,5d

D1 = 1,5 d = 1,5 1,2 = 1,8 m

Trong đó: d là đường kính ống trung tâm, d = 1,2m

8. Đường kính tấm chắn: bằng 1,3 đường kính miệng phễu

Dc = 1.3D1 = 1,3 1,8 = 2,34m

9. Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn với mặt phẳng ngang: 17 0

10. Chiều cao từ mặt dưới tấm chắn đến bề mặt lớp cặn là 0,3m. (ho)

11. Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:

H = h1 + hn + ho = 3,6 + 4,4 + 0,3 = 8,3 (m)

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



43



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Để thu nước đã lắng, dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể. Thiết

kế máng thu đặt theo chu vi vành trong của bể, đường kính ngồi của máng chính là

đường kính trong của bể.

Đường kính máng thu: Dmáng = 80% đường kính bể = 0,8 7,8 = 6,24 m

12. Chiều dài máng thu nước

L = π Dmáng = π 6,24= 19,6 m

13. Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng



14. Đường kính ống dẫn nước từ bể lắng ra

Chọn vận tốc dòng chảy trong ống của nước thải đã lắng v = 0,4m/s

(trong khoảng 0,2 – 0,5 m/s)

Đường kính ống dẫn nước

Chọn ống PVC có đường kính ống D = 200 mm

Kiểm tra vận tốc: v = =

15. Tính máng răng cưa:

- Chiều dài máng răng cưa:

+ Bề rộng răng cưa brc = 0,05 m

+ Bề rộng khe bk = 0,1 m

+ Khe tạo góc φ = 90

Chọn chiều cao mỗi khe là 50 mm.

16. Tính tốn ống xả cặn:

Hiệu suất xử lý SS là 60-70% => chọn E= 67%

Nồng độ SS ra là: SSra = (10,67) 1100 = 363 mg/l

- Lượng cặn SS cần xử lý trong 1 ngày là:

mSS = (SSvào – SSra) ×10-3×Q = (1100– 363) ×10-3× 1000 = 737 (kg/ngày)= 30,7 (kg/h)



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



44



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Mà độ ẩm của bùn là 98%. Coi khối lượng riêng của hỗn hợp bùn xấp xỉ bằng khối lượng

riêng của nước và bằng 1000 kg/m3.

Như vậy, khối lượng riêng của bùn là:

ρbùn = (100% –98%) ×1000 = 20 kg/m3

Vậy thể tích hỗn hợp bùn – nước sinh ra trong 1 giờ là:



- Chọn thời gian hút bùn là 2 h/lần hút. Bùn được hút bằng bơm bùn. Thể tích bùn hút

chiếm 93,5÷94% lượng bùn đã lắng (chọn 94%).

Vậy thể tích bùn cần hút là:

Vhút = 0,94×Vbùn× t = 0,94× 1,54× 2 = 2,9 (m3)

Chọn đường kính ống hút bùn: dhút bùn = 200 mm

-Tiết diện đường ống hút là:

= 0,03(m2)

Chọn vận tốc hút bùn của bơm là: v = 0,06 m/s

=> Thời gian hút bùn là: = 27 phút = 0,45 h



- Cơng suất bơm bùn là: N =



mbùn × H × Qbùn

1000 ×η



Trong đó:

+ H: Chiều cao cột áp, lấy H = 4(m) cột nước.

+ Qbùn: Lưu lượng bùn sinh ra phải xả mỗi lần, m3/h.



(m3/h).

+ Η: Hiệu suất bơm, η = 0,8

+ mbùn: Khối lượng bùn trong thể tích phải xả



mbùn = ρbùn×Vhút = 20 ×2,9 = 58 (kg)

 Vậy cơng suất bơm bùn tính tốn được là:



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



45



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải



=> Chọn bơm có cơng suất 1,9 Kw

Bảng 3.4: Các thông số thiết kế bể đông keo tụ

STT



Thông số



Đơn vị



1

2

3

4

5

6

7



Lưu lượng giờ trung bình,

Số ngăn

Thời gian lưu nước, t

Thể tích hữu ích, V

Chiều sâu hữu ích, Hi

Thể tích thực của bể

Kích thước bề, B × L × H

(2R



m3/h

ngăn

phút



8



Kích thước cánh khuấy

(bl)

Số vòng quay của cánh

khuấy

Diện tích tiết diện ướt của bể

(F1)

Diện tích tiết diện ướt của

ống trung tâm (F2)

Chiều cao phần hình nón của

bể (hn)

Chiều cao tổng cộng của bể

(H)

Chiều dài máng thu

Đường kính máng thu (Dmáng)

Đường kính phễu của ống

trung tâm D1

Đường kính tấm chắn Dc

Đường kính ống hút bùn

Thời gian hút bùn



9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19



m



Bể phản

ứng

41,67

1

2

2,76

1

4,34

1,7



Bể tạo

bơng

41,67

6

15

3,45

1,3

3,84

1,6



m



0,04



0,14



Vòng/phú

t



200



30



m



Bể lắng 1

41,67

1

90

62,51

2,7

7,8



46

1,15

4,5

7,5



m



19,6

6,24

1,8



m

mm

phút



3,34

200

27



 Hiệu suất xử lý sau khi qua xử lý cấp I



-Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng 1:

Qua bể lắng 1 ta có thể loại bỏ được 70÷85 % lượng chất rắn lơ lửng[7].

Giả sử hiệu suất E = 80%. TSS còn lại sau xử lý sơ cấp là:

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



46



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

(mg/l)

-



Hiệu suất xử lý đạt 20 – 35% , Giả sử

 BOD5 còn lại sau khi qua các cơng trình xử lý sơ cấp là:

BOD5 = 2650 (100 – 30)% = 1855 (mg/l)

 COD còn lại sau khi qua các cơng trình xử lý sơ cấp là:

 COD = 5200(mg/l)



Bể UASB



Chức năng:

Bể UASB có nhiệm vụ xử lý BOD và COD trong nước thải nhờ hoạt động của vi sinh

vật yếm khí. Đồng thời tạo thuận lợi cho quá trình xử lý trong mương oxi hóa và giảm tải

trước khi vào mương oxi hóa.

 Tính tốn

Khi đi qua các cơng trình xử lý trước đó, hàm lượng COD, BOD,SS giảm từ 2035% [1].

Giả sử hiệu quả xử lý COD,BOD,TSS tại các cơng trình trước đó là 20%.

Các thơng số đầu vào của bể UASB như sau:

Q= 1000 m3/ngđ

= 3640 mg/l

= 1855 mg/l

= 220 mg/l

 Hiệu quả xử lý COD theo nghiên cứu là 65- 80% [1]. Chọn = 75% khi đó:

Hiệu quả xử lý COD:

CODra = 3640 × (1 – 0,75) = 910 (mg/l)

Hiệu quả xử lý BOD5 là 70 – 95% [1]. Chọn 80% khi đó:

BOD5ra = 1855 × (10,8) = 371 (mg/l)

 Lượng COD cần khử mỗi chu kỳ

Trong đó: Q là lưu lượng ( m3/ngđ)

CODv là nồng độ COD vào ( kg COD/ m3)

CODr là nồng độ COD ra (kg COD/ m3)

G là lượng COD khử trên 1 ngày



GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



47



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

 Hiệu quả xử lý TSS là 60 – 70%. Chọn



 Hiệu quả xử lý Nitơ và Photpho



Tỷ lệ BOD : N: P trong UASB tốt nhất là 350 : 5 : 1 với [1]

Nồng độ bị khử là: 1855×0,8 = 1484 mg/l

Nồng độ Nito bị khử tương ứng là: 1484 × 5/350 = 21,2 mg/l

Nồng độ Photpho- bị khử tương ứng là: 672 × 1/350 = 4,24 mg/l

= 120 – 21,2 = 98,8 mg/l

= 13 – 4,24 = 8,76 mg/l

 Tải trọng khử COD của bể



Tải trọng khử COD của bể a = 4 ÷ 18 kgCOD/ngày [3 ].

Chọn a = 12 kgCOD/m3ngày (bảng 12.1 tr195, Trịnh xuân Lai)

 Thể tích hoạt động [2]



(

 Tính tốn kích thước bể UASB



Tốc độ của nước đi lên trong bể chọn v = 0,6 m/h ( v = 0,6 ÷ 0,9 m/h ) [8]

Diện tích bể cần thiết:

Chia thành 2 bể và mỗi bể 2 nguyên đơn hay N =2 bể và n =4 nguyên đơn

Tiết diện mỗi nguyên đơn là :

Fngđ = = = 17,4 (m2)

Mỗi ngun đơn có kích thước: a a = 4,2 4,2(m )

Mỗi nguyên đơn có 1 phễu thu khí => có 4 phễu thu khí

Kích thước của mỗi bể là: L B = 2a a = 8,4 4,2 ( m )

Chiều cao phần xử lý yếm khí:

Chiều cao xây dựng của bể:

H = H1 + Hlắng + Hbảo vệ

Chiều cao vùng lắng Hlắng = 1,2 ÷ 2m. Chọn Hlắng = 1,2m

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



48



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Chiều cao bảo vệ Hbảo vệ = 0,3 ÷ 0,5m. Chọn Hbảo vệ = 0,5m

 H = 3,3 + 1,2 + 0,5 = 5 m

Thể tích xây dựng của một bể: Vxd = 8,4× 4,2 × 5 = 176,4 (m3)

 Thời gian lưu nước thải



uộc trong khoảng 5 – 10h (Bảng 12.1, trr 195, Lâm Minh Triết)

Kiểm tra vận tốc: v = = ) thuộc khoảng 0,6- 0,9 (m/s)

 Tính tốn phễu thu khí và tấm chắn hướng dòng



- Tính tốn phễu thu khí

Mỗi bể có 2 phễu thu khí hình chữ V, mỗi phễu có đặt 2 tấm chắn so le nhau về mỗi

phía hình chữ V và mỗi phía đặt 1 ống thu khí.

Chọn khe hở các tấm chắn này bằng nhau.

Tiết diện các khe hở: Fkhe = (15 ÷ 20)% Fngđ, chọn Fkhe = 17%Fngđ

F khe = 0,17 × 17,4 = 2,96 (m2 )

Mỗi phễu có 4 khe, tiết diện mỗi khe hở là:

Chiều dài của phễu thu bằng chiều dài của một nguyên đơn. Lphễu = 4,2 (m)

Chiều rộng khe hở

Chiều rộng của đáy phễu

Aphễu =Lphễu – 0,3 = 4,2 – 0,3 = 3,9 (m)

(Lấy khoảng cách giữa đáy và phễu thu là 0,3m)

Tiết diện của mỗi phễu:

Fphễu = Aphễu×Lphễu = 3,9×4,2 = 16,38 m2

Chọn φ = 600 với α là góc tạo bởi tấm chắn bùn và phương ngang (φ = 55- 60)

Chiều cao của phễu:

Chiều dài tấm chắn L1:



Chiều dài tấm chắn L2:

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



49



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

L2 = LPhễu - L1+ Lt = 4,2 – 1,96 + 0,2 = 2,44 m

Trong đó: Lt = 0,2 ÷ 0,4m. Chọn Lt = 0,2m

- Tính tốn tấm chắn hướng dòng

Góc α = 40o - 60chọn α = 45o (góc tạo bởi tấm hướng dòng với phương nằm ngang)

Chiều rộng tấm hướng dòng L3

L3 = 4 × ekhe = 4 × 0,18 = 0,72 m

Chiều cao tấm hướng dòng Hhd



 Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày



Trong đó:

Hệ số tạo sinh khối Y = 1,015 – 0,05 g/g COD. Chọn Y = 0,04g/g COD ;

là hệ số phân hủy nội sinh, chọn = 0,025 ngày-1;

Tuổi của bùn θc = (30 -60) ngày, chọn θc = 40 ngày.

 Lượng khí CH4 tạo thành



Hệ số phân hủy 1kg COD để tạo thành Biogas là :

Chọn

Lượng COD phân hủy trong bể UASB tạo Biogas là:

Lượng biogas tạo thành:

Lượng CH4 thực tế tạo thành chiếm 60 ÷ 70% lượng khí biogas tạo thành [6]

Chọn = 70% mbiogas



 Hàm lượng sinh khối



Ta có MLVSS = . Chọn

X = MLSS =( kg/ngđ) = 72,8 (mg/l)

 Tính tốn hệ thống thu khí



Lượng khí Biogas tạo thành mBiogas = 1061 (kg/ngàyđêm)

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



50



Đồ án thiết kế hệ thống xử lý nước thải

Khối lượng riêng của Biogas )

Thể tích khí Biogas thu được là: = (

Thể tích Biogas trong 1 bể là = 803,8 (

Vận tốc khí chạy trong ống: 10÷15 m/s, →chọn vkn = 10 m/s

Thiết kế = 3 ống thu khí nhánh trong 1 bể.

Tiết diện ống thu khí nhánh:

Đường kính ống thu khí nhánh :



Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống thu khí:

Chọn d =20 (mm)

≥



Mà ta có D 2 [2] , chọn D = 2



×



= 2×20 = 40 (mm)



 Tính tốn hệ thống máng thu nước



Lưu lượng phân phối cho từng bể là: Qb = ==500

Máng thu nước gồm 2 máng được đặt giữa ngăn lắng, chạy dọc theo chiều rộng của

bể. Máng thu nước được tạo độ dốc 0,2% để dẫn nước về cuối bể rồi theo đường ống đưa

sang mương oxi hóa.

Máng có tiết diện chữ nhật, vận tốc nước chảy trong máng dao động từ 0,1 ÷ 0,4

m/s. Chọn vận tốc nước chảy trong máng là: vmáng = 0,2 m/s

Diện tích mặt cắt ướt của máng là:

Để đảm bảo máng không q tải, chọn máng bằng thép tấm khơng gỉ có kích thước

carộng là: 50mm×300mm, dày 2mm.

Chọn vận tốc nước chảy trong ống dẫn nước ra là 0,4 m/s. Đường kính ống dẫn

nước ra từ mỗi máng thu được tính như sau:

Chọn ống dẫn nước ra bằng nhựa PVC có đường kính 100 mm.

Kiểm tra vận tốc nước chảy trong ống:

Đường kính ống dẫn nước ra chung được tính như sau:

GVHD: TS. Phạm Hương Quỳnh



51