Tính toán thiết kế bể lắng ly tâm (sinh học, hóa lý) trong xử lý nước thải

 Tính chất nước thải đầu vào
Bảng 1. 1: Tính chất nước thải đầu vào [CITATION Hướ \l 1033 ]
STT

Thông số

Đơn vị

Giá trị

1

pH

-

6,5-8,5

2

Độ màu

Pt – Co

150

3

Tổng dầu mỡ khoáng

mg/l

20

4

Chất rắn lơ lửng (TSS)

mg/l

100

5

COD

mg/l

250

6

BOD5

mg/l

150

7

Tổng Nitơ

mg/l

60

8

Tổng Photpho

mg/l

6

9

Dầu mỡ

mg/l

20

10

Coliform

MPN/100ml

10000

 Yêu cầu đầu ra

Chất lượng nước thải sau xử lý từ hệ thống chính phải đáp ứng các yêu cầu của
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40-2011/BTNMT, cột
A (nguồn tiếp nhận là sông Suối Cái được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt),
Kq= 0,9 (0trong quy định khoảng từ 500Bảng 1. 2: Yêu cầu đối với chất lượng nước đã qua xử lý từ hệ thống xử lý
[ CITATION QCV \l 1033 ]
STT

Thông số

Đơn vị

Giá trị C

Cmax = C*Kq*Kf

1

pH

-

6-9

6–9

2

Độ màu

Pt – Co

50

45

3

Tổng dầu mỡ khoáng

mg/l

5

4,5


4

Chất rắn lơ lửng (TSS)

mg/l

50

45

5

COD

mg/l

75

67,5

6

BOD5

mg/l

30

27

7

Tổng nitơ

mg/l

20

18

8

Tổng Photpho

mg/l

4

3,6

9

Coliform

MPN/100ml

3000

2700

CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN
Thơng số tính tốn:






Cơng suất xử lý
BOD5
COD
Chất rắn lơ lửng SS

TN

: 3000 m3/ngày. đêm
: 150 mg/l
: 250 mg/l
: 100 mg/l
: 60 mg/l

Tính tốn lưu lượng thiết kế:




Lưu lượng trung bình ngày: Qtbngày= 3000 m3/ngày
Lưu lượng trung bình giờ: Qtbh=
Lưu lượng trung bình giây:

Hệ số khơng điều hịa chung chọn Kmax= 1,2
Lưu lượng lớn nhất:
Qhmax= Qhtb × Kmax = 125×1,2= 150 m3/h
= Qhtb × Kmax = 34,72×1,2= 41,67 l/s= 0,042 m3/s

4.2.3.

BỂ LẮNG SINH HỌC (BỂ LẮNG LY TÂM)

A. Nhiệm vụ
Bể lắng bùn sinh học có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải,
làm giảm SS được thiết kế đặc biệt tạo môi trường tĩnh cho bông bùn lắng xuống đáy bể.
B. Tính toán thiết kế

Chọn tải trọng bề mặt: LA = 16 (m3/m2.ngày) (LA = 16 ÷ 25, Nguồn [4]–trang 179)
Tải trọng chất rắn: LS = 5 (kg/m3.h)
Diện tích bề mặt lắng theo tải trọng bề mặt
==

(m2)
Trong đó:
Qtbngd

ngd
:Lưu lượng trung bình ngày đêm, Qtb = 3000 (m3/ngđ).

Diện tích bề mặt lắng theo tải trọng chất rắn
= = 107,25 (m2)
Trong đó:
Qh: Lưu lượng trung bình giờ, Qh = 125(m3/h).
Qr: Lưu lượng bùn tuần hoàn.
MLSS: Nồng độ bùn hoạt tính, chọn MLSS = 3000(g/m3).
Ls: Tải trọng chất rắn, Ls = 5 (kg/m2.h).
Do AL > AS, nên chọn bề mặt lắng F = AL để thiết kế.
Đường kính của bể lắng sinh học:
D = = =12,4 (m).
Trong đó:
n: Số bể lắng đợt 1 làm việc đồng thời, chọn n = 1.
Chọn D = 13m
Chọn chiều cao công tác của bể lắng H = 2m, chiều cao lớp bùn lắng h b = 0,5m,
chiều cao lớp nước trung hòa hth =0,3m và chiều cao bảo vệ hbv = 0,5m
Chiều cao xây dựng của bể lắng ly tâm ( Nguồn [2]):

Hxd = H + hth + hb +hbv = 2+ 0,3 + 0,5 + 0,5 = 3,3 (m).
Trong đó:
hth: Chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 (m).


hb: Chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0,5 (m).
hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m).
 Tính ống lắng trung tâm
Đường kính ống trung tâm:
d = 20% ×D = 20%×13 = 2,6 (m).
Chọn ống lắng trung tâm có đường kính d = 1,4 (m).
Chiều cao của ống trung tâm:
Htt = 60% × Hl = 60% × 2 = 1,2 (m).
Trong đó:
Hl: Chiều cao hữu ích vùng lắng, m.
Đường kính phần loe ống trung tâm:
D1 = 1,35 × d = 1,35 × 2,6 = 3,51 (m).
Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,3 lần đường kính miệng loe:
dc = 1,3 × 3,51 = 4,56 (m).
Góc nghiêng giữa bề mặt tấm chắn so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17 0 (Nguồn
[1]–-trang 256).
 Tính toán máng thu nước
Tải trọng máng tràn:
A = = = 113,1 (m3/m.ngày)
Trong đó:
Qngđ

: lưu lượng nước thải ngày đêm,

Qngđ

= 3000 (m3/ngđ);

Qth :lưu lượng bùn tuần hồn, Qth = 1620 (m3/ngđ);

D: đường kính bể lắng, D = 13 (m);
n: số bể lắng công tác, n = 1.
Đường kính máng thu nước:


Dm = 0,8 × D= 0,8 × 13= 10,4 (m).
Chiều dài máng thu nước:
L = π × Dm = π × 10,04= 31,54 (m).
Chọn chiều cao máng thu nước là 400 (mm).
 Thiết kế máng răng cưa:
Chiều dài máng răng cưa: Lm = 31,54 (m).
Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90 0 để điều chỉnh cao độ mép máng. Chiều
cao máng răng cưa là 250mm, chiều cao hình chữ V là 75mm, bề dày 3mm, bề rộng khe
là 100mm, bề rộng răng là 100mm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V. Ta có 158 khe chữ
V/31,54m máng răng cưa.
Lưu lượng nước qua 1 khe là:
Q = = = 0,79 (m3/h.khe)
Chiều sâu ngập nước của khe:
5

2
q= = = 1, 42  h

Trong đó:
h: Chiều cao mực nước trong khe chữ V, (m).

 : góc đáy chữ V

Cd: Hệ số chảy tràn, chọn Cd = 0,6.
Rút ra h = 45mm < 75mm, đạt yêu cầu.
 Kiểm tra lại thời gian lưu nước của bể lắng (Nguồn [2]-trang 438).
Thể tích phần lắng
VL = (D2 – d2) × H = (132 – 2,62) × 2 = 254,8 (m3)
Thời gian lưu nước
T = = = 1,42 (giờ).
Thể tích phần bùn lắng cho 1 bể


Vb = A× Hb = 113,1 × 0,5 = 56,55 (m3).
 Chọn thiết bị - bơm bùn thải
Thời gian lưu bùn thải trong bể
tbt = = = 1,05 (giờ).
Đường kính ống dẫn bùn thải ra khỏi bể lắng sinh học:
Đường kính ống:
D = = 0,02(m).
t: thời gian hút bùn, chọn t =30 phút
Vậy đường kính ống chọn là: D = 27 mm (Catalog ống nhựa uPVC Bình Minh).
N= = 2,01 (kW)
Trong đó:
H: Cột áp tồn phần của bơm, H = 10 (mH2O);
Qbun : Lưu lượng bơm bùn thải mỗi bể, Q

bùn

= 53,75 (m3/h).

Công suất thực tế của máy bơm:
Ntt = β× Nyc= 1,5 × 2,01 = 3,02 (kW).
Trong đó:
β: Hệ số dự trữ , β = 2 ÷ 1,5 chọn β = 1,5.
Chọn 01 bơm bùn thải cho bể lắng hiệu EU/G7. Công suất bơm bằng 2,2kW/3
pha/380V/50Hz.
 Chọn thiết bị - bơm bùn dư
Thời gian lưu bùn dư trong bể
tbd = = = 28,4 (giờ).
Đường kính ống dẫn bùn dư ra khỏi bể lắng sinh học:
Đường kính ống:


D = = 0,03(m).
t: thời gian hút bùn, chọn t =30 phút
Vậy đường kính ống chọn là: D = 34 mm (Catalog ống nhựa uPVC Bình Minh)
N= = 0,07 (kW)
Trong đó:
H: Cột áp tồn phần của bơm, H = 10 (mH2O);

Qbun : Lưu lượng bơm bùn dư mỗi bể, Q

bùn

= 1,99 (m3/h).

Cơng suất thực tế của máy bơm:
Ntt = β× Nyc= 2 × 0,07= 0,14 (kW).
Trong đó:
β: Hệ số dự trữ , β = 2 ÷ 1,5 chọn β = 2.

Chọn 01 bơm bùn dư cho bể lắng hiệu EU/G7. Công suất mỗi bơm bằng 2,2kW/3
pha/380V/50Hz.
 Đường kính ống chảy chuyển tiếp
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống là v = 1,5(m/s).
Lưu lượng nước thải: 125 (m3/h) = 0,035 (m3/s).
Đường kính ống:
D = = = 0,17 (m).
Vậy đường kính ống chọn là: D = 200 mm. (Catalog ống Bình Minh uPVC).
Kiểm tra lại vận tốc:
V = = 1,11 (m/s) (nằm trong khoảng 1 – 2 m/s).
 Tính toán bơm bùn tuần hoàn:
Công suất bơm:
N = = = 2,01 (kW).


Cột áp của bơm: H = 10m
Công suất thực tế của máy bơm:
Ntt = β Nyc = 1,2 2,01 = 2,412 (kW).
Trong đó:
β: Hệ số dự trữ , β = 1,5 ÷ 1,2 chọn β = 1,2.
Chọn 02 bơm bùn tuần hoàn cho bể lắng hoạt động (01 bơm chạy, 01 bơm dự phịng)
hiệu EU/G7 . Cơng suất bơm bằng 2,2 kW/380V/3pha/50Hz
 Đường kính ống dẫn bùn tuần hoàn
Đường kính ống:
Chọn vận tốc chảy trong ống là v = 1,5m/s
D = = = 0,113 (m)
Vậy đường kính ống chọn là: D = 114 mm. (Catalog ống uPVC Bình Minh )
Bảng 4. 1: Kết quả tính tốn bể lắng sinh học
Thơng số

Đơn vị

Giá trị

Đường kính bể (D)

m

13

Đường kính ống trung tâm (d)

m

2,6

Chiều cao bể (H)

m

3,3

Đường kính ống dẫn nước ra

mm

200

Thời gian lưu nước

h

1,12

Số đơn nguyên

-

1

Đường kính máng thu

m

10,4

Đường kính ống dẫn bùn

mm

42

Đường kính ống dẫn bùn tuần hồn

mm

114

4.2.4. BỂ LẮNG HĨA LÝ (BỂ LẮNG LY TÂM)

A. Nhiệm vụ
Bể lắng hóa lý có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất lơ lửng còn lại trong nước thải sau
khi đi qua các cơng trình xử lý trước.
B. Tính tốn thiết kế
Thể tích tổng cộng của bể lắng II được xác định theo công thức:
W  Qtbh  t

Trong đó:
Qtbh

: Lưu lượng trung bình theo giờ,

Qtbh

=125 (m3/h)

t: Thời gian lắng được xác định bằng thực nghiệm về động học lắng. Trường hợp
không tiến hành thực nghiệm được, thời gian lắng đối với bể lắng đợt II có thể lấy bằng
2h. (Nguồn [2]).
W= 125 × 2 = 250 (m3)
Diện tích của bể trong mặt bằng:
F= = 125 (m2)
Trong đó:
H : Chiều sâu vùng lắng của bể lắng ly tâm có thể lấy từ 1,5 đến 5,0 m. Tỷ lệ giữa
đường kính D và chiều sâu vùng lắng (D : H) lấy trong khoảng từ 6 đến 12 (Nguồn [2]),
chọn H = 2 m.
Đường kính của bể lắng ly tâm:
D== .
Chọn D = 13 (m).

Kiểm tra tỉ lệ:
= = 6,3 (thỏa mãn).
Chiều cao xây dựng của bể lắng ly tâm (Nguồn [2]):
Hxd= H + hth + hb + hbv = 2 + 0,3 + 0,5 + 0,5 = 3,3 (m)
Trong đó:


hth: Chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3 (m).
hb: Chiều cao lớp bùn trong bể lắng, hb = 0,5 (m).
hbv: Chiều cao bảo vệ, hbv = 0,5 (m).
Chiều cao ống trung tâm:
Htt = 60% × H= 0,6 × 2= 1,2 (m).
Đường kính ống trung tâm:
d= 20% × 13,8 = 0,2 × 13,8= 2,76 (m).
Đường kính phần loe ống trung tâm:
D1= 1,35 × d = 1,35 × 2,76= 3,73 (m).
 Tính tốn máng thu nước
Tải trọng máng tràn:
A= =
Trong đó:
Qngđ

: lưu lượng nước thải ngày đêm,

Qngđ

= 3000 (m3/ngđ).

D: đường kính bể lắng, D = 12,6 (m).
n: số bể lắng công tác, n = 1.

Đường kính máng thu nước:
Dm = 0,8 D= 0,8 12,6 = 10,08(m).
Chiều dài máng thu nước:
L= π Dm= π 10,08 = 34,7 (m).
Chọn chiều cao máng thu nước là 400 (mm).
 Thiết kế máng răng cưa
Chiều dài máng răng cưa: Lm = 34,7 (m).
Chọn tấm xẻ khe hình chữ V, góc đáy 90 0 để điều chỉnh cao độ mép máng. Chiều
cao máng răng cưa là 200mm, chiều cao hình chữ V là 75mm, bề dày 3mm, bề rộng khe


là 100mm, bề rộng răng là 100mm, mỗi mét dài có 5 khe chữ V. Ta có 195 khe chữ
V/38,94m máng răng cưa.
Lưu lượng nước qua 1 khe là:
Q= = (m3 / h.khe).
Chiều sâu ngập nước của khe:
5

2
Q= = = 1, 42  h

Trong đó:
h: Chiều cao mực nước trong khe chữ V, (m).

 : góc đáy chữ V
Cd: Hệ số chảy tràn, chọn Cd = 0,6.
Rút ra h = 48mm < 75mm, đạt u cầu.
Tính tốn thanh gạt nước thu ván nổi:
Tốc độ quay thanh gạt:   0, 02  0, 05 (vòng/phút). Chọn   0, 03 (vịng/phút)
(Nguồn [4]).

Đường kính làm việc của thanh gạt:
Dg = 0,8 × Dm = 0,8 × 10,08 = 8,83 (m).
 Tính máng thu ván nổi
Bố trí máng thu ván nổi dài:
lm= = 3,04 (m).
Chọn chiều rộng máng thu là 400mm, chiều sâu máng thu là 400mm.
 Tính toán ống dẫn nước thải ra khỏi bể lắng:
D= 0,19 (m).
Chọn ống dẫn nước thải ra với D = 200mm.
Hiệu quả khử SS và BOD (Nguồn [4]):
= = = 34,5 (%)


Trong đó:
R: hiệu quả khử BOD hoặc SS, (%).
t: Thời gian lưu nước, (h).
a,b: hằng số thực nghiệm chọn theo bảng .
Bảng 4. 2: Giá trị của hằng số thực nghiệm a,b ở to ≥ 20oC
Chỉ tiêu

a (đơn vị h)

b

Khử BOD5

0,018

0,020

Khử cặn lơ lửng SS

0,0075

0,014

= = = 56,3 (%)
 Tính tốn lượng bùn lắng
Lượng cặn lắng theo trọng lượng khơ:

Thể tích bùn cặn sinh ra trong 1h:
)
Giả sử bùn tươi có hàm lượng cặn 5% (độ ẩm 95%), khối lượng riêng bùn tươi là
1,053 (kg/l) (Nguồn [4]).
Chọn thời gian hút bùn về bể nén bùn là 6h và thời gian hút là 30 phút, vậy lưu lượng
bơm bùn là:
/ h).
Đường kính ống dẫn bùn:
Dbùn= 0,012 (m).
Trong đó:
vb: vận tốc của bùn trong ống dẫn, chọn v = 1,2 m/s.
n: số bể cơng tác, n = 1.
Chọn ống dẫn bùn có đường kính D = 21 mm ( Catalog ống Bình Minh uPVC).
Công suất bơm bùn bể:


N= = = 0,18 (kW)
Trong đó:
H: Cột áp tồn phần của bơm, H = 10(mH2O).
Qb

: Lưu lượng bơm bùn,

Qb

= 0,48 (m3/h).

Cơng suất thực tế của máy bơm:
=  × N= 2 × 0,18= 0,36 (kW)
Trong đó:
β: Hệ số dự trữ , β = 2 ÷ 1,5 chọn β = 2.
Chọn 2 bơm bùn cho mỗi bể (1 hoạt động, 1 dự phịng) hiệu EU/G7
1.1kW/380V/3pha/50Hz
Bảng 4. 3: Kết quả tính tốn bể lắng hóa lý
Thơng số

Đơn vị

Giá trị

Đường kính bể (D)

m

12,6

Đường kính ống trung tâm (d)

m

2,76

Chiều cao bể (H)

m

3,3

Đường kính ống dẫn nước ra

mm

200

Thời gian lưu nước

h

2

Số đơn nguyên

-

1

Đường kính máng thu

m

10,08

Đường kính ống dẫn bùn

mm

21