TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC HẠNG MỤC ĐƠN VỊ CỦA QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC HẠNG MỤC ĐƠN VỊ CỦA
QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
I. Song chắn rác.
1. Nhiệm vụ.
Nhiệm vụ của song chắn rác là giữ lại các tạp chất có kích thước lớn( chủ yếu là rác).
Đây là công trình đầu tiên trong thành phần của hệ thống xử lý nước thải.
Song chắn rác có nhiệm vụ bảo vệ bơm, van đường ống, cánh khuấy…
2. Tính toán.
Bảng 1-1
Thông số Đơn vị SI
Phương pháp lấy rác
Đơn vị Thủ công Cơ khí
Kích thước song rác.
+ Rộng
+ Sâu
+ Khoảng cách giữa
những thanh song
chắn
+ Độ dốc so với
phương thẳng đứng
+ Vận tốc trong
mương
+ Tổn thất áp lực
cho phép
mm
mm
mm
Độ
m/s
mm
5-15

25-38
25-50
30-45
0,3-0,6
150
5-15
25-38
15-75
0-30
0,6-1,0
150-600
[Type text] Page 1
Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp- tính toán thiết kế
công trình- Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân.
Mương dẫn
Chọn hệ số giờ cao điểm k=2
- Lưu lượng giờ trung bình Q
h
TB
=
24
200
= 8,33m
3
/h
- Lưu lượng giờ lớn nhất Q
h
max
= 16,7m
3

/h
Chọn: Vận tốc nước chảy trong mương V
s
= 0,6 m/s
Chọn bề rộng mương là 0,25m
Chiều cao lớp nước trong mương:
h=
xBV
Q
s
s
max
= ……………
- Tính toán kích thước song chắn:
+ Chọn thamh chắn có kích thước b x d = 5x 25mm
+ Khoảng cách giữa các thanh w = 25mm
Mối quan hệ giơax chiều rộng mương, chiều rộng thanh và khe hở như sau:
B
m
= 5 x n + ( n +1 ) x 25
250 = 5 x n + 25n +25
⇒
225 = 30n
⇒
n = 7,5
⇒
Chọn số thanh là 8
Đặt lại khoảng cách giữa các thanh:
250 = 5n + ( n + 1 ) W
= 5 x 8 + 9w

⇒
w =
9
210
= 23,33 mm
[Type text] Page 2
Tổng tiết diện các khe song chắn:
A = ( B – b x n )h
Với
B: Chiều rộng mương m
b: Chiều rộng thanh chắn
h: Chiều cao lớp nước trong mương
A = ( 0,25 – 0,005 x 8 ) x 0,031 = 0,00651 m
2
Vận tốc dòng chảy qua song chắn rác:
V =
A
q
=
00651,0
00464,0
= 0,713 m/s
Với : q: lưu lượng giây lớn nhất.
- Tổn thất áp lực qua song chắn:
H
L
=
7,0
1
g

vV
2
22
−
=
7,0
1
81,92
6,0713,0
22
x
−
= 0,011 = 11 mm
Bảng 1-2: Lưới chắn rác trung bình:
Thông số Lưới cố định Lưới quay
- Hiệu quả khử cặn lơ lửng %
- Tải trọng l/m
2
p
- Kích thước mắt lưới mm
- Tổn thất áp lực m
- Công suất motor HP
5
[Type text] Page 3
- Chiều dài trống tay quay m
- Đường kính trống m
Nguồn giáo trình xử lý nước thải đại học bách khoa Tp. Hồ Chí Minh, Nguyễn Phước
Dân
- Lưới:
Chọn lưới cố định ( dạng lõm ) có kích thước mắt lưới d =0,35 mm tương ứng tải

trọng 520l/pm
2
Diện tích bề mặt lưới yêu cầu:
A =
A
l
h
L
Q
=
32
3
000.1
60
1
.
/520
/7,16
m
l
p
h
pml
hm
= 0,54 m
2
Giả sử kích thước lưới chắn rác định hình là 0,4 x 0,65
- Tải trọng làm việc thực tế:
L =
3

3
max
000.1
60
1
.
65,04,0
/7,16
65,04,0
m
l
p
h
x
hm
x
Q
h
=
= 1.07l/ phút/m
2
Bảng 1-3: Kết quả tính toán:
Thông số Đơn vị Giá trị
[Type text] Page 4
Mương
+ Rộng
+Sâu
- Song chắn
+ Bề rộng tiết diện
ngang thanh

+ Bề dài tiết diện ngang
thanh
- Lưới
+ Kích thước mắt lưới
m
m
mm
mm
mm
0,25
0,5
5
25
0,35
II. Ngăn tiếp nhận
1. Nhiệm vụ:
Ngăn tiếp nhận có nhiệm vụ nhận nước thải từ mương dẫn vào
2. Tính toán:
- Chọn thời gian lưu t = 20p
- Lưu lượng:
Q =
P
m
3
60
7,16
- Thể tích ngăn:
V =
20
60

7,16
x
= 5,57 m
3
- Chọn chiều sâu hữu ích 2m:
- Chiếu cao an toàn: 0,5m. Khoảng cách từ mực nước đến khê dẫn nước vào là
500mm
Chiều cao khe là 0,6m. Chiều cao từ khe lên thành bể là 0,2m
Chiều cao tổng cộng: H = 2,0 + 0,5 + 0,6 + 0,2 = 3,3m
[Type text] Page 5
- Chọn tiết diện ngang hình vuông:
F =
2
57,5
=
H
V
= 2,785m
2
→

cạnh =
785,2
= 1,67m
- Kích thước: 3,3 x 1,67 x 1,67 m x m xm
- Đường kích ống dẫn nước thải vào và ra bể điều hòa:
- Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 0,9m/s (v = 0,9-1,9m/s)
- Đường kính ống:
- Với:
Q = 0,00464 m

3
/s
V = 0,9 m/s
Thay vào : D =
14,39,0
00464,04
x
x
=
00657,0
= 0,081m
Chọn ống nhựa đường kính thương mại ɸ114 áp suất 9 bar
- Tổn thất dọc đường:
H
d
=
xL
K
Q
2
2
( Công thức 9.43 giáo trình cơ lưu chất trường ĐHBK )
Trong đó :
K =
3
2
2
)
4
(

4
1
2
14,3 D
x
D
Với : D = 0,0063m
n = 0,016
Tra mục lục 9,3 giáo trình cơ lưu chất trường ĐHBK
Thay vào: K =
3
2
2
)
4
081,0
(
016,0
1
4
0081,014,3
xx
x
= 0,0239 = 0,024
[Type text] Page 6
Vậy: h
d
=
2
2

2
2
0123,0
700646,0 x
K
xLQ
=
= 0,996
( L = 7m tổng chiều dài từ bể điều hòa đến ngăn tiếp nhận )
- Tổn thất cục bộ tại khớp nối:
- H
c
=
=
g
kxv
2
2

81,92
9,01,1
2
x
x
= 0,0454m
K = 1,1 là hệ số tổn thất
Tổng thất tổng cộng:
H = 0,996 + 2 x 0,0454 = 1,0868m
• Công suất máy bơm chìm bơm nước từ ngăn tiếp nhận đến bể điều hòa:
N =

η
ρ
x
gHQ
1000
Trong đó :
η: Hiệu suất máy bơm 0,8
Q: Lưu lượng nước thải m
3
/s
H = Cột áp của bơm
Chọn H = 8m
Ta có :
8,0000.1
00464,0881,9000.1
x
xxx
= 0,455 kw = 0,6
Bảng 2 .Tính toán thiết kế ngăn tiếp nhận:
Tên Đơn vị Giả trị
[Type text] Page 7
Kích thước
+ Rộng
+ Dài
+ Sâu
- Công suất máy bơm
- Số máy bơm
m
m
m

kw
Cái
1.67
1,67
3,3
0,455
3
Ghi chú : 2 máy bơm hoạt đọng luân phiên, 1 máy dự phòng
III. Bể điều hòa
1. Nhiệm vụ:
Bể điều hòa có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý, nó có tác dụng điều hòa lưu
lượng và nồng độ các chất ô nhiễm. Bên cạnh đó quá trình thổi khí tránh được sự
lắng cặn và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý nước thải tiếp theo.
2. Tính toán:
• Kích thước bể:
+ Chọn thừi gian lưu nước trong bể là 8h
+ Thể tích bể điều hòa:
V = Q
tb
h
xt = 8,35 x 8 = 66,64 m
3
+ Chọn chiều cao bể là 3m
+ Chọn chiều cao an toàn 0,5m
+ Chiều cao thực:
H = 3 + 0,5 = 3,5m
Diện tích bể:
F =
3
64,66

=
H
V
= 22,213m
2
Vậy kích thước bể 3,5 x 4 x 5,6 m x m x m
Bảng 3-1: Các dạng khuấy trộn ở bể điều hòa:
[Type text] Page 8
Dạng khuấy trộn Giá trị Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí
Tốc độ khí nén
4-8
10-15
W/m
3
L/m
3
phút(m
3
thể tích bể)
Nguồn xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh
Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân – 2001
Giả sử khuấy trộn bể điều hòa bằng hệ thống thổi khí, lượng khí nén cần thiết cho khuấy
trộn:
Q
k
= R x V
đh(tt)
= 0,012m
3

/ px66,64m
3
= 0,78m
3
/ p = 0,013m
3
/ s = 13,33l/ s
Với : R – tốc độ khí nén ; R = 12 l/m
3
p = 0,012m
3
/ p
V: Thể tích thực tế bể điều hòa m
3
Bảng 3-2.Các thông số cho thiết bị khuyết tán khí:
Loại khuyết tán khí Lưu lượng khí l/phút các Hiệu suất chuyển hóa O
2

tiêu chuẩn ở độ sâu 4,6m %
[Type text] Page 9
- Đĩa sứ - lưới
- Chụp sứ - lưới
- Bản sứ - lưới
- Ống plastic xốp cứng
bố trí
+ Dạng lưới
+ Hai phía hai chiều dài
+ Một phía theo chiều dài
- Ống plastic xốp mềm
bố trí

+ Dạng lưới
+ Một phía theo chiều dài
- Ống khoan lỗ vị trí
+ Dang lưới
+ Một phía theo chiều dài
- Khuyết tán không
xốp
+ Hai phía theo chiều dài
+ Một phía theo chiều dài
11 ÷ 96
14 ÷ 71
57 ÷ 142
68 ÷ 113
85 ÷ 311
57 ÷ 340
28 ÷ 198
57 ÷ 198
28 ÷ 113
57 ÷ 170
93 ÷ 283
283 ÷ 990
25 ÷ 40
27 ÷ 39
26 ÷ 33
28 ÷ 32
17 ÷ 32
13 ÷ 25
26 ÷ 36
19 ÷ 37
22 ÷ 29

15 ÷ 19
12 ÷ 23
9 ÷ 12
Nguồn xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh
Triết – Nguyễn Thanh Hùng – Nguyễn Phước Dân – 2001
Chọn hệ thống khuyết tán khí bằng đĩa đường kính đĩa là 170mm bố trí theo dạng lưới
có lưu lượng khí 70l /p, vậy số đĩa khuyết tán khí:
[Type text] Page 10
n=
pl
pl
/70
/480
= 12 cái
- Tính toán thủy lực ống dẫn khí nén:
Bảng 3-3: Tốc độ khí đặc trưng trong ống dẫn:
Đường kính mm Vận tốc m/s
25 ÷75
100 ÷ 250
300 ÷ 610
760 ÷1.500
6 ÷ 9
9 ÷ 15
14 ÷ 20
19 ÷ 33
+ Lưu lượng khí q = 13,33 l/svà với vận tốc 9 m/s có thể chọn ống thương mại có
đường kính 50 mm
Chọn ống 4 nhánh:
+ Lưu lượng khí trong ống nhánh:
Q =

4
/33,13 sl
= 3,333l/ s
+ Tiết diện ống nhánh:
A =
=
sm
sm
/6
/003333,0
3
5,555.10
-4

⇒
d =
14,3
4xA
= …………
Giả sử trạn khí đặt ở độ cao mực nước biển( P
t
= 760 mmHg ) = 10,33m cột nước. Nhiệt
độ mùa nóng nhất 36
0
C, hiệu suất máy thổi khí η = 0,7
+ Xác định tăng nhiệt độ trong quá trình nén khí:
Δ =









−








1
1
21
n
p
pT
η
Giáo trình XLNT ĐHBK Nguyễn Phước Dân
Trong đó:
[Type text] Page 11
T
1
: Nhiệt độ không khí xung quanh vào mùa nóng nhất
0
K
η:Hiệu suất máy thổi khí, η = 0,65 – 0,8

p
1
: Áp suất tuyệt đối đầu vào m cột nước
p
2
: Áp suất tuyệt đối đầu ra m cột nước
n : Hệ số n = ( k- 1)/k = 0,283 đối với không khí.
Thay vào ta có:
Δt =








−






++
1
33,10
5,433,10
7,0
)27336(

283,0
= 48
0
C
+ Nhiệt độ không khí ở đầu máy thổi khí là:
t= 36 + 48 = 84
0
C
Số Reynolds được tính theo hai công thức sau
N
R
=
d
q
s
µ
1528
Trong đó:
Q
s
: Lưu lượng khí trong ống( l/s) dưới áp suất và nhiệt độ đang vận hành.
D: Đường kính ống dẫn khí mm
µ: Độ nhớt không khí centipoises được xác định
µ = ( 70 + 0,5t
0
C) 10
-4
t : Nhiệt độ trung bình trong ống dẫn
0
C lấy từ 70

0
C
µ = ( 170 + 0,5 . 70
0
C)10
-4
= 205.10
-4
centipoises
Tính được:
N
R
=
5010.205
/33,131528
4
centiposex
slx
−
= 1,99.10
-4
[Type text] Page 12
+ Xác định lưu lượng khí trong ống bằng biểu thức sau:
2
22
1
11
T
Vp
T

Vp
=
Xem V là lưu lượng
)70273(
)5,433,10(
)90273(
833,10
2
+
+
=
+
xV
x
Với V
2
= 10,873 l/s
+ Tốc độ khí nén trong ống:
V =
4
14,3
.)/10.50(
/10./87,10
23
33
2
mmmmm
lmsl
A
V

−
−
=
= 5,54m/s
+ Áp suất đầu ra:
P = 10,33m + 4,5m = 14,83 m
33,10
3,10183,14
a
kpx
= 145,43 kp
+Trọng lượng riêng của không khí ở áp suất 145kp
a
và nhiệt độ 70
0
C
γ = 0,284
RT
p

Với: p: áp suất kp
3
R: Hằng số khí kĩ thuật R = 8,314kJ/kmol
0
R
T: nhiệt độ k
o
C
Thay vào công thức ta có:
γ= 0,284 …………

[Type text] Page 13
+ Cột áp vận tốc h
i
H
i
= 5,22 v
2γa
Với: h
i
: Cột áp vận tốc mm
V: tốc độ khí nén m/s
γ
a
: Trọng lượng riêng của không khí ở điều kiện đang xét
h
i
= 5,22 x………………….
+ Tổn thất áp lực theo chiều dài ống thổi khí:
H
l
= f
1
h
D
L
= ……………
Với f: 0,0325 chọn theo biểu đồ
L: Chiều dài tổng của ống từ máy thổi khí đến bể điều hòa.
- Đối với ống nhánh:
N

R
=
d
q
s
µ
1528
Với: Q
s
: Lưu lượng khí trong ống nhánh( l/s)1,134l/s dưới áp suất và nhiệt độ
đang vận hành
d : Đường kính ống dẫn 27mm
µ : 205.10
-4
centipoises
Tính:N
R
= ………………
Xác định lưu lượng khí trong onhs bằng biểu thức:
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp
=
=
70273

)5,433,10(
)20273(
333,333,10
2
+
+
=
+
V
x
⇒
V
2
= 2,718l/s
+ Tốc độ khí nén trong ống:
V =
A
V
1
= …………………
+ Cột áp vận tốc:
h
i
= 5,22xV
2
γa
3
m
kN
= ………………

[Type text] Page 14
- Tổn thất áp lực theo chiều dài ống thổi khí:
h
L
= f.
i
h
D
L
= ……………
Tổn thất áp lực 4 ống nhánh là 20,56x4 = 82,24mm
Trong đó: ρ : Hệ số ma sát tra theo biểu đồ trang 407 tính toán thiết kế công trình
xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Lâm Minh Triết – Nguyễn Thanh Hùng –
Nguyễn Phước Dân.
L: Chiều dài ống nhánh
D: Đường kính ống nhánh
- Áp lực lên máy nén khí:
H
m
= …………………
Với 4 là độ sâu ngập nước an toàn.
0,065 là tổn thất trong hệ thống thổi khí
- Công suất máy nén khí( N
nk
):
Với: G: Trọng lượng dòng không khí( kg/s)
G = A.1,29 = 0,013 x 1,29 = 0,017
A: Lượng khí cần cung cấp m
3
/s

R = 8,314 kj/kmol
0
K
T = 298
0
K
29,7 hệ số chuyển đổi
n= o,283 đối với không khí
p
1
= 1atm
p
2
= 1 + 0,5 = 1,5
η: Công suất máy nén khí
Vậy: N
nk
=








−







1
1
5,1
75,0283,7,29
298314,8017,0
283,0
xxo
xx
= 0,812kw = 1,08 Hp
+ Công suất máy bơm( N
b
):
N
b
=
η
ρ
1000
gHQ

Với: H = 10m Chọn H
ρ = 1000kg/m
3
g = 8,81 m/s
2
Q = 8,33m
3

/h = 0,0023 m
3
/s
η= 0,8
Thay vào ta có:
N
b
=
8,01000
0023,01081,91000
x
xxx
= 0,282kw = 0,376HP
[Type text] Page 15
Bảng 3-4: Giá trị tính toán bể điều hòa
Tên Đơn vị Giá trị
- Kích thước bể:
+ Rộng x dài
+ Chiều cao
- Thời gian lưu
- Đĩa
- 3 máy bơm nước thải
- 1 máy bơm nén khí + hệ thống phân
phối khí
m x m
m
h
các
kw
kw

4 x 5,6
3,5
8
12
0,282
0,812
IV. Bể khuấy trộn
1. Nhiệm vụ:
Sauk hi nước thải điều hòa về lưu lượng sẽ được dẫn vào bể trộn để các hạt
keo lơ lửng trong nước kết hợp với hóa chất keo tụ tạo thành các bông cặn dễ
lắng.
Phèn được bơm vào bể khuấy trộn trong 2 phút và gradient vận tốc là 900s
-1
.
So với trộn bằng thủy lực thì trộn bằng cơ khí có thể điều chỉnh vận tốc khuấy
theo ý muốn, thể tích bể nhỏ nhưng tốn điện năng và đòi hỏi quản lý tốt.
2. Tính toán.
- Thể tích bể:
V = t.Q
tb
p
= 2 phút.
60
33,8
= 0,3 m
3
[Type text] Page 16
Chọn bể trộn có đường kính 0,6m.
→
Tiết diện

x
4
6,0
2
3,14 = 0,2826
Chiều sâu mực nước 1m
Chiều cao an toàn 0,3m
Chiều cao tổng cộng H = 1+ 0,3 = 1,3m
- Dùng cánh khuấy turbin 4 cánh hướng dòng lên trên.
- Đường kính cánh khuấy bằng
2
1
đường kính bể.
d
k
=
6,0
2
1
x
= 0,3m
- Trong bể đặt 4 tấm chặn để ngăn chuyển động xoáy của dòng nước.
+ Chiều cao tấm chặn bằng chiều cao của bể 1m
+ Chiều rộng tấm chặn:
b=
6,0
10
1
10
1

xD
=
= 0,06m
- Chiều rộng cánh khuấy::
b
k =
3,0
5
1
5
1
xd
k
=

=0,06m
- Chiều dài cánh khuấy:
L
k=

3,0
4
1
4
1
xd
k
=
= 0,075m
Năng lượng khuấy cần truyền vào nước:

P = G
2
xvxµ
Với: G: gradient vận tốc cho quá trình khuấy trộn.
V: Thể tích bể (m
3
)
µ: Độ nhớt động lực của nước thải ở 25
0
C (Ns/m
2
)
⇒
P = 900
2
x 0,001 x 0,3 = 243 w = 0,243 kw
- Công suất động cơ:
[Type text] Page 17
N =
=
µ
P

8,0
243,0
= 0,31 kw = 0,413 Hp
Với hiệu suất động cơ là 0,8
- Số vòng quay của cánh khuấy:
n=
3

1
5
3
1
5
10003,008,1
243








=








xxpkd
P
k
= 1,357 vòng / giây = 82 vòng /phút
Với: P: Năng lượng khuấy trộn
K: Hệ số sức cản của nước phụ thuộc kiểu cánh khuấy đối với cánh khuấy

turbin 4 cánh K = 1,08
- Lượng phèn sử dụng:
600mg /lx
=
ngày
m
3
200

ngày
kg
- Lượng polime:
ngày
m
x
m
l
3
3
200
2,0
= 40 l/ngày
Khối lượng polime cần dùng:
l
g
lx
6,0
40
= 24 g/ ngày
• Bể chứa dung dịch NaOH và bơm châm NaOH

Lưu lượng thiết kế:
Q
TB
h
= 8,33m
3
/h
PH vào = 4,4
PH
trung hòa
= 6,5
K = 0,00001 mol/l
Khối lượng phân tử NaOH = 40g/ mol
Nồng độ dung dịch NaOH = 20%
Trọng lượng riêng của dung dịch = 1,53
Liều lượng châm vào;
q =
1053,120
100033,84000001,0
xx
xxx
= 0,011 l/h
Lưu 30 ngày:
[Type text] Page 18
- Thể tích bể:
V
bồn
= 0,011 x 24 x 3 0 = 7,921 chọn thùng chứa 10 lít
- Nồng độ phèn 5%
⇒

50kg/m
3
- Nồng độ phèn cung cấp:
q=
3
/50
/120
mkg
ngàykg
= 2,4 m
3
/ ngày = 0,1 m
3
/h
- Lưu 1 ngày
• Thể tích bể (V
bể
):
V
bể
= 0,1m
3
/h x 24 h x 1 ngày = 2.400 lít
- Lưu lượng polime:
q= 40l/ngày =
24
40
= 1,67 l/h
Lưu lượng 30 ngày:
V

bồn
= 1,67 x 24 x 30 = 1.202,4 lít
Bảng 4-1 Giá trị tính toán công trình
Thông số Đơn vị Giá trị
- Kích thước bể
+ Đường kính
+Chiều cao
- Thời gian lưu
- Turbin 4 cánh
+ Đường kính cánh khuấy
+ Chiều rộng cánh khuấy
+ Chiều dài cánh khuấy
- Bình chưá NaOH
m
m
p
cái
m
m
m
cái
O,6
1,3
2
1
0,3
0,06
0,075
1
[Type text] Page 19

+ Dung tích
+ lưu lượng bơm
- Thiết bị tự động châm NaOH
- Bơm định lượng phèn
- Bơm định lượng NaOH
- Bơm định lượng polime
l
l.h
cái
cái
cái
cái
10
0,011
1
2
2
2
[Type text] Page 20