TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN
CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
Phương án 1
Bảng 4.1: Thông số đầu vào
Số TT Chỉ tiêu phân
tích
Đơn
vị
Kết quả TCVN(5945 –
2005 ) loại B
1 Mùi, màu - Màu trắng đục,
mùi hôi.
Không khó
chịu
2 pH - 4,5 – 5,5 5,5 – 9
3 BOD
5
Mg/l 906 50
4 COD Mg/l 1256 80
5 NH
3
Mg/l 116 10
6 SS Mg/l 130 100
 Lưu lượng thiết kế
Q
tb
= 500m
3
/ng.đ = 21m
3
/h = 0,006m

3
/s
 Lưu lượng lớn nhất:
Q
max
= 21 m
3
/h × K
ch
=21m
3
/h × 2,95 = 61,95 m
3
/h = 52 L/s
Trong đó:
K
ch
= hệ số không điều hòa chung của nước thải lấy theo điều 2.1.2 TCXD 51-
84
Bảng 4.2: Hệ số không điều hòa chung
Q
tb
(L/s)
5 15 30 50 100 200 300 500 800 1250
K
ch
3 2,5 2 1,8 1,6 1,4 1,35 1,25 1,2 1,15
4.1 SONG CHẮN RÁC
Bảng 4.3: Các thông số tính toán cho song chắn rác
Thông số Giá trị

Kích thước song chắn
Rộng, mm 5,08 – 15,24
Dày, mm 25,4 – 38,1
Khe hở giữa các thanh, mm 15-75
Độ dốc theo phương đứng, độ 15 - 45
Tốc độ dòng chảy trong mương đặt song
chắn rác, m/s
0,3-0,609
 Chiều sâu của lớp nước ở song chắn rác
h = H
1
= 0,5m
 Tính chiều rộng các thanh chắn và chiều rộng kênh dẫn nước thải
 Vận tốc nước trong mương: chọn v = 0,5 m/s
 Chọn kích thước phần mương đặt SCR: B x H = 0,5m x 0,5m
 Chiều cao lớp nước trong mương:

m
msm,hs
hm
Bv
Q
h
h
069,0
5,0/50/3600
/95,61
3600
3
max

=
××
=
××
=
(4.1)
 Kích thước song chắn rác
+ Kích thước thanh: rộng x dày = b x d = 0,015m x 0,025m
+ Kích thước khe hở giữa các thanh: w = 0,05 m
+ Giả sử song chắn rác có n khe hở, m = n-1 thanh

b)(nw nB ×−+×= 1

( )
15150500
×−+×=
nn
n=7,9
⇒ Số khe hở n=8. Số thanh là 7
+ Khoảng cách giữa các khe có thể điều chỉnh
w=49,4 mm
 Tổng tiết diện các khe
hbmBA )(
−=

69)715500(
××−=
= 27255mm
2
= 0,027 m

2
 Vận tốc dòng chảy qua song chắn

sm
hsm
hm
A
q
V /64,0
/3600027,0
/95,61
2
3
=
×
==
(4.2)
 Tổn thất áp lực qua song chắn

m
g
vV
h
L
012,0
81,92
5,064,0
7,0
1
27,0

1
2222
=
×
−
×=
−
×=
=12mm<150mm (4.3)
Trong đó:
V: Vận tốc dòng chảy qua song chắn
v: vận tốc nước thải trong mương
 Chiều cao của song chắn:
m
H
H
SC
58,0
60sin
5,0
60sin
00
===
(4.4)
L
SCR
=
)(29,0
3
5,0

60
0
m
tg
H
==
(4.5)
Chiều dài phần mở rộng trước song chắn
L
1
=
)(69
202
450500
2
0
mm
tgtg
WB
=
−
=
−
ϕ
(4.6)
Trong đó:
B: Chiều rộng của song chắn rác
W: Chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi song chắn rác.
Chọn B =450mm
ϕ

: Góc nghiêng chỗ mở rộng
 Chiều dài phần thu hẹp sau song chắn
L
2
=
)(35
2
69
2
1
mm
L
==
 Chiều dài xây dựng phần mương để đặt song chắn rác:
L = L
1
+ L
2
+ L
s
=

69 + 35 + 1500 =1604(mm)
Trong đó:
L
s
: Chiều dài phần mương đặt song chắn rác, L
s
= 1,5m
Mương xây bằng bêtông cốt thép có chiều dày là 100mm

Bảng 4.4: Thông số thiết kế song chắn rác
Thông số
Chiều rộng song chắn, m 0,5
Chiều cao song chắn, m 0,58
Bề rộng thanh, mm 15
Bề dày thanh, mm 25
Khe hở giữa các thanh, mm 49,4
Góc nghiêng đặt song chắn so
với phương thẳng đứng, độ
60
4.2 BỂ BẪY MỦ CAO SU
 Thông số đầu vào
Lưu lượng: Q
tb
= 500m
3
/ng.đ = 21m
3
/h = 0,006m
3
/s
Chọn thời gian lưu nước trong bể: t= 12h
 Thể tích bể
V = Q
max
×t (4.7)
V = 21m
3
/h ×12h= 252m
3

 Chọn chiều sâu hữu ích h = 4m, chiều cao an toàn = 0,5m
+ Chiều sâu tổng cộng:
H = 4m + 0,5m = 4,5m
 Chọn bể bẫy mủ có tiết diện ngang là hình chữ nhật trên mặt bằng
+ Diện tích mặt bằng của bể bẫy mủ
F =
2
3
63
4
252
m
m
m
h
V
==
(4.8)
 Kích thước hầm bơm: A×B×H = 15m×4,5m×4m
Để tăng khả năng lưu nước trong bể và khả năng giữ cao su lại trong bể ta thiết kế
thêm những tấm chắn từ mặt nước xuống khoảng 2m.
Bảng 4.5: Thông số thiết kế bẫy cao su
Thông số
Chiều rộng bể, m 4,5
Chiều cao bể, m 4,5
Chiều dài bể, m 15
Thể tích bể, m
3
303,75
4.3 HẦM BƠM TIẾP NHẬN

 Thông số đầu vào
Lưu lương: Q
tb
= 500m
3
/ng.đ = 21m
3
/h = 0,006m
3
/s
 Thể tích hầm bơm tiếp nhận
V = Q
max
×t
Trong đó:
t: thời gian lưu nước. Chọn t = 20phút
V = 61,95m
3
/h ×20phut×
phut
h
60
1
= 20,65m
3
 Chọn chiều sâu hữu ích h = 3m, chiều cao an toàn = 0,5m
- Chiều sâu tổng cộng:
H = 3m + 0,5m = 3,5m
- Chọn hầm bơm có tiết diện ngang là hình chữ nhật trên mặt bằng
 Diện tích mặt bằng của hầm bơm

F =
2
3
88,6
3
65,20
m
m
m
h
V
==
 Kích thước hầm bơm: A×B×H = 3m×2,5m×3m
Bảng 4.6: Thông số thiết kế hầm tiếp nhận
Thông số
Chiều rộng bể, m 2,5
Chiều cao bể, m 3,5
Chiều dài bể, m 3
Thể tích bể, m
3
26,25
 Hàm lượng chất lơ lửng SS và BOD
5
của nước thải sau khi qua song chắn rác, bể
bẫy mủ, hầm tiếp nhận giảm 4%, còn lại:
SS = SS
’
× (100-4)% =130×(100 -4)% = 124,8mg/l
BOD
5

= BOD
’
5
× (100-5)% = 906×(100-5)% = 869,76 mg/l
( tính toán thiết kế công trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp- Lâm Minh Triết
chủ biên)
 Bơm nước ở hầm bơm qua bể điều hòa
H = h
1
+ h
2
Trong đó:
h
1
: chiều cao cột nước trong bể; h
1
= 3,5m
h
2
: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,...
h
2
= 2 – 3m H
2
O. Chọn h
2
= 2m
⇒
H = 2 +3,5 = 5,5m
ρ

= 1000kg/m
3
: Khối lượng riêng của nước thải
η
= 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm
η
ρ
1000
gHQ
N
=
(4.9)
kW
smmkgmngàym
N 4,0
2436008,01000
/81,9/10005,5/500
233
=
×××
×××
=⇒
Chọn bơm chìm :
Hãng sản xuất Model Công suất Dòng điện Lưu lượng
MATRA SMX120T 0,9kW 400V – 50Hz 24 m
3
/h
4.4 BỂ ĐIỀU HÒA
Bảng 4.7: Thông số đầu vào bể điều hòa
Số TT Chỉ tiêu phân

tích
Đơn
vị
Kết quả TCVN(5945 –
2005 ) loại B
1 Mùi, màu - Màu trắng đục,
mùi hôi.
Không khó
chịu
2 pH - 4,5 – 5,5 5,5 – 9
3 BOD
5
Mg/l 869,76 50
4 COD Mg/l 1256 80
5 NH
3
Mg/l 116 10
6 SS Mg/l 124,8 100
Lưu lương: Q
tb
= 500m
3
/ng.đ = 21m
3
/h = 0,006m
3
/s
 Kích thước bể điều hòa
- Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa: t =4h
- Thể tích bể điều hòa:

V
b
= Q
tb
×t = 21m
3
/h×4h = 84m
3
- Chọn chiều sâu hữu ích của bể: h = 4m
- Chiều cao bảo vệ: 0,5m
- Chiều cao tổng cộng: H = 4m +0,5m = 4,5m
- Diện tích bề mặt bể điều hòa:
A =
2
3
21
4
84
m
m
m
H
V
==
 Thiết kế bể điều hòa hình chữ nhật
- Chọn kích thước bể là: Dài × Rộng = 6m × 4m
 Thể tích thực tế của bể điều hòa:
V
đh
=

3
96446 mmmm
=××
 Thời gian lưu nước thực tế tại bể:
h
hm
m
Q
V
t
đh
6,4
/21
96
3
3
===
(4.10)
 Thể tích xây dựng
3
1085,446 mmmmV
xd
=××=
 Tính toán hệ thống cấp khí cho bể điều hòa
- Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa
q
kk
= Q
giờ
TB

×
a (4.11)
Trong đó :
Q
giờ
TB
: Lưu lượng nước thải trung bình theo giờ Q
giờ
TB
= 21m
3
/giờ
a : Lưu lượng không khí cấp cho bể điều hòa a = 3,74 m
3
khí/m
3
nước thải
(theo W.Wesley Eckenfelder, Industrial Water Pollution Control, 1989)
q
kk
= 21
×
3,74 = 78,54 (m
3
/giờ)
- Khí được cung cấp bằng hệ thống ống PVC có đục lỗ, gồm 4 ống nhánh đặt
dọc theo chiều dài bể (6m), 2 ống gần tường cách tường 1m các ống còn lại cách
nhau 2m.
 Đường ống chính

- Chọn vận tốc trong ống chính: v =15m/s
- Đường kính ống chính:
D =
043,0
360014,3/15
4/54,78
4
3
=
××
×
=
×
×
sm
hm
v
q
kk
π
= 43mm (4.12)
- Chọn ống Ф50mm
- Kiểm tra vận tốc trong ống chính:
v =
360005,014,3
454,78
4
22
××
×

=
×
×
D
q
kk
π
= 11,12 m/s
 Đường ống nhánh
- Lưu lượng khí trong mỗi ống nhánh
q =
64,19
4
54,78
4
==
kk
q
(m
3
/giờ)
- Vận tốc khí trong ống 10 – 15 m/s. Chọn v = 10 m/s.
- Đường kính ống dẫn khí
d
n
=
3600vπ
q4
××
×

=
360010π
64,194
××
×
= 0,026 (m) = 26 (mm)
- Chọn ống φ = 30 (mm)
- Đường kính các lỗ 2 – 5 mm. Chọn d
l
= 4 mm = 0,004 m.
- Vận tốc khí qua lỗ 5 – 20 m/s. Chọn v
l
= 15 m/s.
- Lưu lượng khí qua một lỗ
q
l
= v
l
×

4
dπ
2
l
×
= 15

×

4

0,004
2
×
π

×
3600 = 0,678 m
3
/giờ
- Số lỗ trên một ống
N =
l
q
q
=
678,0
64,19
= 28,9 (lỗ)
- Chọn 32 lỗ.
- Số lỗ trên 1m dài ống
n =
12
N
=
4
32
= 8(lỗ/m ống)
 Áp lực và công suất của hệ thống thổi khí (Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp
– tính toán thiết kế công trình – Lâm Minh Triết)
 Áp lực cần thiết cho hệ thống thổi khí

H
ct
= h
d
+ h
c
+ h
f
+ H
Trong đó:
h
d
= Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m)
h
c
= Tổn thất cục bộ (m)
h
f
= Tổn thất qua thiết bị phân phối (m)
H = Chiều sâu hữu ích của bể, H = 3m
Tổng tổn thất h
d
và h
c
thường không vượt quá 0,4m; Tổn thất h
f
không quá 0,5m. Do
đó áp lực cần thiết sẽ là:
H
ct

= 0,4 + 0,5 +3 = 3,9m
 Áp lực không khí là
atm
H
p
ct
38,1
33,10
9,333,10
33,10
33,10
2
=
+
=
+
=
(4.13)
 Công suất của máy thổi khí
P
máy
=
ne
GRT
7,29
1









−








1
283,0
1
2
p
p
(4.14)
Trong đó:
P
máy
: Công suất yêu cầu của máy nén khí , kW
G: lượng không khí mà hệ thống cung cấp trong một giây (kg/s)
Q = Lưu lượng không khí Q = 78,54m
3
/giờ = 0,022 m
3
/s

ρ
= khối lượng riêng của không khí,
ρ
= 1,2 kg/m
3
G = Q ×
ρ
=0,022m
3
/s ×1,2 kg/m
3
= 0,0264kg/s
R : hằng số khí , R = 8,314 KJ/K.mol
0
K
T
1
: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào T
1
= 273 + 25 = 298
0
K
p
1
: áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào P
1
= 1 atm
p
2
: áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, p

2
= 1,38 atm
n=
K
K 1−
= 0,283 ( K = 1,395 đối với không khí )
29,7 : hệ số chuyển đổi
e: Hiệu suất của máy , chọn e= 0,8
P
máy
=
8,0283,07,29
29883140264,0
××
××
kW928,01
1
38,1
283,0
=








−








Chọn công suất máy P
máy
= 1kW
Hàm lượng BOD
5
qua bể điều hòa giảm 15%
BOD
5
= 869,76×(1- 0,15) = 739,296mg/L
COD = 1256× (1- 0,15) = 1067,6mg/L
Bảng 4.8 Các thông số thiết kế cho bể điều hòa
TT Thông số Đơn vị Giá trị
Phần thiết kế xây dựng
1 Lưu lượng giờ trung bình, Q m
3
/giờ 21
2 Thời gian lưu nước, t giờ 4,6
3 Thể tích hữu dụng, V
hd
m
3
96
4 Thể tích xây dựng, V
xd

m
3
108
5
Kích thước (mặt bằng hình chữ nhật):
Chiều rộng
Sâu tổng cộng, H
m
m
m
6
4
4,5
Sau khi qua bể điều hòa nước thải vào bể tuyển nổi tiếp tục công đoạn xử lý
 Bơm nước ở bể điều hòa, tính tương tự ở hố thu gom
H = h
1
+ h
2
h
1
: chiều cao cột nước trong bể; h
1
= 4,5m
h
2
: tổn thất cục bộ qua các chỗ nối, đột mở, đột thu, tổn thất qua lớp bùn,...
h
2
= 2 – 3m H

2
O. Chọn h
2
= 2m
⇒
H = 2 +4,5 = 6,5m
ρ
= 1000kg/m
3
: Khối lượng riêng của nước thải
η
= 0,8: hiệu suất làm việc của máy bơm
kW
smmkgmngàym
N 47,0
2436008,01000
/81,9/10005,6/500
233
=
×××
×××
=⇒
 Chọn bơm chìm :
Hãng sản xuất Model Công suất Dòng điện Lưu lượng
MATRA SMX120T 0,9kW 400V – 50Hz 24 m
3
/h
4.5 BỂ TUYỂN NỔI
Bảng 4.9: Thông số đầu vào bể tuyển nổi
Số TT Chỉ tiêu phân

tích
Đơn
vị
Kết quả TCVN(5945 –
2005 ) loại B
1 Mùi, màu - Màu trắng đục,
mùi hôi.
Không khó
chịu
2 pH - 7 5,5 – 9
3 BOD
5
Mg/l 739,296 50
4 COD Mg/l 1067,6 80
5 NH
3
Mg/l 116 10
6 SS Mg/l 124,8 100
Lưu lương: Q
tb
= 500m
3
/ng.đ = 21m
3
/h = 0,006m
3
/s
• Thiết kế kình tạo áp
• Lưu lượng nước thải trung bình qua thiết bị tuyển nổi kết hợp lắng:
Q =

phútmhm
ngàyh
ngàym
/35,0/21
/24
/500
33
3
==
• Lựa chọn tuyển nổi khí hòa tan
- Chọn A/S = 0,03mg khí/mg chất rắn
- Nhiệt độ trung bình 27
0
C
Bảng 4.10: Độ hòa tan của không khí chọn theo bảng sau
Nhiệt độ (
0
C) 0 10 20 30
s
a
29,2 22,8 18,7 15,7
(Theo Xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp – Trịnh Xuân Lai)
- s
a
= 16,6 ml/l
- Tỉ số bão hòa f = 0,5
• Áp suất yêu cầu cho cột áp lực:
a
a
S

fPs
S
A )1(3,1
−
=
(4.15)
lmg
Plml
/8,124
)15,0(/6,163,1
03,0
−×
=
Vậy P = 2,346 atm

kPaPp
p
P 62,136)1346,2(35,101)1(35,101
5,101
5,101
=−×=−×=⇒
+
=

Trong đó:
• A/S = Tỉ số khí/chất rắn, ml khí/mg chất rắn
• f = Phần khí hòa tan ở áp suất P, thông thường f = 0,5
• P = áp suất, atm
• p = áp suất, kPa
• S

a
= Hàm lượng SS mg/l
• s
a
= Độ hòa tan của khí, ml/l
• Hệ số 1,3 là trọng lượng của 1ml không khí tính bằng mg, giá trị (-1)
tính đến yếu tố hệ thống hoạt động ở áp suất khí quyển
• Thể tích cột áp lực
33
694,02
/6024
.1
./500 mphut
hphuth
đng
đngmtQW
=×
×
×=×=
Với t = thời gian lưu nước ở cột áp lực (0,5 – 3) phút. Chọn t = 2 phút
• Chọn chiều cao cột áp lực H = 2m. Vậy đường kính cột áp lực:
D =
m
H
W
66,0
4
2
694,04
=×=×

ππ
• Chọn đường kính cột áp lực D = 1m
• Tính bề dày thân cột áp lực
o Vật liệu cột: thép CT3
o Giới hạn bền
)/(10.380
26
mN
k
=
σ
o Giới hạn chảy
)/(10.240
26
mN
c
=
σ
o Tốc độ gỉ: 0,06mm/năm
o Môi trường làm việc lỏng (nước):
3
/1000 mkg
=
ρ
o Áp suất làm việc: P = 2,436(atm) = 136,62kPa
o Chiều cao nước trong cột H=2(m)
• Bề dày thân áp lực
[ ]
C
P

PD
S
h
t
+
−
×
=
1
1
2
ϕσ
(4.16)
- D
t
- Đường kính trong cột áp lực, D
t
= 1m
-
−
h
ϕ
Hệ số mối hàn,
7,0
=
h
ϕ
- P
1
-Áp suất tính toán

- P
1
= P + P
n

- P là áp suất yêu cầu cho cột áp lực = 136,62kPa
- P
n
– Là áp suất thuỷ tĩnh do mực chất lỏng tác dụng lên
- P
n
=
kPagHP
n
62,1910281,91000
3
=×××==
−
ρ
kPaP 24,15662,1962,136
1
=+=⇒
• Xác định ứng suất cho phép của thép CT3
Hệ số hiệu chỉnh
1
=
η
Hệ số an toàn bền kéo n
k
= 2,6

Hệ số an toàn bền chảy n
c
= 1,5
[ ]
)/(101461
6,2
10380
26
6
mN
n
k
k
k
×=×
×
=×=
η
σ
σ
(4.17)
[ ]
)/(101601
5,1
10240
26
6
mN
n
c

c
c
×=×
×
=×=
η
σ
σ
Ta lấy giới hạn bé hơn trong 2 ứng suất cho phép ở trên làm ứng suất cho phép
tiêu chuẩn.
[ ] [ ]
)/(10146
26
mN
k
×==⇒
σσ
C = C
1
+ C
2
+C
3
= 1 + 0 +0,6 = 1,6(mm)
C
1
-Hệ số ăn mòn của môi trường thiết bị làm việc, C
1
= 1mm
C

2
- Hệ số ăn mòn trực tiếp của môi trường, C
2
= 0mm
C
3
- Hệ số bổ sung do dung sai, C
3
= 0,6mm
Vì
[ ]
5012,6547,0
1024,156
10146
3
6
1
>=×
×
×
=×
h
k
P
ϕ
σ
(4.18)
(với
h
ϕ

là hệ số mối hàn,
h
ϕ
= 0,7)
• Bề dày thân thiết bị
[ ]
mmC
PD
S
h
364,26,1
7,0101462
1024,1561000
2
6
3
1
=+
×××
××
=+
×
=
ϕσ
• Chọn S = 4mm
• Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử
• Kiểm tra áp suất thử tính toán
P
0
= 1,5P +P

n
= 1,5
×
156,24
×
10
3
+ 19,62
×
10
3
= 244,55
×
10
3
(N/m
2
)
• Kiểm tra ứng suất thử
[ ]
2
0
/,
2,1)(2
)(
mN
CS
PCSD
c
h

σ
ϕ
σ
≤
−
−+
=
(4.19)
( )
[ ]
( )
2,1
10160
2,1
10073,0
7,06,142
1055,2446,141000
6
6
3
×
=>×=
×−×
××−+
=
c
σ
σ
 Vậy bề dày thân cột áp lực S = 4mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc
• Tính bề dày đáy (elip) của cột áp lực

[ ]
C
h
D
Pk
PD
S
b
t
h
t
+×
−
×
=
28,3
1
1
ϕσ
(4.20)
h
b
- Chiều cao phần lồi của đáy, h
b
= 0,2D
t
= 0,2
×
1000 = 200(mm)
(theo bảng XIII.10, trang 382 -Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hoá chất tập 2)

k- Hệ số không thứ nguyên, k = 1
Vì
[ ]
5006,7487,0
1062,136
10146
3
6
1
>=×
×
×
=×
h
k
P
ϕ
σ
nên áp dụng công thức tính bề dày
[ ]
C
h
D
k
PD
S
b
t
h
t

+×
×
=
28,3
1
ϕσ
)(88,0
2002
1400
7,01101468,3
1062,1361000
6
3
mmCCS
+=+
×
×
××××
××
=
Vì S – C =0,88< 10mm
⇒
tăng lên 2mm cho giá trị C
• Vậy chiều dày đáy và nắp thiết bị
S = 0,88 + 1,6 + 2 = 4,48(mm)
⇒
Chọn S = 5mm
• Kiểm tra ứng suất thử
[ ]
2

0
2
/,
2,1)(6,7
)(2
mN
CSkh
PCShD
c
hb
bt
σ
ϕ
σ
≤
−
−+
=
(4.21)
[ ]
2,1
10160
1076,91
7,0)6,35(20016,7
1062,136)6,35(28021400
6
6
32
×
<×=

×−×××
××−××+
=
σ
Vậy bề dày đáy cột áp lực S = 5 mm thỏa điều kiện bền và áp suất làm việc
Bảng 4.11: Thông số thiết kế cột áp lực
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Lưu lượng nước, Q m
3
/h 21