tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước thải thuộc da - bể điều hòa

Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải
4.4 BỂ ĐIỀU HÒA
a. Chức năng
Điều hòa nước thải về lưu lượng và nồng độ. Bể điều hòa làm giảm kích thước
và tạo chế độ làm việc ổn đònh cho các công trình phía sau ; tránh cặn lắng ; làm
thoáng sơ bộ qua đó oxy hóa sinh hóa một phần các chất bẩn hữu cơ.
b. Tính toán
Để xác đònh dung tích của bể điều hòa, ta cần có các số liệu về độ biến thiên
lưu lượng nước thải theo từng khoảng thời gian trong ngày, lưu lượng trung bình của
ngày. Ở đây, do không có điều kiện điều tra cụ thể về độ biến thiên lưu lượng nứơc
thải của nhà máy theo từng khoảng thời gian trong ngày nên ta chỉ có thể tính thể
tích của bể điều hòa một cách gần đúng như sau
 Lưu lượng nước thải trung bình Q = 300 m
3
/ngày và trạm xử lý nước thải hoạt
động liên tục 24/24 giờ.
 Chọn thời gian lưu nước trong bể điều hòa T = 8 giờ ( “Industrial Water
Pollution Control, 1989” – W.Wesley Eckenfelder ).
 Thể tích bể điều hòa
W = Q
h
TB
x T = 12.5 x 8 = 100 m
3

 Chọn kích thước của bể điều hòa như sau
L x B x H = 5 m x 5 m x 4 m
Chọn chiều cao bảo vệ là 0.3 m
Suy ra chiều cao thực tế của bể điều hòa H = 4 + 0.3 = 4.3 m
 Thể tích thực của bể điều hòa
W

thực
= 5 x 5 x 4.3 = 107.5 m
3

 Lưu lượng không khí cần cung cấp cho bể điều hòa
L
khí
= W
thực
x a
Trong đó
o W
thực
: Thể tích thực của bể điều hòa, W
thực
= 107.5 m
3

Trang 43
Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải
o a : Tốc độ khí nén a = 0.015 m
3
/ (m
3
thể tích bể) . phút ( Bảng 9 – 7
trang 403 – “Xử lý nước thải đô thò và công nghiệp – Tính toán thiết kế
công trình, 2002” – Lâm Minh Triết ).
L
khí
= 107.5 x 0.015 = 1.61 m

3
/phút = 0.027 m
3
/s
 Khí được cung cấp bằng hệ thống ống sắt tráng kẽm có đục lỗ, gồm 4 ống đặt
dọc theo chiều dài bể ( 5m ), các ống đặt cách nhau 1 m và cách thành bể 1 m.
 Vận tốc khí trong đường ống chính ( 10 ÷ 15 m/s ). Chọn V
oc
= 12 m/s ( “ Tính
toán thiết kế các công trình xử lý nước thải” – Trònh Xuân Lai ).
Lưu lượng khí cần cung cấp L
khí
= 0.027 m
3
/s
Đường kính ống dẫn khí chính là
D
oc
=
π
×
×
oc
khí
V
L4
=
π
×
×

12
027.04
= 0.053 m = 53 mm
Chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính ống ∅ 50
Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống chính

75.13
)05.0(
027.04
4
22
=
×
×
=
×
×
=
ππ
D
L
V
khí
oc
m/s (thỏa điều kiện )
 Lưu lượng khí trong mỗi ống nhánh
q
ống
=
3

1075.6
4
027.0
4
−
×==
khí
L
m
3
/s = 24.3 m
3
/h
 Chọn vận tốc trong ống nhánh là V
on
= 12 m/s ( “ Tính toán thiết kế các công
trình xử lý nước thải” – Trònh Xuân Lai ).
Đường kính ống nhánh là
D
on
=
π
×
×
on
ống
V
q4
=
π

×
××
−
12
1075.64
3
= 0.026 m = 26 mm
Chọn ống sắt tráng kẽm có đường kính ống ∅ 25
Kiểm tra lại vận tốc khí trong ống nhánh
Trang 44
Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải
V
on
=
75.13
)025.0(
1075.64
4
2
3
2
=
×
××
=
×
×
−
ππ
on

ống
D
q
m/s (thỏa điều kiện )
 Đường kính các lỗ 2 ÷ 5 mm. Chọn d
lỗ
= 3 mm = 0.003 m.
 Vận tốc khí qua lỗ 15 ÷ 20 m/s. Chọn v
lỗ
= 16 m/s.
 Lưu lượng khí qua một lỗ
4.03600
4
003.0
16
4
2
2
=×
×
×=
×
×=
π
π
lỗ
lỗlỗ
d
vq m
3

/h
 Số lỗ trên một ống
75.60
4.0
3.24
===
lỗ
ống
q
q
N lỗ
Chọn N = 60 lỗ
 Số lỗ trên 1 mét dài ống
12
5
60
5
===
N
n
lỗ / mét ống
 Tính toán máy thổi khí
o Áp lực cần thiết cho hệ thống máy thổi khí tính theo mét cột nước
H
m
= h
d
+ h
c
+ H

Trong đó
• h
d
: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống
• h
c
: Tổn thất cục bộ
• H : Độ sâu ngập nước của ống, H = 3.8 m ( đặt cách đáy bể 0.2 m )
Tổng tổn thất h
d
+ h
c
thường không vượt quá 0.4 m
Vậy H
m
= 0.4 + 3.8 = 4.2 m
o Áp lực máy thổi khí tính theo Atmosphere
P
m
= H
m
/ 10.12 = 0.42 atm
o Chọn 2 máy thổi khí hoạt động luân phiên và 1 máy dự phòng.
o Công suất máy thổi khí
Trang 45
Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải

⎥
⎥
⎦

⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
××
××
= 1
7.29
283.0
1
2
P
P
en
TRG
P
m

Trong đó
o P

m
: Công suất yêu cầu của máy thổi khí, kW
o G: Trọng lượng của dòng không khí, kg/s
G = L
khí
x ρ
khí
= 0.027 m
3
/s x 1.3 kg/m
3
= 0.035 kg/s
o R : Hằng số khí R = 8.314 kJ/K.mol.
O
K
o T : Nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào, T = 273 + 25 = 298
O
K
o P
1
: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu vào, P
1
= 1 atm
o P
2
: Áp suất tuyệt đối của không khí đầu ra, P
2
= P
m
+ 1 = 1.42 atm

o n =
K
K 1−
= 0.283 (vì đối với không khí K = 1.395 )
o e : Hiệu suất của máy, e = 0.7 ÷ 0.9, chọn e = 0.8
Vậy
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
××
××
= 1
1
42.1
8.0283.07.29
298314.8035.0
283.0
m

P = 1.35 kW
 Bơm nước thải vào bể trộn
o Chọn 2 bơm nước thải hoạt động luân phiên và 1 bơm dự phòng.
o Lưu lượng mỗi bơm Q
b
= Q
h
max
= 25 m
3
/h = 6.94 x 10
-3
m
3
/s
o Cột áp bơm được xác đònh theo phương trình Becnulli :
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
Σ+×
×
+
×
−
+
×
−

+−=
ξλ
ρ
d
l
g
V
g
VV
g
PP
ZZH
22
2
2
1
2
212
12

Trong đó
• Z
2
– Z
1
= 8 m
• P
1
= P
2

: Áp suất ở đầu ống đẩy, hút.
• V
1
= V
2
= V : Vận tốc nước thải trong đường ống, V = 1.2 m/s
• l : Chiều dài toàn bộ đường ống, l = 10 m


• d : đường kính ống dẫn, d = 60 mm
Trang 46
Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải
06.0
14.32.1
1047.344
3
=
×
××
=
×
×
=
−
π
V
Q
d m
• λ : hệ số ma sát đường ống
Chuẩn số Reynolds :

36000
102
06.02.1
Re
6
=
×
×
=
×
=
−
ν
dV

Vì 2 000 < Re < 100 000 nên ta có
023.0
36000
3164.0
Re
3164.0
25.025.0
===
λ

• Σξ : Tổng hệ số trở lực cục bộ
Σξ
= 3 x
ξ
c o

+
ξ
vào
+
ξ
ra
= 3 x 0.9 + 0.5 + 1 = 4.2
Vậy chiều cao cột áp bơm
6.82.4
06.0
10
023.0
81.92
2.1
8
2
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+××
×
+=
H
≈ 9 m H
2
O

o Công suất bơm
8.0
8.01000
981.910001094.6
1000
3
=
×
××××
=
×××
=
−
η
ρ
HgQ
N
kW
Trong đó
• Q - năng suất của bơm, m
3
/s
• H - cột áp của bơm, m H
2
O.
•
ρ
- khối lượng riêng của bùn, kg/m
3
.

ρ
=1000 kg/m
3

• g - gia tốc rơi tự do, m/s
2
. Lấy g = 9.81 m
2
/s
•
η
- hiệu suất của bơm. Lấy
η
=0.8 (thường
η
= 0.72 ÷ 0.93)
o Công suất thực của máy bơm
N’ = 1.2 N = 1.2 x 0.8 = 0.96 kW
Vậy chọn bơm có công suất 1 kW.




Trang 47
Chương 4 : Tính Toán – Thiết Kế Hệ Thống Xử Lý Nước Thải
4.5 TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH KEO TỤ – TẠO BÔNG
a. Chức năng
Dùng để dính kết các chất làm bẩn nước ở dạng hòa tan lơ lửng thành các bông
cặn lớn có khả năng lắng tốt trong các bể lắng. Do đó khử được lượng lớn SS tránh
gây khó khăn cho các công trình xử lý sinh học phía sau.

b. Tính toán
Nội dung tính toán gồm 2 phần
- Tính toán hệ thống lưu trữ phèn
- Tính toán bể trộn cơ khí
4.5.1 Tính toán bể hòa tan và bể đònh lượng phèn
Phèn được dự trữ ướt bằng cách đổ vào bể hòa tan. Ở đây phèn được hòa tan
đến nồng độ bão hòa. Theo đònh kỳ bơm dung dòch phèn bão hòa vào bể tiêu thụ,
pha loãng thành dung dòch có nồng độ 5% để đònh lượng vào nước thải.

Tính dung tích kho phèn
 Lưu lượng nước thải Q = 300 m
3
/ngày.
 Liều lượng phèn cần thiết a = 1800 mg/L.
 Thời gian dự trữ phèn là 30 ngày
 Phèn thò trường chứa P = 35%. Al
2
(SO
4
)
3
tính theo sản phẩm không ngậm nước.
 Lượng phèn thò trường cần dùng cho một ngày
1543
351000
1003001800
1000
=
×
××

=
×
×
=
P
Qa
G
kg ≈ 1.6 tấn
 Lượng phèn dự trữ trong một tháng
G = 30 x 1.6 = 48 tấn
 Dùng luôn kho chứa dự trữ phèn ướt làm bể hòa tan phèn đến nồng độ bão hòa.
 Thể tích kho cần thiết
V = 1.5 x 48 = 72 m
3

Trang 48