TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3.1 CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ
Lưu lượng ngày trung bình : Q
ng
tb
= 600 m
3
/ngàyđêm.
Lưu lượng giờ trung bình : Q
h
tb
= 25 m
3
/h.
Lưu lượng giây lớn nhất : q
s
max

= 0,007m
3
/s.
Khu du lịch làm việc 24h/24h nên lưu lượng là:
600
25
24 24
ng
tb
b
Q
Q
= = =
m
3
/h.
Nước thải trước xử lý :
pH : 5,5
SS : 1870 mg/l
BOD
5
: 92 mg/l
COD : 145 mg/l
Nước thải sau xử lý: Đạt tiêu chuẩn QCVN 24-2009, loại B
pH : 5,5 – 9
SS : < 100 mg/l
BOD
5
: < 50 mg/l
COD : < 100 mg/l

3.2. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
3.2.1. Song chắn rác
3.2.1.1. Nhiệm vụ
Song chắn rác có nhiệm vụ tách các loại rác và tạp chất thô có kích thước lớn
trong nước thải trước khi đưa nước thải vào các công trình xử lý phía sau. Việc sử dụng
1
1
1
1
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
song chắn rác trong các công trình xử lý nước thải giúp tránh được các hiện tượng tắc
nghẽn đường ống, mương dẫn và gây hỏng hóc bơm.
3.2.1.2 Tính toán
+ Lưu lượng nước thải vận chuyển qua song chắn rác q
tb
s

= 0,007 (m
3

/s)
+ Chọn các thông số thuỷ lực của mương đặt song chắn rác:
- Lưu lượng q
max
s
= 0,007 m
3
/s.
- Độ dốc i = 0,008.
- Chiều ngang mương dẫn B = 0,3m.
- Vận tốc nước chảy qua song chắn V
max
= 0,75 m/s.
- Độ đầy (chiều cao ngập nước) h
1
= 0,03 m.
+ Số khe hở của song chắn rác :
max
max
0,007
. .1,05 5.833
. . 0,06.0,03.0,75
s
o
khe
q
n k
D hV
= = =
6 khe

Trong đó:
- q
max
s
: Lưu lượng lớn nhất giây q
max
s

= 0,007 m
3
/s
- b : Khoảng cách giữa các khe hở, b =60-100mm,
chọn b = 60mm = 0,06 m .
- h : Chiều sâu lớp nước qua song chắn được lấy bằng chiều sâu lớp nước trong mương
dẫn h
1
= 0,03 m . Chọn h

= 0,03 m
- V
max
: Vận tốc nước chảy qua song chắn V
max
= 0,75 – 1,0 m/s .
Chọn V
max
= 0,75 m/s.
- K
0
: Hệ số tính đến mức độ cản trở dòng chảy do hệ thống cản rác. Chọn K

0
= 1,05.
+ Chiều rộng của song chắn rác
B
s
= S
×
(n –1) + D
khe
×
n
Trong đó:
- S : Chiều dày song chắn, chọn S = 0,008 m.
- n : Số khe hở của song chắn rác n = 6 khe
- D
khe
: Khoảng cách giữa các khe hở :60 mm -100mm, ta chọn = 0,06 m.
2
2
2
2
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm

Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
B
s
= 0,008
×
(6–1) + 0,06
×
6 = 0.4 (m)
Chọn B
s
= 0,4 m.
+ Kiểm tra vận tốc dòng chảy ở phần mở rộng của mương trước song chắn, ứng
với lưu lượng nước thải q = 0,007 m
3
/s. Vận tốc này không được nhỏ hơn 0,4 m/s .
583,0
03,0.4,0
007,0
max
===
xhB
q
V
s
s
kt
(m/s) > 0,4 (m/s)
+ Tổn thất áp lực qua song chắn:

h
s
=
K
g
V
×
×
×
2
2
max
ξ
=
2
0,75
0,143 2
2 9,81
× ×
×
= 0,0082 (mH
2
O).
Trong đ ó :
- V
max
: Tốc độ chuyển động của nước thải trước song chắn ứng với lưu lượng
lớn nhất V
max
= 0,75 m/s.

- K : Hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vướng mắc rác ở song chắn.
K = 2 – 3. Chọn K = 2.
- : Hệ số sức cản cục bộ của song chắn
=
4
3
sin
S
b
β α
 
× ×
 ÷
 
=
0
3
4
60sin
06,0
008,0
42,2 ×






×
= 0,143.

Trong đó:
- : hệ số tổn thất cục bộ qua song chắn rác , phụ thuộc vào hình dạng, tiết diện
của thanh. Chọn tiết diện chữ nhật, khi đó = 2,42 .
- : Góc nghiêng đặt song chắn so với phương ngang = 60
0
.
+ Chiều dài ngăn mở rộng trước song chắn:
1
0,4 0,3
0,137
2 20 2. 20
s
o o
B B
l
xtg tg
−
−
= = =
(m)
Trong đó:
-
φ
: góc mở rộng của buồng đặt song chắn rác. Chọn
φ
=20
o
.
- B : chiều rộng của mương dẫn nước thải vào. Chọn B = 0,3 m.
3

3
3
3
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
+ Chiều dài ngăn đoạn thu hẹp sau song chắn
l
2
= 0,5.l
1
= 0,5.0,137 = 0,069(m)
+ Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác
L = l
1
+ l
2
+ l
s
= 0,137 + 0,069 + 0,3 = 0,509(m)
Chọn L = 0,51m.

Trong đó:
- l
s
: khoảng cách giữa phần thu hẹp và phần mở rộng của dòng chảy ở trước và
sau song chắn, l
s
= 0,3m.
+ Chiều sâu xây dựng mương đặt song chắn rác :
H = h
1
+ h
s
+ h
bv
= 0,03 + 0,0082+ 0,3 = 0,3382 m.
Trong đó :
- h
1
: chiều sâu lớp nước qua song chắn, h
1
= 0,03m
- h
s
: tổn thất áp lực của song chắn , h
s
= 0,0082m
- h
bv
: chiều sâu bảo vệ, chọn h
bv

= 0,3m.
Chọn H = 0,35m.
+ Hàm lượng SS và BOD5,COD của nước thải sau khi qua song chắn rác giảm
5%. Hàm lượng cặn lơ lửng (SS) còn lại:
SS = 1870.(1 – 0,05) = 1777 mg/l
+ Hàm lượng BOD
5
còn lại :
BOD
5
= 92.(1 – 0,05) = 87 mg/l
+ Hàm lượng COD còn lại :
COD =145.(1 – 0,05) = 138 mg/l
4
4
4
4
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
B

s
h
B
k
L
1
L
3
L
2
Hình 3.1. Sơ đồ lắp đặt song chắn rác.
Bảng 3.1. Tóm tắt kết quả tính toán song chắn rác
STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế
1 Số khe hở khe 6
2 Khoảng cách giữa các khe m 0,06
3 Chiều rộng song chắn m 0,4
4 Chiều dài mương đặt song chắn m 0.51
5 Chiều sâu mương đặt song chắn m 0,35
6 Tổn thất áp lực qua song chắn mH
2
O 0,0082
3.2.2. Tính toán ngăn tiếp nhận nước thải (bể gom – hố ga):
3.2.2.1 nhiệm vụ:
Bể gom có nhiệm vụ thu gom nước thải từ các khu vực về chung để đưa vào hệ
thống xử lý.
3.2.2.2 Tính toán :
5
5
5
5

Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Chọn thời gian lưu nước t = 30 phút
Thể tích ngăn
3
25 30
12.5( )
60
V Q t m
×
= × = =
Chọn chiều sâu hữu ích : h
hi
= 3 m
Khỏang cách từ mực nước đến khe dẫn nước vào là 0,1m
Chiều cao bảo vệ là 0,5m
Chiều cao tổng cộng
H = 3+ 0,1 +0,4 = 3,5 m
Kích thước bể : dài x rộng x cao : 2,6 m x 1,1 m x 3,5 m.
Tính máy bơm

Lưu lượng bơm : Q = Q
h
= 25 m
3
/h
Hiệu suất bơm : = 0,72 ÷ 0,93 chọn =0,8
Đường kính ống : d = 114 mm
Áp suất đẩy : 1 atm
Vận tốc nước trong ống : 1 m/s
Chiều dài đường ống : 15 m
Từ định luật Bernulli ta có thể xác định cột áp của bơm :
H = H
1
+ H
2
+ H
3
Với :
; H
1
: cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học
H
1
= Z
1
– Z
2

Trong đó :
Z

1
: chiều cao đẩy = 2,9 m (độ cao bể điều hòa)
6
6
6
6
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Z
2
: chiều cao hút = - 2,9 m (độ sâu ngăn tiếp nhận)
H
1
= 2,9 – (- 2,9 ) = 5,8 m
; H
2
: cột áp để khắc phục chênh lệch cột áp ở hai đầu đọan ống
( )
m
g

pp
H
×
−
=
ρ
12
2
=0.
Trong đó :
p
1
, p
2
: áp suất hai đầu ống (p
1
= p
2
)
ρ : khối lượng riêng của nước thải ( kg/m
3
) , ρ ≈ 1000 kg/m
3
; H
3
: cột áp để khắc phục trở lực trong ống
( )
( )
m
g

vdl
H
×
×+×
=
∑
2
/
2
3
ξλ
Trong đó :
l , d : chiều dài và đường kính ống (m)
λ : hệ số ma sát
Σξ : tổng trở lực cục bộ
Đối với ống làm bằng PVC độ nhám của thành ống ε = 0,15 m
Chế độ chảy của lưu chất được đặc trưng chuẩn số Renol.
3
3
105,142
108,0
1000114,01
Re ×
×
××
=
××
=
−
µ

ρ
dv
11763
15,0
114
66Re
7/8
7/8
=






×=






×=
ε
d
gh
7
7
7
7

Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
383123
15,0
114
220220Re
8/9
8/9
=






×=







×=
ε
d
n
Vì Re
gh
< Re < Re
n
nên có thể xác định hệ số ma sát trong ống theo công thức sau
023,0
105,142
100
114
15,0
46,11,0
Re
100
46,11,0
25,0
3
25,0
=







×
+××=






+××=
d
ε
λ
Xác định tổng trở lực cục bộ: ( Tra trong bảng Sổ tay quá trình và thiết bị Hóa – Thực Phẩm ).
Trở lực của 1 van : ξ = 4,3
Trở lực của 2 co : ξ 1 co = 1,1, vậy 2 co = 2,2.
Trở lực khi vào ống : ξ = 0,5
Vậy tổng trở lực của đường ống Σξ = 7.
H
3
= ( 0,023 x 15/114 + 7) x 1
2
/(2 x 9,81) = 0,36m
Vậy cột áp của bơm:
H = 5,8 + 0,36 = 6,16 m
Công suất bơm
max
25 6,16 1000 9,81
0,53
1000 3600 1000 0,8
Q H g

N kw
ρ
η
× × ×
× × ×
= = =
× × ×
Vậy công suất thực của bơm là N
thực
= 1,34 x 0,53 = 0,71 Hp
Chọn bơm có công suất 0,75 Hp.
Bảng 3.2: Các thông số thiết kế bể gom:
STT Tên thông số Đơn vị Số liệu thiết kế
1 Thể tích m
3
12,5
2 Chiều dài m 2,6
8
8
8
8
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm

Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
3 Chiều rộng m 1,1
4 Chiều cao m 3,5
5 Công suất bơm nước Hp 0,75

3.2.3. Bể điều hòa
3.2.3.1. Nhiệm vụ
Do tính chất nước thải thay đổi theo từng giờ sản xuất và phụ thuộc vào từng loại
nước thải của từng công đoạn. Vì vậy cần thiết xây dựng bể điều hòa để điều hòa về lưu
lượng và tải lượng ô nhiễm nhằm kiểm soát và giảm thiểu sự dao động về tính chất
nước thải, tạo điều kiện tối ưu cho các công trình xử lí phía sau., nồng độ và nhiệt độ,
tạo điều kiện tối ưu cho các quy trình xử lý về sau.
Trong bể có tiến hành sục khí để xáo trộn đều nước thải và tránh sự lắng của các
chất bẩn xảy ra trong bể, cung cấp ôxy vào nước thải nhằm tránh sinh mùi hôi thối tại
đây và làm giảm khoảng 20 -30% hàm lượng COD, BOD có trong nước thải. Việc sử
dụng bể điều hòa trong quá trình xử lý mang lại một số thuận lợi sau:
; Ổn định lưu lượng và nồng độ các chất đi vào công trình xử lý sinh học. Tăng
cường hiệu quả xử lý nước thải của công trình xử lý sinh học phía sau, như giảm thiểu
hoặc loại bỏ hiện tượng gây sốc do tăng tải trọng đột ngột, pha loãng các chất gây ức
chế cho quá trình xử lý sinh học, ổn định pH của nước thải mà không cần tiêu tốn nhiều
hóa chất.
; Giúp cho nước thải cấp vào các bể sinh học được liên tục trong thời gian không
có nước thải đổ về trạm xử lý.
; Nâng cao hiệu quả lắng cặn ở các bể lắng vì duy trì được tải trọng chất rắn vào
các bể lắng là không đổi.
3.2.3.2. Tính toán
Để xác định chính xác 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

trong ngày. Ở đây do chưa có điều kiện để đo về độ biến thiên của nước thải cụ thể
trong ngày theo từng khoảng thời gian, do đó ta chỉ tính thể tích của bể điều hòa một
9
9
9
9
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
cách gần đúng.
Chọn thời gian lưu nước trong bể là: t = HTR = 8h. (theo W.Wesley Eckenfelder,
Industrial Water Pollution control, 1989).
Thể tích bể điều hòa:
V= Q x t = 25 x 8 = 200 (m
3
).
Chọn chiều làm việc cao bể 3m, chiều cao bảo vệ 0,4 m ; vậy chiều cao từ mực nước
đến ống vào = 0,1 m.
Diện tích bể
2
200

66,7( )
3
V
F m
H
= = =
Kích thước bể: L x B x H = 8,7 x 7 x 3,5 m.
Thể tích thực của bể V = 200 m
3
Lưu lượng khí cần cấp cho bể :
Q
k
= V x I = 200 x 0,9 = 180 (m
3
/h)
Với:
I : lượng khí cung cấp : 0,01 – 0,015 (m
3
khí/m
3
bể.phút). Chọn I = 0,015 (m
3
khí/
m
3
bể.phút) hay I= 0,9 (m
3
khí/m
3
bể.h). (Lâm minh triết, XLNT).

Chọn thiết bị phân phối khí dạng đĩa đường kính 170mm, diện tích bề mặt 0,023 m
3
,
lưu
lượng riêng phân phối của đĩa Z= 80-100 l/phút. ( tra theo Cataloue).
Chọn Z=100 l/phút = 6 m
3
/h
Vậy số đĩa phân phối:
180
30
6
Q
N
Z
= = =
đĩa ; chọn đĩa N = 30 đĩa.
Lưu lượng khí cung cấp cho bể là:
10
10
10
10
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3

/ngày đêm
Tính toán thiết kế Hệ thống XLNT bùn Spa – Công xuất 600m
3
/ngày đêm
Q
k
= N . Z = 30 x 6 = 180 (m
3
/h) = Q
k
yêu cầu.
Q
k
=0,05 (m
3
/s)
⇒
lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hòa = 0,05 m
3
/s. Chọn 1 ống chính và 4 ống
nhánh. Vận tốc khí chuyển động trong ống v=10-25 m/s. chọn v=15 m/s.
Đường kính ống chính:
4
4 0.05
0,065( )
15 3,14
k
Q
D m
v

π
×
= = =
×
Chọn ống nhựa PVC
φ
90
Đường kính ống nhánh:
4
4 0.05
0,033( )
4 4 15 3,14
k
Q
D m
v
π
×
= = =
× ×
Chọn ống nhựa PVC
φ
42.
Tính máy bơm
Lưu lượng bơm : Q = Q
h
= 25 m
3
/h
Hiệu suất bơm : = 0,72 ÷ 0,93 chọn =0,8

Đường kính ống : d = 114 mm
Áp suất đẩy : 1 atm
Vận tốc nước trong ống : 1 m/s
Chiều dài đường ống : 4,5 m
Từ định luật Bernulli ta có thể xác định cột áp của bơm :
H = H
1
+ H
2
+ H
3
Với :
; H
1
: cột áp để khắc phục chiều cao dâng hình học
H
1
= Z
1
– Z
2

11
11
11
11