Tính toán bể lắng ngang

Tính toán bể lắng ngang đợt I
Để loại bỏ các tạp chất thô, trong thực tế người ta thường dùng phương pháp
lắng, các chất chìm sẽ lắng xuống đáy bể, còn các tạp chất nổi sẽ tập trung lại bằng
thiết bị gạt cặn và được dẫn đến các giếng tập trung đặt bên ngoài bể.Bể lắng
ngang được dùng để giữ lại các tạp chất thô không tan trong nước.
Việc tính toán bể lắng ngang đợt I được tiến hành theo chỉ dẫn điều 8.5.4
TCXDVN 7957-2008
- Chiều dài bể lắng ngang được tính:

L=

v.H
K.U 0

Trong đó:
+ v : Tốc độ dòng chảy trong vùng lắng - theo quy phạm v = 5 ÷10 (mm/s).
Chọn v = 6 (mm/s).
+ H : Chiều cao công tác của bể lắng chọn H = 3,0m.(nằm trong khoảng
1,5 – 3m)
+ K : Hệ số phụ thuộc vào loại bể lắng, đối với bể lắng ngang K = 0,5.
+ U0 : Độ thô thuỷ lực của hạt cặn, được xác dịnh theo công thức:
1000.K .H

U0 =

 K .H 
α .t.

 h 

n

−ω

Trong đó:
+ n : Hệ số phụ thuộc vào tính chất của chất lơ lửng, đối với nước thải sinh
hoạt, n = 0,25.
+ α : Hệ số tính đến ảnh hưởng nhiệt độ của nước thải.
Theo bảng 31 TCXDVN 7957-2008, với nhiệt độ nước thải là t = 20 0C, ta
có α = 1.
1

1


+ t : Thời gian lắng của nước thải trong bình hình trụ t = 770s
( Theo bảng 33 TCXDVN 7957-2008 với n= 0,25, hiệu suất lắng E = 50%

Trị số

 K .H 


 h 

n

tra theo bảng 34 TCXDVN 7957-2008.

Với H = 3,0m, ta có

 K .H 


 h 

n

= 1,32.

+ ω : Vận tốc cản của dòng chảy theo thành phần đứng. Tra theo bảng 32
TCXDVN7957-2008 với v = 6 (mm/s) ⇒ ω = 0,01 (mm/s)
⇒

Uo = (mm/s).

Vậy chiều dài bể là:
≈

L = 25 (m). Chọn L = 25m
-Thời gian nước lưu lại trong bể:
t = (giờ) (Đảm bảo thời gian lắng)
- Diện tích tiết diện ướt của bể lắng ngang:
ω

≈

136 (m2).

- Chiều ngang tổng cộng của bể lắng ngang:
B

≈

48 (m).

Trong đó:
H = 3m : Chiều cao công tác của bể lắng.
Chọn số ngăn của bể lắng n = 6. Khi đó chiều rộng mỗi ngăn:
b = 8 (m).
Chọn chiều rộng của mỗi ngăn là 8 m.
- Kiểm tra thời gian lắng thực tế ứng với kích thước đã chọn
2

2


≈

ttt

1,23 (giờ).

Trong đó: W - Thể tích bể ứng với kích thước đã chọn (m3).
Qhmax - Lưu lượng giờ lớn nhất; Qhmax = 2931,62 (m3/h).
- Kiểm tra vận tốc thực tế ứng với kích thước đã chọn:
Vtt 5,9 (m/s)
Vậy vận tốc chọn v

≈

6 (mm/s) và vận tốc thực tế là bằng nhau nên các thông số

kích thước của bể lắng ngang đợt 1 đã chọn là hợp lý.
- Hàm lượng chất lơ lửng theo nước trôi ra khỏi bể lắng đợt I là:
C1

≈

76,4 (mg/l) < 150mg/l (đạt yêu cầu )

Trong đó:
C: Hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải khi vào bể lắng I:
C= 0,8.0,9. = 0,8212,12 = 153 (mg/l)
E1 : hiệu suất của bể lắng ngang đợt 1; E1 = 50%
Hàm lượng BOD còn lại trong nước thải sau bể lắng đợt 1 xác định theo công
thức: Sau khi nước thải qua làm thoáng sơ bộ và bể lắng ngang đợt I , BOD 5 giảm
15%, vậy BOD5 của nước thải là:
L’HH = LHH 0.85 = 363,64 x 0,85 = 309 (mg/l).
+ LHH : Hàm lượng BOD trong hỗn hợp nước thải.
Vậy L’HH= 363,64(mg/l).
b. Dung tích cặn lắng:
Công thức:
Wc =

Q tb h .CHH .E.T
( 100 − p ) .γ

Trong đó:
3

3

(m3/ngđ).


+) CHH : Là hàm lượng chất lơ lửng trong hỗn hợp nước thải ban đầu C HH =
153 (mg/l).
+) E : Là hiệu suất lắng của bể lắng đợt I: E = 50%.
+) p - Độ ẩm của cặn, do xả cặn bằng tự chảy nên ta lấy p = 95% ( Theo
8.5.5 TCXDVN 7957-2008).
+) T : Là chu kỳ xả cặn, T = 8h (Theo 8.5.10 TCXDVN 6957-2008)
+) Qhtb - Lưu lượng nước thải giờ trung bình; Qhtb= 1958,33 (m3/h)
+) pc : Là trọng lượng thể tích của cặn: pc = 1 (T/m3) = 106 (g/m3).
Vậy:
WC = 23,97 ( m 3) = 24 m3
3.5 Bể aerotank đẩy.
Do công suất của trạm lớn nên sẽ chọn aerotank đẩy và thời gian thổi khí sẽ dài
hơn.
BOD5 > 150 cần tái sinh bùn.
a.
-

Xác định thời gian làm việc của các ngăn aerotank
Thời gian oxy hóa các chất hữu cơ t 0 (h) xác định theo biểu thức 61- TCVN
7957-2008
t0 =
trong đó:
+ ar: liều lượng bùn hoạt tính trong ngăn tái sinh,g/l, xác định như sau

= 7,03

Tỉ lệ tuần hoàn bùn R xác định theo công thức 61 - TCVN 7957-2008

4

4


Trong đó:
+ I: chỉ số bùn, thông thường từ 100- 200 ml/g. Chọn bằng 100ml/g
+ a: liều lượng bùn hoạt tính theo chất khô (g/l), với aerotank thổi khí kéo dài a từ
3- 5g/l, chọn a bằng 4 g/l
Tốc độ oxy hóa riêng các chất hữu cơ (mg BOD 5/g chất khô không tro
của bùn trong 1h) ,lấy bằng 6 với aerotank thổi khí
Thời gian oxy hoá chất bẩn xác định theo công thức
t0

= 12,78 (h)

Trong đó:
Tr - độ tro của bùn hoạt tính, Tr = 0,35 theo mục 8.17.1 TCXDVN 7957-2008
-

Thời gian cấp khí trong aerotank:

-

Thời gian tái sinh bùn
Thời gian tái sinh bùn là thời gian bùn lưu lại trong ngăn tái sinh, được xác
định bằng công thức:
tts = t0 - ta = 12,78 – 1,17 = 11,61 (h)

-

b.

-

5

Thời gian thổi khí trong bể aerotank oxy hóa hoàn toàn t theo công thức 78TCVN 7957 :2008 :
t
trong đó:
+ : tốc độ oxy hóa trung bình lấy bằng 6mg/g.h
+ Tr : độ tro của bùn lấy bằng 0,35
Thể tích aerotank:
Chọn số bể aerotank là 6 bể.
Thông số 1 bể :
Thể tích ngăn aerotank:
Wa= ta(1+R)Qtt = 1,17.( 1+ 0,66).2931,62= 5694(m3)
5


-

Thể tích của ngăn tái sinh:
Wts= ttsRQtt =11,61. 0,66.2931,62=22464(m3)
Tổng thể tích aerotank:
W=Wa +Wts= 5694+ 22464= 28158 (m3)
Trong đó:
Qtt - Lưu lượng tính toán (m3/h); do hệ số không điều hoà chung của nước

thải chảy vào bể Kch > 1,25 (Theo 8.16.4 TCXDVN 7957-2008) nên ta
phải lấy lưu lượng tối đa giờ của nước thải chảy vào bể trong khoảng
thời gian lưu lượng lớn nhất để tính toán.
Vậy Qtt =2931,62(m3/h).

c.

Xác định kích thước bể Aerotank:
Số hành lang trong bể aerotank phụ thuộc vào tỉ lệ:
Wts
=
W



.100% = 79,8%

Theo 8.16.8 TCXDVN 7957-2008 chọn bể Aerotank với số hành lang trong
một đơn nguyên là 4hành lang: 3 hành lang làm nhiệm vụ oxy hoá các chất
bẩn còn 1 hành lang làm nhiệm vụ tái sinh bùn.

Kích thước bể aerotank theo mục 8.16.8 – TCXDVN 7957:2008 như sau:
- Chiều cao công tác: H = 3÷ 6 m. Chọn H =5m
- Chiều rộng hành lang: b = H = 5 m.
- Chều dài hành lang L > 10H
- Diện tích mặt bằng của 1 bể là:
F = = 5632 (m2)

6

6


- Chiều dài tổng cộng của các hành lang là:
l = =1126 (m).
- Chiều dài xây dựng của một hành lang:
L

≈

281 (m).

n: Số hành lang trong mỗi đơn nguyên, n = 4
- Chiều cao của bể : Hbể = Hct + Hbv = 5 + 0,5 = 5,5 (m)
Vậy kích thước mỗi hành lang của bể aerotank là: b × H × L =5 × 5,5 × 281 (m)
d.

Tính toán cấp khí cho aerotank thổi khí

Chọn hình thức cấp khí từ dưới lên qua đĩa phân phối.
Lưu lượng khí đơn vị:
D= (m3/m3)
Trong đó :
z-Lưu lượng ô xy tính bằng mg để xử lí 1mg BOD5. Lấy z=1,1 do xử lí sinh học
hoàn toàn.
k1 – Hệ số kể đến thiết bị nạp khí. Lấy theo bảng 47 TCVN 7957/2008. Lấy
K1= 2,13, J= 75m3/m2. h ứng với tỉ lệ : f/F=0,75
k2 – Hệ số kể đến độ sâu đặt thiết bị phân phối khí. Lấy theo bảng 48 TCVN
7957/2008. Lấy K2= 2,08, J= 4m3/m2.h ứng với h=3m
n1-Hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ của nước thải.

n1=1+0.02( Ttb – 20 )
Ttb ; Nhiệt độ nước thải trung bình vào mùa he : Ttb=260C. Thay vào công thức
n1=1,12.
7

7


n1-Hệ số xét tới quan hệ của tốc độ hòa tan của ôxi vào hỗn hợp nước thải và
bùn với tốc độ hòa tan của oxi vào nước sạch. Đối với nước thải sinh hoạt có chứa
chất hoạt động bề mặt . Lấy theo bảng 49 TCVN 7957/2008 . n2=0,88.
Cp- Độ tan của oxi không khí trong nước. Tính theo công thức 76 TCVN
7957/2008.
Cp =
TRong đó CT là Độ hòa tan của oxi không khí vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ
và áp suất. Lấy theo bảng trang 317 sách Xử lí nước thải đô thị Trần Đức Hạ . Với
t=200C , CT= 8,68
Thay vào công thức ta có :
Cp = = = = 10,36(mg/l)
C-Nồng độ trung bình của oxi trong aerotank. C= 2mg/l
D==6,9 (m3KK/m2.h)



Lưu lượng nước thải : 2931,62 m3/h
Lượng oxy cần thiết cho 1 giờ : Qo = Qh . D = 2931,62 . 6,9 =20228 ( m3/h)
Lượng khí cần cấp trong 1h : Qk = = 69752 (m3.kk/h)

Giả sử chuyển hóa oxy vào nước đạt 10% :


Wk = =697520( m3/h)

Chọn hệ thống phân phối khí dạng đĩa ( đĩa CDF – 250) tra bảng P4.3. lưu
lượng khí qua mỗi đĩa từ 6-8 m3/h . chọn lưu lượng là 8 m3/h
Áp lực cần thiết cho hệ thống :
Hk = hd +hc + hf +H
Ta có số đĩa bằng : Nđĩa = với kích thước mỗi đĩa 250mm
8

1 bể có 4 hành lang , số đĩa trên 1 hành lang : 87190 : 4 = 21600 đĩa.
Số đĩa sắp được theo chiều dài ngăn : 400 đĩa
Số đĩa sắp được theo chiều rộng ngăn : 54 đĩa
8


3.6 Bể lắng ngang đợt II
-

Hỗn hợp nước thải sau khi ra khỏi bể Aerotank làm sạch hoàn toàn sẽ được
dẫn sang bể lắng ngang đợt II. Bùn hoạt tính sẽ được lắng và loại bỏ chủ

-

yếu tại đây.
Đối với bể lắng đợt II, ta tính toán kích thước bể theo phương pháp tải trọng
thuỷ lực bề mặt.
- Tải trọng thủy lực qo được tính theo mục 8.5.7 TCXDVN 7957-2008
- Tải trọng thủy lực bề mặt được tính theo công thức:
q=

4,5 × K S × H 0,8

( 0,1× I × a )

0 , 5 − 0 , 01 aT

(m3/m2.h)

Trong đó:
Ks - Hệ số sử dụng dung tích bể Ks = 0,4 (đối với bể lắng ngang).
at - Nồng độ bùn hoạt tính sau khi ra khỏi bể lắng, at = 30 mg/l.
aa - Nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aerôten, aa = 5 g/l.
Ia - Chỉ số bùn Mohlman, lấy I = 100 cm3/g.
H - Chiều cao lớp nước trong bể lắng H =3m.

q= = 2
- Diện tích mặt thoáng của bể lắng:
(m2)
- Diện tích mặt cắt ướt của bể:
(m2)
Chọn vận tốc nước chảy trong bể v =5 mm/s = 0,005 m/s ( theo 8.5.8

-

9

TCXDVN 7957-2008).
- Chiều rộng bể:
B=

Chọn số đơn nguyên n = 5.
Chiều rộng một đơn nguyên:
b=
- Chiều dài bể lắng ngang đợt II là:
L=
- Thời gian nước lưu lại trong bể lắng ngang đợt II là:
9


t=
không đảm bảo thời gian lắng của bể lắng ngang đợt II sau aeroten làm
sạch hoàn toàn (t lớn hơn 2h)
Chọn t = 2h.
3600 2 = 36 m.

-

Lấy L= v.t = 0,005
lấy b= 28 m . Chọn 4 đơn nguyên .
B=
Vậy bể lắng ngang đợt II có kích thước mỗi đơn nguyên là:
L x b x H = 36m x 7m x3m
- Thể tích vùng chứa nén cặn:
Wc= (m3)
Trong đó:
B: Lượng bùn hoạt tính dư g/m3; Là lượng bùn hoạt tính dư trước khi lắng,
phụ thuộc vào hàm lượng các chất lơ lửng và hữu cơ có trong nước thải,

-

hiệu suất của bể lắng đợt I: B = 78,24 (mg/l) = 78,24 (g/m3)
b: Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng II. Theo bảng 36
TCXDVN 7957-2008 với Lt = 15 mg/l, thời gian lắng t= 2 h, ta có b = 12

-

(mg/l) = 12 (g/m3)
Q: lưu lượng nước thải trung bình trong 1 giờ= 1000 (m3/h).
t: thời gian giữa hai lần xả cặn, t = 2 (h)(mục 8.5.10 TCXDVN 7957-2008)
p: độ ẩm của cặn, p = 99%.
n: số đơn nguyên, n=4

-

Wc =

-

Chiều cao hố thu cặn:

≈

3,3 (m3)

1

h1=
10

Wc

F1 + F2 + B × b

m

Trong đó:
F1 - Diện tích đáy hố thu cặn, F1=0,5×0,5=0,25 m2.
10


-

F2 - Diện tích miệng hố thu cặn, F2=3,5×3,5=12,25 m2.
h1 =

-

≈

0,23m

- Bể lắng được xây dựng có độ dốc 0,01 về phía hố thu cặn, chiều cao từ
mép trên hố thu cặn đến lớp nước trung hoà là:

-

h2 = (L - B) × 0,01 = (36 – 7) × 0,01 = 0,29 (m)

-

- Chiều cao xây dựng bể:

-

HXD = hbv + hct + hth + h1+ h2 (m)

-

Trong đó:

-

hbv - Chiều cao bảo vệ hbv = 0,5 (m).

3.7

hct

- Chiều cao công tác của bể hct = H = 3,0 m.

hth - Chiều cao lớp nước trung hoà của bể hth = 0,3 m.
≈

HXD = 0,5 + 3,0 + 0,3 + 0,23 + 0,29 4,32 m. Chọn HXD = 4,5m
Tính toán biofin cao tải:
Nước thải sau khi lắng ở bể lắng đứng đợt 1 được dẫn vào bể lọc sinh học cao

tải bằng máy bơm. Theo 8.13.1- TCVN 7957: 2008,bể lọc sinh học cao tải thường
áp dụng cho những trạm có công suất tới 30000 m 3/ngđ. Đối với trạm xử lý nước
thải đang xét có công suất 47000 m3/ngđ.
Tính toán thiết kế bể lọc sinh học cao tải dựa vào các thông số tính toán

trong 8.15 TCVN 7957:2008.
3.13.1 Tính toán kích thước bể
Ta chọn lượng BOD5 đầu ra của bể lọc sinh học cao tải (L t) là 50 mg/l (Lấy theo
QCVN 14:2008 BTNMT – loại B)
Vì lượng BOD5 sau bể lắng cát giảm 5% và sau bể lắng 1 giảm 25 % nên
BOD đầu vào bể là
La = 261,275 . 0,95 . 0,75 = 186,16 mg/l < 250 mg/l
11

11


 Không cần phải tuần hoàn nước thải

-

Hệ số hoạt động của bể: (CT 56, mục 8.15.3, TCVN 7957:2008)
K = = = 3,72
Dựa vào trị số K = 3,72 tra bảng 44, mục 8.15.3 ,TCVN 7957:2008 với
nhiệt độ trung bình của nước thải về mùa đông T = 200C ta có:
3
2
• Tải trọng thủy lực q = 30 (m /m /ngày )
3
3
• Lượng không khí cấp B = 8 (m /m nước thải)
• Chiều cao lớp vật liệu lọc H = 2,2 (m)
Chọn 2 bể biofin cao tải.

-

Diện tích 1 bể sinh học:

-

Q
F =

-

max

q×2

= = 783,33 (m2)

Đường kính mỗi bể:
D = = = 31,59 (m)

-

Chiều cao bể lọc:
Hbể = Hvl + Hbv + 0,5 + 0,2 + 0,1
Trong đó:
• Hvl :chiều cao lớp vật liệu lọc 2,2 (m)
• Hbv : chiều cao bảo vệ, Hbv = 0,5 m
• 0,5 là chiều cao hầm thu nước
• 0,2 là chiều cao dầm đỡ sàn thu nước
• 0,1 khoảng cách sàn thu nước tới dầm đỡ sàn thu nước.

 Hbể = 2,2 + 0,5 + 0,5 + 0,2 + 0,1 = 3,5 (m)
-

Thể tích 1 bể:
Wbể = F.Hbể = 783,33 . 3,6 = 2819,99 m3
Chọn vật liệu là đá dăm, cuội sỏi, gạch vỡ đường kính 40 – 70 mm

3.13.2. Tính toán hệ thống tưới:
- Lưu lượng tính toán cho mỗi bể:
Qbể = = = 0,272 (m3/s)= 272 (l/s)
Trong đó:
• : lưu lượng m3/s
12

12


•

n: số bể biofilm cao tải = 2 bể

-

Đường kính của hệ thống tưới
Dt = Db – 0,2 = 31,59 – 0,2 = 31,39 (m)

-

Chọn 6 ống phân phối trong hệ thống tưới phản lực, đường kính ống
phân phối được tính theo công thức :

4×Q

Do =

b

n1 × π × v

Trong đó :
• n1 : số ống phân phối trong hệ thống tưới n= 6
• v : tốc độ nước thải trong ống v = 0,8 m/s (< 1 m/s)
• Qb : lưu lượng tính toán = 0,544 m3/s

-

-

-

→ Dống = = 0,339 (m)
Chọn Do = 339 mm = 0,339 m khi đó vận tốc nước thực tế đầu ống là :
v = = = 0,75 (m/s) < 1 m/s => Đường kính thích hợp
Số lỗ trên mỗi ống tưới được tính theo công thức :
m = = 196,43 lỗ

Khoảng cách từ mỗi lỗ đến tâm trục giữa của hệ thống tưới:
ri =

Dt
2

i
m

(i: số thứ tự của lỗ kể từ trục cánh tưới)
-

Với lỗ 1 từ trục cánh tưới:ri = = 1119,82 (mm)
Số vòng quay của hệ thống trong 1 phút:
34,8 ×106
2

n=

m× d 1 × Dt

×q

1

Trong đó:
• q1 : lưu lượng của mỗi ống tưới, q1 = 0,296 m3/s
• m:số lỗ, m = 196 lỗ
• d1: đường kính lỗ trên ống tưới, (10-15 mm), chọn 10 mm.
• Dt = 31390 mm.
13

13

 n = .29,6 = 1,67 (vòng/phút) ≈ 16 vòng /phút
Áp lực cần thiết cho hệ thống tưới: (6.22)

-

 256.106 81.106 294.Dt 
h = q12 .  4 2 −
+ 2 3÷
D4
K .10 
 dl .m

Trong đó
• K: modun lưu lượng, theo bảng 6.7 / Tr. 194 giáo trình XLNTĐTTrần Đức Hạ ta có K = 86,5 (l/s)
• d1 : Đường kính lỗ ống tưới
• D: Đường kính ống tưới.
→ h = 29,62 ( ) =102,9 (m)
Lượng khí cấp cho 1 ngày đêm là:
Qk = Q. B. Kdt
Trong đó
3
• Q: lưu lượng nước thải Q = 47000 m / ngđ
3
3
• B: lượng không khí cấp B = 8 m /m nước thải
• Kdt : hệ số dự trữ Kdt = 2,5 (2÷3)
=> Qk = 47000. 8. 2,5 = 940000 m3/ ngđ
- Chọn bơm nước thải
Qbơm = 68 l/s
Hbơm = h + hvl + 0,2 = 0,61 + 2,2 + 0,2 = 3,01 m

Do h = 0,39 m < 0,5 m nên chọn h = 0,61 m
Chọn theo sổ tay máy bơm của Th.s Lê Dung ta chọn máy bơm ly tâm
KRT E 150 – 315/46U Có các thông số sau:
- Số vòng quay : η = 960 vòng/ phút.
- Công suất P = 4,8 KW
.Bể lắng ly tâm
-

Thời gian lắng trong bể ly tâm là 1,5h
- Thể tích tổng cộng
W=
Chọn 8 bể công tác trong đó có 1 bể dự phòng
W1=10575
- Diện tích 1 bể lắng ly tâm
F=
14

14


- Đường kính bể lắng ly tâm
D=
-

Chiều cao của bể
=5+0,5=5,5(m)

Tốc độ lắng của hạt cặn

-

Dung tích ngăn chưa bùn

Trong đó: T là chu kỳ xả cặn là 8h=1/3 ngày
p: độ ẩm của cặn lắng
- Hàm lượng chất lơ lửng sau xử lý là:

15

15