Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

38
GVHD: TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN CHƯƠNG 5TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ


= 3500 mg/l
⇒
COD
ra
= 3500 × (1
−
0,3) = 2450 mg/l
• BOD
vào
= 2000 mg/l
⇒
BOD
ra
= 2000 × (1
−
0,25) = 1500 mg/l
Bảng 5.1 Tính toán kích thước bể tuyển nổi
Thông số
Giá trò
Trong khoảng Đặc trưng
p suất, kN/m
2
170 ÷ 475 270 ÷ 340
Tỉ số khí: rắn 0,03 ÷ 0,05 0,01 ÷ 0,20
Chiều cao lớp nước, m 1 ÷ 3
Tải trọng bề mặt, m
3
/m
3
.ngày 20 ÷ 325

= độ hoà tan của khí, ml/l.
Đồ án mơn học

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

40
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Bảng 5.2 Độ hòa tan của khí phụ thuộc nhiệt độ

t
0
,
o
C 0 10 20 30
s
a
, ml/l 29,2 22,8 18,7 15,7

⇒
t
0
tb
=25
0
C , khi đó s
a
= 17,2 ml/l

3
1200 m/ ngày
Q = = 50 m/h
24 ngày/h

Từ công thức trên suy ra:

( ) ( )
3
a
a
(A/S)QS
0,04 × 50 × 540
Q= = = 21,95 m/h
1,3fP1s1,3 × 0,8 × 41 × 17,2
R
−−

Phần trăm nước tuần hồn:
21,95
× 100% = 43,91 %
50

Tổng lưu lượng nước vào bể: Q
T
= Q + R = 50 m
3
/h + 21,95 m
3
/h = 71,95 m

h
1h
W = Q× t = 50 m/h ×× 2 phút = 1,67 m
phút

Chọn chiều cao cột áp lực H = 2 m. Vậy đường kính cột áp lực:

4V4 × 1,67
D = = = 1,06 m
πHπ × 2

Đồ án mơn học

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

41
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Chọn bể tuyển nổi hình chữ nhật
• Chiều cao phần tuyển nổi: h
n
= 2 m
• Chiều cao phần lắng bùn, h
b
= 0,7 m
• Chiều cao bảo vệ: h
bv
= 0,3 m

+ l
thu
= 12 m + 0,8 m + 0,8 m = 13,6 m
Kiểm tra tỉ số L : W = 12 : 3 = 4 : 1 > 3 : 1
Thể tích vùng tuyển nổi: W = B × L × h
n
= 3  × 12  × 2 m = 72 m
3

Thời gian lưu nước trong bể tuyển nổi:
∈÷
T
V72
t = = = 1h (2060) phut
Q71,95
ù

Hiệu quả xử lý SS qua bể tuyển nổi giảm 90%, hàm lượng SS sau tuyển nổi:

( )
540 mg/l 10,9 = 54 mg/l×−

Hiệu quả xử lý COD qua bể tuyển nổi giảm 40%, hàm lượng COD sau tuyển nổi:

−2450 mg/l × (10.4) = 1470 mg/l

Hiệu quả xử lý BOD
5
qua bể tuyển nổi giảm 30%, hàm lượng BOD
5

Dung tích bùn tươi cần xử lý mỗi ngày:

3
3
ss
v
VV
M
839,2 kg/ngày1 m
Q= =× = 24,51 m/ngày
TSS3,4% × 1,0072 kg/L1000 L

Lượng VS của bùn tươi cần xử lý mỗi ngày:

v(vs)v(SS)
M= M× VS= 839,2 kgSS/ngày × 65% = 545,4 8 kgVS/ngày
V

5.1.1. Tính bề dày thân, nắp, đáy cho bình áp lực
• Chọn vật liệu bình: thép CT3
• Ứng suất kéo:
K
σ

= 380×10
6
N/m
2

• Ứng suất cắt:


Trong đó:

t
D
: đường kính trong của bình áp lực,
t
D
= 0,85 m


φ

h
: hệ số hàn, chọn

φ

h

= 0,95
P: áp suất tính toán trong thiết bò
P= P
k
+ P
n
= P
k
+ ρ g H
lv


[ ] [ ]
62
*
62
c
cc
c
σ
240 × 10 N/m
σ = ησ= η =1 × = 160 × 10 N/m
n2,6




Lấy giá trò nhỏ nhất trong 2 kết quả vừa tính để tính toán
Đồ án mơn học

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

43
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
⇒

Vì
[ ]
62
k
h
3
σ
146.10 N/m
× φ=× 0,95 = 438,2 > 25
P316,5.10 KPa
nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu
số trong công thức tính bề dầy thân
⇒
bề dày thân của bình áp lực:


××
=+=+=


σφ×××



t
62
h
DP
0,85 m1000 mm/m316,5 KPa
SC2,5 mm3,47 mm

62
ha
ta
62
2(SC)
214610 N/m0,95(3,51) mm
P
D(SC)850 mm(3,51) mm
0,81410 N/m814 KPaP316,5 KPa

⇒
bài toán thoả
*Tính bề dày đáy, nắp (elip) của bình áp lực:
=+

σφ−

t
PR
SC
2P

Trong đó:
P- áp suất tính toàn trong thiết bò, N/mm
2[ ]
σ
- ứng suất cho phép khi kéo của vật liệu làm đáy, N/mm

2
t
tt
t
D
RD0,85 m
40,25D h
t
: chiều sâu của phần elip của đáy đo theo mặt trong của đáy
Chọn C = 2,5 mm giống như phần tính bề dày thân
Vì:

σ
×

φ=×=>
×
6
h
3
14610
0,9543825
P
316,510

⇒
323

×
62
ha
ta
62
2(SC)
2 × 14610 N/m× 0,95 × (3,51) mm
P==
R+ (SC)850 mm + (3,51) mm
= 0,81410 N/m= 814 KPa > P = 316,5 KPa

⇒
Bài toán thoả
5.1.2. Tính chân đỡ bình áp lực
Tính khối lượng thiết bò bằng cách tra các thông số trong bảng trong sổ tay quá trình
và thiết bò hoá chất (tập 2)
⇒
h = 1,5 m
Khối lượng thân:
−ρ
22
thânnt
p
m=(DD)h
4

Trong đó:
D
t
: đường kính trong của thân, D

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

45
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN

π

××−

223
bích
m= 2(1,03 m)(0,08 m) × 0,018 m × 7850 kg /m= 234 kg
4

Khối lượng bích của ống dẫn: S
b
=18mm

π

×−

223
bích ong
m= (0,185 m)(0,08 m) × 0,018 m × 7850 kg /m= 3,09 kg
4


= Vρ = 0,68 m
3
× 1000 kg/m
3
= 68 kg
Tải trọng tác dụng lên một chân đở:

max
M
G =g
z

Với z là số lượng chân đỡ
M
max
= m
thân
+ m
đáy
+ m
nắp
+ m
bích
+ m
bich ống
+ m
H2O

= 110,5 kg + 15,6 kg +15,6 kg + 234 kg + 3,09 kg + 68 kg
= 446,8 kg

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

46
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
Đường kính ống dẫn nước thải chính là:
=
ππ××
3
4Q4 × 50 m/h
D = = 0,1086 m = 108,6 mm
v1,5 m/s3600 s/h

Chonï ống uPVC Bình Minh 110.
5.1.4. Tính bơm nước tuần hoàn vào bể tuyển nổi
Lưu lượng tuần hoàn, Q
R
= 21,95 m
3
/h
Chọn vận tốc nước trong ống, v = 1,5 m/s
Đường kính ống là:
=
ππ××
3
R
4Q
4 × 21,95 m/h

b12
PP
H= + h
γ
−
⇒
∑

2
12
λlv
h= ξ+
d2g



∑∑

−
−
ρ×××
===×>
µ
×
33
44
e
3
vd1,5 m/s7510 m1000 kg/m
R12,61010

×


0,25
0,25
4
e
e1000,2100
0,11,460,11,460,0262
dR75
12,610

Trong đó: e là độ nhám tuyệt đối, e = 0,2 mm (tra bảng theo phụ lục 12, quá trình và
thiết bò hoá học tập 10)
Tổng hệ số ma sát cục bộ
ξ=ξ+ξ+ξ+ξ+ξ+ξ=+++×++=
∑
cb123456
0,510,551,10,250,258

Trong đó:
5,0
1
=
ξ
: hệ số trở lực khi vào ống hút
1
2
=
ξ

∑
2
12
2
0,0262 × 6 m(1,5 m/s)
h=8 + = 1,17 m
0,07 m
2 × 9,81 m/s

p lực của bơm:
=
32
b2
32
304,5 × 10 N/m
H + 1,17 m = 32,2 mHO
1000 kg/m × 9,81 m/s

Công suất bơm ly tâm:
b
QHρg
N =
1000η

Trong đó:
Q: năng suất của bơm; Q =
×
3
-33
R

Q
R
= 21,95 m
3
/h
H = 32,2 mH
2
O
Vậy bơm tuần hồn được chọn là bơm chìm hiệu EBARA loại 3(L)M 40-160/4.0 có
lưu lượng 22 m
3
/h, chiều cao cột áp 35,5 mH
2
O, cơng suất 4 kW. Mua 2 bơm để chạy
ln phiên và dự phòng
Bảng 5.3 Catalogue bơm EBARA model 3(L) M 40-160/4.0 5.1.5. Tính máy nén khí
Lưu lượng khí cung cấp:

A
S

= 0,04
A = 0,04 S⇒

Trong đó: S: lượng cặn tách ra trong 1 phút, L/gam
33
aT

3
/h
Công nén đoạn nhiệt của máy nén 2 cấp: 


−



−





2
1
1
k1
kz
P
k
L=ZRT1, J/kg
k-1P

Trong đó:
Z: số cấp nén = 2

N/m
2
P
2
: p suất cuối của quá trình nén:
P
2
= p + P
kq
= 3,045 ×10
5
Pa +10
5
Pa = 404,5 ×10
3
Pa

−
×


×

=×××−=×=


−




N= = 0,06848 kJ/s = 0,06848 kW = 68,48 W
3600 s/h

Công suất thực tế của máy nén đoạn nhiệt:
=
η
LT
TT
dn
N
N

Với
dn
η:

Hiệu suất đoạn nhiệt:
dn
η
∈ (0,8÷0,9)
Đồ án mơn học

Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cao su thiên nhiên 1200 m
3
/ngày

50
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
===

P
1
= 0
P
2
= 304,5 kN/m
2

Δz
= 1,2m
−
⇒
2
3
(304,5 0) kN/m
H = 0,4 m + 0,4 m + 0,5 m + + 1,2 m = 33 ,14 m
9810 N/m

Áp suất cần thiết của máy nén:
P = H = 9810 N/m
3
× 33,14 m = 32,5.10
4
N/m
2
= 3,25 bar
Máy nén khí được chọn theo 2 thơng số:
Q = 1560 m
3
/h

3
/ngày

52
GVHD: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
SVTH: NGUYỄN NGỌC TIẾN
5.2. Bể UASB
5.2.1. Thông số đầu vào
• Lưu lượng trung bình Q = 1200 m
3
/ ngày đêm
• SS = 54 mg/l
• COD
Vào
= 1470 mg/l
• BOD
vào
= 1050 mg/l
Bảng 5.5 Các thông số thiết kế bể UASB
Thông số Giá trò
Tải trọng bề mặt phần lắng (m
3
/m
2
ngày) khi:
+ Xử lý chất hữu cơ hòa tan 72
+ Xử lý nước thải có cặn lơ lửng 24 ÷ 30
+ Đối với bùn dạng bông (chưa tạo hạt) 12
Chiều cao bể, m
+ Nước thải loãng 3 ÷ 5

Tỉ lệ COD
không tan, %
Tải trọng thể tích ở 30
o
C,
kgCOD/m
3
.ngày
Bùn bông
Bùn hạt
(không khử SS)
Bùn hạt
(khử SS)
≤ 2000
10 ÷ 30 2 ÷ 4 8 ÷ 12 2 ÷ 4
30 ÷ 60 2 ÷ 4 8 ÷ 14 2 ÷ 4
2000 ÷ 6000
10 ÷ 30 3 ÷ 5 12 ÷ 28 3 ÷ 5
30 ÷ 60 4 ÷ 8 12 ÷ 24 2 ÷ 6
60 ÷ 100 4 ÷ 8 2 ÷ 6
6000 ÷ 9000
10 ÷ 30 4 ÷ 6 15 ÷ 20 4 ÷ 6
30 ÷ 60 5 ÷ 7 15 ÷ 24 3 ÷ 7
60 ÷ 100 6 ÷ 8 3 ÷ 8
9000 ÷ 1800 10 ÷ 30 5 ÷ 8 15 ÷ 24 4 ÷ 6
(Nguồn: Xử lí nước thải đô thò và công nghiệp - Tính toán thiết kế công trình của
thầy Lâm Minh Triết( chủ biên), Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, Viện
Môi Trường và Tài nguyên, 2010)

Thực nghiệm trên mô hình pilot rút ra được kết quả sau:

• Y = 0,04 gVSS/gCOD, k
d
= 0,025 ngày
-1
, 

= 90 ngày.
(Nguồn: Xử lí nước thải đô thò và công nghiệp - Tính toán thiết kế công trình của
thầy Lâm Minh Triết( chủ biên), Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân, Viện
Môi Trường và Tài nguyên, 2010)

Diện tích bề mặt phần lắng:

3
2
32
A
Q1200 m/ngày
A== = 100 m
L12 m/m.ngày

Thể tích ngăn phản ứng bể UASB:

33
3
0
r
3
COD
Q × C

p
+ h
bv
= 3,528m + 1,5m + 0,3m = 5,328 m

Thời gian lưu nước trong bể UASB:

2
p
lv
3
A(H + h)
AH
V100 m × (3,528 m + 1,5 m)
HRT ==== = 0,419 ngày = 10,06 h
QQQ1200 m/ngày

Trong đó: H
lv
= H + h
p
: chiều cao làm việc

Giả sử mỗi đơn nguyên gồm hai phễu thu khí. Mỗi phễu có chiều cao 1,5m. Đáy
phễu thu khí có chiều dài bằng cạnh đơn nguyên: l = W = 5m và chiều rộng w = 2 m
Vậy phần diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí là:
( )
2
p
kh