1. Đồ án môn học và chuyên ngành GVHD:TS. Vũ Văn Mạnh
MỤC LỤC
Trang
Mở đầu ........................................................................................................ 2
Chương I : Công nghệ sản xuất bia và lựa chọn phương án
thiết kế hệ thống xử lý nước thải ................................. 3
I.1 : Công nghệ sản xuất bia ........................................................ 3
1 : Giới thiệu sơ lược .................................................................. 3
2 : Nguyên liệu cho sản xuất bia ................................................. 3
3 : Quy trình công nghệ sản xuất bia........................................... 5
4 : Các dạng chất thải trong sản xuất bia..................................... 7
I.2 : Đặc trưng của nước thải ở các nhà máy bia ....................... 7
1 : Các nguồn phát sinh và đặc tính của nước thải ...................... 7
2 : Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường ............................... 9
3 : Các giải pháp giảm thiểu lượng và tải lượng nước thải.......... 9
I.3 : Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải ... 10
1 : Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý ...................................... 10
2 : Thuyết minh công nghệ xử lý ................................................ 12
Chương II : Thiết kế hệ thống xử lý nước thải bia ........................ 13
II.1 : Tính toán thiết kế các phương pháp xử lý nước thải ........ 13
1 : Song chắn rác ........................................................................ 13
2 : Hố thu nước thải.................................................................... 15
3 : Bể điều hoà lưu lượng ........................................................... 16
4 : Bể Aeroten ............................................................................ 16
5 : Bể lắng thứ cấp ..................................................................... 24
6 : Ngăn chứa bùn ...................................................................... 27
7 : Bể nén bùn ............................................................................ 28
II.2 : Thiết kế cao trình hệ thống xử lý nước thải và tính toán
thuỷ lực................................................................................ 32
1 : Bơm nước thải....................................................................... 32
2 : Bơm bùn tuần hoàn ............................................................... 35
3 : Đường ống dẫn khí................................................................ 37
4 : Máy nén khí .......................................................................... 38
Chương III : Phân tích chi phí và lợi ích ..................................... 40
I : Chi phí xây dựng ................................................................... 40
II : Chi phí vận hành.................................................................... 41
Kết luận ........................................................................................................ 42
Tài liệu tham khảo ............................................................................................ 43
Các bản vẽ
SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn 1
2. MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây công nghiệp thế giới phát triển với tốc độ rất
cao. Cùng với sự phát triển chung của nền công nghiệp thì ngành công nghiệp
bia cũng phát triển mạnh mẽ.
Ở Việt Nam, với dân số hơn 80 triệu người, với mức độ tiêu thụ bia trung
bình của một người vào khoảng 18l/ năm (2006) thì đây là một thị trường đầy
triển vọng phát triển. Nhà nước đã coi ngành bia là một trong những
ngành công nghiệp trọng điểm trong định hướng phát triển đến năm 2010, mang
lại lợi
ích kinh tế vô cùng to lớn, góp phần tăng trưởng cho nền kinh tế nước nhà. Với
tốc độ tăng trưởng nhanh khoảng 15% / năm, dự đoán vào 2010 nhu cầu về bia
ở nước ta sẽ vào khoảng 2,5- 2,7 tỷ lit. Trong năm 2006 vừa qua mức tiêu thụ
đạt khoảng 1,7 tỷ lit nhưng không phải như vậy là tất cả các doanh nghiệp đều
có phần. Theo số liệu của Bộ Công Nghiệp, cả nước hiện có > 300 cơ sở sản
xuất bia với công suất thiết kế 1,7 tỷ lit/ năm. trong số các nhà máy bia hiện
đang hoạt động có 19 nhà máy đạt sản lượng sản xuất thực tế hơn 20 triệu lit,
15 nhà máy bia có công suất > 15 triệu lit, còn lại phần lớn các cơ sở chỉ có
năng lực sản xuất dưới 1 triệu lit/ năm.
Bên cạnh những thành tựu về kinh tế -xã hội do phát triển công nghiệp là
những vấn đề về ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, trong đó nước
thải của ngành bia cũng đã gây ra những tác động xấu đến môi trường. Mặc dù
đã có một số luật quy định về việc bảo vệ môi trường nhưng hầu hết các cơ sở
sản xuất bia của nước ta hiện nay đặc biệt là các nhà máy bia địa phương có
công nghệ sản xuất lạc hậu, thiết bị cũ kỹ gây nên tổn thất nguyên nhiên liệu
làm giảm sản lượng và gây ô nhiễm môi trường trầm trọng mà nguồn
gây ô nhiễm chính ở đây là nước thải. Thế nhưng hiện nay vẫn còn nhiều nhà
máy bia chưa có hệ thống xử lý nước thải. Chính vì vậy việc tìm ra các biện
pháp thích hợp để xử lý nước thải bia và sớm áp dụng chúng vào các nhà máy
bia ở nước
ta hiện nay là rất cần thiết, đáng được quan tâm đặc biệt là đối với các nhà môi
trường.
Đồ án gồm những nội dung chính sau:
Phần I : Công nghệ sản xuất bia
Phần II : Đặc trưng của nước thải ở các nhà máy bia
Phần III: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải bia
3. Chương I : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA VÀ LỰA
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
XỬ LÝ NƯỚC THẢI
I.1 Công nghệ sản xuất bia:
1. Giới thiệu sơ lược:
Ngành công nghiệp bia ở Việt Nam đã có từ rất lâu. Trong vài năm gần
đây, nhu cầu về bia ở nước ta rất lớn dẫn đến việc hình thành hàng loạt
các doanh nghiệp, cơ sở sản xuất bia với 2 dạng công nghệ và thiết bị chủ yếu
trong quá trình sản xuất: Công nghệ và thiết bị hiện đại ( nhập từ nước ngoài)
trong
đó quá trình lên men chính và lên men phụ được thực hiện trong cùng một tank
lên men ; Công nghệ và thiết bị sản xuất cổ điển sử dụng hệ thống nhà lạnh và
thiết bị lên men chính ,phụ riêng biệt.
2. Nguyên liệu cho sản xuất bia:
♦ Nguyên liệu chính:
Bia được sản xuất từ các nguyên liệu chính gồm : Malt (đại mạch nảy mầm),
gạo tẻ, hoa houblon, nước, nấm men. Hiện nay, nguyên liệu chính để sản xuất
bia là malt đại mạch và hoa houblon đều phải nhập ngoại (60% -70%). Từ
nhiều năm nay, Việt Nam đã trồng thử nghiệm đại mạch và hoa houblon ở một
số vùng nhưng năng suất thu hoạch còn thấp, chất lượng đều chưa đạt yêu cầu.
Để dần có thể tiến tới việc hạn chế nhập khẩu, nước ta đang tiếp tục các công
trình trồng thử hai loại cây trên.
• Malt ( đại mạch nảy mầm ):
Hạt đại mạch chứa 4-5% độ ẩm, 76% độ hoà tan.
Thành phần hoá học chủ yếu là:
− Tinh bột : 45 – 60%
− Protit : 6 – 20%
− Xenlulo : 7 – 8%
− Chất béo : 2 – 3%
− Sacaroza : 1,5 – 2%
− Khoáng
• Gạo tẻ:
Ở Việt Nam, gạo tẻ thường được sử dụng làm thế liệu kèm theo malt để
hạ giá thành sản phẩm ( bia ngắn ngày), sử dụng khoảng 30%.Gồm:
− Tinh bột : 75%
4. − Protein : 8%
− Khoáng : 1 – 1,2%
− Xơ : 0,5 – 0,8%
• Hoa houblon: là loại hoa tạo hưong vị và một số tính chất đặc trưng cho
bia, có mùi thơm, vị đắng dễ chịu. Nhờ đó mà bia có hương vị thơm ngon, bọt
lâu tan và bền khi thời gian bảo quản kéo dài. Thành phần:
− Protit : 1 – 2%
− Nhựa đắng: 16 – 26%
− Tinh dầu : 0,5 – 1,5%
− Tanin : 2 – 5%
− Xenlulo : 12 – 16%
• Nước:
3
− Yêu cầu lớn: 10 – 15 m nước/ 1000l bia
− Nước để tạo sản phẩm : yêu cầu chất lượng cao
− Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng, làm lạnh : yêu cầu chất lượng thấp
− 60 – 70% đi vào sản phẩm, còn lại là nước thải
• Nấm men:
Nấm men đóng vai trò quyết định trong sản xuất bia vì quá trình trao đổi
chất của tế bào nấm men bia chính là quá trình chuyển hoá nguyên liệu thành
sản phẩm, quá trình chuyển hoá này lại gắn liền với sự tham gia của hệ enzim
trong tế bào nấm men, do đó việc nuôi cấy nấm men để thu được một hệ enzim
có hoạt lực cao là một khâu kỹ thuật hết sức quan trọng.
Hai chủng nấm men thường dùng trong sản xuất bia là nấm men nổi
Saccharomyces cerevisiae và nấm men chìm Saccharomyces carlsbergensis.
Sử dụng nấm men nổi đòi hỏi phải kèm theo những biện pháp lọc cẩn thận
mới có sản phẩm trong suốt vì tế bào nấm men vẫn còn trong dịch lên men ngay
cả ở cuối thời kỳ lên men phụ. Nấm men chìm có ưu điểm hơn đó là trong quá
trình phát triển, tế bào của chúng kết dính vào nhau thành chùm rồi lắng xuống
đáy thiết bị lên men thành lớp chặt, thuận lợi cho việc tách lớp tế bào đó làm
men giống cho các đợt sản xuất tiếp sau. Ngoài ra nấm men chìm có khả năng
o o o o
lên men ở t < 0 C trong khi nấm men nổi chỉ cần t < 10 C đã trở nên vô hoạt.
Nhờ những ưu điểm đó mà chủng nấm men S. carlsbergensis được sử dụng rất
rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất bia.
♦ Phụ liệu:
• Chất trợ lọc diatomit : được sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả và rút ngắn
thời gian lọc bia
• Hoá chất khử trùng ( xút, Ozon,...): được sử dụng để chế dung dịch rửa
(CIP nóng, CIP lạnh ), khử trùng, vệ sinh thiết bị.
5. • Dầu mỡ, tác nhân lạnh ( amoniac, freon, glycol,...): được dùng trong máy
nén, máy lạnh. Khi bị rò rỉ chúng sẽ gây ô nhiễm môi trường nước, không khí.
3. Quy trình công nghệ sản xuất bia:
Malt Gạo
Nước cấp để
rửa thiết bị
Chuẩn bị nguyên liệu Bụi
Nước công
nghệ
Enzim Nấu, đường hoá
Hơi nước
Lọc dịch trong Bã malt
Hoa houblon
Hơi nước Nấu hoa
Lắng cặn Bã hoa
Làm lạnh
Làm lạnh
(Glycol, NH3)
Lên men chính, phụ Nấm men
Men giống
Cặn
Lọc bia
Trợ lọc
Bão hoà CO2
Chiết bia, dập nút, Bia rơi vãi
thanh trùng, dán nhãn
Chai, lon,
bom, nhãn
Bia thành phẩm Nước thải
1: Sơ đồ chung về công nghệ sản xuất bia kèm dòng thải.
Hình
6. ♦ Chuẩn bị nguyên liệu:
Nguyên liệu được chuyển vào kho bảo quản của nhà máy theo số lượng mẻ
nấu mỗi ca về tập kết tại phân xưởng nấu. Malt và gạo được nghiền nhỏ đến
kích thước tiêu chuẩn.
♦ Quá trình nấu và đường hoá:
Nguyên liệu malt và thế liệu ( gạo sau ngâm trương) được dịch hoá
và đường hoá. Bột gạo được hồ hoá và dịch hoá trong nồi nấu cháo. Để tránh
khê khét, 10% ezim được bơ sung vào công đoạn này. Quá trình hồ hoá malt
và hồ tinh bột có bổ sung enzim được thực hiện trong nồi đường hoá ở nhiệt độ
o
75 C trong 4h. Sản phẩm của quá trình này là dịch đường.
♦ Lọc dịch đường, nấu hoa, lắng cặn, làm lạnh:
o
Dịch đường được bổ sung hoa houblon và nâng nhiệt độ lên 100 C. Bã lọc
o
được rửa bằng nước nóng ở nhiệt độ 75 – 80 C. Sau nấu hoa, dịch đường được
bơm sang thùng xoáy lốc để tách bã hoa và cặn lắng. Sau đó được làm
lạnh
o
nhanh để hạ nhiệt độ xuống 8 – 10 C và được bổ sung oxy với lượng 30 – 35ml
khí/lit dịch ( tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển) rồi chuyển vào
thiết bị lên men.
♦ Quá trình lên men:
Đây là quá trình quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất bia:
đường có trong nước nha được lên men dưới tác dụng của nấm men. Quá
trình lên men gồm hai giai đoạn được thực hiện trong cùng một thiết bị
gọi là Combitank, thùng lên men được thiết kế có áo lạnh và bảo ôn bên
ngoài. Phần áo lạnh có
tác dụng điều chỉnh nhiệt độ của bia bên trong thùng khi cần thiết.
• Lên men chính: thường 6 – 10 ngày, nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên
o
men chính từ 8 – 10 C. Khi lên men, nhiệt độ của dịch đường trong thùng tăng
o
cho phép lên đến 14 – 16 C với áp suất khống chế ở mức 1,3 – 1,5 bar.
• Lên men phụ: Sau khi quá trình lên men chính kết thúc, nhiệt độ
o
hạ xuống 4 C, giữ tiếp trong một ngày nữa rồi tiếp tục làm lạnh bia trong
o
thùng xuống -1 C. Khi làm lạnh men lắng xuống phía dưới đáy thùng và sẽ
được lấy
ra và chuyển vào thùng chứa men, các cặn mịn và các chất keo tụ (tanin,
protein, protein không tan và nhựa hoa houblon) lắng làm trong bia cũng được
lấy ra trước khi đi lọc bia. Lượng men thu hồi được có thể sử dụng lại nhiều lần
và theo tỷ lệ do bộ phận kỹ thuật công nghệ quyết định. Khi nhiệt độ trong
o
thùng hạ xuống tới -1 C giữ thêm 1 – 3 ngày nữa sau đó đem đi lọc.
♦ Lọc bia:
Mục đích của quá trình lọc bia là tách các hạt cặn, tạp chất còn sót lại trong
bia, làm tăng độ trong của bia và làm tăng thời gian bảo quản. Thiết bị lọc có
7. thể là lọc khung bản với chất trợ lọc là diatomit.
8. ♦ Bão hoà CO2 và chiết bia:
Từ thùng chứa bia trong, bia có thể được bão hoà thêm CO2 (nếu cần thiết)
để tăng nồng độ CO2 trong bia rồi đưa đi chiết chai, chiết bom hoặc đóng lon.
Bao bì được rửa, sau đó chiết, đóng nắp, thanh trùng, kiểm tra, dán nhãn, đóng
két và xuất xưởng.
4. Các dạng chất thải trong sản xuất bia:
♦ Khí thải:
• CO2 từ các thùng lên men - khá sạch ( là CO2 thực phẩm) → thu hồi
• Các chất khí và bụi ô nhiễm phát sinh chủ yếu do đốt nhiên liệu than, dầu
ở lò hơi gồm SO2, NOx, CO2, CO, bụi than... → xử lý bằng xyclon, hấp thụ
• Bụi từ khâu xay, nghiền nguyên liệu có thể khắc phục bằng cách sử dụng
phương pháp xay ướt, lọc bằng túi vải hoặc bao che kín hệ thống nghiền và tải
liệu.
• Ngoài ra còn có khí NH3, freon... có thể sinh ra khi hệ thống máy lạnh bị
rò rỉ.
♦ Chất thải rắn:
• Xỉ than (lò hơi) → sản xuất vật liệu xây dựng, làm đường, san nền
• Mầm malt, các phế liệu hạt tạo ra trong quá trình làm sạch, phân loại,
ngâm hạt đại mạch và nghiền malt cũng được tận dụng làm thức ăn gia súc.
• Bã lọc bia : chủ yếu chứa chất trợ lọc → phân bón, chôn lấp
• Bao bì, chai thuỷ tinh, lon, két nhựa, hộp giấy → tận thu, tái chế
♦ Nước thải:
• Nước thải trong công nghệ sản xuất bia bao gồm các nguồn: nước thải
sản xuất, nước thải sinh hoạt và nước mưa chảy tràn.
• Nước thải là nguồn thải chính đáng lưu ý trong ngành sản xuất
bia. Công nghệ sản xuất bia sử dụng một lượng nước lớn và thải ra một lượng
nước thải đáng kể. Lượng nước thải ra lớn gấp 10 – 20 lần lượng bia thành
phẩm.
I.2 Đặc trưng của nước thải ở các nhà máy bia:
1. Các nguồn phát sinh và đặc tính của nước thải:
Nước thải là dạng chất thải chủ yếu, gây ô nhiễm chính trong sản xuất
bia.Nước thải nhà máy bia được phân thành 3 loại khác nhau:
− Lượng nước sinh hoạt: lượng nước do công nhân sử dụng và thải ra.
− Lượng nước chảy tràn trên bề mặt: lượng nước này chủ yếu là nước mưa
có lưu lượng lớn vào mùa mưa, còn vào mùa khô thì không đáng kể. Đặc trưng
của nước thải này là cuốn theo các chất rơi vãi trên bề mặt nhà máy. Nhìn
9. chung ô nhiễm các chất hữu cơ hoà tan là nhỏ. Nước thải này được chảy tràn
vào các nguồn nước mặt, vào cống rãnh của nhà máy.
− Nước thải sản xuất: là nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao do đặc trưng
nguyên liệu đầu vào gạo, malt cộng với đặc tính công nghệ sản xuất. Qua khảo
sát công nghệ sản xuất hầu như tất cả mọi công đoạn đều sản sinh ra nước thải
như:
• Ở công đoạn hồ hoá - đường hoá:
Nước vệ sinh chứa các cặn lơ lửng là bã malt, gạo không hoà tan. Nước
sinh ra do quá trình tách nước khỏi bã, khi bã để trên sàn lưới chờ phân phối
cho các hộ dân.Nước thải công đoạn này chứa chủ yếu là các chất hữu cơ.
• Công đoạn đun hoa houblon - lọc hoa:
Nước rửa vệ sinh thùng nấu hoa houblon, thùng lọc bã hoa chứa cặn lơ
lửng bao gồm: xác hoa houblon(chứa protein, chất đắng,...), phức protein-
phenol, glucozơ,...
• Công đoạn làm lạnh lên men:
Ở công đoạn làm lạnh dịch đường bằng máy lạnh có thể làm rò rỉ NH3,
glycol,...,nước rửa sàn, mặt bằng xung quanh máy. Nước thải này có nồng độ ô
nhiễm hữu cơ không cao.
Nước rò rỉ trong các đường ống, thiết bị dẫn đường lên men, nước
vệ
sinh các tăng lên men. Loại nước thải này chứa hàm lượng chất hữu cơ cao như:
xác men, protein,...Ngoài ra trong công đoạn lên men còn có nước rửa
sàn phòng lên men.
• Nước thải công đoạn chiết chai:
Nước rửa sàn, trong xưỏng lọc bia. Nước rửa chai, nước rửa sàn chứa
hàm lượng hữu cơ tương đối cao ngoài ra còn có chất tẩy rửa NaOH, stabilon,...
Nước bia vãi trong quá trình chiết chai, rửa mặt ngoài của chai chứa chủ
yếu là các men, các chất có trong thành phần của bia.
⇒ Tóm lại nước thải trong sản xuất bia chủ yếu là nước vệ sinh
nhà xưởng, thiết bị, các thùng lên men, thùng chứa bia, chai, box; nước bia rơi
vãi ở công đoạn rót bia chai, lon; nước thải ở công đoạn lọc dịch nha, tách các
chất lơ lửng hoặc men bia. Nói chung nước thải sản xuất bia chứa hàm lượng
chất hữu
cơ cao dễ phân huỷ sinh học như: protein, aminoaxit, hydratcacbon, axit hữu
cơ, rượu hữu cơ,...
Lượng nước thải lớn khoảng 7 – 10 m3/ 1000l bia thành phẩm.
10. Đặc tính của nước thải sản xuất bia:
Thông số Hàm lượng
pH 5,7 – 11,7
BOD5 186 – 2400 mg/l
COD 310 – 3500 mg/l
N tổng 48 – 348 mg/l
P tổng 1,4 – 9,09 mg/l
SS 160 – 700 mg/l
2. Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường:
Nước thải sản xuất bia có hàm lượng các chất hữu cơ cao nếu không xử lý
mà xả trực tiếp vào nguồn tiếp nhận ( sông, hồ,...) sẽ ảnh hưởng rất lớn tới sinh
thái hồ chứa. Nếu như chất thải đưa vào nguồn quá nhiều thì quá trình oxy hoá
diễn ra rất nhanh, nguồn oxy trong nước nguồn nhanh chóng bị cạn kiệt và quá
trình oxy hoá bị ngừng lại, tạo điều kiện cho vi khuẩn kỵ khí hoạt động sinh các
khí CH4, CO2, H2S có mùi hôi và rất độc hại cho vi sinh.
Nguồn nước bị nhiễm bẩn ( đục, có mùi, màu đặc trưng; xuất hiện chất nổi
trên bề mặt và cặn lắng ở đáy; thay đổi hình dạng và số lượng vi trùng gây và
truyền bệnh,...) tức là đã làm mất sự cân bằng sinh thái tự nhiên ở đó mà để có
được sự cân bằng như ban đầu, nguồn nước có thể tự làm sạch nhưng phải mất
một thời gian khá dài.
Nước thải làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia và nước ngưng tụ trong
nấu bia còn ở nhiệt độ cao nếu thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận sẽ
gây ra nhiều biến đổi về sinh lý, vật lý, hoá học của thuỷ sinh vật (các loại
tảo xanh phát triển mạnh gây nguy hiểm cho hệ sinh thái nước, làm thay đổi
chu kỳ sinh học của các loài động vật nước, kích thích sự tăng trưởng của vi
sinh vật gây bệnh).
Ngoài ra, nước thải nếu chứa lượng chất lơ lửng lớn sẽ gây ứ đọng,
tắc cống rãnh, gây ô nhiễm lâu dài nguồn nước.
Tóm lại các chất hữu cơ dễ chuyển hoá sinh học trong nước thải nếu không
được xử lý kịp thời sẽ bị thối rữa, làm mất mỹ quan cơ sở, gây ô nhiễm đất,
nước, không khí, ảnh hưởng tới sức khoẻ của công nhân và cộng đồng dân cư
xung quanh.
3. Các giải pháp giảm thiểu lượng và tải lượng nước thải:
♦ Tái sử dụng nước thải
− Nước làm mát cho máy lạnh, làm lạnh dịch bia → giải nhiệt, tuần hoàn.
11. − Nước ngưng tụ trong nấu bia → thu hồi→ cấp lại cho nồi hơi ( do nước
2+ 2+
ngưng còn ở nhiệt độ cao, đây là nước mềm, không chứa ion Ca , Mg đóng
cặn thành thiết bị).
− Nước rửa các thùng lên men, chai như CIP (2 loại nóng, lạnh) định kỳ 1
tuần rửa thùng một lần ( ở nhiệt độ cao→tác dụng tẩy rửa cao), xử lý
bằng phương pháp lọc, bổ sung thêm hoá chất →tái sử dụng.
♦ Áp dụng SXSH
− Tránh rò rỉ
− Thay đổi phương pháp lên men và công nghệ rửa chai
− Thu hồi cặn bã một cách triệt để
− Sử dụng đúng mức lượng nước dùng vệ sinh nhà xưởng, thiết bị, các
thùng chứa.
♦ Phân luồng nước thải sản xuất
− Dòng 1: đây là nguồn nước qui ước sạch với số lượng lớn khoảng 550 -
3
600 m /ngày đêm gồm nước dùng để làm lạnh trong các thiết bị, tháp giải nhiệt
của hệ thống lạnh, nước ngưng ở các nồi nấu...
− Dòng 2. Nước thải sinh hoạt được quy định thành nước thải xám và
nước thải đen, trong đó nước thải xám là nước thải phát sinh từ các hoạt động
nấu ăn, tắm rửa, giặt giũ; nước thải đen là nước thải dùng trong việc xả bồn cầu
tại các khu vệ sinh. Nước thải đen bắt buộc phải được xử lý cục bộ trước khi xả
vào hệ thống xử lý nước thải chung.
− Dòng 3. Nước thải sản xuất, là dòng thải lớn với số lượng 1000 - 1200
3
m /ngày đêm từ các phân xưởng, nấu, đường hoá, lên men, lọc, chiết bia...
Dòng thải này chủ yếu là nước rửa vệ sinh thiết bị, sàn nhà, bom, keg. Đây là
dòng thải chính cần xử lý triệt để. Dòng này có hàm lượng chất hữu cơ cao, dễ
bị phân huỷ làm ô nhiễm môi trường.
I.3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống xử lý nước thải:
1. Phân tích, lựa chọn công nghệ xử lý nước thải:
Nước thải bia có BOD5 = 500 mg/l
COD = 800 mg/l
SS = 300 mg/l
• Ta thấy BOD5/COD = 0,63 nằm trong khoảng 0,5 – 0,75 chứng tỏ hàm
lượng chất hữu cơ trong dòng thải khá cao nên để xử lý đạt hiệu quả cao tốt hơn
hết ta dùng biện pháp xử lý sinh học, vì ta cũng biết nước thải trong sản xuất bia
chứa chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học: protein, axit hữu cơ,...
• Phương pháp xử lý sinh học nước thải gồm có:
− Xử lý hiếu khí
SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn
11
12. + bằng vi sinh dính bám: lọc sinh học, đĩa quay sinh học
+ bằng bùn hoạt tính: aeroten, mương oxy hoá, SBR
− Xử lý yếm khí
+ bằng vi sinh dính bám: lọc kỵ khí
+ bằng bùn hoạt tính: UASB, bể tiếp xúc kỵ khí, bể phản ứng yếm khí
xáo trộn hoàn toàn
Ngoài ra còn xử lý nước thải bằng hồ hiếu khí hoặc hồ kỵ khí.
• Với nước thải nhà máy bia, ta thường dùng phương pháp xử lý sinh học
là bể phản ứng hiếu khí bằng bùn hoạt tính (Aeroten) hay bể yếm khí với dòng
hướng lên (UASB) hay kết hợp cả hai tuỳ vào lưu lượng và tính chất của nước
thải ( hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải).
• Ở đây BOD5 = 500 mg/l ( <1500 mg/l) nên ta chọn phương pháp xử lý
sinh học hiếu khí bằng bùn hoạt tính sẽ cho hiệu suất cao mà ít tốn kinh phí đầu
tư xây dựng và vận hành đơn giản. Phương pháp này phù hợp với điều
kiện kinh tế ở các nhà máy bia và điều kiện kỹ thuật ở nước ta.
• SS = 300 mg/l nên không cần dùng bể lắng đợt I mà ta có thể kết hợp
lắng trong bể điều hoà.
3
• Chọn phương pháp làm việc liên tục vì Q = 1000 m /ngày nếu làm việc
gián đoạn đòi hỏi kích thước bể Aeroten phải lớn, với lại ta biết nước thải từ các
nhà máy bia thường xả ra liên tục với hàm lượng cặn hữu cơ tương đối lớn nên
cần xử lý liên tục qua bể Aeroten rồi qua bể lắng đợt II thì hiệu suất của quá
trình xử lý sẽ rất cao.
Hình 2: Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải được mô tả như hình sau:
4 5
2 3
1
6 7
8
1. Song chắn rác 5. Bể lắng thứ cấp
2. Hố thu 6. Ngăn chứa bùn
3. Bể điều hoà lưu lượng 7. Bể nén bùn
4. Bể eroten 8. Sân phơi bùn
SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn
12
13. 2. Thuyết minh công nghệ xử lý:
• Từ nhà máy, nước thải theo mương dẫn tự chảy về hệ thống xử
lý. Trước tiên nước thải chảy qua song chắn rác đặt trước hố thu để loại bỏ các
tạp chất thô. Sau đó nước thải được dẫn lên bể điều hoà bằng hệ thống bơm
chìm.
• Tại bể điều hoà có bố trí hệ thống cấp hoá chất, để hệ thống hoạt động
được ổn định và an toàn trong bể có hệ thống điều chỉnh pH. Hệ thống này bao
gồm một đầu đo pH lấy tín hiệu đo được thông qua bộ chuyển đổi tín
hiệu Transmiter để bật tắt bơm định lượng hoá chất và axit. Bể điều hoà ngoài
chức năng ổn định thành phần, tính chất nước thải còn có nhiệm vụ ổn
định lưu lượng giúp cho toàn bộ hệ thống xử lý hoạt động ổn định. Tiếp đó
nước thải theo đường ống dẫn tự chảy qua bể aeroten nhờ chênh lệch độ cao
giữa bể điều hoà và bể aeroten.
• Tại bể Aeroten, nước thải được trộn đều với hỗn hợp bùn hoạt
tính. Trong bể này xảy ra các phản ứng sinh hoá: vi sinh vật (trong bùn hoạt
tính) sử dụng oxy để oxy hoá thức ăn (các chất ô nhiễm trong nước thải) và
dinh dưỡng thành CO2, nước và một phần tổng hợp thành tế bào vi sinh vật
mới. Kết quả là nước thải được làm sạch. Oxy cấp cho quá trình được thực
hiện bởi các máy nén khí cấp khí qua hệ thống phân phối khí dạng bọt mịn
được lắp đặt dưới đáy
bể. Hỗn hợp bùn/nước trong bể Aeroten được dẫn sang bể lắng thứ cấp
theo nguyên tắc tự chảy.
• Tại bể lắng thứ cấp, hỗn hợp nước bùn từ bể aeroten được dẫn vào theo
ống trung tâm và phân phối từ dưới lên tới vách chảy tràn. Các bông
bùn chuyến động cùng với nước đi lên rồi sau đó lắng xuống đáy bể dưới tác
dụng của trọng lực. Nước trong được thu vào máng chảy tràn và xả ra
ngoài. Bùn lắng được thu xuống dưới đáy dốc của bể lắng và chảy vào ngăn
chứa bùn. Từ đây một phần bùn được bơm tuần hoàn về bể Aeroten để đảm
bảo duy trì hàm lượng sinh khối trong bể, phần bùn dư được bơm sang bể nén
bùn.
• Tại bể nén bùn, phần bùn cặn sau khi ép nước được chuyển sang sân
phơi bùn, định kỳ có thể đem đi chôn lấp hoặc bón ruộng. Phần nước tách ra từ
ép bùn do có thể chứa các cặn cũng như sinh khối còn sót do đó sẽ được bơm
trở lại theo ống dẫn về hố thu để đảm bảo xử lý triệt để.
SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn
13
14. Chương II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI BIA
II.1 Tính toán thiết kế các phương pháp xử lý nước thải:
1. Song chắn rác:
Chức năng : Giữ lại các thành phần rác có kích thước lớn như : vỏ chai,
lon, bom; lá cây, bao nilông, đá cuội...Nhờ đó tránh làm tắt bơm, đường ống
hoặc kêng dẫn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm
việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.
Tính toán :
h
h
o
60 hS
BS
BK
o
20
L1 LS L2
Hình 3:Sơ đồ kích thước buồng đặt song chắn.
• Chọn loại song chắn có chiều dày S = 10mm, tiết diện hình chữ nhật,
vận tốc dòng chảy qua song VS = 0,7 m/s. Chọn loại song chắn cố định
o
đặt nghiêng so với phương ngang 1 góc 60 để thuận lợi cho việc loại bỏ rác và
tiện
lợi khi cọ rửa.
• Các thông số của mương dẫn nước thải đến trước song chắn rác:
3 3
− Lưu lượng q = 1000 m /ngày = 0,012 m /s
− Độ dốc i = 0,008
− Chiều ngang BK = 0,17m
SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn
14
15. SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn
15
16. − Vận tốc vmax = 0,7 m/s
− Độ đầy h = 0,1m
• Số khe hở của song chắn rác:
q
n= k [I – 34]
VS h1b
Trong đó:
− q : lưu lượng nước thải vận chuyển qua song chắn rác,
3
q = 0,012 m /s
− VS: tốc độ nước chảy qua song chắn. Chọn VS = 0,8 m/s [I – 31]
− h1 : độ sâu nước ở chân song chắn, lấy bằng độ đầy mương dẫn,
h1 = h = 0,1m
− b : khoảng cách giữa các thanh đan. Chọn b = 16mm = 0,016m
[I – 30]
− k : hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy, k = 1,05
⇒ 0, 012
n= × 1, 05 = 9,8
0,8 × 0,1 × 0,
016
Chọn n = 10 khe hở
• Chiều rộng của song chắn rác:
BS = S(n – 1) + bn [I – 34]
Trong đó:
− S: chiều dày của thanh đan, chọn S = 10mm
− (n – 1): số thanh đan của song chắn, n – 1 = 9 thanh
⇒ BS = 10 × 9 + 16 × 10 = 250 (mm) = 0,25 (m)
• Tổn thất áp suất của dòng thải khi đi qua song chắn (tổn thất cột
nước):
2
V
hP = ξ × [IV – 75]
× P 2g
Trong đó:
− ξ : trở lực cục bộ của song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện thanh
đan, có thể xác định theo công thức:
4/ 3
ξ = β × × sin α
S b
SVTH: Lê Thị Hồng β : hệ số phụ thuộc p://www.eboo k.edu.vn đan. Chọn thanh đan tiết
Hoa htt hình dạng của thanh
16
17. diện chữ nhật nên β = 2,42 [IV – 75]
o
α : góc nghiêng của song chắn so với mặt phẳng ngang, α = 60
SVTH: Lê Thị Hồng Hoa http://www.eboo k.edu.vn
17
18. 1 /3
4
→ ξ = 2, 42× o
× sin 60 = 1,12
0 16
− V : vận tốc dòng chảy truớc song chắn, m/s
q 0, 012
V = = = 0, (m/s) > 0,4 m/s [I – 31]
BS × 0, 25 × 48
h1 0,1
2
− g : gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s
− P : hệ số tính đến tăng trở lực do song chắn bị bít kín bởi vật thải
( thường lấy P ≈ 3 ) [IV – 75]
2
⇒ (0, 48)
h P = 1,12 × × 3 = 0, 039 (m)
2 × 9,8
• Chiều dài xây dựng của mương đặt song chắn rác:
− Chiều dài đoạn mở rộng trước song chắn:
BS − BK
L1 = 1, − BK ) [I – 32]
2tg
= o 73(BS
20
Trong đó:
BS: Chiều rộng của song chắn, BS = 0,25m
BK:Chiều rộng của mương dẫn nước trước song chắn, BK = 0,17m
→ L1 = 1,73 × (0,25 – 0,17) = 0,14 (m)
− Chiều dài đoạn thu hẹp sau song chắn:
L2 = 0,5L1 = 0,07 (m)
− Chiều dài buồng đặt song chắn LS lấy không nhỏ hơn 1,0m [I – 33]
Chọn LS = 1,09m.
⇒ L = L1 + LS + L2 = 0,14 + 1,09 + 0,07 = 1,3 (m)
• Chiều cao xây dựng ngăn đặt song chắn rác:
H = h1 + hP + 0,3 = 0,1 + 0,039 + 0,3 = 0,439 (m)
Chọn H = 0,44m
• Để khắc phục tổn thất áp suất qua song chắn, phần đáy buồng phía
sau song chắn cần làm thấp hơn phần đáy phía trước một khoảng đúng bằng tổn
thất áp suất qua song chắn, tức bằng 0,039m.
• Tổn thất áp suất qua song chắn sẽ tăng dần theo thời gian, gây cản trở
dòng chảy. Sau mỗi khoảng thời gian nhất định, cần tiến hành cào tách lớp rác
bị giữ lại ở song chắn bằng phương pháp thủ công.
19. 2. Hố thu nước thải :
hức năng: giúp các công trình đơn vị phía sau không phải thiết kế âm sâu
C
trong đất.
20. Tính toán:
3
• Lưu lượng nước đi vào hố thu: Q = 1000 m /ngày
• Thời gian lưu t = 10 phút
• Thể tích hố thu nước
Q× t 1000 × 10 3
V = = = (m )
24 ×
60 6,94
24 × 60
Kích thước hố thu nước L × B × H = 2,5 × 1,5 × 2,0 m
3. Bể điều hoà lưu lượng:
Chức năng : điều chỉnh pH và chất dinh dưỡng, ổn định lưu lượng của
dòng thải vào các công đoạn sau.
Nó duy trì dòng thải và gần như không thay đổi, ổn định pH, khắc phục
các vấn đề về vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao
hiệu suất của quá trình xử lý ở các giai đoạn sau.
Tính toán:
Để xác định chính xác thể tích của bể điều hoà có thể sử dụng
phương pháp đồ thị trên cơ sở thực nghiệm và mối quan hệ thể tích tích
luỹ của lưu lượng nước thải ở dòng vào theo thời gian.
Tuy nhiên trong thực tế khi hệ số tắt dòng dao động kn ≥ 5 thì thể tích bể
điều hoà được tính theo công thức:
3
Vđ = Q.t ,m [IV – 79]
Trong đó:
3
Vđ : thể tích bể điều hoà, m
3 3
Q : lưu lượng nước thải, Q = 1000 m /ngày = 41,7 m /h
t : thời gian lưu của nước thải trong bể. Chọn t = 3,5h
3
⇒ Vđ = 41,7 × 3,5 = 146 (m )
Chọn chiều sâu bể h = 3m. Vậy diện tích mặt bằng của bể:
146 2
F= = = (m )
Vd
49
h 3
2
Cho F = 50 m
Thiết kế mặt bằng bể điều hoà có dạng chữ nhật. Kích thước bể sẽ là:
Chiều dài : 10m
Chiều rộng : 5m
Chiều sâu : 3m + 0,3m (dự trữ) = 3,3m
Vì bể điều hoà ở đây làm nhiệm vụ điều hoà lưu lượng là chủ yếu và còn
kết hợp cả lắng cặn nên không đòi hỏi có thiết bị khuấy trộn.
22. Chức năng : Loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học nhờ
vi sinh vật hiếu khí.
Tính toán :
3 3
• Các thông số đầu vào: Q = 1000 m /ngày = 41,7 m /h
COD = 800 mg/l
BOD5= 500 mg/l
SS = 300 mg/l
o o
pH = 6,5 – 8 , t = 20 C
• Các thông số đầu ra: đạt tiêu chuẩn thải loại B (TCVN 5945 – 2005)
BOD5 = 50 mg/l
COD = 80 mg/l
SS = 100 mg/l
• Điều kiện để bể Aeroten hoạt động có hiệu quả: cần duy trì
pH = 6,5 – 8
o o
t = 20 – 30 C
BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1
• Các thông số thiết kế:
− Nồng độ bùn hoạt tính trong bể : X = 2500 mg/l (cặn bay hơi)
− Độ tro của cặn : z = 0,3
− Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng đợt II và cũng là nồng độ cặn tuần
hoàn : 10000 mg/l
− Thời gian lưu của bùn hoạt tính ( tuổi của cặn ) trong công trình :
θ c = 10 ngày
− Trong cặn lơ lửng có 65% là cặn hữu cơ
− Chế độ thuỷ lực của bể : khuấy trộn hoàn chỉnh
-1
− Giá trị của các thông số động học : Y = 0,4 , Kd = 0,06 ngày
• Hình 4: Mô hình bể Aeroten khuấy trộn liên tục có tuần hoàn bùn:
Bể Aeroten Bể lắng II
Q,So Vh Q + QT, S, X Qr, S, Xr
X
V, X
23. QT, XT Qxả, XT
3
Với V: thể tích bể Aeroten (m )
3
Q, Qr : lưu lượng nước thải vào và ra khỏi hệ thống (m /ngày)
3
QT, Qxả : lưu lượng của dòng bùn tuần hoàn và bùn xả (m /ngày)
X, Xr, XT: nồng độ bùn hoạt tính trong bể Aeroten, trong dòng ra
khỏi hệ thống và trong dòng tuần hoàn (mg/l)
So, S: nồng độ cơ chất của dòng vào và dòng ra khỏi hệ thống(mg/l)
♦ Hiệu suất xử lý BOD5:
BOD5v − BOD5 r
E= .100 = 90(%)
BOD5v
♦ Thể tích bể Aeroten:
Dung tích hoạt động bể Aeroten được xác định bằng công thức:
QY θ c (So − S 3
V= ,m
)
X (1 + K d θ c
)
3
Trong đó: Q = 1000 m /ngày
Y: hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại,
Y = 0,4 gSK/gBOD5
θ c: tuổi của bùn, θ c = 10 ngày
So = 500 mg/l, S = 50 mg/l
X: hàm lượng sinh khối trong bể, X = 2500 mg/l
-1
Kd: hệ số phân huỷ nội bào, Kd = 0,06 ngày
Thế vào công thức trên:
1000.0, 4.10(500 − 50) 3
V= = 450(m ) [II – 68]
2500(1 + 0, 06.10)
Chọn chiều cao h = 4m.
Vậy thiết kế bể Aeroten có dạng hình chữ nhật với:
Chiều dài : 22m
Chiều rộng:5,3m
Chiều cao: 4m + 0,3m(dự trữ) = 4,3m
♦ Thời gian nước lưu lại trong bể:
θ = 450
=
25. ♦ Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra khi khử BOD5 đến 90%:
• Tốc độ tăng trưởng của bùn:
Y 0, 4
Yb = = 0, 25
1+ 1+
= 0,06.10
Kd θ c
• Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày:
-3
Abùn= Yb.Q(So – S).10
-3
= 0,25.1000(500 – 50).10 = 112,5(Kg/ngày) = Px
• Lượng bùn hữu cơ lơ lửng sinh ra trong ngày ( độ tro z = 0,3):
Px 112,
Pxl = = 160, (Kg/ngày)
= 1 −z 5 7
1 − 0, 3
♦ Lưu lượng xả bùn Qxả:
VX
Từ công thức tuổi của bùn : θ
Qxa XT + Qr X r
c
=
VX −Qr X rθ c
Rút ra : Qx =
a X Tθ c
3
Trong đó : V = 450 m
X = 2500 mg/l
θ c = 10 ngày
3
Qr = Q = 1000 m /ngày (coi lượng nước theo bùn là không
đáng kể )
Tính XT = 10000 × 0,7 = 7000 mg/l (z = 0,3)
Xr = 100 × 0,65 × 0,7 = 45,5 mg/l (vì trong cặn lơ lửng có 65%
cặn hữu cơ và z = 0,3)
× − × ×
⇒ Qxa = 450 2500 1000 45, 5 10 = 9, 6
7000 ×
26. 10 3
(m /ngày)
♦ Thời gian tích luỹ cặn (tuần hoàn lại toàn bộ) không xả cặn ban đầu:
27. 450 × 2500
T= = (ngày) [II – 69]
VX
= 10
Abu 112500
n
Thực tế sẽ dài hơn gấp 3 đến 4 lần vì khi nồng độ bùn chưa đủ trong bể
hiệu quả xử lý ở thời gian đầu sẽ thấp và lượng bùn sinh ra thấp hơn Abùn.
♦ Sau khi hệ thống hoạt động ổn định, lượng bùn hữu cơ xả ra hàng ngày:
B = Qxả × 10000 = 9,6 × 10000 = 96000 (g/ngày) = 96 (Kg/ngày)
’
Trong đó cặn bay hơi : B = 96 × 0,7 = 67,2 (Kg/ngày)
Cặn bay hơi trong nước đã xử lý đi ra khỏi bể lắng QrXr:
’’
B = QrXr = 1000 × 45,5 = 45500 (g/ngày) = 45,5 (Kg/ngày)
⇒ Tổng cặn hữu cơ bay hơi sinh ra trong ngày:
’ ’’
B + B = 67,2 + 45,5 = 112,7 (Kg/ngày) ≈ Abùn
♦ Lưu lượng bùn tuần hoàn QT:
Để nồng độ bùn trong bể luôn giữ giá trị X = 2500 mg/l ta có:
QT XT = (Q + QT)X
QT X 2500
= = = 0,555
Q XT − X 7000 − 2500
⇒ QT = 0,555 × Q = 0,555 × 1000 = 555 (m /ngày)
3
♦ Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể Aeroten:
• Tỷ số F/M
F 500
= = = 0, (gBOD5/g bùn hoạt tính.ngày)
So 0, 45× 44
2500
M
θ .X
nằm trong khoảng 0,2 – 10 ( bể khuấy trộn hoàn chỉnh) [II – 91]
28. • Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính trong ngày
S o −S 500 − 50
ρ = = = 0, (gBOD5/g bùn hoạt tính.ngày)
θ .X 0, 45× 4
2500
29. = 16,7 (mgBOD5/g bùn hoạt tính.h)
• Tải trọng thể tích
So .Q 500 × 1000 3
La =
1,1 = = (KgBOD5/m .ngày)
V 450
nằm trong khoảng 0,8 – 1,9 (bể khuấy trộn hoàn chỉnh) [II – 91]
Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình xử lý:
♦ Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn:
Theo lý thuyết, lượng oxy cần thiết cho xử lý nước thải bằng sinh học
+ −
gồm lượng oxy cần để làm sạch BOD, oxy hoá amoni NH 4 thành NO3 , khử
−
NO3 .
−3
Q× − S) × 10
(S o
OCo = −1, 42Px ( không cần khử N) [II – 157]
f
Trong đó:
− OCo: lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở
o
20 C
3
− Q = 1000 m /ngày
− So = 500 mg/l , S = 50 mg/l
BOD
− f : hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD, f = 5
= 0, 63
CO
D
− Px: phần tế bào dư xả ra ngoài theo bùn dư (Abùn), Px=112,5
(Kg/ngày)
− 1,42: hệ số chuyển đỏi từ tế bào sang COD
−3
1000 × (500 − 50) × 10
⇒ OCo = −1, 42 × 112,5 = (KgO2/ngày)
554,54
0, 63
31. CS 20o 1
OC = × × [II – 113]
OCt o (T −20)
CS 20o − CL 1, 024
Trong đó:
o
− CS20: nồng độ oxy bão hoà trong nước ở 20 C, CS20 = 9,08 mg/l
− CL : nồng độ oxy cần duy trì trong bể Aeroten. Khi xử lý nước thải
thường lấy CL = 1,5 – 2 mg/l. Chọn CL = 2 mg/l.
o
− T: nhiệt độ nước thải, T = 20 C
9, 08 1
⇒ OC = × = (KgO /ngày)
t 554,54 × − 711,19 2
9, 08 − 2 1, 024(20 20)
♦ Lượng không khí cần thiết cấp cho bể:
Dùng hệ thống phân phối khí có bọt khí kích thước nhỏ mịn với α =
3
0,7 công suất hoà tan oxy của thiết bị Ou = 7 gO2/m không khí cấp vào ở
độ ngập 1m.
Bể sâu 4,3 m: 0,3m dự trữ, nước sâu 4m. Hệ thống phân phối khí đặt
cách đáy bể 0,2m tức độ sâu ngập nước h = 3,8m.
Năng suất hoà tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối:
3
OU = Ou × h = 7 × 3,8 = 26,6 ( gO2/m )
Lượng không khí cần thiết tính theo công thức:
OCt
= × [II - 107]
QK f
OU
Trong đó:
− OCt: lượng oxy cần cung cấp, OCt = 711,19 KgO2/ngày
3
− OU = 0,0266 KgO2/m
− f : hệ số an toàn, chọn f = 1,5
711,19 3
⇒ Q = × 1, 5 = 40104, (m /ngày)
7
33. Hệ thống phân phối khí cho bể Aeroten:
♦ Bố trí các dàn ống xương cá dọc theo chiều dài của bể. Gồm:
• Đường ống chính dẫn khí từ máy nén khí vào bể aeroten
• Các ống nhánh phân phối khí cho bể aeroten đặt dọc theo chiều dài của
bể.
• Các ống phân phối khí dài 1m đặt vuông góc với các ống nhánh. Khoảng
cách giữa các ống này là a = 0,3 – 1,0m, chọn a = 0,8m.
♦ Chọn thiết bị phân phối khí là đĩa xốp có đường kính 0,3m , diện tích bề mặt
2
f = 0,07m , cường độ khí 1,4 l/s cho 1 đĩa.
3
• Lưu lượng khí cấp cho bể: QK = 40104,7 m /ngày = 464,17 l/s
464,17
• Số đĩa cần phân phối trong bể: = 331 đĩa
1,4
♦ Trên mỗi ống phân phối dài 1m ta bố trí 3 đĩa xốp. Như vậy số ống phân phối
331
dài 1m cần bố trí trong bể: = ống
110
3
♦ Trong bể ta bố trí 4 dàn ống xương cá ( gồm 4 ống nhánh và các ống phân
phối dài 1m đặt vuông góc với ống nhánh) cách nhau 1,3m và cách thành bể
0,7m.
• Với 4 dàn ống có 110 ống phân phối phụ dài 1m nên ta sẽ bố trí gồm 2
dàn mỗi dàn có 28 ống và 2 dàn còn lại mỗi dàn có 27 ống.
• Chiều dài đoạn phân phối khí của mỗi ống nhánh: 27 × 0,8 = 21,6 m
♦ Kiểm tra các chỉ tiêu:
• Cường độ thổi gió:
40104,7 3 3
q= = = ( m khí/ m nước. ngày)
QK
40,1
Q 1000
35. 3 3
gần bằng với chỉ tiêu 1,8 m /m .h [II - 130]
• Chỉ tiêu gió:
QK 40104,7
a= −3 = = 89,1 (m3 khí/ Kg BOD5.ngày)
Q(S − S )10 1000 × (500 − 50) × 10
−3
o
• Lưu lượng khí cho mỗi ống phân phối dài 1m: 464,17 = (l/s)
4,2
110
nằm trong khoảng 1,5 – 6 l/s [II - 110]
5. Bể lắng thứ cấp:
Chức năng : loại bỏ bùn hoạt tính ra khỏi nước thải nhờ trọng lực. Chọn loại
bể lắng đứng tiết diện tròn đáy chóp cụt vì nó thuận tiện trong công tác xả
cặn và chiếm ít diện tích xây dựng.
Tính toán :
♦ Thể tích phần lắng:
Q×
W= 3
t ,m [I – 127]
Trong đó: 24
3
− Q: lưu lượng nước thải , Q = 1000 m /ngày
− t : thời gian lưu nước trong bể lắng, chọn t = 1,5h [I – 128]
1000 × 1, 5
⇒
3
W= = 62, (m )
55
24
♦ Lưu lượng nước thải từ bể Aeroten đi vào bể lắng (vào ống trung tâm)
’ 3
Q = Q + QT = (1 + 0,555) × Q =1,555 × 41,7 = 64,8 (m /h)
3
với Q: lưu lượng nước thải, Q = 41,7 m /h
36. QT : lưu lượng bùn tuần hoàn, QT = 0,555Q
♦ Chiều dài ống trung tâm( chiều cao làm việc của bể):
37. h1 = v × t × 3600 , m [I – 127]
Trong đó:
-3
− v: tốc độ nước dâng, m/s. Chọn v = 0,55 mm/s = 0,55× 10 m/s
− t: thời gian lưu nước, t = 1,5h
⇒ -3
h1 = 0,55 × 10 × 1,5 × 3600 = 2,97 (m). Lấy h1 = 3m.
♦ Diện tích phần lắng của bể :
W 62, 55 2
F= = = (m ) [I – 128]
20,85
h1 3
♦ Diện tích tiết diện ống trung tâm:
'
Q 64,8
f1 = = −3
2
= 0, 72 (m )
v1 25 × 10 × 3600
’ 3
với Q = 64,8 m /h
v1 : tốc độ nước trong ống trung tâm, m/s. Chọn v1 = 25 mm/s
[I – 128]
♦ Tổng diện tích mặt bằng của bể lắng:
’ 2
F = F + f1 = 20,85 + 0,72 = 21,57 (m )
♦ Đường kính bể lắng:
'
4.F 4 × 21, 57
D= = = 5, 2 (m)
π π
♦ Đường kính ống trung tâm:
4.f1 4 × 0, 72
d = = = 0, (m)
1 96
π π
♦ Ngăn chứa bùn có cấu tạo hình chóp cụt, độ nghiêng của tường với
o o
phương ngang là 45 để đảm bảo cho bùn chảy trượt ( α = 45 )
39. D-d
hb = ,m [V]
2tg (90 − α
o
)
Trong đó:
− D: đường kính đáy trên của hình chóp, D = 5,2m
− D: đường kính đáy dưới của hình chóp,m. Chọn d = D/3 = 1,73m
5,2 - 1,73
⇒ hb = o o = 1, (m)
2tg (90 −45 ) 73
• Dung tích của ngăn chứa bùn:
hb 2
+ Dd + 2
π × 1, 73 2
+ 5, 2 × 1, 73 + (1, 2 3
W =
π D × d = 2)
(5, × 73) = 17, (m )
7
b
3 4 3 4
[V]
♦ Thể tích bể:
Wbe = W + Wb + = 62,55 + 17,7 + 2,16 = 3
(m )
Wtr 82,4
♦ Đường kính và chiều cao của ống loe lấy bằng 1,35 đường kính ống trung
tâm:
dloe= hloe = 1,35 × 0,96 ≈ 1,3 (m) [I – 54]
♦ Đường kính tấm chắn lấy bằng 1,3 đường kính ống loe:
dtấm chắn= 1,3 × dloe=1,3 × 1,3 ≈ 1,7 (m) [I – 54]
o
Góc nghiêng của tấm chắn với phương nằm ngang lấy bằng 17 .
♦ Khoảng cách từ miệng ống loe đến tấm chắn lấy bằng h2 = 0,3m
Chiều cao lớp nước trung hoà ( từ mặt dưới tấm chắn đến bề mặt lớp bùn
lắng): h3 = 0,3m
Chiều cao dự trữ: hp=0,3m
⇒ Tổng chiều cao xây dựng:
41. ♦ Như vậy các kích thước của bể lắng:
Đường kính bể : 5,2m
Đường kính ống trung tâm: 0,96m
Chiếu dài ống trung tâm: 3m
Chiều cao ngăn chứa bùn: 1,73m
Tổng chiều cao bể: 5,63m
♦ Hệ thống máng thu nước trong được đặt theo chu vi bể sát thành đứng
[II – 154]
• Chiều dài máng thu nước:
L = π Dmáng = π D = π × 5,2 = 16,3 (m)
• Tải trọng thu nước trên 1m dài của máng:
Q 1000 3
a = = = 61, m /m dài.ngày < 125 [II – 154]
3L
L 16, 3
3
với Q: lưu lượng nước thải, Q = 1000 m /ngày
♦ Kiểm tra các chỉ tiêu:
• Tải trọng thuỷ lực:
3 2
a= = = 47, (m /m .ngày)
Q 1000 9
S L 20,85
3 2
nằm trong khoảng 41,0 – 49,2 m /m .ngày [II – 153]
2
với SL: diện tích phần lắng của bể, SL = F = 20,85m
• Tải trọng bùn:
(Q+QT )Co 1, 555 × Q × 2
b= C , Kg/m .h [II – 153]
24S L = o
24S L
43. 2500 3
C =
X = = 3571 (mg/l) = 3,571 (Kg/m )
o
0, 7 0, 7
( vì độ tro của cặn z = 0,3)
1, 555 × 1000 × 3, 571
⇒
2
b= = (Kg/m .h)
11
24 × 20,85
♦ Bùn hoạt tính ở bể lắng II được bơm tuần hoàn một phần lại bể Aeroten
còn một phần đi xử lý bùn dư.
6. Ngăn chứa bùn:
hức
C năng: chứa bùn tuần hoàn để bơm về bể aeroten và chứa bùn dư để
bơm đến bể nén bùn.
Tính toán:
♦ Ngăn chứa bùn bao gồm hai ngăn: ngăn chứa bùn tuần hoàn và ngăn chứa
3
bùn dư.Lưu lượng bùn đến ngăn chứa bùn tuần hoàn là 564,6 m /ngày, trong đó
3
lượng bùn tuần hoàn là 555 m /ngày, lượng bùn chảy tràn sang ngăn chứa bùn
3
dư là 9,6 m /ngày. Thời gian lưu tại ngăn chứa bùn tuần hoàn là 10 phút và thời
gian lưu tại ngăn chứa bùn dư là 2 ngày.
♦ Thể tích ngăn chứa bùn tuần hoàn:
555 ×
V = = (m )
3
10 3,85
1
24 ×
60
♦ Thể tích ngăn chứa bùn dư:
3
V2 = 9,6 × 2 = 19,2 (m )
♦ Kích thước ngăn chứa bùn tuần hoàn L × B × H = 2,0 × 1,3 × 1,5 m
♦ Kích thước ngăn chứa bùn dư L × B × H = 6,4 × 2,0 × 1,5 m
⇒ Kích thước ngăn chứa bùn L × B × H = 7,7 × 2,0 × 1,5 m
7. Bể nén bùn:
Chức năng : tách nước tự do ra khỏi hỗn hợp bùn cặn làm giảm độ ẩm của
bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt II từ 99,2% xuống 95%, giảm thể tích và giảm độ
44. nhiễm bẩn đối với môi trường, thuận tiện cho công tác vận chuyển xử lý kế tiếp.
Chọn bể nén bùn đứng bằng trọng lực.
45. Tính toán :
Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng II là 10000 mg/l. Đây cũng chính là hàm
lượng bùn hoạt tính dư xả ra ngoài hay P = 10000 mg/l.
♦ Hàm lượng bùn dư tối đa có thể xác định theo công thức:
Pmax = k.P , mg/l [I – 130]
Trong đó:
− k : hệ số không điều hoà tháng của bùn hoạt tính dư,
k = 1,15 – 1,2. Chọn k = 1,15
− P : hàm lượng bùn hoạt tính dư, P = 10000 mg/l
⇒ Pmax = 1,15 × 10000 = 11500 (mg/l)
♦ Lưu lượng giờ tối đa của bùn hoạt tính dư:
Pmax .Q 3
qmax = , m /h [I – 130]
24.C
Trong đó:
3
− Q: lưu lượng nước thải, Q = 1000 m /ngày
3
− Pmax= 11500 g/m
3
− C: hàm lượng bùn hoạt tính dư sau khi nén, g/m
Tra bảng 3 – 14 ,[I – 131] có được độ ẩm của bùn sau khi nén là 95%.
3
Vậy nồng độ cặn khô là 5% tức 50000 mg/l → C = 50000 g/m
11500 × 1000
⇒ qmax = ≈
3
(m /h)
10
24 × 50000
♦ Chiều cao phần lắng của bể nén bùn:
h = 3,6 × v × t , m [I – 131]
Trong đó:
46.
47. − v: tốc độ của nước bùn, mm/s
− t: thời gian nén bùn, h
Tra bảng 3 – 14 ,[I – 131] có v = 0,2 mm/s , t = 3h
⇒ h = 3,6 × 0,2 × 3 = 2,16 (m)
♦ Diện tích mặt thoáng của bể:
qx
F ,m
2
[I – 131]
= 3,
6.v
Trong đó:
3
− qx : lượng nước tối đa được tách ra trong quá trình nén bùn, m /h
P1 − P2
qx = . [I – 131]
100 − P2
qmax
P1 : độ ẩm ban đầu của bùn, P1 = 99,2%
P2 : độ ẩm của bùn sau khi nén, P2 = 95%
3
qmax = 10 m /h
99, 2 −95 3
→ qx = 10 × = (m /h)
8, 4
100 −95
− v : tốc độ của nước bùn, v = 0,2 mm/s
8, 4
⇒ F= = 11,
2
(m )
3, 6 × 0, 6
2
♦ Diện tích tiết diện ống trung tâm:
qmax 2
ftr = ,m [I – 132]
3600.vtb
Trong đó:
3
− qmax = 10 m /h
48. − vtb : tốc độ dòng nước bùn ở trong ống trung tâm, thường lấy bằng
0,1 m/s.
⇒ f tr = 10 2 2
≈ 0, (m ) . Lấy ftr = 0,04 m
3600.0,1 035
♦ Tổng diện tích bể nén bùn:
2
Fb = F + ftr = 11,6 + 0,04= 11,64 (m )
♦ Đường kính bể nén:
4.Fb 4 × 11, 64
D= = (m)
= 3,8
π
π
♦ Đường kính ống trung tâm:
4.f tr 4 × 0, 04
d = = = 0, (m)
tr 25
π π
♦ Dung tích phần chứa bùn của bể:
100 − P1
W = ×
t × b , m3 [I – 132]
q b
100 −P2
max
Trong đó:
− qmax , P1, P2 đã biết
− tb : thời gian giữa hai lần lấy bùn, thường lấy bằng 8h.
100 − 99, 2
⇒
3
W = 10 × × 8= (m )
12,8 b
100 − 95
49. ♦ Chiều cao ngăn chứa bùn:
Wb × 12 12,8 × 12
hb = = 2, (m)
π (D 2 + D.d + d 2 π 2(3,8 + 3,8 × 1, 27 + 1, 3
2
= 27 )
)
với D : đường kính đáy trên của ngăn chứa bùn, D = 3,8m
50. d : đường kính đáy dưới của ngăn chứa bùn, chọn d = D/3=1,27m
♦ chiều cao toàn phần của bể:
H = h + hb + hth + hu + htb , m
Trong đó:
− h: chiều cao phần lắng, h = 2,16m
− hb: chiều cao ngăn chứa bùn, hb = 2,3m
− hth: chiều cao phần trung hòa, chọn hth = 0,25m
− hu : khoảng cách giữa ống trung tâm và tấm lá chắn,cho hu = 0,25m
− htb: chiều cao thành bể trên mực nước bùn, chọn htb = 0,25m
⇒ H = 2,16 + 2,3 + 0,25 + 0,25 + 0,25 =5,21 (m)
♦ Dung tích bể:
3
Wbe=W + Wb =11,64 × 2,16 + 12,8 = 37,9 (m )
II.2 Thiết kế cao trình hệ thống xử lý nước thải và tính
toán thuỷ lực:
♦ Cao trình hệ thống xử lý nước thải:
Hố thu được bố trí chìm dưới lòng đất. Từ hố thu, nước thải được
hệ thống bơm chìm bơm lên bể điều hoà, bể điều hoà được thiết kế nổi trên mặt
đất với độ cao 3,3m. Từ đây nước thải theo đường ống dẫn tự chảy sang bể
aroten nhờ chênh lệch độ cao giữa bể điều hoà và bể aeroten là 0,5m , bể
aeroten được thiết kế nửa chìm nửa nổi, sâu dưới lòng đất 1,9m. Tiếp đó nước
thải lại tự chảy sang bể lắng thứ cấp cũng nhờ chênh lệch độ cao là 0,5m , bể
lắng nửa chìm nửa nổi, sâu dưới lòng đất 3,93m. Tại bể lắng, phần nước
trong được dẫn ra ngoài, phần bùn dẫn vào ngăn chứa bùn ở độ sâu 3,93m.
Tại đây có một bơm bơm bùn tuần hoàn về bể aeroten và một bơm bơm bùn
dư sang bể nén bùn, bể nén bùn cũng được thiết kế nửa chìm nửa nổi, sâu dưới
lòng đất 3,93m.
Không khí cấp cho bể aeroten được dẫn từ máy nén khí bố trí ở nhà điều
hành qua hệ thống ống phân phối khí vào bể aeroten.
♦ Tính toán:
51. • Máy bơm bơm nước thải từ hố thu lên bể điều hoà và đường ống dẫn
nước thải
• Máy bơm bơm bùn tuần hoàn về bể aeroten và đường ống dẫn bùn
• Đường ống dẫn khí cấp cho bể aeroten
• Máy nén khí cấp cho bể aeroten
1. Bơm nước thải:
• Chọn loại bơm ly tâm 1 cấp để bơm nước thải từ hố thu lên bể diều
3 3
hoà. Năng suất bơm Q = 1000 m /ngày = 0,0116 m /s
• Chọn vận tốc nước trong ống dẫn, w = 2,5 m/s [III - 370]
• Chiều dài ống hút 4m
• Chiều dài ống đẩy 5m
o
• Toàn bộ đường ống có bố trí 3 khuỷu 90 và 2 van tiêu chuẩn
♦ Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ
thống ( kể cá ống dẫn và thiết bị)
⊗P = ⊗Ph + + ⊗Pm + ⊗Pc + ⊗Pt + [III - 376]
⊗Pd ⊗Pk
• ⊗Ph : áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục
áp suất thuỷ tĩnh:
2
⊗Ph = , N/m
Trong đó: ρ gh
−ρ : khối lượng riêng của chất lỏng, có ρ n
o
20
= Kg/m
3
998,23
[III – 11]
− g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
− h: chiều cao nâng chất lỏng hay chênh lệch giữa hai mực chất lỏng,
h = 5m
2
→ ⊗Ph = 998,23 × 9,81× 5 = (N/m )
48963,18
• ⊗Pd : áp suất động lực học, tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho
dòng chảy ra khỏi ống dẫn:
⊗ = ρ ω 2 / 2 , N/m2
Pd
với ω : tốc độ lưu thể, ω = 2,5 m/s
→ ⊗Pd = 998,23 × (2,5) 2 / 2 = 2
(N/m )
3119,47
52. • ⊗Pm : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn
định
trong ống thẳng:
L ρ
⊗Pm = 2 , N/m
2
d .ω
λ . 2
td
53. Trong đó:
− L: chiều dài ống dẫn (ống hút và đẩy), L = 9m
− dtd: đường kính tương đương của ống, m
V
d td ,m [III – 369]
0,785 ×
=
ω
3
với V: lưu lượng nước thải, V = 0,0116 m /s
ω : tốc độ trung bình của nước đi trong ống dẫn, ω = 2,5 m/s
0,0116
→ d td = (m). Chọn ống nhựa loại PVC 80mm
= 0,785 × 0,077
2,5
−λ : hệ số ma sát, phụ thuộc chế độ chuyển động của dòng và
độ
nhám của thành ống
Xét chuẩn số Renol:
ω d td
Re = [III – 377]
ρ
µ
với µ : độ nhớt động lực học của nước,
−
µ n = 1,005.10 3 Ns/m2 [III – 94]
20 o
2,5 × 0,08 × 998,23
→ Re = = > 10
4
198652 −3
1,005 × 10
→ chế độ chảy xoáy. Khi đó hệ số ma sát được xác định theo công
thức :
1
λ
2 [ 0,9
= − lg (6,81/ Re) + ⊗ / 3,7 [III – 380] ]
với ⊗ : độ nhám tương đối, ⊗ = d
ε td
ε : độ nhám tuyệt đối. Chọn loại ống dẫn mới không
hàn , ε = 0,1mm [III – 381]
→ ⊗=
−
= 1,25.10
3
0,1
80
54. →
1 [
= − lg (6,81/198652)
2
0,9 −3
]
+ 1,25.10 / 3,7 = 6,72
λ
→ λ = 0,022
9 998,23 × (2,5)
→ ⊗Pm = 0,022 2 = 2
(N/m )
× 7720,68
2
×
0,08
• ⊗Pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
55. ρω
2
L
⊗ td λ .
2
= , N/m
Pc .
ρω
2
= ξ .
d td 2 2
với ξ : hệ số trở lực cục bộ
Trên đường ống gồm có 3 khuỷu và 2 van: ξ = 3ξ k + 2ξ v
o o
Chọn khuỷu ghép 90 do 3 khuỷu 30 tạo thành, chọn a/b = 2
→ ξ k = 1,16 [III – 394]
Chọn van tiêu chuẩn , với dtd = 80mm thì ξ v = 4 [III – 397]
→ ξ = 3× 1,16 + 2× 4 = 11,48
998,23 2× (2,5)
→ ⊗P = 11,48 × = 2
(N/m )
c
2 35811,5
• ⊗Pt : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị,,
cho ⊗Pt =0
• ⊗Pk : áp suất bổ sung ở cuối đường ống, ⊗Pk =P1 – P2 = 0
(P1= P2 = Pkq)
⇒ ⊗P = 48963,18 + 3119,47 + 7720,68 + 35811,5 = 95614,83
Vậy áp suất toàn phần của bơm:
⊗P 95614,83
H= ≈ (m)
998,23 × 10
= 9,81
ρ g
♦ Công suất trên trục bơm:
N= , KW [III – 439]
Qρ gH
1000
η
với η : hiệu suất chung của bơm, η = 0,72 – 0,93 . Chọn η = 0,8
0,0116 × 998,23 × 9,81× 10
⇒ N= = (KW)
1,42
1000 × 0,8
♦ Công suất động cơ điện:
N
N = , KW [III – 439]
dc
η tr .
η dc
56. với η tr : hiệu suất truyền động, η tr=0,85
η dc: hiệu suất động cơ điện, η dc = 0,9
1,42
⇒ N dc = = (KW)
0,85 × 1,86
0,9
Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với tính toán
nghĩa là có lương dự trữ phòng ngừa trường hợp quá tải. Ta chọn bơm có công
suất động cơ điện:
57. N dc = β
t
dc , KW
.N
với β : hệ số dự trữ công suất. Vì Ndc = 1,86 > 1 nên chọn β = 1,5
[ bảng II.33, III – 440]
t
⇒ N dc = 1,5 × 1,86 = (KW)
2,79
2. Bơm bùn tuần hoàn:
• Chọn loại bơm ly tâm 1 cấp để bơm bùn tuần hoàn từ bể lắng II về bể
3 3
aeroten. Năng suất bơm QT = 555 m /ngày = 0,0064 m /s
• Chọn vận tốc nước trong ống dẫn, w = 1 m/s [III - 370]
• Chiều dài ống dẫn: 32m
o
• Toàn bộ đường ống có bố trí 3 khuỷu 90 và 2 van tiêu chuẩn
♦ Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất cả sức cản thuỷ lực trong hệ
thống ( kể cá ống dẫn và thiết bị)
⊗P = ⊗Ph + ⊗Pd + ⊗Pm + ⊗Pc
• ⊗Ph : áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục
áp suất thuỷ tĩnh:
2
⊗Ph = , N/m
Trong đó: ρ gh
−ρ : khối lượng riêng của bùn,có ρ b
= 1,005 3
=1005 Kg/m
3
T/m
[bảng 13-1,II – 200]
− h: chiều cao nâng chất lỏng h = 7m
→ ⊗Ph = 1005 × 9,81× 7 = 2
(N/m )
69013,35
• ⊗Pd : áp suất động lực học, tức là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho
dòng chảy ra khỏi ống dẫn:
⊗ = ρ ω 2 , N/m2
Pd / 2
với ω : tốc độ lưu thể, ω = 1 m/s
→ ⊗Pd = 1005 × 12 / 2 = 2
(N/m )
502,5
• ⊗Pm : áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn
định
trong ống thẳng: đó:
T
58. 2
⊗Pm = λ . .
L ρ 2 2
ω , N/m
d td
− L: chiều dài ống dẫn (ống hút và đẩy), L = 32m
− dtd: đường kính tương đương của ống, m
59. d td V
,m
0,785 × ω
=
3
với V: lưu lượng nước thải, V = 0,0064m /s
ω : tốc độ trung bình của nước đi trong ống dẫn, ω = 1 m/s
0,0064
→ d td = (m) = 90mm
= 0,785 0,09
×1
Chọn loại ống nhựa PVC 90mm.
−λ : hệ số ma sát, phụ thuộc chế độ chuyển động của dòng và
độ
nhám của thành ống
Xét chuẩn số Renol:
ω d td 1× 0,09 × 1005 4
Re = = = > 10
ρ nb
9.10 4 −
µ nb 1,005 × 10 3
với µ : độ nhớt động lực học của nước bùn,
−
µ = 1,005.10 3 Ns/m2
nb
→ chế độ chảy xoáy. Khi đó hệ số ma sát được xác định theo công
thức :
1 = − lg[(6,81/ Re) + ⊗ / 3,7]
0,9
2
λ
với ⊗ = d =
−3
= 1,1.10
ε td
0,1
90
→
1 [
= − lg (6,81/ 90000)
2
0,9 −3
]
+ 1,1.10 / 3,7 = 6,61
λ
→ λ = 0,023
32 1005
→ ⊗Pm = 0,023 ×1
2 = 2
(N/m )
0,09 × 4109,33
× 2
• ⊗Pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
= λ .
td
⊗ L .
60. 2 2 2
ρω ρω , N/m
= ξ .
d td 2 2
với ξ : hệ số trở lực cục bộ
Trên đường ống gồm có 3 khuỷu và 2 van: ξ = 3ξ k + 2ξ v
o o
Chọn khuỷu ghép 90 do 3 khuỷu 30 tạo thành, chọn a/b = 2
→ ξ k = 1,16
Chọn van tiêu chuẩn , với dtd = 90mm thì ξ v = 4,05
→ ξ = 3× 1,16 + 2× 4,05 = 11,58
61. 1005
→ ⊗Pc = 11,58× 12 = 2
(N/m )
× 5818,95
2
⇒ ⊗P = 69013,35 + 502,5 + 4109,33 + 5818,95 = (N/m )
2
79444,13
Vậy áp suất toàn phần của bơm:
⊗P 79444,13
H= = (m)
1005 × 8,1
= 9,81
ρ g
♦ Công suất trên trục bơm:
0,0064 × 1005 × 9,81× 8,1
N= = = (KW)
Qρ gH
0,64
1000 1000 × 0,8
η
♦ Công suất động cơ điện:
N 0,64
N = = = (KW)
dc
η tr . 0,85 × 0,84
η dc 0,9
Vì Ndc = 0,84 < 1 nên chọn β = 2
⇒ N tdc = β × N dc = 2 × 0,84 = (KW)
1,68
3. Đường ống dẫn khí:
♦ Đường ống chính dẫn khí từ máy nén khí đến bể aeroten:
3
• Lưu lượng khí QK = 0,4642 m /s
• Chọn tốc độ khí trong ống VK = 20 m/s
QK 0,4642
→ Đường kính ống: D = = = 0,172 (m)
0,785 × VK 0,785 × 20
Chọn loại ống nhựa PVC 175 mm
♦ Các ống nhánh phân phối khí vào bể aeroten:
• Với 4 dàn ống xương cá lưu lượng khí trong mỗi ống:
Q
q= K = 3
m /s
k 0,1161
4
• Chọn vk = 15 m/s → ờng kính =
Đư ống: d
62. 0,785 × vk
qk 0,1161
= = 0,099 (m)
0,785× 15
Chọn loại ống nhựa PVC 100 mm
♦ Các ống phân phối khí dài 1m cấp cho bể aeroten:
' Q
• Gồm 110 ống. Lưu lượng khí trong mỗi ống: q k = K = 3
m /s
110 0,0042
• Chọn v k' =10 m/s
63. '
qk 0,0042
'= =
'
→ Đường kính ống: d (m)
0,785× v 0,785× 1 0,023
= k
0
Chọn loại ống nhựa PVC 25 mm
4. Máy nén khí:
♦ Áp lực cần thiết của máy thổi khí tính theo mét cột nước:
Hm = h + h1 + H , m [II – 107]
Trong đó:
• h: tổng tổn thất do ma sát tính theo công thức:
2
l v
h = + = + ∑ξ × × γ , m
hd hc λ 2g
D
với l, D: chiều dài và đường kính ống dẫn, m
2
g : gia tốc trọng trường , g = 9,8 m/s
v : vận tốc chuyển động của không khí trong ống, m/s
3
γ : tỷ trọng của không khí ≈ 1,3 Kg/m
∑ξ : hệ số sức cản thuỷ lực cục bộ
λ : hệ số nhám
Ta chỉ tính đối với đường ống chính D175 dài l =10m dẫn khí
từ
máy nén đến các ống nhánh phân phối khí vào bể aeroten.
− λ được xác định theo công thức:
0,011 0,011
λ = 0,0125 + = 0,0125 + = 0,075
D 0,175
− Tổn thất cục bộ qua 1 van, 3 khuỷu và 3 ngã ba:
∑ ξ = ξ v + 3 + ξ T1 + 2 × ξ T2
× ξ K
Có ξ v = 0,25 [III – 399]
ξ K = 0,3 [III – 394]
Tại ngã ba đầu tiên: ξ T1 = ξ 3 + ξ 1 = 0,6× 2,0 + 0,55= 1,75 [III –
390]
Tại 2 ngã ba tiếp theo: ξ T2 = ξ 3 + ξ 2 = 1,5 + 0,0 = 1,5[III – 392]
→ ∑ξ = 0,25 + 3 × 0,3 + 1,75 + 2 × 1,5 = 5,9
0,075× 10 202
→ h = + 5,9 × 1,3 = (m)
270
×
64. 2 × 9,8
0,175
• h1: tổn thất qua vòi phun (đĩa). Với loại đĩa đã chọn thì tổn thất qua
1 đĩa là 15 mmH2O
h1 = 331 × 0,015 =4,9 (m)
• H: độ sâu ngập nước của miệng vòi phun (đĩa): H = 3,8 m
⇒ Hm = 270 + 4,9 + 3,8 = 278,7 (m)
