Phương pháp tính toán bể lắng cát trong công trình xử lý nước thải


--> Xem thêm: Các thiết bị của bể lắng cát: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát xoáy

--> Các loại máy tách rác cho công trình xử lý nước và nước thải

--> Các loại thiết bị xử lý, nén ép bùn 



1 Nguồn Cát


- Rửa đường phố;

- Nước thải sinh hoạt.


2 Mục Đích Bể lắng cát


Bể lắng cát được sử dụng nhằm mục đích:


- Tránh mài mòn và phá hỏng những bộ phận chuyển động cơ học;

- Giảm sự hình thành các chất lắng trng đường ống, kênh dẫn;

- Giảm số lần làm sạch thiết bị phân hủy.


3 Cơ Sở Lý Thuyết


- Dựa vào quá trình lắng tự do của các hạt;


- Áp dụng định luật Stokes (với dòng chảy tầng).


+ Định luật Stoke (đv cáchạt hình cầu)




 


- Vs : vận tốc lắng (m/s);

- g : gia tốc trọng trường (m/s2);

- ρs : khối lượng riêng của chất rắn (kg/m3);

- ρL : khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3);

- μ : độ nhớt của chất lỏng (kg/s.m).


- Hạt có d = 0,2 mm, ρs = 2,65 kg/L, ρL = 1 kg/L, Vs = 0,021 m/s





- Diện tích tiết diện ngang của bể lắng cát:


                   


- Chiều dài cần thiết của bể lắng cát:


W x hmax x Vh = W x L x vs





+ hmax : Chiều cao cực đại của bể lắng cát;

+ vs : Vận tốc lắng của hạt cát d = 0,2 mm, vs = 0,021 m/s;

+ L : Chiều dài của bể lắng cát;

+ vh : Vận tốc theo phương ngang (vận tốc tới), vh = 0,3 m/s.


L 14 hmax


- Hệ số an toàn f = 1,2 - 1,5 L 18 hmax

- Tốc độ lắng của hạt cát trong nước thải = độ lớn thủy lực của hạt = tải trọn bề mặt của bể lắng cát = U0


Bảng 2.1 U0 theo đường kính hạt trong nước thải sinh hoạt ở 150C


d (mm)

U0 (mm/s)

 

d (mm)

U0 (mm/s)

0,10

5,12

 

0,30

28,30

0,12

7,37

 

0,35

34,50

0,15

11,50

 

0,40

40,70

0,20

18,70

 

0,50

51,60

0,25

24,20

   

Nguồn: Lai (1999).


4 Đặc Tính Và Số Lượng Cát Trong Nước Thải


Đặc Tính


- Tương đối dễ làm ráo nước;

- Sau khi làm khô, độ ẩm = 13-65%; VSS = 1 - 56%

- Cát trơ (sạch) có ρ = 2,65 - 2,7 kg/L;

- Khi có chất hữu cơ dính bám ρ = 1,3 kg/L;

- Khi đổ thành đống ρ = 1.600 kg/m3;

- Kích thước hạt cát d = 0,2 - 2 mm;

- Cát chưa rửa có thể chứa 50% cặn hữu cơ.


Lượng cát phát sinh từ bể lắng cát có thể ước tính bằng 0,037-0,22 m3 cát/1000 m3 nước thải.


3.5 Thiết Kế Bể Lắng Cát


BỂ LẮNG CÁT NGANG


Trong bể lắng cát ngang, nước chuyển động theo phương ngang (dọc theo chiếu dài bể và mặt bằng bể có dạng hình chữ nhật.



- Chiều cao phần công tác H của bể chọn theo tỷ lệ H/L, kiểm tra theo V và thời gian lưu nước (HRT_;

- HRT = 1 - 2 phút = 60 - 120 s;

- Để chất hữu cơ không lắng được, vận tốc dòng chảy phải bằng hằng số. Điều này có thể khống chế được bằng cách xây cửa tràn;

- Chiều rộng cửa tràn thu hẹp từ B xuống b;

- Đáy cửa tràn chênh với đáy bể lắng cát một khoảng tính bằng ΔP nhằm tạo độ chênh áp, nhờ đó nước ra khỏi bể lắng có vận tốc không đổi.


Trong đó:


+ Qmax, Qmin: lưu lượng tối đa và tối thiểu qua BLC khi tốc độ nước chảy qua bể là v không đổi;

+ K = Qmin/Qmax;

+ m: hệ số lưu lượng của cửa tràn phụ thuộc vào góc tới (Bảng 2.2).


Bảng 2.2 Giá trị m đối với cửa tràn theo góc tới θ


b/B

Cotgθ = 0

Cotgθ = 0,5

Cotgθ = 1

Cotgθ = 2

Cotgθ = 3

0,1

0,320

0,343

0,350

0,353

0,350

0,2

0,324

0,346

0,352

0,355

0,352

0,4

0,330

0,350

0,356

0,358

0,356

0,6

0,340

0,356

0,361

0,363

0,361

0,8

0,355

0,365

0,369

0,370

0,369

0,9

0,367

0,373

0,375

0,376

0,375

1,0

0,385

0,385

0,385

0,385

0,385


  • Vận tốc lắng của cát thay đổi theo kích thước hạt cát và nhiệt độ (Bảng 2.3).


Bảng 2.3 Vtốc lắng của cát trong nước ở t0C khác nhau


d (mm)

Vận tốc lắng (mm/s)

d (mm)

Vận tốc lắng (mm/s)

50C

100C

150C

200C

50C

100C

150C

200C

3,50

240,5

245,5

250,5

255,5

0,275

21,55

23,78

26,0

28,82

3,00

225,5

227,5

232,5

237,5

0,25

18,45

20,5

22,5

24,6

2,50

204,2

209,2

214,2

219,2

0,20

12,85

14,5

16,15

17,8

2,00

182,5

187,5

192,5

197,5

0,15

7,87

9,15

10,42

11,69

1,75

168,2

173,2

178,2

183,2

0,14

6,92

8,12

9,32

10,52

1,50

151,5

156,5

161,5

166,5

0,13

6,00

7,15

8,30

9,45

1,25

133,0

138,0

143,0

148,0

0,125

5,52

6,64

7,77

8,90

1,00

112,0

116,85

121,7

126,55

0,12

5,1

6,175

7,25

8,325

0,90

103,2

107,9

112,6

117,2

0,11

4,55

5,40

6,25

7,10

0,85

98,4

102,95

107,5

112,05

0,10

3,85

4,6

5,35

6,10

0,80

93,65

98,08

102,92

106,92

0,095

3,44

4,14

4,84

5,54

0,77

91,3

95,65

100,0

104,35

0,0925

3,34

3,97

4,60

5,23

0,75

88,1

92,3

96,5

100,7

0,090

3,15

3,75

4,35

4,95

0,70

81,6

85,7

89,8

93,9

0,085

2,82

3,36

3,90

4,44

0,65

74,8

78,75

82,7

86,65

0,080

2,525

3,005

3,485

3,965

0,60

67,8

71,55

75,3

79,05

0,075

2,245

2,665

3,085

3,505

0,50

53,35

56,68

60,0

63,32

0,070

1,940

2,32

2,70

3,08

Bảng 2.3 Vtốc lắng của cát trong nước ở t0C khác nhau


d (mm)

Vận tốc lắng (mm/s)

d (mm)

Vận tốc lắng (mm/s)

50C

100C

150C

200C

50C

100C

150C

200C

0,400

39,7

42,6

45,5

48,4

0,0685

1,847

2,217

2,587

2,957

0,375

36,2

39,0

41,8

44,6

0,0690

1,682

2,007

2,332

2,657

0,350

32,4

35,05

37,7

40,35

0,0615

1,51

1,805

2,10

2,395

0,325

28,7

31,2

33,7

36,2

0,0600

1,455

1,73

2,005

2,280

0,300

25,1

27,45

29,7

32,15

0,0570

1,325

1,57

1,815

2,060


- Chiều cao lớp cát trong bể lắng cát:



+ hc : chiều cao lớp cát trong bể;

+ L : chiều dài bể lắng cát;

+ n : số ngăn công tác;

+ B : chiều rộng của một ngăn công tác.


- Chiều cao xây dựng của bể lắng cát:


HXD = hmax + hc + 0,4


- Kiểm tra lại sao cho vmin 0,15 m/s.


- Diện tích hữu ích của sân phơi cát:



+ F : diện tích hữu dụng của sân phơi cát (m2);

+ P : lượng cát giữ lại ở bể lắng P = 0,02 l/ng.ngđ;

+ N : dân số tính toán;

+ h : chiều cao lớp bùn cát = 4-5 m/năm.


BỂ LẮNG CÁT THỔI KHÍ


Ứng Dụng


- Trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất lớn;

- Khí sẵn có, rẻ tiền;

- Quá trình sục khí làm tăng hiệu quả xử lý.


Ưu Điểm


- Hiệu quả không phụ thuộc vào lưu lượng;

- Quá trình sục khí cung cấp năng lượng tách chất hữu cơ khỏi cát;

-   Hiệu quả tách cát cao.

- Tránh quá trình phân hủy chất hữu cơ khi vận tốc dòng chảy nhỏ.



Tính Toán Bể Lắng Cát Thổi Khí


- Vận tốc xoay 0,25 - 0,3 m/s;

- Tỷ lệ chiều rộng và chiều sâu W : H = 1 - 1,5;

- Thời gian lưu nước HRT = 3 - 5 phút;

- Khí cấp vào = 3 - 8 m3/m2.h.


Tốc độ chuyển động xoay được duy trì không đổi nhằm:


- Bảo đảm cặn hữu cơ ở trạng thái lơ lửng;

- Tạo điều kiện cho các hạt cát va chạm với nhau, tách bớt cặn hữu cơ bám quanh;

- Cát sạch hơn, thành phần vô cơ chiếm 90-95% nên để lâu khôn gây mùi hôi thối..


Hệ thống sục khí được làm ống nhựa châm lỗ, đường kính lỗ = 3,5 - 5,0 mm. Ống đặt ngập trong nước ở khoảng cách bằng 0,7 - 0,75 H và cách đáy bể 45-60 cm.


Cát có thể được lấy khỏi bể lắng bằng phương pháp thủ công hay cơ giới, một cách lien tục hay gián đoạn, cũng có thể dùng bơm phun tia dồn cát về máng thu. Trong trường hợp này cần:


- Lắp ống cấp nước φ 100 mm;

- Cấp nước cho vòi đặt cách nhau 0,4 m;

- Lưu lượng nước lùa cát: Q = v.F = v.B.L (m3/s). Trong đó, v là vận tốc đẩy cát về máng thu = 0,0065 m/s (đẩy cát cỡ 0,05 cm) và  F là diện tích mặt bằng bể (m2).


Bảng 2.4 Thông số thiết kế bể lắng cát thổi khí


Thông số

Khoảng

Đặc trưng

HRT đối với Qmax (phút)

2 – 5

3

Kích thước bể:

+ Độ sâu (ft)

+ Chiều dài (ft)

+ Chiều rộng (ft)

+ Tỷ số chiều rộng – độ sâu

+ Tỷ số chiều dài – chiều rộng


 7 – 16

25 – 65

 8 – 23

1:1 – 5:1

3:1 – 5:1





1,5 : 1

4,0 : 1

Khí cung cấp (ft3/phút.ft chiều dài)

2,0 : 5,0

 

Lượng cát (ft3/Mgal)

0,5 – 27

2,0

ft3/phút.ft x 0,0929 = m3/phút.m

ft3/Mgal x 0,00748 = m3/103 m3

Nguồn: Giáo trình Xử lý nước thải



--> Xem thêm: Các thiết bị của bể lắng cát: Bể lắng cát ngang, bể lắng cát xoáy,...