BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI. ThS.Lâm Vĩnh Sơn

Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Chương 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG SINH HỌC Xử lý nước thải phương pháp sinh học dựa vào khả sống hoạt động VSV có khả phân hố hợp chất hữu Các chất hữu sau phân hố trở thành nước, chất vơ hay khí đơn giản Có loại cơng trình xử lý nước thải phương pháp sinh học: - Điều kiện tự nhiên - Điều kiện nhân tạo 4.1 CÔNG TRÍNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 4.1.1 Cánh đồng tưới công cộng bãi lọc Trong nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng N, P, K đáng kể Như vậy, nước thải nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với phát triển thực vật Tỷ lệ nguyên tố dinh dưỡng nước thải thường 5:1:2 = N:P:K Nước thải CN sử dụng loại bỏ chất độc hại Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng cánh đồng lọc Nguyên tắc hoạt động : Việc xử lý nước thải cánh đồng tưới, cánh đồng lọc dựa khả giữ cặn nước mặt đất, nước thấm qua đất qua lọc, nhờ có oxy lỗ hỏng mao quản lớp đất mặt, VSV hiếu khí hoạt động phân hủy chất hữu nhiễm bẩn Càng sâu xuống, lượng oxy q trình oxy hóa chất hữu giảm xuống dần Cuối đến độ sâu xảy q trình khử nitrat Đã xác định q trình oxy hóa nước thải xảy lớp đất mặt sâu tới 1.5m Vì cánh đồng tưới bãi lọc thường xây dựng nơi có mực nước nguồn thấp 1.5m so với mặt đất Nguyên tắc xây dựng: Cánh đồng tưới bãi lọc mảnh đất san phẳng tạo dốc không đáng kể ngăn cách tạo thành ô bờ đất Nước thải phân bố vào ô hệ thống mạng lưới phân phối gồm : mương chính, máng phân phối hệ thống tưới ô Nếu khu đất dùng xử lý nước thải, chứa nước thải cần thiết gọi bãi lọc Cánh đồng tưới, bãi lọc thường xây dựng nơi có độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư cuối hướng gió Xây dựng nơi đất cát, cát, nơi đất sét, với tiêu chuẩn tưới không cao đảm bảo đất thấm kịp Diện tích ô không nhỏ ha, cánh đồng cơng cộng diện tích trung bình lấy từ đến ha, chiều dài ô nên lấy khoảng 300-1500 m, chiều rộng lấy vào địa hình Mực nước ngầm biện pháp tưới không vượt 10 -200 m Trang 95 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Cánh đồng tưới công cộng cánh động lọc thường xây dựng với i~0,02 Sơ đồ cánh đồng tưới Mương màng phân phối; Máng, rãnh phân phối ô; Mương tiêu nước; Ống tiêu nước; Đường Khoảng cách vệ sinh phụ thuộc vào công suất: + Đối với bãi lọc: - l=300m; Q=200-5000 m3/ng.đ - l=500m; Q=5000-50000 m3/ng.đ - l=1000m; Q>50000 m3/ng.đ + Đối với cánh đồng tưới - l=200m; Q=200-5000 m3/ng.đ - l=400m; Q=5000-50000 m3/ng.đ - l=1000m; Q>50000 m3/ng.đ Mạng lươí tưới bao gồm: + Mương + Mương phân phối + Hệ thống mạng lưới tưới ô + Hệ thống tiêu nước (nếu nước không thấm đất) ( Chiều sâu ống tiêu: 1,2-2m) Kích thước phụ thuộc vào địa hình + Cánh đồng tưới: STB = 5-8 R ⎛1 1⎞ =⎜ − ⎟ D ⎝ 8⎠ + Đối với bãi lọc nhỏ + Tuy nhiên chiều dài ô: D = 300-1500 ; R = 100-200 Để xác định diện tích cánh đồng tưới người ta phân biệt loại tiêu chuẩn: 1- T/C tướiTB ngày đêm (m3/ng.đ.ha.năm) 2- T/C tưới theo vụ (lượng nước tưới suốt t/g vụ) 3- T/C tưới lần (lượng nước tưới lần) Trang 96 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 4- T/C tưới bón (lượng nước cho loại trồng xuất phát từ khả bón nước thải) Diện tích thực dụng cánh đồng tưới, bãi lọc: Q Ftd = q (ha) o Với: + qo: T/C tưới nước lấy theo bảng sau Tiêu chuẩn tưới cánh đồng công cộng to TB năm KK Loại trồng 6-9,5oC 9,5-11oC 11-15 oC Vườn Đồng Vườn Đồng Vườn Đồng Tiêu chuẩn tưới ((m3/ha.ng.đ) Á sét Á cát Cát 45 60 80 25 30 40 60 70 85 30 35 45 70 80 90 35 40 45 T/C tưới (m3/ha) 2500-6300 5000-7000 4000-4500 3000-6500 1800-2500 5000-10000 Loại trồng Bắp cải sớm xúp lơ Bắp cải muộn Cà chua Củ cải Khoai tây Hành tỏi, rau thơm A sét Cát T/C phụ thuộc mực nước ngầm 1.5m 6-11oC 70 11-15 oC 80 o 6-11 C 160 o 11-15 C 180 2.0m 75 85 130 210 3.0m 85 100 235 350 Mỗi cánh đồng có vùng đất dự trữ Q qo Fdt = αq = α Ftdq dt dt Với: qo + (q = 0.3-0.5) dt + α: hệ số kể đến việc lượng nước thải khu vực dự trữ nhỏ dự định phụ thuộc vào to t < 10oC α = 0.75 t > 10oC α = 0.5 Tổng diện tích cánh đồng Với: F = Fdt + Ftd + K(Fdt + Ftd) Trang 97 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn + K(Fdt + Ftd): phần cơng trình phụ, bờ chắn, kênh mương) + K = (0.15-0.25), thường K = 0.25 Vận tốc tưới: + h = 1.0 m v = 0.15-0.85m/s + h ≠ 1.0 m v = voh0.2 h: chiều sâu TB dòng chảy (m) vo: vận tốc chiều sâu dòng chảy h = 1m Độ dốc: I = 0.001-0.0005 Lưu lượng tính tốn cho mạng lưới ô: q= Ftd.m mFtd.1000 t = t.3600 (l/s) Với: + m: T/C tưới cho loại chủ yếu + t: t/g tưới Lưu lượng nước tính tốn tiêu nước: qt = αqoT t (m /ha.ng.đ) Với: + qo: T/C tưới (m3/ha.ng.đ) + T: t/g lần tưới ngày (h) + t: t/g tiêu nước (0.4-0.5)T Vì nước không đồng nên nhân thêm hệ số n (=1.5): 1000 qmt = qt.n.86400 (l/s.ha) (modun dòng chảy tiêu nước) Lưu lượng tính cho ống: q1 = F1 qm.t (F1: diện tích phục vụ) bl F1 = 10000 (ha) Với: + b: khoảng cách ống tiêu nước + l: chiều dài ống tiêu l = 629(H-h) k p Với: + H: chiều sâu chân cống + h: chiều sâu lớp đất cần tiêu nước + k: hệ số thấm Loại đất Cát A cát Kích thước hạt đất (mm) 1.22-0.12 0.12-0.076 Hệ số thấm (cm/s) 1-0.01 0.01-0.004 Trang 98 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn A sét Sét thấm nước 0.076-0.038 0.038 0.004-0.001 0.001 + P: chiều cao lớp nước tiêu ngày αqoT P= t.1000 H h ho b 4.1.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp: Từ lâu người ta nghĩ đến việc sử dụng nước thải nguồn phân bón để tưới lên cánh đồng nông nghiệp vùng ngoại ô Theo chế độ nước tưới người ta chia thành loại: - Thu nhận nước thải quanh năm - Thu nước thải theo mùa Khi thu hoạch, gieo hạt mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải đầm hồ (hồ nuôi cá, hồ sinh học, hồ điều hòa,…) xả cánh đồng cỏ, cánh đồng trồng ưa nước hay hay vào vùng dự trữ Chọn loại cánh đồng tùy thuộc vào đặc điểm thoát nước vùng loại trồng có Trước đưa vào cánh đồng , nước thải phải xử lý sơ qua song chắn rác, bể lắng cát bể lắng Tiêu chuẩn tưới lấy thấp cánh đồng cơng cộng có ý kiến chuyên gia nông nghiệp b 4.1.3 Hồ sinh học: Cấu tạo: Hồ sinh vật ao hồ có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo, cịn gọi hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn q trình oxy hóa sinh hóa chất hữu nhờ lồi vi khuẩn, tảo loại thủy sinh vật khác Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh từ rêu tảo trình quang hợp oxy hóa từ khơng khí để oxy hóa chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat nitrat amon sinh từ phân hủy, oxy hóa chất hữu vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không thấp Trang 99 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 60C Theo trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật loại:hồ hiếu khí, hồ kỵ khí hồ tùy nghi Hồ sinh học dùng xử lý nước thải sinh học chủ yếu dựa vào trình làm hồ Ngồi việc xử lý nước thải cịn có nhiệm vụ: + Nuôi trồng thuỷ sản + Nguồn nước để tưới cho trồng + Điều hồ dịng chảy Có loại sau đây: + Hồ kỵ khí + Hồ kỵ hiếu khí + Hồ hiếu khí 4.1.3.1_ Hồ kỵ khí a/ Đặc điểm o Dùng để lắng phân huỷ cặn lắng PP sinh học tự nhiên dựa phân giải VSV kỵ khí o Chuyên dùng xử lý nước thải CN nhiễm bẩn o Khoảng cách vệ sinh (cách XN thực phẩm): 1.5-2 km o Chiều sâu: h = 2.4-3.6.m b/ Tính tốn: chủ yếu theo kinh nghiệm o Skỵ khí = (10-20%) Skỵ hịếu khí o t/g lưu + Mùa hè: 1.5 ngày + Mùa đông: > ngày o E% BOD + Mùa hè: 65-80% + Mùa đông: 45-65% c/ Lưu ý o Hồ có ngăn để dự phịng (tháo bùn, …) o Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm o S < 0.5 ha: miệng xả o S > 0.5 ha: bổ sung thêm o Cửa lấy nước thiết kế giống thu nước bề mặt 4.1.3.2_ Hồ kỵ hiếu khí: thường gặp Trong hồ xảy q trình song song + Oxy hố hiếu khí + Phân hủy metan cặn lắng Có lớp: + Hiếu khí + Trung gian + Kỵ khí Nguồn oxy cấp chủ yếu trình quang hợp rong tảo Q trình kỵ khí đáy phụ thuộc vào to Chiều sâu hồ kỵ hiếu khí: 0.9-1.5 m TÍNH TOÁN 1/ Chiều sâu hồ: 0.9-1.5 m D 2/ Tỷ lệ chiều dài rộng: R = (1 : 1) 3/ Vùng có gió: S rộng ; Vùng gió: Hồ có nhiều ngăn 4/ Nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét S = 15 cm Trang 100 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 5/ Bờ hồ có mái dốc: + Trong (1:1 – 1.5:1) + Ngoài (2:1 – 2.5:1) 6/ Nên trồng cỏ dọc hồ (cách mặt taly đáy 30 cm phải gia cố bê tông) 7/ Cấu tạo cửa vào cửa ra: Ống dẫn nước Mực nước Hố Ống dẫn nước Mực nước Hố Tấm ngăn Ong dẫn nước 8/ Hiệu xử lý Lt E = L = + kt a t Với: + La: BOD5 nước thải (mg/l) + Lt: BOD5 xử lý + t: t/g lưu nước thải + kt: Hệ số phụ thuộc vào to kt =k20 C (T - 20) k20 = (0.5-1): nước thải sinh hoạt k20 = (0.3-2.5): nước thải CN C = (1.035-1.074): hồ tự nhiên C = (1.045): tiếp khí nhân tạo T: nhiệt độ hồ (oC) 9/ Thời gian lưu nước: La - Lt t = k L t t Trang 101 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 10/ Tải lượng BOD5: BOD5 = 11.2(1.054)(1.8T + 32) 4.1.3.3 Hồ hiếu khí: Oxy hố chất HC nhờ VSV hiếu khí Có loại: a/ Hồ làm thống tự nhiên: cấp oxy chủ yếu khuyếch tán khơng khí qua mặt nước quang hợp thực vật Chiều sâu hồ: 30-50 cm Tải trọng BOD: 250-300 kg/ha.ngày t/g lưu nước: 3-12 ngày Diện tích hồ lớn b/ Hồ làm thống nhân tạo: cấp oxy khí nén, máy khuấy, … Chiều sâu: h = 2-4.5 m Tải trọng BOD: 400 kg/ha.ngày Thời gian lưu: 1-3 ngày Tuy nhiên hoạt động hồ kỵ hiếu khí Ví dụ áp dụng: Tính hồ sinh học cho cơng trình xử lý nước thải khu đô thị với số liệu cho sau đây: Các số liệu đầu vào để tính tốn:   Lưu lượng trung bình nước thải ngày đêm: Q = 2988,6 m3/ngđ; Hàm lượng chất lơ lửng: 52,5 mg/L;  Hàm lượng NOS20 sau xử lý: 140 mg/L; Nhiệt độ nước thải: 250C  Số liệu đầu cần đạt:   Hàm lượng chất lơ lửng ≤ 25 mg/L Hàm lượng NOS20 ≤ 70 mg/L Chọn hồ sinh học hiếu khí hai bậc với làm thống tự nhiên để tính tốn thiết kế Phương pháp tính tốn dựa theo TCXD-51-84, phụ lục E, mục a Tính tốn hồ sinh học bậc I: Giả sử hiệu xử lý nước thải hồ sinh vật bậc I đạt 30% Như vậy, hàm lượng NOS20 nước thải khỏi hồ bậc I 140 x 70% = 98 mg/L Thời gian lưu nước hồ bậc I tính theo cơng thức: t1 = L 1 140 lg a = lg = 3,5 ngày đêm α K1 Lt 0,35 × 0,1258 98 Trong đó: α1 : Hệ số sử dụng thể tích hồ: chọn tỉ lệ B:L = 1:1 - 1:3, α1 = 0,35; K1 : Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải hồ bậc I 250C, ta có: K = 0,1 × 1,047 (25− 20 ) = 0,1258 ; La : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc I; Lt : Hàm lượng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II Thể tích hồ bậc I tính theo cơng thức: tb W1 = Qngd × t1 = 2988,6 × 3,5 ≈ 10460 m3 Diện tích mặt thống hồ bậc I tính theo cơng thức: Trang 102 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn F1 = tb × C p × (La − Lt ) Qngd a × (C p − C )× Tr = 2988,6 × 8,58 × (140 − 98) ≈ 74279 m2 0,9 × (8,58 − 5) × 4,5 Trong đó: Cp : Lượng oxy hịa tan tương ứng với nhiệt độ nước hồ, lấy Cp = 8,58 mg/L; C0 : Hàm lượng oxy hòa tan nước khỏi hồ, lấy = - mg/L; La : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc I; Lt : Hàm lượng NOS20 từ hồ bậc I dẫn vào hồ bậc II; Tr : Độ hòa tan tự nhiên khơng khí vào nước ứng với độ thiếu hụt oxy 1, lấy - g/m3.ngđ, chọn Tr = 4,5 g/m3.ngđ; a : Hệ số đặc trưng tính chất bề mặt hồ: Khi bờ hồ khúc khuỷu, a = 0,5 - 0,6; Khi bờ hồ bình thường, a = 0,8 - 0,9, lấy a = 0,9 Chọn thiết kế hồ sinh học bậc I gồm đơn nguyên, ta tính kích thước hồ sinh học bậc I mặt chọn sau: L1 × B1 = 74279 ≈ 18570 = 150m × 125m Chiều sâu lớp nước hồ sinh vật bậc I: H1 = W1 10460 = = 0,56 m F1 18570 b Tính tốn hồ sinh học bậc II: Thời gian lưu nước hồ bậc I tính theo cơng thức: t2 = L 1 98 lg t = lg = 1,6 ngày đêm α K Lr 0,8 × 0,1148 70 Trong đó: α2 : Hệ số sử dụng thể tích hồ, α = 0,8 ứng với tỉ lệ B : L đến : 30; K2 : Hằng số nhiệt độ, ứng với nhiệt độ nước thải hồ bậc II 230C, ta có: K = 0,1 × 1,047 (23− 20 ) = 0,1148 ; Lt : Hàm lượng NOS20 dẫn vào hồ bậc II; Lr : Hàm lượng NOS20 cần đạt sau xử lý Thể tích hồ bậc II tính theo cơng thức: tb W2 = Qngd × t = 2988,6 × 1,6 ≈ 4755 m3 Diện tích mặt thống hồ bậc I tính theo cơng thức: F2 = tb × C p × (Lt − Lr ) Qngd a × (C p − C0 )× Tr = 2988,6 × 8,58 × (98 − 70 ) ≈ 49520 m2 0,9 × (8,58 − 5) × 4,5 Chọn thiết kế hồ sinh học bậc II gồm đơn nguyên, ta tính kích thước hồ sinh học bậc II mặt chọn sau: Trang 103 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn L2 × B2 = 49520 ≈ 24760 = 160m × 155m Chiều sâu lớp nước hồ sinh vật bậc II: H2 = W2 4755 = ≈ 0,2 m F2 24760 4.2 CƠNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC NHÂN TẠO 4.2.1 Bể lọc sinh học (Bể Biophin)( có lớp vật liệu khơng ngập nước) CHI TIẾT THÁP LỌC SINH HỌC 800 CẦU THANG CHI TIẾT 3125 DÀN PHÂN PHỐI NƯỚC 70 00 4000 VẬT LIỆU LỌC 70 400 600 GIÁ ĐỢ VẬT LIỆU LỌC 3000 00 300 CỘT 300 x 300 mm 150 750 300 4753 300 50 60 300 4754 300 4753 50 50 00 3000 70 00 00 70 230 40 15000 230 150 10 A-A 150 750 50 0 350 150 4753 300 CỘT 300*300 CHI TIẾT DÀN ỐN G PHÂN PHỐI NƯỚC Ở GÓC THÁP 2000 NƯỚC VÀO 300 CÁC H BỐ TRÍ HỆ THỐN G PHÂN PHỐI NƯỚC 4754 15460 THANG THĂM 17260 TỈ LỆ 1:2 CỬA NƯỚC RA 1000 30 1000 A 1000 A 300 BỂ TUẦN HOÀN 2000 150 850 ỐN G SỤC KHÍ 600 1200 19300 300 1000 300 CỬA NƯỚC QUA BỂ AEROTEN 1000 1000 MẶT BẰNG 150 50 200 1000 2020 50 3980 TRƯỜNG ĐHDL KTCN TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 20 100 1000 7000 1000 50 TỈ LỆ 1:15 1000 300 300 CỬA NƯỚC TUẦN HOÀN LẠI HỐ BƠM SINH HỌC VẬT LIỆU LỌC 1000 1500 1500 300 100 1000 1000 ỐN G NƯỚC TUẦN HOÀN TỪ MÁY ÉP BÙN 300 1000 750 230 1000 4753 1000 1000 500 1000 300 CHI TIẾT ỐN G QUAY PHÂN PHỐI NƯỚC TL 1:10 CÁC H SẮP XẾP VẬT LIỆU LỌC NGHIÊN CỨU CẢI TẠO HỆ THỐN G XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG KHU CÔN G NGHIỆP VIỆT NAM - SINGAPORE GVHD GV KS LÂM VĨNH SƠN CNBM GS TS LÂM MINH TRIẾT SVTH NGUYỄN KHA TUẤN THÁP LỌC SINH HỌC TỶ LỆ : 1:80 SỐ BẢN VẼ : 15 BẢN VẼ SỐ : 11 THÁN G 12 - 2004 Lọc sinh học có vật liệu khơng ngập nước Cấu tạo: có vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước - Các lớp vật liệu có độ rỗng diện tích lớn (nếu có thể) - Nước thải phân phối - Nước thải sau tiếp xúc VL tạo thành hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc - Ở bề mặt VL lọc khe hở chúng cặn bẩn giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học - Lượng oxy cần thiết để cấp làm oxy hoá chất bẩn từ đáy lên - Những màng VS chết nước thải khỏi bể giữ bể lắng Vật liệu lọc: - Có diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn - Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm) - HVL = 1.5-2.5 m - Nhựa đúc sẵn PVC sử dụng rộng rãi ngày HVL = 6=9 m Hệ thống phân phối nước: - Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc) - Dàn ống cố định (lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải Trang 104 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: 0.2-0.3 m Sàn đỡ thu nước: có nhiệm vụ: - Thu nước có mảnh màng sinh học bị tróc - Phân phối gió vào bể lọc để trì MT hiếu khí khe rỗng - Sàn đỡ bê tông sàn nung - Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6-0.8 m, i = 1-2 % Phân loại bể lọc sinh học: Thông số Chiều cao lớp VL Đơn vị đo m Tải trọng thấp 1-3 Kg BOD5/1 m3.ngày m3/m2.ngày Đá cục, than cục, đá ong, … 0.08-0.4 1-4.1 Tải trọng cao 0.9-2.4 (đá) 6-8 (nhựa tấm) Đá cục, than, đá ong, nhựa đúc 0.4-1.6 4.1-40.7 % 80-90 65-85 Loại VL Tải trọng theo chất HC Tải trọng thuỷ lực theo diện tích bề mặt Hiệu BOD TÍNH TỐN 1/ Hiệu khử BOD: E = (%) Với: + W: tải trọng BOD bể lọc (kg/ngày) W = Q (So – S) (S: 14 - 15 mg/l) + V: thể tích VL lọc So - S V1 = CO : thể tích / 1m3 nước < tkk < 10oC: CO = 250 tkk > 10oC: CO = 300 tkk ≠ 10oC: t1 CO = 30 100C (CO: công suất oxy hố (g/m3.ng.đ) ) V = V1Q + F: thơng số tuần hoàn nước F= 1+R R (1 + 10)2 QT R = Q : Hệ số tuần hoàn 2/ Xác định lại thể tích VL lọc theo hiệu suất Eo Eo = 100 0.4333 W 1+ 1-E VF Giải PT Vmới 4/ Diện tích bể lọc: Trang 105 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn V S=H 5/ Đường kính bể lọc D= Nếu Hình chữ nhật: 6/ Tải trọng thuỷ lực: 4S ∏ S = DxR a= Q + QT S 7/ Tải trọng chất HC W b = V (kg BOD / m3.ngày) 8/ Lượng khí cấp: f WKK = 21 Với: + f: lượng BOD20 nước thải + 21: tỷ lệ oxy khơng khí Các cơng thức tính tải trọng áp dụng tính bể lọc sinh học đá cục, sỏi, (60-100 mm); HVL = 0.9-2.5 m Đối với bể lọc sinh học có lớp vật liệu nhựa gấp nếp, … HVL = 4-9 m: tháp sinh học 1/ Tải trọng: Co = P.H.KT/η Với: (g BOD5 / m2.ngày) + H: chiều cao vật liệu lọc + P: độ rỗng lớp VL (%) + KT: số nhiệt độ (oC) KT = K20 1,047 T – 20 = 0,2 1,047 T – 20 + η: phụ thuộc BOD5 đầu S (mg/l) 10 3.3 η 15 2.6 20 2.25 25 30 1.75 35 1.6 40 1.45 45 1.3 2/ Tải trọng thuỷ lực tính (m3 NT/m3 TTVL lọc) qo = Co Fa/So Với: + Fa: diện tích bề mặt VL lọc đơn vị VL lọc (m2/m3) + So: BOD5 vào 4/ Thể tích VL lọch Q W=q o Trang 106 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn 10.2.2._ Bể lọc sinh học có lớp VL ngập nước thải CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC MÁNG CHẢY TRÀN ỐNG DẪN KHÍ CHÍNH Þ168 ỐNG DẪN NƯỚC THẢI VÀO Þ90 LAN CAN ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA Ø250 500 500 ỐNG DẪN KHÍ NHÁNH Þ60 CẦU THANG 3000 3000 VẬT LIỆU BÁM DÍNH ±0.00 ±0.00 ±0.00 2000 2200 1000 200 200 200 1000 1000 1000 1000 1000 CHI TIEÁT 1000 31000 200 200 200 200 500 1000 500 500 1000 500 500 1000 500 200 200 200 200 MAËT CẮT B-B ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC THẢI ĐỤC LỖ Þ42 R60 MẶT CẮT A-A ỐNG DẪN NƯỚC THẢI VÀO Þ90 200 B VẬT LIỆU BÁM DÍNH CHI TIẾT 200 20 60 20 300 ỐNG DẪN NƯỚC THẢI RA A Ø250 A 6000 2000 CHI TIẾT (TỶ LỆ 20/1) CHÂN ĐẾ ĐỢ ỐNG DẪN KHÍ CHI TIẾT (TỶ LỆ 20/1) ĐĨA SỤC KHÍ CHI TIẾT D20 1000 1000 1000 Þ42 200 200 B CHI TIẾT BÓ VẬT LIỆU BÁM DÍNH (ỐNG PVC RUỘT GÀ Þ34) MẶT BẰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ KHOA MÔI TRƯỜNG - CNSH SO Ð? KHƠNG GIAN M? NG LU ? I PHÂN PH? I KHÍ CHI TIẾT (ỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC Þ42 ĐỤC LỖ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NÙC THẢI SINH HOẠT KHU DÂN CƯ TÂN QUY ĐÔNG-QUẬN SVTH NGUYỄN CÔNG HANH GVHD Th.s LÂM VĨNH SƠN CHI TIẾT BỂ LỌC SINH HỌC TỶ LỆ 1:1 SỐ BẢN VẼ: 11 BẢN VẼ SỐ: 08 12 / 2007 Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước nước BOD + NH3 + O2 Tế bào VS (C5H7NO2) + O2 + H2O O2 NH3 + CO2 + H2O + O2 NO2 - + O2 NO3- Trong lớp VL lọc BOD bị khử chuyển hoá NH4+ NO3Khi tổn thất lớp VL lọc = 0,5 m đóng van xả cặn (30-40 giây) Cường độ rửa lọc: 12-14 l/s.m2 TÍNH TỐN + BOD5 ≤ 500 + Tốc độ lọc ≤ 3m/h + dhạt = 2-5 mm + Hiệu lọc: So K = S = 10αF+β Với: - F: chuẩn số : F = H.B0,6.KT/q0,4 Trong đó: Trang 107 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - KT = 0,2 x 1,047 T –20 T (oC): nhiệt độ nước thải H: chiều cao lớp VL lọc B: lưu lượng đơn vị KK: –12 (m3 KK / m3 nước thải) q: tải trọng thuỷ lực (20-80 m3/m2.ng) α, β: phụ thuộc vào qđvị KK, vào F B α 1.51 0.47 1.2 0.4 1.1 0.2 F ≤ 0.662 ≤ 0.662 ≤ 0.85 ≤ 0.85 ≤ 1.06 ≤ 1.06 10 12 β 0.69 0.13 0.83 0.19 1.15 Bài tập áp dụng Tính tốn bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước - BOD5 = 190 mg/l - Tốc độ lọc ≤ 3m/h - dhạt = 2-5 mm - Hiệu lọc: So K = S = 10αF+β Trong đó: So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l S : Nồng độ BOD5 đầu bể lọc sinh học H vl × B 0.6 × K × 10 0.6 × 0.251 = = 0.418 F : Chuẩn số : F = q 50 0.4 KT = 0.2 x 1.047 T –20 = 0.2 x 1.047(25 - 20) = 0.251 T (oC): Nhiệt độ nước thải, T = 25oC Hvl : Chiều cao lớp vật liệu lọc, Hvl = 1.5 - 2m, Chọn Hvl = 2m B: Lưu lượng đơn vị khơng khí: – 12 (m3 khơng khí /m3 nước thải) Chọn B = 10 (m3 khơng khí /m3 nước thải) q: Tải trọng thuỷ lực (20-80 m3/m2.ng), chọn q = 50 (m3/m2.ng) α, β: Phụ thuộc vào qđơnvị khơng khí chuẩn số F Chọn α = 1.51, β = B 10 12 F ≤ 0.662 ≤ 0.662 ≤ 0.85 ≤ 0.85 ≤ 1.06 ≤ 1.06 α 1.51 0.47 1.2 0.4 1.1 0.2 β 0.69 0.13 0.83 0.19 1.15 S0 = 10αF + β S => S = - S0 190 = 1.51×0.662 = 19 mg/l αF + β 10 10 Thể tích bể lọc sinh học: Trang 108 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn W = Trong đó: (S − S ) × QTBNgày NO So : Nồng độ BOD5 đầu vào bể lọc sinh học, So = 190 mg/l S : Nồng độ BOD5 đầu bể lọc sinh học, S = 13.45 mg/l Ngày Ngày QTB : Lưu lượng trung bình ngày đêm, QTB = 1200 m3/ngàyđêm NO : Năng lực oxy hóa bể lọc, NO = 550 gO2/m3.ngàyđêm (Xử lý nước thải đô thị công nghiệp – Lâm Minh Triết) W= - 550 = 373 m3 Diện tích hữu ích bể lọc sinh học: F= Trong đó: (190 − 19) × 1200 W H vl × n n : So ngăn bể lọc sinh học Chọn n = F= 373 = 186.5 m2 ×1 Chọn chiều dài bể D = 31m, chiều rộng R = 6m - Chiều cao phần đáy h1 = 0.5 m - Chiều cao lớp vật liệu Hvl = m - Chiều cao dành cho vật liệu dãn nở h2 = m - Chiều cao phần chứa nước rửa h3 = m - Chiều cao bảo vệ hbv = 0.5 m Tổng chiều cao bể lọc: H = Hvl + h1 + h2 + h3 + hbv = + 0.5 + + + 0.5 = m * Lượng khí cần thiết - Lưu lượng khơng khí cần cung cấp cho bể điều hịa: h Lk = B × Qmax Trong đó: B: Lưu lượng đơn vị khơng khí: –12 (m3 khơng khí /m3 nước thải) Chọn B = 10 (m3 khơng khí /m3 nước thải) h h : Lưu lượng lớn nhất, Qmax = 83 m3/h Qmax Lk = 10 × 83 = 830 m3/h Chọn hệ thống cung cấp khí ống thép, phân phối khí đĩa sục khí, phân bố dọc theo chiều dài bể cách 1m Như có tất 30 ống - Lưu lượng khí ống: qống = Trong đó: - Lkhí 830 = 83 m3/h = 10 10 Vận tốc khí ống 10 – 15 m/s Chọn vống = 10 m/s Đường kính ống chính: Dơng = × Lkhí × 830 = = 0.171 m = 171 mm π × vơng × 3600 π × 10 × 3600 Chọn ống Dống = φ 168 mm Trang 109 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn - Đường kính ống nhánh: × q ơng d ơng = π × vơng × 3600 = × 83 = 0.54 m = 54 mm π × 10 × 3600 Chọn ống phân phối khí có dống = φ 60 mm - Chọn dạng đĩa xốp: Đường kính : d = 300 mm Diện tích bề mặt : f = 0.07 m2 Cường độ khí 200 l/phút.đĩa = 3.33 l/s - Số lượng đĩa phân phối bể : Đ= Lk 830 × 1000 = = 69.23 3.33 3.33 × 3600 => Số lượng đĩa: chọn Đ = 90 đĩa - Bố trí hệ thống sục khí: Chiều rộng :B = m Chiều dài : D = 31 m Số lượng đĩa 90 đĩa chia làm 30 hàng, hàng điã phân bố cách mặt sàn bể 1x2 m, cách mặt sàn 0.2 m - Xác định cơng suất thổi khí: W= Trong đó: 34400 × ( p 0.29 − 1)× Lkhí 102 × n Lkhí: Lưu lượng khí cần cung cấp Lkhí = 0.23 (m3/s) n: Hiệu suất máy bơm: Chọn n = 75% p: Ap lực khơng khí nén p= Trong đó: 10.33 + H d 10.33 + 5.4 = 1.52 (atm) = 10.33 10.33 Hd = hd + hc + hf + H hd: Tổn thất ma sát hc: Tổn thất cục ống hd + hc ≤ 0.4 ⇒ Chọn hd + hc = 0.4 hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí hf ≤ 0.5 ⇒ Chọn hf = 0.5 H: Chiều cao hữu ích bể, H = 4.5 m ⇒ Hd = 0.4 + 0.5 + 4.5 = 5.4 m Vậy cơng suất thổi khí là: W= - ( ) 34400 × 1.52 0.29 − × 0.23 = 13.35 (KW/h) 102 × 0.75 Cơng suất thực máy thổi khí: Ntt = 1.2 x W = 1.2 x 13.35 = 16 KW/h Vậy chọn máy thổi khí có cơng suất 18 KW / h Hai máy chạy luân phiên cung cấp khí cho bể điều hịa bể lọc sinh học Tóm tắt kích thước bể lọc sinh học: Ký hiệu Kích thước D x R x (H + hbv) 31m x 6m x (4.5m + 0.5) Cơng suất máy sục khí(W) 13.35 KW/h Trang 110 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Bài tập ví dụ áp dụng Tính bể lọc sinh học nhỏ giọt Tính tốn theo tải trọng thủy lực: Xác định hệ số K: K= La 1956,3 = = 16,3 120 Lt Trong đó: La : Lt Lượng NOS20 trước đưa vào bể Biophin; : Lượng NOS20 cần đạt sau xử lý bể Chọn tải trọng thủy lực q0 = 20 m3/m2.ngđ Với lý do: Khơng tuần hồn nước thải; Lượng khơng khí cấp vào nhỏ; Chiều cao cơng trình nhỏ; Diện tích cơng trình nhỏ Ta chọn số liệu sau: B = m3/m2.ngđ   H = 3,5 m Với lưu lượng khơng khí đưa vào bể B = m3/m2 nước thải Khi chiều cao công tác bể: H = 3,5 m; (tra bảng 7.5 Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 1975) ta có hệ số K1 = 18,05 > K = 16,3 nên khơng cần tuần hồn nước thải Diện tích bể Biophin: F= tb Qngd q0 = 2988,6 = 149,43 m2 20 Trong đó: tb : Qngd Lưu lượng nước thải trung bình ngày đêm; q0 Tải trọng thủy lực : Thể tích bể: W = F × H = 149,43 × 3,5 ≈ 523 m3 Chọn số bể n = Diện tích mặt bể: f = F 149,43 = = 37,36 m2 4 Đường kính bể: D= 4f π = × 37,36 = 6,9 m 3,14 Chiều cao xây dựng bể Biophin: H xd = H ct + h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 3,5 + 0,4 + + 0,25 + 0,5 = 6,05 m Trong đó: Hct : Chiều sâu lớp vật liệu lọc, Hct = 3,5 m; Trang 111 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn h1 : Chiều sâu từ mặt nước bể đến lớp vật liệu lọc, h1 = 0,4 m; h2 : Chiều sâu không gian giữ sàn để vật liệu lọc nền, h2 = m; h3 : Độ sâu máng thu nước chính, h3 = 0,25 m; h4 : Độ sâu phần móng, h4 = 0,5 m; h5 : Chiều cao bảo vệ (từ mặt nước đến thành bể), h5 = 0,5 m Cấu tạo lớp vật liệu lọc gồm: Sỏi với cỡ đường kính hạt mm; Lớp lát sàn đỡ vật liệu lọc 0,2 m; Dùng sỏi với cỡ đường kính ≥ - 10 mm Tính tốn hệ thống tưới phản lực: Bể Biophin thiết kế dạng hình trịn, phân phối nước hệ thống tưới phản lực với cánh tưới đặt cách lớp vật liệu lọc 0,2 m Lưu lượng tính tốn nước thải bể Biophin cao tải: q= Qmax s 67,45 = = 16,86 L/s n Đường kính hệ thống tưới: Dt = Db − 0,2 = 6,9 − 0,2 = 6,7 m Trong đó: 0,2 khoảng cách đầu ống tưới tới thành bể Chọn ống phân phối hệ thống tưới đường kính ống tưới xác định theo công thức: D= 4.q × 0,067 = 0,16 m, chọn D = 200 mm = 4.π ν × 3,14 × 0,8 Trong đó: v : Vận tốc chuyển động nước ống; v ≤ m/s, chọn v = 0,8 m/s Số lỗ ống tưới: m= ⎡ 80 ⎤ − ⎢1 − ⎥ ⎣ Dt ⎦ = 80 ⎤ ⎡ − ⎢1 − ⎣ 6700 ⎥⎦ ≈ 42 lỗ Khoảng cách từ lỗ đến trục ống đứng là: ri = Dt i × m Trong đó: i số thứ tự lỗ kể từ trục cách tưới: ri = 6700 × ≈ 517 mm 42 ri = 6700 × ≈ 731 mm 42 Số vòng quay hệ thống trong: n= 34,8 × 10 34,8 ×10 q = 4,215 = 3,62 vịng/phút 42 ×12 × 6700 m × d12 × Dt Trong đó: Trang 112 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn d1 : Đường kính lỗ ống tưới d = 12 mm (theo Điều 6.14-20 TCXD-51-84); q0 : Lưu lượng ống tưới, q0 = 16,86 = 4,215 L/s Áp lực cần thiết hệ thống tưới: ⎛ 256.10 81.10 294.Dt ⎞ h = q02 ⎜⎜ − + ⎟⎟ d m d K 10 ⎠ ⎝ ⎛ 256.10 81.10 294 × 6700 ⎞ ⎟ = 240,13 mm = 0,24 m h = 4,215 ⎜⎜ − + 200 300.10 ⎟⎠ ⎝ 12 × 42 Trong đó: k : Môđun lưu lượng lấy theo bảng: k = 300 (Tra bảng 7.5, Giáo trình xử lý nước thải ĐHXD, 1974) Ta có h= 0,24 m > 0,2 m ⇒ thỏa mãn áp lực yêu cầu để hệ thống tưới phản lực hoạt động 4.2.2 Bể Aerotank 4.2.2.1- Động học qúa trình xử lý sinh học Để trình xử lý PP sinh học xảy tốt cần thiết phải tạo điều kiện pH, nhiệt độ, … Lúc q trình xử lý xảy ra.: a/ Tăng trưởng TB: Tốc độ tăng trưởng biểu diễn dx rt = μ.X = d = μ.x (1) t Với: + rt: tốc độ tăng trưởng VK.(g/m3.s) + μ: tốc độ tăng trưởng riêng 1/s + X: nồng độ bùn hoạt tính (g/m3) b/ Chất nền- giới hạn tăng trưởng Trong trình sinh trưởng chất (BOD) cấp liên tục định luật: S μ = μm K + S (2) s Với: trình tăng trưởng tuân theo + μm: tốc độ tăng trưởng riêng max + S: nồng độ chất nước thải thời điểm tăng trưởng bị hạn chế (lúc số lượng chất có giới hạn).(nồng độ cịn lại nước thải) + Ks: số bán tốc độ (nói lên ảnh hưởng nồng độ chất thời điểm: μmax μ= μm.X.S Từ (1) (2) rt = K + S (3) s c/ Sự tăng trưởng TB sử dụng chất Tiếp tục Các TB Hấp thụ chất Chất Oxy hoá Chất VC HC ổn định Trang 113 Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn Quan hệ tốc độ tăng trưởng lượng chất sử dụng: rt = -Y.rd (4) Với: + rd: tốc độ sử dụng chất (g/m3.s) + Y: hệ số suất sử dụng chất cực đại (mg/mg) Từ (3) (4) μm.X.S μm K.X.S rd = Y(K + S) = K + S (Đặt K = Y ) (5) s s d/ Ảnh hưởng hô hấp nội bào Sự giảm khối lượng TBào chết tăng trưởng chậm tỷ lệ với lượng vi sinh có nước thải gọi phân huỷ nội bào (endogenous decay) rd = -Kd.X Với: + rd: (do phân hủy nội bào) sử dụng chất + Kd:hệ số phân huỷ nội bào + X: nồng độ bùn hoạt tính Do đó, tốc độ tăng trưởng thực: μm.X.S μm.S rt’ = K + S - Kd.X = (K + S - Kd).X s s Hay rt’= -Yrd – Kd.X Tốc độ tăng trưởng riêng thực: S μ’ = μm.K + S - Kd s - Tốc độ tăng sinh khối (bùn hoạt tính): r t' yb = r d 4.2.2.2- Nguyên lý làm việc bể Aerotank Bể A đưa nghiên cứu lâu (từ 1887-1914 áp dụng) Bể A cơng trình XL sinh học sử dụng bùn hoạt tính (đó loại bùn xốp chứa nhiều VS có khả oxy hoá chất hữu cơ) Thực chất trình xử lý nước thải bể A qua giai đoạn: + Giai đoạn 1: Tốc độ xoxy hoá xác định tốc độ tiêu thụ oxy + Giai đoạn 2: Bùn hoạt tính khơi phục khả oxy hoá, đồng thời oxy hoá tiếp chất HC chậm oxy hoá + Giai đoạn 3: Giai đoạn nitơ hố muối amơn Khi sử dụng bể A phải có hệ thống cấp khí (hình vẽ theo tài liệu) 4.2.2.3- Phân loại bể Aerotant a/ Theo nguyên lý làm việc Bể A thông thường: công suất lớn + Bể A xử lý sinh hố khơng hồn tồn (BOD20 ~ 60-80 mg/l) + Bể A xử lý sinh hố hồn tồn (BOD20 ~ 15-20) Trang 114