ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành Kỹ thuật môi trường ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỤM BỂ XỬ LÝ HOÁ LÝ 1 (BỂ KEO TỤ, BỂ TẠO BÔNG, BỂ LẮNG HOÁ LÝ 1) VÀ CỤM BỂ XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ (GIÁN ĐOẠN) CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẬP TRUNG KHU CÔNG NGHIỆP, CÔNG SUẤT 6000M3NGÀY ĐÊM GVHD PGS TS ĐẶNG VIẾT HÙNG SVTH LÃ NGỌC TRÍ CHUNG 1710689 PHẠM TIẾN ĐẠT 1710987 TP Hồ Chí Minh, t.
TỔNG QUAN
Thành phần tính chất nước thải của khu công nghiệp
Nước thải có tính chất và đặc điểm phức tạp, với thành phần và lượng dòng thải thay đổi tùy theo từng loại hình công nghiệp Mỗi ngành công nghiệp sẽ tạo ra nước thải với các tính chất và thành phần riêng biệt.
Bảng 1 Thành phần tính chất nước thải khu công nghiệp
STT Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ
5 Chất rắn lơ lửng mg/l 400-450 50
Nước thải khu công nghiệp chủ yếu chứa các chất cặn bã, chất lơ lửng (SS), hợp chất hữu cơ (BOD/COD), chất dinh dưỡng (N, P) và vi sinh gây bệnh như Coliform và E.Coli Hầu hết các chỉ tiêu này đều vượt ngưỡng cho phép theo các quy chuẩn hiện hành, trong đó tỷ lệ BOD/COD cao cho thấy khả năng xử lý sinh học là phù hợp.
Đề xuất công nghệ xử lý
Hình 1 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nước thải từ các nhà máy trong khu công nghiệp được dẫn qua mương lắng cát kết hợp với hệ thống SCR thô Tại đây, cát lắng xuống đáy mương và được thu gom xử lý định kỳ, trong khi rác lớn hơn 10 mm được loại bỏ Quy trình này bao gồm việc vớt rác tại SCR thô và xử lý định kỳ.
Nước thải sau khi qua SCR thô sẽ được tập trung vào hố thu trước Tại hố thu có gắn 3 bơm chìm để hoạt động luân phiên.
Nước từ hố thu được bơm lên lưới chắn rác tinh, thiết bị giữ lại rác có kích thước lớn hơn hoặc bằng 1 mm và giảm lượng chất lơ lửng trong nước thải Thiết bị này hoạt động liên tục, rác được thu gom vào thùng chứa và xử lý hàng ngày Sau khi qua thiết bị chắn rác, nước thải sẽ tự chảy qua bể tuyển nổi.
Dầu mỡ ảnh hưởng đáng kể đến hệ thống xử lý sinh học, vì vậy bể tuyển nổi là rất cần thiết Dầu mỡ được tách ra bằng phương pháp trọng lực, trong đó dầu mỡ có trọng lượng riêng nhỏ hơn sẽ nổi lên bề mặt, sau đó được gạn vào hố và dẫn vào thùng thu dầu.
Nước thải được dẫn vào bể điều hòa, nơi lưu lượng và nồng độ của nước thải được điều chỉnh bằng máy khuấy trộn chìm Quá trình này giúp hạn chế sự phát triển của các vi khuẩn yếm khí, đảm bảo chất lượng nước thải trước khi xử lý tiếp theo.
Nước thải sau khi điều hoà sẽ được bơm vào bể phản ứng bằng hai máy bơm chìm, trong đó có motor với cánh khuấy để trộn nước thải Tiếp theo, nước sẽ tự chảy qua bể keo tụ hai ngăn, nơi các bông cặn lớn hơn được hình thành với sự hỗ trợ của hai motor khuấy ở tốc độ chậm hơn Tại bể này, NaOH được thêm vào để nâng pH lên khoảng 7 – 7.5.
Nước thải sẽ chảy vào ống trung tâm của bể lắng đứng, nơi có chức năng lắng đọng các bông cặn từ bể tạo bông cùng với một phần chất lơ lửng trong nước thải Bùn lắng được bơm định kỳ về bể chứa bùn để xử lý tiếp.
Sau khi qua bể lắng đứng, nước thải đã được lắng cặn sẽ chảy vào mương trung hòa trước khi vào bể SBR.
Bể SBR là công trình xử lý sinh học hiếu khí cải tiến từ công nghệ bùn hoạt tính, với quá trình sục khí và lắng diễn ra đồng thời trong cùng một bể Các vi sinh vật trong bùn hoạt tính phân hủy chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời xử lý một phần nitơ và photpho Phương pháp này tiết kiệm diện tích, nâng cao hiệu quả lắng và không cần tuần hoàn bùn, vì bùn không bị thất thoát sau quá trình phản ứng.
Chu kỳ hoạt động của bể SBR truyền thống bao gồm 5 pha: làm đầy, phản ứng, lắng, xả nước và nghỉ Tuy nhiên, trong hệ thống xử lý nước thải tại khu công nghiệp, chỉ có 4 pha, loại bỏ pha nghỉ.
Trong giai đoạn làm đầy nước, nước lắng sẽ được dẫn qua mương trung hòa và vào bể SBR mà không cần cung cấp oxy Thay vào đó, motor khuấy chìm sẽ được mở để thúc đẩy quá trình phản nitrat và tăng cường tiếp xúc giữa nước thải và sinh khối vi sinh vật.
Trong suốt giai đoạn sục khí (2 giờ), nước thải ngừng đưa vào hệ thống (motor khuấy trộn chìm cũng đồng thời tắt khi máy sục khí bật).
Trong quá trình này, VSV sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải trong điều kiện có oxi.
Quá trình lắng là quá trình tách biệt chất rắn sinh học và hạt bùn xốp khỏi hỗn hợp nước thải nhờ lực trọng trường Cơ chế lắng này tương tự như hoạt động của bể lắng sinh học.
Hệ thống decanter được lắp đặt trong bể giúp thu nước thải một cách tự động Thiết bị này thu gom lớp nước đã lắng ở phía trên cho đến khi mực nước trong bể giảm xuống mức cài đặt, cụ thể tại khu công nghiệp là 4.2 m, tức là thu khoảng 130 m³ nước thải Toàn bộ quá trình diễn ra trong khoảng 55 – 60 phút.
Cuối cùng, nước thải qua bể khử trùng gồm 4 ngăn trước khi xả vào hồ chứa Chất khử trùng được sử dụng là Chlorine.
Lượng bùn từ bể lắng đứng và bùn dư trong bể SBR sẽ được bơm vào bể chứa bùn Để đảm bảo bùn được phân bố đồng đều và tránh tình trạng nghẹt bơm, bể chứa bùn cần được sục khí thường xuyên, giúp ngăn ngừa quá trình lên men kị khí.
Bùn được bơm vào khuôn của máy ép bùn, sau đó được gỡ thủ công định kỳ và thu gom tập trung Cuối cùng, bùn khô sẽ được Công ty môi trường và đô thị thành phố thu gom định kỳ.
LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH
Bể keo tụ- Tạo bông
Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào nước.
Quá trình keo tụ được thực hiện để tăng cường quá trình tạo bông, giúp nâng cao tốc độ lắng của các hạt Mục tiêu chính của quá trình này là giảm thiểu các chỉ tiêu như SS, độ màu, độ đục, cũng như một phần COD và BOD5.
1.2.1 Sơ đồ tính toán bể keo tụ
1.2 Thể tích bể keo tụ là: kt Q TB h
1.Tính toán kích thước bể
1.1 Chọn thời gian lưu của bể keo tụ
2.2 Năng lượng khuấy trộn: P = àG 2 W kt ì10 -
2 Tính toán năng lượng khuấy trộn
4.1 Chọn vận tốc nước chảy trong ống.
4.2 Đường kính ống dẫn nước ra là:
4 Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể keo tụ
1.3 Chọn chiều sâu mực nước: h n , chiều cao bảo vệ h bv → H xd = h n +h bv
1.4 Giả sử bể có tiết diện ngang: L=B.
3.1 Chọn đường kính cánh khuấy D= 1/2 chiều rộng của bể.
3.2 Cánh khuấy được đặt cách đáy một khoảng h = D
3.3 Chiều rộng bản cánh khuấy: 1 b D 5
5 Tính lượng hóa chất châm vào bể keo tụ
3.5 Số vòng quay của máy khuấy: 1 3 tt 5 n P
1.5 Diện tích ngang của bể là: kt kt n
3.4 Chiều dài bản cánh khuấy: 1 l 4 D
5.2 Liều lượng NaOH trung hòa pH
Hình 2 Sơ đồ tính toán bể keo tụ
1.2.2 Sơ đồ tính toán bể tạo bông
1.2 Thể tích một ngăn là:
1.Tính toán kích thước bể
1.1 Thể tích bể tạo bông h tb tb
2.2 Năng lượng khuấy trộn của từng bể
2.1 Chọn gradien vận tốc lần lượt cho ba ngăn
4 Tính đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể
3.1 Chọn vận tốc nước chảy qua lỗ.
3 Tính kích thước lỗ của mỗi tấm chắn
1.4 Diện tích bề mặt của một ngăn là: b m 1 n
1.3 Chọn chiều sâu mực nước: h n, chiều cao bảo vệ h bv → H xd = h n +h bv
1.5 Chọn chiều dài và rộng của mỗi ngăn theo diện tích bề mặt
2.3 Công suất thực tế của mỗi máy khuấy là:
2.4 Vị trí đặt cánh khuấy h ck = 1/3h n
2.5 Chọn máy khuấy có đường kính cánh khuấy
D = 1m, tuabin bốn cánh nghiêng 45 0 hướng xuống dưới.
2.6 Số vòng quay của cánh khuấy ở mỗi bể lần lượt là:
3.2 Tổng diện tích lỗ cần khoan: s tb l l
3.3 Diện tích một lỗ là:
4.1 Chọn vận tốc nước chảy trong ống.
3.4 Đường kính mỗi lỗ là:
4.2 Đường kính ống dẫn nước ra là:
Hình 3 Sơ đồ tính toán bể tạo bông
Bể lắng hoá lý 1
Bể lắng là thiết bị quan trọng trong quá trình xử lý nước, giúp tách các chất rắn và bông cặn hình thành từ quá trình keo tụ nhờ nguyên lý lắng trọng lực Sau khi lắng, bùn sẽ được thu gom và bơm về hệ thống xử lý bùn, trong khi nước đã được lắng sẽ tự động chảy đến bể xử lý tiếp theo.
Các loại bể lắng thường được áp dụng bao gồm:
- Bể lắng tròn (với hệ gạt bùn đáy bể);
- Bể lắng hình chữ nhật (với hệ gạt bùn đáy bể);
- Bể lắng đứng (độ dốc cao để bùn tự rớt vào hố thu bùn mà không cần hệ gạt bùn)
1.2 Tính toán đường kính bể lắng: D 4F
1.Tính toán kích thước bể
1.1 Tính toán diện tích bề mặt lắng: ngay TB
2.2 Chọn kích thướng máng răng cưa
2 Tính toán máng thu nước
2.1 Chọn kích thước máng thu
4 Tính toán đường ống dẫn nước thải ra bể
3.3 Lưu lượng bùn mỗi lần xả được tính theo số lần xả bùn trong ngày và thời gian mỗi lần xả.
3 Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày
3.1 Lượng bùn sinh ra được tính theo công thức:
2.3 Tính toán chiều dài máng răng cưa:
1.4 Tính toán chiều cao ống trung tâm:
2.4 Đường kính máng răng cưa được tính theo công thức sau:
3.4 Đường kính ống dẫn bùn là: D 4 Q b v
1.5 Tính toán thể tích phần lắng:
3.5 Công suất bơm bùn được tính theo công thức: 1000
1.3 Đường kính của ống trung tâm:d= 20%D
3.2 Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày:V bùn = b
4.1 Chọn vận tốc nước chảy trong ống.
4.2 Đường kính ống dẫn nước ra là: 4 tb s r
Hình 4 Sơ đồ tính toán bể lắng hoá lý 1
Cụm bể SBR
Bể SBR (Sequential Batch Reactor) là một hệ thống hiệu quả trong việc loại bỏ chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nhờ vào vi sinh vật Hệ thống này hoạt động theo phương pháp xử lý bùn hoạt tính, với hai giai đoạn sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể SBR được thiết kế để xử lý nước thải sinh học có hàm lượng hợp chất hữu cơ và nito cao, với quy trình liên tục bao gồm bơm nước thải, phản ứng, lắng và hút nước ra Quá trình phản ứng, hay còn gọi là quá trình tạo hạt, phụ thuộc vào khả năng cấp khí và đặc điểm chất nền trong nước thải Hệ thống SBR tiêu tốn ít năng lượng, dễ kiểm soát sự cố, phù hợp với lưu lượng thấp và ít tốn diện tích, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ, đồng thời có khả năng xử lý chất ô nhiễm với nồng độ thấp.
3.2 Sơ đồ tính toán bể SBR
Hình 5 Sơ đồ tính toán bể SBR
TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
Các thông số đầu vào được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2 Thông số đầu vào
Thông số Nồng độ vào
Lưu lượng trung bình ngày ( Q ngày TB ): 6000 m 3 /ngày
Lưu lượng trung bình giờ ( Q h TB ): 250 m 3 /h
Lưu lượng trung bình giây ( Q s TB ): 69,4×10 -3 m 3 /s
1 Bể keo tụ- tạo bông
- Chọn thời gian lưu của bể keo tụ t = 5 phút.
- Thể tích bể keo tụ là:
- Chọn chiều sâu mực nước: hn= 5 m, chiều cao bảo vệ hbv= 0,5m
Suy ra chiều cao xây dựng của bể keo tụ là: Hxd= hn+hbv= 5m + 0,5m = 5,5m
- Giả sử bể có tiết diện ngang: L=B.
- Diện tích ngang của bể là:
Vậy thể tích thực của bể keo tụ là: Wtt= L×B×Hxd= 2,1m×2,1m×5,5m= 24,26
Tính toán năng lượng khuấy trộn của bể
G: Gradien vận tốc, G = 200 s -1 ; à: Độ nhớt động học của nước ở 30 0 C, à = 0,8007 N.s/m 2
Bởi vì hiệu suất chuyển hóa năng lượng của motor thành năng lượng nước là 0,8, cho nên công suất thực tế của motor là:
- Đường kính cánh khuấy D ≤ 1/2 chiều rộng của bể, chọn D = 1/2 chiều rộng của bể.
- Cánh khuấy được đặt c ách đáy một khoảng h = D = 1,05m
- Chiều rộng bản cánh khuấy: 1 1 1,05 0,21
- Chiều dài bản cánh khuấy: 1 1 1,05 0,2625
- Số vòng quay của máy khuấy:
P tt n vòng giây vòng phút
Ptt: Công suất thực tế của motor, Ptt= 832,7W;
K: Hệ số sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, chọn cánh khuấy dạng tuabin 4 cánh nghiêng 45 0 , K=1,08; ρ: Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m 3 ;
Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể keo tụ
Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 1 m/s.
Suy ra đường kính ống dẫn nước ra là:
Vậy chọn ống nhựa PVC Bình Minh đường kính danh nghĩa là 315 mm.
Tính lượng hóa chất châm vào bể keo tụ
- Liều lượng PAC châm vào bể keo tụ được tính theo công thức:
Trong đó: a: liều luợng phèn PAC cho 1m 3 nước, được xác định bằng thí nghiệm Jartest, a
= 250mg/L; b: Nồng độ dung dịch phèn PAC, b %.
- Chọn 02 bơm định lượng hóa chất OBL M21PPSV, lưu lượng 320 lít/giờ, công suất 370W
- Chọn thời gian giữa các lần pha hóa chất là 6 giờ, do đó lượng dung dịch PAC sử dụng trong 6 giờ là:
QPAC= Q×6(h) = 625(l/h) × 6(h) = 3750 (lít) Chọn 02 bồn nhựa Đại Thành có dung tích 2000 lít để pha trộn PAC.
Lưu lượng nước thải: Qtbh= 250 m 3 /h
Thời gian lưu của bể tạo bông t = 40 phút
Tính kích thước bể tạo bông
- Thể tích bể tạo bông:
- Bể được chia làm 3 ngăn có thể tích bằng nhau, thể tích một ngăn là:
- Chọn chiều sâu mực nước
: hn = 4,5 m (được đề xuất trong khoảng 3 đến5m), chiều cao bảo vệ h = 0,5m
Suy ra chiều cao xây dựng của bể tạo bông là: Hxd = hn+hbv = 4,5m + 0,5m
- Diện tích bề mặt của một ngăn là:
Suy ra thể tích thực của mỗi ngăn tạo bông là: W= L×B×Hxd= 4.5m×3m×5m 67,5m 3
- Ba ngăn keo tụ với gradien vận tốc lần lượt cho ba ngăn là 70, 50, 30s -1
- Năng lượng khuấy trộn của từng bể lần lượt là:
- Bởi vì hiệu suất chuyển hóa năng lượng motor thành năng lượng nước là 80% nên công suất thực tế của mỗi máy khuấy là:
Vị trí đặt cánh khuấy hck= 1/3hn= (1/3) × 4,5m = 1,5m
Chọn máy khuấy có đường kính cánh khuấy D = 0,7m, tuabin bốn cánh nghiêng 45 0 hướng xuống dưới.
Số vòng quay của cánh khuấy ở mỗi bể lần lượt là:
Tính kích thước lỗ của mỗi tấm chắn
Bể tạo bông được chia làm 3 ngăn bởi 2 tấm chắn.
Chọn vận tốc nước chảy qua lỗ là vl = 0,3 m/s (0,25 đến 0,55 m/s)
Tổng diện tích lỗ cần khoan:
Chọn 6 lỗ để nước chảy qua, do đó diện tích một lỗ là:
F m Đường kính mỗi lỗ là:
Tính đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể tạo bông
Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 1 m/s.
Suy ra đường kính ống dẫn nước ra là:
Vậy chọn ống nhựa PVC Bình Minh đường kính danh nghĩa là 315 mm.
Tính liều lượng Polymer châm vào bể tạo bông
Lưu lượng Polymer châm vào bể keo tụ được tính theo công thức:
- a: liều luợng Polymer cho 1m 3 nước thải, được xác định bằng thí nghiệm Jartest, a = 0,125mg/L;
Chọn 01 bơm định lượng hóa chất OBL M21PPSV, lưu lượng 320 lít/giờ, công suất 370W
Chọn thời gian giữa các lần pha hóa chất là 12 giờ:
Chọn 02 bồn nhựa Đại Thành có dung tích 2000 lít để pha trộn Polymer.
Chọn bể lắng đợt 1 dạng tròn, nước thải đi từ tâm và thu nước theo chu vi (bể lắng li tâm).
Tính toán diện tích bể mặt bể lắng:
- QTBngày- Lưu luợng trung bình ngày, m 3 /ngày.
- LA - Tải trong bề mặt, m 3 /m 2 ngày Chọn bằng 35m 3 /m 2 ngày
Chọn số bể lắng li tâm đợt 1 cần bao gồm 1 đơn nguyên công tác và 1 đơn nguyên dự phòng Đường kính của bể lắng li tâm đợt 1 được tính toán theo công thức cụ thể.
Đường kính ống trung tâm: d= 20%×D= 20%×14.8m= 2.98m
Chiều sâu hữu ích của bể lắng được chọn là H = 3m, trong đó chiều cao lớp bùn lắng là hb = 0.7m, chiều cao lớp trung hòa hth = 0.2m và chiều cao an toàn h = 0.3m Tổng chiều cao của bể lắng đợt 1 là H = hb + hth + h = 0.7m + 0.2m + 0.3m.
Chiều cao ống trung tâm:
Tính toán tải trọng máng tràn:
Tính toán thể tích phần lắng:
Chọn máng bê tông dày 100mm, chiều cao máng Hm = 0,4m, chiều rộng máng
Bm= 0,4m. Đường kính máng răng cưa được tính theo công thức sau:
Chiều dài máng thu nước:Lm= π×Dm= π × 14.3m = 44.9m
- Dm: Đường kính máng răng cưa;
- D: Đường kính bể lắng ly tâm, D = 14.8m;
- Bm: Chiều rộng của máng thu nước;
Chọn máng răng cưa hình chữ V góc 90 0 , làm bằng inox đặt sát vào mặt còn lại của máng thu nước Thông số máng răng cưa chọn như sau
+ Chiều rộng vát ở đỉnh răng cưa: 75 mm.
+ Chiều cao răng cưa: 100 mm.
+ Chiều cao cả thanh: 300 mm.
+ Khoảng cách giữa 2 khe: 500 mm.
Chọn gạt bùn bằng thanh gạt bùn cơ khí, tốc độ gạt bùn là 0.03 vòng/phút.
Tính toán ống dẫn nước đầu ra:
Lưu lượng tính toán: Qtb= 250 m 3 /giờ = 0,069 m 3 /giây
Chọn vận tốc nước chảy trong ống vr= 1 m/giây Đường kính ống dr= 4 � � � � � ��
� = 4 � 0,069 � � 1 = 0,30 m Chọn ống nhựa uPVC DN315
Tính lượng bùn sinh ra mỗi ngày
- Lượng bùn sinh ra được tính theo công thức:
G = e×Css×10 -6 ×Qtbngày×1000 = 0,6×426(mg/l)×10 -6 ×6000(m 3 /ngày) ×10001534 kg/ngày.
Trong đó: e: Hiệu suất xử lý của bể đối với chất rắn lơ lửng, e = 0,4-0,7, chọn e = 0,6;
Css: Hàm lượng chất rắn lơ lửng đầu vào bể, Css= 426mg/l;
Qtbngày: Lưu lượng trung bình ngày , Qtbngày= 6000 m 3 /ngày.
- Thể tích bùn sinh ra mỗi ngày:
Cb: Hàm lượng chất rắn trong bùn, C = 40-100 g/l, chọn C = 60g/l = 60kg/m 3
- Tính toán ống dẫn bùn:
Chọn tần suất xả bùn 4 lần/ngày, mỗi lần xả 15 phút.
Vậy lưu lượng bùn mỗi lần xả là:
Trong điều kiện có bơm, vận tốc bùn chảy trong ống dao động từ 1,2- 2m/s Chọn vận tốc bùn chảy trong ống là 1,5m/s. Đường kính ống dẫn bùn là:
Chọn ống nhựa uPVC đường kính DN90.
Công suất bơm bùn được tính theo công thức:
H: chiều cao cột áp, H = 11,5 mmH2O ρ: khối lượng riêng của bùn hóa lý, ρ = 1053kg/m 3 η: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72-0,93, chọn η = 0,9
Thông số đầu vào( Là kết quả đầu ra của bể phía trước)
Các thông số thiết kế
Thời gian lưu bùn ( tuổi của bùn): θC= 10 ÷ 30 ngày Chọn θC = 10 ngày
Nồng độ bùn hoạt tính lơ lửng trong bể: X = 2000 – 3000 mg/l Chọn X 2500 mg/l Độ tro của cặn: Z = 0,3 mg/mg
Chỉ số thể tích bùn: SVI = 120mg/l
Nồng độ cặn lắng trung bình dưới đáy bể XS = 10.000mg/l
Hàm lượng BOD đầu ra 30mg/l xả ra nguồn, cặn lơ lửng 30 mg/l trong đó 65% là cặn hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.
Xác định chu kì vận hành của bể SBR
Tổng thời gian của 1 chu kỳ hoạt động:
TFlà thời gian làm đầy: 3h
TAlà thời gian phản ứng: 2h
TS là thời gian lắng: 2h
TDlà thời gian rút nước: 1h
Chọn SBR có 2 đơn nguyên, khi đơn nguyên này làm đầythì đơn nguyên kia đang phản ứng.
Số chu kì hoạt động của mỗi đơn nguyên trong 1 ngày: n = 24/8 = 3 chu kì Tổng số chu kì làm đầy trong 1 ngày: N = 2×3 = 6 chu kì/ngày
Thể tích bể làm đầy trong 1 chu kì là: Vf= 6000/6 = 1000 m 3
Xác định kích thước của bể SBR
Ta có: VT= Vf+ Vs(1)
VTlà tổng thể tích của bể, m 3
Vflà thể tích làm đầy, m 3
Vslà thể tích phần chứa cặn, m 3
Trong điều kiện rút nước lý tưởng ta có tổng khối lượng bùn lúc phản ứng bằng tổng khối lượng bùn lúc lắng Ta có phương trình:
X là nồng độ MLSS được duy trì trong bể, X = 2500 mg/l
Xslà nồng độ MLSS trong phần chứa bùn lắng, mg/l
Xs= 10 3 (mg/g)×10 SVI(ml/g) 3 (mg/l) = 10 120 6 = 8333,33 mg/l
Từ phương trình (2) ta có: V V s
T= X X s= 8333,33 2500 = 0,3 Để đảm bảo bùn không bị cuốn theo dòng nước trong giai đoạn hút nước ra, ta cần phải thêm 20% thể tích bể cho phần chứa bùn.
Thế vào phương trình (1) ta có: VT= Vf+ 0,36.VT VT= 0,64 V f = 1000 0,64 = 1562,5 m 3
Chọn chiều cao công tác của bể là: Hct= 5 m
Diện tích mặt bằng của bể: F = 1562,5/5 = 312,5 m 2
Chọn bể hình chữ nhật: L×B = 21m×15m
Chiều cao bảo vệ: Hbv= 0,8 m
Chiều cao xây dựng: Hxd= 5 + 0,8 = 5,8 m
Kích thước xây dựng bể: Vxd= L×B×H = 21m×15m×5,8m = 1827 m 3
Xác định hàm lượng BOD đầu ra
Ta có: BOD5 đầu ra = BOD5hòa tan + BOD5chứ cặn lơ lửng
BOD5 chứa trong 30 mg/l cặn lơ lửng đầu ra:
Cặn hữu cơ: 0,65×30mg/l = 19,5mg/l
Hàm lượng BOD của chất lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra: 1,42×19,5 = 26,98mg/l
Hàm lượng BOD5của chất lơ lửng đầu ra: 0,65×26,98 = 17,537 mg/l
Hiệu suất xử lý tính theo BOD5 hòa tan: E =190 − 12,463
Lượng COD sau xử lý:��� = 350,35 × (1 – 0,9344) = 22,98 ��/�
Thời gian lưu của nước t = 2V T Q ×24 =2×1562,5×24
Xác định tỉ số F/M và tải trọng BOD
Hiệu quả làm sạch theo BOD5 hòa tan:
E = BOD vào BOD − BOD ra vào = 190 − 12,463
X: Nồng độ bùn hoạt tính, 2500mg/l
V: Thể tích bể SBR,với 2 đơn nguyên, V = 3125 m 3
Q: Lưu lượng nước trong 1 ngày, Q = 6000 m 3
So:LBOD5đầu vào, S0= 190 mg/l
M= 3125×2500 6000×190 = 0,1459 ngày -1 (thỏa mãn điều kiện F/M = 0,04 ÷ 0,2)[12]
Vậy lựa chọn bùn hoàn tính X = 2500 mg/l là thích hợp.
Tải trọng thể tích của bể phản ứng:
Tính toán lượng bùn sinh ra mỗi ngày
θcthời gian lưu bùn: 12 ngày
Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5 theo VSS trong 1 ngày:
Px= Yb× Q × (S0– S) = 0,145×6000×(190 – 12,463).10 -3 = 154,46 kg/ ngàyTổng lượng bùn sinh ra theo SS trong 1 ngày:
1−0,3 = 220,65 kg/ngày Lượng bùn dư cần xử lý mỗi ngày:
Lượng bùn dư cần xử lý(Gd) = tổng lượng bùn – lượng cặn trôi ra khỏi bể.
Thể tích cặn chiếm chỗ trong 1 ngày: Vb = 1,02×�� � � = 40,65
Chiều cao cặn lắng trong bể: hb= 2×� � � = 2×312,5 3,39 = 0,005 m/ngày
Lượng bùn phải bơm xả mỗi ngày (để lại 20%): Vbbỏ = 0,8×0,005×312,5×2
Lượng không khí cần thiết
Lượng oxy cần thiết tại nhiệt độ tiêu chuẩn 20 0 C:
Q lượng nước thải cần xử lý, Q = 1680 m 3 /ngày
f là hệ số chuyển đổi BOD5ra COD hay BOD20, f = 0,65
Px lượng bùn sinh khối ra ngoài xả theo bùn dư, Px = 154,46 kg/ngày
N0là tổng nito đầu vào, N0= 48,6 mg/l
N là tổng nito đầu ra, N = 20 mg/l
Lượng oxy cần thiết trong thực tế là:
Là hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối Đối với
Cs nồng độ oxy hòa tan trong nước ở 20 0 C, Cs = 9,08 mg/l
Cd là nồng độ oxy cần duy trì trong bể, Cd = 2 mg/l(Cd = 1,5 ÷2) [2]
α là hệ số điều chỉnh lượng oxy tổn hao do các phân tử có trong nước thải, α = 0,6 ÷ 0,94 đối với xử lý nước thải bằng aerotank [2]Chọn α 0,7
T nhiệt độ của nước thải, T = 25 0 C
Ta chọn hiệu suất chuyển hóa oxy là 9%.
Khối lượng riêng của oxy là 1,2 kg/m3
Lượng không khí cần cấp:
Mkk=0,09×0,21×1,2 149,42 = 6588,18 m 3 /h Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn:
Qkknằm ngoài khoảng 20-40 lít/m 3 phút=> Chọn Qkk% lít/m 3 phút
Chọn loại thiết bị phân phối khí dạng đĩa có lưu lượng q m 3 /h33,3 lít/m 3 phút
Vậy số lượng đĩa đặt vào mỗi bể
20 ≈ 118đĩ� Xếp thành cấu hình L x B = 14 x 9 6 đĩa Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén.
Ta có: Hc= H + hd+ hc+ hf
H là chiều cao làm việc của bề,m
hf là tổn thất cục bộ của ống phân phối khí, hf≤ 0,5.
hc là tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối
hd là tổn thất áp lực do ma sát dọc theo đường ống hd+ hc≤0,4(m)
Hc= 5 + 0,4 + 0,5 = 5,9 m Áp lực khí nén: P = 10,33+ � �
Công suất máy thổi khí: N = 34400 � 0,29 −1 � ��
QkkLưu lượng không khí cần cung cấp, Qkk= 0,65m 3 /s.
ɳ Hiệu suất của máy bơm, ɳ = 0,75.
Chọn máy 2 thổi khí công suất 20kW cho 1 bể. Đường kính ống dẫn khí:
15 ∗ � = 0,235 Chọn ống thép đúc DN250 Đường kính ống nhánh
15 ∗ � = 0,06 Chọn ống thép đúc DN65
Hệ thống cấp nước cho bể
Chọn vận tốc nước dòng chảy trong ống vào bể v = 1 m/s = 3600 m/h (v 0,7 ÷ 1,5 m/s)
Thời gian làm đầy bể là 3h với thể tích 1000 m 3
Lưu lượng nước bơm vào: Q = 1000/3 = 333,3 m 3 /h Đường kính ống dẫn nước: D = π.v 4Q = π××3600 4×333,3 = 0,343 m Chọn D = 35 cm
Hệ thống thu nước cho bể
Nước được chuyển đến bể khử trùng qua hệ thống decanter trục vít, thiết bị này hoạt động hoàn toàn nổi trên mặt nước Khi mực nước tăng cao, thiết bị sẽ tự động thu nước và chuyển sang bể khử trùng.
Tính toán hệ thống thu nước cho mỗi đơn nguyên.
Nước rút ra là 1000 m 3 trong thời gian 1h Với lưu lượng 1000m 3 /h
Sử dụng hệ thống 1 máng thu nước nối với 5 đướng ống nhánh và dẫn đến 1 đường ống chính sang bể khử trùng.
Lưu lượng nước bơm vào: Q = 1000 m 3 /h
Chọn vận tốc nước dòng chảy trong ống vào bể v = 1,5 m/s (v = 0,7 ÷ 1,5 m/s)
Đường kính ống nhánh: d = 4.q π.v = π.1,5×3600 4×200 = 0,22m Chọn ống có d = 250 mm
Lưu lượng nước bơm vào: q = 1000/5 = 200 m 3 /h
Chọn vận tốc nước dòng chảy trong ống vào bể v = 1,5 m/s (v = 0,7 ÷ 1,5 m/s).
