Bùn hoạt tính từ bể lắng 2 có độ ẩm cao: 99,4% - 99,7%. Một phần lượng bùn dư này được dẫn trở lại bể thổi khí, phần bùn còn lại sẽ được dẫn vào bể nén bùn.
4.9 TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN × 4.9.1 Tính Tốn Bể Nén Bùn Bùn hoạt tính từ bể lắng 2 có độ ẩm cao: 99,4% - 99,7%. Một phần lượng bùn dư này được dẫn trở lại bể thổi khí, phần bùn còn lại sẽ được dẫn vào bể nén bùn. Nhiệm vũ của bể nén bùn là làm giảm độ ẩm của lượng bùn dư bằng cách nén cơ học để đạt độ ẩm thích hợp (94% - 96%) phục vụ cho q trình phân hủy kỵ khí ở bể Metan. Ở đây ta chọn nén nén bùn bằng phương pháp trọng lực mà cụ thể là ta sử dụng bể lắng ly tâm cho việc tính tốn. Hàm lượng bùn hoạt tính dư ( ) 10710)903,1( 21 =−×=−×= CCB d α (g/m 3 ) Trong đó: α: hệ số tính tốn lấy bằng 1,3 (khi bể thổi khí xử lý ở mức độ hồn tồn) (Triết và cộng sự, 2006) C 1 : hàm lượng chất lơ lửng trơi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 1, C 1 = 90 g/m 3 C 2 : hàm lượng bùn hoạt tính trơi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 2, C 2 = 10 g/m 3 Lượng tăng bùn hoạt tính dư lớn nhất 05,12310715,1 max, =×=×= dd BKB (g/m 3 ) K: hệ số tăng trưởng bùn khơng điều hòa tháng, K = 1,15 – 1,2 Lượng bùn hoạt tính dư lớn nhất theo giờ ( ) ( ) 92,13 300024 149.2705,1236,01 24 1 max, max = × ××− = × ××− = X QBR q d (m 3 /h) Trong đó: R: phần trăm lượng bùn hoạt tính tuần hồn về bể thổi khí, R = 0,6 (Xem mục 4.6.12) X: nồng độ bùn hoạt tính dư phụ thuộc vào đặc tính bùn, X = 4000 mg/l Với độ ẩm của bùn hoạt tính từ bể lắng đợt 2 là 99,4% và với bể nén bùn ly tâm được chọn, độ ẩm của bùn hoạt tính sau khi nén đạt 97,3% (Bảng 3 – 12, Triết và cộng sự, 2006) Diện tích của bể nén bùn ly tâm 4,46 3,0 6,18 max === o q q F (m 2 ) Trong đó: q o : tải trọng tính tốn lên diện tích mặt thống của bể nén bùn, q o = 0,3 m 3 /m 2 .h ứng với nồng độ của bùn hoạt tính 4.000 mg/l Đường kính của bể nén bùn ly tâm 4,5 2 4,4644 = × × = × = ππ n F D (m) n: số bể nén được chọn (Quy phạm n ≥ 2) Chiều cao công tác của vùng nén bùn 5105,0 =×=×= tqH o (m) t: thời gian nén bùn, t = 10 h (Bảng 3 – 12, Triết và cộng sự, 2006) Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn ly tâm 7,613,04,05 321 =+++=+++= hhhHH tc (m) Trong đó: h 1 : khoảng cách từ mực nước đến thành bể, h 1 = 0,4 m h 2 : chiều cao lớp bùn và lắp đặt thiết bị gạt bùn ở đáy, h 2 = 0,3 m h 3 : chiều cao tính từ đáy bể đến mức bùn, h 3 = 1 m Tốc độ quay của thanh gạt là 2 h -1 , (Quy phạm 0,75 – 4 h -1 ) (Triết và cộng sự, 2006) Độ nghiêng ở đáy bể nén bùn tính từ thành bể đến hố thu bùn i = 0,01. Bùn đã nén được xả định kỳ dưới áp lực thủy tĩnh 0,8 m (Quy phạm 0,5 m – 1 m) (Triết và cộng sự, 2006). Bể nén bùn được thiết kế và đặt ở vị trí tương đối cao để cho nước sau khi tách bùn có thể dẫn tự chảy trở lại bể thổi khí để tiếp tục xử lý một lần nữa. 4.9.2 Tính Toán Bể Metan Bể Metan được thiết kế để xử lý sinh học kỵ khí cặn từ bể lắng đợt 1, bùn hoạt tính dư từ bể lắng đợt 2 sau khi nén. a) Xác định lượng cặn dẫn đến bể Metan Lượng cặn tươi từ bể lắng đợt 1 Lượng cặn tươi từ bể lắng đợt 1 ( ) ( ) 6,55 1000100095100 1,150149.2725,186 10001000100 = ××− ××× = ××− ××× = P kEQS W c (m 3 /ngđ) Trong đó: S: hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải vào bể lắng đợt 1, S = 186,25 mg/l E: hiệu suất của bể lắng, E = 50% k: hệ số tính đến khả năng tăng lượng cặn do có hạt lơ lửng lớn, k = 1,1 P: độ ẩm của cặn tươi, P = 95% Lượng bùn hoạt tính dư Lượng bùn hoạt tính dư sau khi nén ở bể nén bùn ly tâm ( ) [ ] ( ) ( ) [ ] ( ) 24,44 100010003,97100 149.27101002,15010090 10001000100 100100 21 = ××− ××−×− = ××− ×−− = P QCEC W b α (m 3 /ngđ) Trong đó: C 1 : hàm lượng chất lơ lửng vào bể thổi khí, C 1 = 90 mg/l C 2 : nồng độ bùn hoạt tính trôi theo nước ra khỏi bể lắng đợt 2, C 2 = 10 mg/l P: độ ẩm của bùn sau khi nén, P = 97,3% α: hệ số tính đến khả năng tăng trưởng không điều hòa của bùn hoạt tính trong quá trình xử lý sinh học, α = 1,2 Lượng cặn tổng cộng dẫn đến bể Metan 84,9924,446,55 =+=+= bc WWW (m 3 /ngđ) Độ ẩm trung bình của hỗn hợp cặn − −×= W BC P kk h 1100 Ta có: C k : lượng chất khô trong cặn tươi với độ ẩm P = 95% ( ) ( ) 78,2 100 951006,55 100 100 = − = − = PW C c k (m 3 /ngđ) B k : lượng chất khô trong bùn hoạt tính dư với độ ẩm P = 97,3% ( ) ( ) 2,1 100 3,9710024,44 100 100 = − = − = PW B b k (m 3 /ngđ) → %96 84,99 2,178,2 1100 = + −×= h P b) Tính toán bể Metan Độ ẩm của hỗn hợp P h = 96%, chọn chế độ lên men ấm với t = 30 – 35 o C. Chọn t = 35 o C. Dung tích bể Metan 4,888 10 10084,88100 = × = × = d W W n (m 3 ) d: liều lượng cặn ngày đêm dẫn vào bể Metan (%), phụ thuộc vào chế độ lên men và độ ẩm của cặn, d = 10% (Bảng 3 – 14, Triết và cộng sự, 2006) Chọn 2 bể Metan theo kích thước thiết kế mẫu với dung tích bể 1 là 1000 m 3 và dung tích bể 2 là 200 m 3 . Các thông số thiết kế bể được liệt kê trong Bảng 4.15. Bảng 4.15 Kích thước thiết kế mẫu của bể Metan Dung tích bể (m 3 ) Đường kính D (m) Chiều cao thiết kế h 1 H h 2 500 10 1,4 5 5 1,7 1000 12,5 1,9 6,5 2,15 Nguồn: Triết và cộng sự, 2006. C) Tính Toán Lượng Khí Đốt Lượng chất không tro trong cặn tươi 98,1 100 25100 100 5100 78,2 100 100 100 100 = − × − = − × − = cc ko TA CC (tấn/ngđ) Trong đó: A c : độ ẩm háo nước của cặn tươi, A c = 5% T c : tỷ lệ độ tro trong cặn tươi, T c = 25% Lượng chất không tro trong bùn hoạt tính dư 82,0 100 27100 100 6100 2,1 100 100 100 100 = − × − = − × − = bb ko TA BB (tấn/ngđ) Trong đó: A b : độ ẩm háo nước của bùn hoạt tính dư, A b = 6% T b : tỷ lệ tro trong bùn hoạt tính dư, T b = 27% Trong quá trình xử lý sinh học kỵ khí ở bể Metan có sản sinh một lượng khí đốt chủ yếu là khí CH 4 , và một lượng nhỏ CO 2 . Lượng khí đốt được xác định như sau: 100 nda Y − = Trong đó: n: hệ số phụ thuộc vào độ ẩm của cặn và chế độ lên men, n = 0,56% (Bảng 3 – 16, Triết và cộng sự, 2006) d: liều lượng cặn dẫn vào bể Metan, d = 10% a: khả năng lên men lớn nhất của chất không tro trong hỗn hợp cặn dẫn vào bể Metan, %. Giá trị a phụ thuộc vao thành phần hóa học của cặn: chất béo, hydrat cacbon, protein…, và được xác định theo công thức: ( ) 10034,062,092,0 ×++= PHBa Ở đây: B: hàm lượng chất béo H: hàm lượng hydat cacbon P: hàm lượng protein Tuy nhiên do không có điều kiện xét nghiệm hàm lượng các chất trong thành phần hỗn hợp cặn – bùn, vì vậy trị số a của hỗn hợp bùn cặn dẫn vào bể Metan được tính như sau: 4,50 82,098,1 82,04498,153 4453 = + ×+× = + + = oo oo BC BC a % Với: 53 là giá trị thực nghiệm a ứng với cặn tươi 44 là giá trị thực nghiệm a ứng với bùn hoạt tính dư. Thay những thông số đã có vào tìm Y 45,0 100 1056,04,50 = ×− = Y (m 3 /kg) Lượng khí đốt tổng cộng ( ) ( ) 1260100082,098,145,0100 =×+=×+= oo BCYK (m 3 /ngđ) Lượng khí đốt sinh ra này có thể đốt bỏ hoặc sử dụng làm nhiên liệu cho nồi hơi phục vụ cho việc hâm nóng cặn, chạy một số động cơ hay phục vụ nhu cầu sinh hoạt. Lượng khí Metan sinh ra có độ ẩm lớn, có khả năng ăn mòn thiết bị, vì thế mạng lưới dẫn khí đốt, thiết bị chứa khí đốt phải được làm bằng vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt. 4.9.4 Tính Toán Sân Phơi Bùn Bùn sau khi lên men ở bể Metan có độ ẩm cao, cần làm ráo nước để đạt độ ẩm cần thiết, thuận tiện cho việc vận chuyển và xử lý tiếp theo. Việc làm ráo nước sẽ được thực hiện ở sân phơi bùn, nhiệm vụ của sân phơi bùn là làm giảm độ ẩm của bùn xuống còn 75 – 80%. Lượng cặn tổng cộng dẫn đến sân phơi bùn bao gồm cặn từ bể Metan và cặn từ bể tiếp xúc 96,11285,1284,99 =+=+= txtc WWW (m 3 /ngđ) Diện tích hữu ích của sân phơi bùn 876.5 5,32 36596,112 365 = × × = × × = nq W F o tc s (m 2 ) Trong đó: q o : tải trọng cặn lên sân phơi bùn, q o = 2 m 3 /m 2 .năm (Bảng 3 – 17; Triết và cộng sự, 2006) n: hệ số phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, n = 3,5 (Đối với các tỉnh phía Nam: n = 3 – 4,2) Sân phơi bùn được chia làm 4 ô, diện tích mỗi ô 1469 4 5876 4 === s n F F (m 2 ) Chọn kích thước mỗi ô: 36 m × 41 m = 1476 (m 2 ) Diện tích phụ của sân phơi bùn như: đường sá, mương, máng… 176358763,0 =×=×= sp FkF (m 2 ) k: hệ số tính đến diện tích phụ, k = 0,3 (Quy phạm k = 0,2 – 0,4) Diện tích tổng cộng của sân phơi bùn 763917635876 =+=+= ps FFF (m 2 ) Lượng bùn phơi từ độ ẩm P 1 = 96% đến độ ẩm P 2 = 75% trong một năm ( ) ( ) ( ) ( ) 6597 75100 96100 36596,112 100 100 365 2 1 = − − ×= − − ×= P P WW tcp (m 3 ) Chu kỳ xả bùn vào sân phơi bùn dao động từ 20 ngày đến 1 tháng, phụ thuộc vao các yếu tố như: tính chất của bùn, khả năng thấm của đất, mùa nắng hay mùa mưa… Bùn đã khô (đến độ ẩm 75 – 80%) được thu gom và vận chuyển đi nơi khác. Việc thu gom bùn được thực hiện bằng máy xúc có gàu và đổ vào xe tự đổ rồi chở đi. Với máy xúc có công suất 45 m 3 /h thì thời gian làm việc của máy xúc mỗi năm là 6,146 45 6597 == T (h) Nước bùn ở sân phơi bùn theo hệ thống rút nước và được dẫn trở lại tram xử lý nước thải. Còn lượng bùn đã khô có thể bón cho cây trồng hay đem đổ vào bãi chôn lấp. Bảng 4.16 Các thông số thiết kế công trình xử lý bùn STT Thông số Đơn vị Giá trị 01 Hàm lượng bùn dư g/m 3 107 02 Hàm lượng bùn dư lớn nhất g/m 3 123,05 03 Diện tích bể nén bùn ly tâm m 2 46,4 04 Đường kính bể m 5,4 05 Số bể đơn nguyên 2 06 Chiều cao vùng nén m 5 07 Chiều cao tổng cộng m 6,7 08 Thời gian nén bùn h 10 09 Tốc độ quay thanh gạt h -1 2 10 Độ nghiêng đáy bể 0,01 11 Lượng cặn tươi từ bể lắng 1 m 3 /ngđ 55,6 12 Lượng bùn hoạt tính dư m 3 /ngđ 44,24 13 Lượng cặn vào bể Metan m 3 /ngđ 99,84 14 Độ ẩm trung bình hỗn hợp cặn % 96 15 Nhiệt độ lên men o C 35 16 Dung tích bể Metan m 3 888,4 17 Số bể đơn nguyên 2 18 Lượng chất tro trong cặn tươi tấn/ngđ 1,98 19 Lượng chất tro trong bùn hoạt tính dư tấn/ngđ 0,82 20 Lượng khí đốt m 3 /kg 0,45 21 Lượng khí đốt tổng cộng m 3 /ngđ 1260 22 Lượng cặn dẫn đến sân phơi bùn m 3 /ngđ 112,96 23 Diện tích hữu ích m 2 5876 24 Số ô công tác ô 4 25 Chiều dài mỗi ô m 41 26 Chiều rộng mỗi ô m 36 27 Diện tích tổng cộng m 2 7639 28 Lượng bùn khô (độ ẩm 75%) m 3 6597 29 Chu kỳ xả bùn tháng 1 30 Thời gian làm việc của máy xúc bùn/năm h 146,6 13 . 4.9 TÍNH TỐN CƠNG TRÌNH XỬ LÝ BÙN × 4.9.1 Tính Tốn Bể Nén Bùn Bùn hoạt tính từ bể lắng 2 có độ ẩm cao: 99,4% - 99,7%. Một phần lượng bùn dư này. thiết kế công trình xử lý bùn STT Thông số Đơn vị Giá trị 01 Hàm lượng bùn dư g/m 3 107 02 Hàm lượng bùn dư lớn nhất g/m 3 123,05 03 Diện tích bể nén bùn ly