Tính Toán Bể ArotankChức năngNước thải sau khi qua bể lắng và phân hủy bùn có chứa các chất hoà tan là các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng khí (Aerotank). Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính.Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới.Số lượng bùn hoà tan sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải đi vào trong bể không đủ để làm kết tủa nhanh các chất hữu cơ. Do đó phải sử dụng lại bùn tiến trình lắng xuống đáy của bể tăng đợt hai bằng cách tuần hoàn bùn ngược lại bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi sinh vật trong bể. Bùn dư ở bể lắng II được xả qua bể nén bùn.5.1Tính toán bể Aerotank:Thông số đầu vào: BOD = 142,4 mgl. SS = 110,35mglĐể xử lý đạt QCVN 14 : 2008BTNMT, các thông số cần đạt: BOD = 30 mgl SS = 50 mglCác thông số vận hành1. Nồng độ bùn trong bể, X = 800 4000 mgl (theo bảng 61, tính toán thiết kế hệ thống XLNT, TS.Trịnh Xuân Lai, 2003, trang 91) .Chọn X = 30002. Nồng độ cặn lắng ở đáy bể lắng II và cũng là nồng độ bùn tuần hoàn, Xt = 10.000 mgSSl.3. Thời gian lưu nước của bùn hoạt tính trong công trình c = 0.7515 ngày.chọn 10 ngày4. Chế độ thuỷ lực của bể: khuấy trộn hoàn toàn.5.Giá trị các thông số động học:
Tính Tốn Bể Arotank Chức Nước thải sau qua bể lắng phân hủy bùn có chứa chất hoà tan chất lơ lửng vào bể phản ứng khí (Aerotank) Khi bể, chất lơ lửng đóng vai trò hạt nhân vi khuẩn cư trú, sinh sản phát triển dần lên thành cặn gọi bùn hoạt tính.Vi sinh vật sử dụng chất hữu (BOD) chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hố chúng thành chất trơ khơng hồ tan thành tế bào Số lượng bùn hoà tan sinh thời gian lưu lại bể Aerotank lượng nước thải vào bể không đủ để làm kết tủa nhanh chất hữu Do phải sử dụng lại bùn tiến trình lắng xuống đáy bể tăng đợt hai cách tuần hồn bùn ngược lại bể Aerotank để trì nồng độ đủ vi sinh vật bể Bùn dư bể lắng II xả qua bể nén bùn 5.1 Tính tốn bể Aeroten: Thơng số đầu vào: BOD = 142,4 mg/l SS = 110,35mg/l Để xử lý đạt QCVN 14 : 2008/BTNMT, thông số cần đạt: - BOD = 30 mg/l - SS = 50 mg/l Các thông số vận hành Nồng độ bùn bể, X = 800 - 4000 mg/l (theo bảng 6-1, tính tốn thiết kế hệ thống XLNT, TS.Trịnh Xn Lai, 2003, trang 91) Chọn X = 3000 Nồng độ cặn lắng đáy bể lắng II nồng độ bùn tuần hoàn, X t = 10.000 mgSS/l Thời gian lưu nước bùn hoạt tính cơng trình ngày Chế độ thuỷ lực bể: khuấy trộn hồn tồn 5.Giá trị thơng số động học: c = 0.75-15 ngày.chọn 10 Y: hệ số sinh trưởng cực đại, Y = 0.4-0,8 chọn Y = 0.6 mgVSS/mgBOD5 Kd: hệ số phân huỷ nội bào (ngày -1), Kd = 0.05 Độ tro cặn hữu lơ lửng trôi khỏi bể là, z = 0.3 Nước có đủ chất dinh dưỡng BOD5 : N : P = 100 : : Lượng bùn hoạt tính nước thải đầu vào, Xo = Tỷ số BOD5/COD, F =0.73 Hiệu xử lý • Lượng COD lại sau q trình xử lý hiếu ≤ 30 (mg/l) CODra = 100% =84,68% • Lượng BOD lại sau q trình xử lý hiếu ≤ 50 (mg/l) BODra = 100% =64,89% • Thể tích bể Aerotank Trong đó: Q: lưu lượng nước thải cần xử lý (m3/ng.đ) Y: Hệ số suất sử dụng chất (mg VSV/mg chất) : thời gian lưu bùn (ngày-1) c So: nồng độ BOD5 đầu vào (mg/l) S: nồng độ BOD5 đầu (mg/l) X: nồng độ bùn hoạt tín bể (mg/l) Kd: hệ số phân huỷ nội bào (ngày-1) Suy ra: V = 131,74 m3 Chọn tỉ số chiều dài chiều rộng (theo TCXD-51-2008) Chọn chiều sâu công tác H ct = 4m (Hct từ - 6m, theo TCXD-51-84, thoát nước mạng lưới bên ngồi cơng trình, Lâm Minh Triết) [10] Chiều cao bảo vệ: Hbv = 0.5m Chiều cao xây dựng bể: H = Hct + Hbv = +0.5 = 4,5 (m) • Diện tích bề mặt bể: F = = 29,3 (m2) Chọn kích thước bể: L x B = 7m x 5m Vậy bể Aerotank có kích thước sau: L x B x H = 7m x 5m x 4,5m • Thời gian lưu nước bể Aerotank: q= • Lượng bùn lơ lửng sinh khử BOD5: yb = Trong đó: yb: tốc độ tăng trưởng bùn (ngày-1-) Y: hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn hoạt tính/mg BOD), Y: hệ số sinh trưởng cực đại (mg bùn hoạt tính/mg BOD) (Y = 0,4 – 0,8, chọn giá trị tiêu biểu Y = 0,6 (mg bùn hoạt tính/mg BOD)) Tra bảng 5.1 – Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai Kd: hệ số phân hủy nội bào (ngày-1) (Kd = 0,02 – 0,1, chọn giá trị tiêu biểu Kd = 0,072 (ngày-1)).Tra bảng 5.1 – Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai c: thời gian lưu bùn bể hay tuổi bùn (ngày) c = 10 (ngày), tính Tốc độ tăng trưởng bùn: yb = = 0,349 (ngày-1-) Lượng bùn hoạt tính sinh bể ngày Abùn=Px = Yb (So – S) 10-3 Trong đó: Px: lượng bùn sinh ngày (kgVSS/ngày) yb: tốc độ tăng trưởng bùn (ngày-1-) : lưu lượng nước xả bể (m3/ngđ) = 1008(m3/ngđ) So: hàm lượng BOD đầu vào (mg/l) So = 142,4 (mg/l) S: hàm lượng BOD đầu (mg/l) S = 30 (mg/l) Px = Abùn = 0,3491008 (142,4 – 30) 10-339,54(kg/ngđ) • Tổng lượng cặn sinh theo độ tro cặn (theo SS) Abùn (ss) =P = = 131,8(kg/ngđ) Trong đó: z: độ tro bùn hoạt tính, z = 0.3 • Lượng cặn dư ngày phải xả (để xử lý) Lượng bùn dư cần xử lý = tổng lượng bùn = lượng SS trôi khỏi bể lắng Axả = Abùn(SS) – Ara = Abùn(SS) – Q x SSra x 10-3 = 131,8 – 1008 x 50 x 10-3 = 81,4 (kg/ngày) Lượng bùn thải ngày: Từ cơng thức: = Trong đó: + + + + + + : thời gian lưu bùn cơng trình (ngày) t = 10 (ngày) V: thể tích bể Aerotank (m3) V = 131,74(m3) X: nồng độ bùn hoạt tính bể Aerotank (mg/l) X = 3000 (mg/l) Xra: nồng độ sinh khối đầu (mg/l) Xra = 50 x 0.7 = 35(mg/l) Qxả: lưu lượng bùn thải (m3/ngđ) : lưu lượng nước xả bể (m3/ngđ) = 1008 (m3/ngđ) Lưu lượng bùn thải cần xử lý: Qxả = = 1,414 (m3/ngđ) Trong đó: Qr = Qv (coi lượng nước theo bùn không đáng kể) Sau hệ thống hoạt động ổn định lượng bùn hữu xả ngày là: B = Qx x 10000 = 1,414 x 10000 = 14140 (g/ng) = 14,14(kg/ng) Tỉ số bùn tuần hoàn R = = = = 0,6 Trong đó: X: nồng độ bùn hoạt tính bể Aerotank (mg/l) X = 3000 (mg/l) Xt: Nồng độ bùn dòng tuần hồn (7000-15000 mg/l) Chọn Xt = 8000(mg/l) • Lưu lượng bùn tuần hồn Để nồng độ bùn bể giữ giá trị X = 3000 mg/l, ta có phương trình cân khối lượng bùn hoạt tính vào khỏi bể sau: Qv x Xo + Qt x Xt = (Qv + Qt) x X Trong đó: Qv: lưu lượng nước thải vào bể (m3/ng.đ) Xo: nồng độ bùn hoạt tính vào bể (mg/l) Qt: lưu lượng bùn tuần hồn (m3/ng.đ) Xt: nồng bùn hoạt tính (mg/l) X: nồng độ bùn cần trì bể Trong thực tế nồng độ bùn hoạt tính nước thải vào bể X o không đáng kể, nên ta có: Qt x Xt = (Qv + Qt) x X • Suy hệ số bùn tuần hồn là: = • Vậy lưu lượng bùn tuần hồn Qt = 0.6 x Qv = 0.6 x 1008 = 604,8 (m3/ng.đ) = 25,2(m3/h) Kiểm tra tiêu làm việc bể Aerotank Chỉ số : (mgBOD5/mgbùn) (Nằm giới hạn cho phép từ 0.2 – 0.6) − Tải trọng thể tích LBOD: LBOD = Trong đó: + + + + LBOD : tải trọng thể tích (kgBOD/m3.ngđ) : lưu lượng nước xả bể (m3/ngđ) = 1008 (m3/ngđ) So: hàm lượng BOD đầu vào (mg/l) So = 142,4 (mg/l) V: thể tích bể Aerotank (m3) V = 131,74 (m3) LBOD ===1089,56(mgBOD/l.ngày)=1,09 (kgBOD/m3.ngđ) () Tốc độ sử dụng chất (gBOD5/g.bùn.ng) Lượng oxy sử dụng thực tế Lượng oxi cần thiết + Nhu cầu oxygen theo lý thuyết Trong đó: f: tỉ số chuyển đổi BOD5 COD, qui phạm f từ 0.45 – 0.68, chọn f = 0.68 (Trịnh Xuân Lai[4]) Abùn: lượng bùn hoạt tính sinh ngày, Abùn = 0,63 (kg) 1.42: hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD OC0 = 123,7 (kg O2/ngđ) + Lượng oxi thực tế yêu cầu: Trong đó: Cs: nồng độ oxi bão hoà nước 20oC, Cs = 9.08 (mg/l) C: nồng độ oxygen cần trì cơng trình, chọn C = (mg/l) (qui phạm từ 1.5 -2, Trịnh Xuân Lai ) hệ số điều chỉnh lượng oxygen ngấm vào nước thải ảnh hưởng hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thống, hình dáng kích thước bể, chọn = 0.8 (qui phạm từ 0.6 – 0.94, Trịnh Xuân Lai ) T: nhiệt độ nước thải, T = 25oC Suy ra: =176,13 (kgO2/ngày) = 7,34(kgO2/giờ) • Lưu lượng oxi cần thiết: Trong đó: f: hệ số an tồn từ 1.5 – 2, chọn f = OU:Cơng suất hồ tan oxi vào nước thải thiết bị phân phối tính theo gam oxi cho m3 khơng khí OU = Ou x h = 8.5 x 4.5 = 38,25 (gr O2/m3) = 0,038(kg O 2/m3) h: độ sâu ngập nước thiết bị phân phối khí, h= 4.5m Ou: Cơng suất hoà tan oxi vào nước thải thiết bị phân phối tính theo gam oxi cho m3 khơng khí Chọn thiết bị phân phối khí bọt khí nhỏ, Ou = 8.5 gr O2/m3.m (theo bảng 7-1, tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, TS.Trịnh Xuân Lai, 2003) [4] Suy ra: Qk = (m3/ngày) = 415,84(m3/h) = 0,2 m3/s Kiểm tra tiêu cấp khí • Lượng khơng khí cần thiết để khử kg BOD5 (m3 khí/1 kg BOD5 khử) • Lưu lượng khí cấp cho m3 nước thải (m3/m2) • Thiết bị làm thống Đặt bể bơm khí, lưu lượng bơm 415,84m3/h = 0,2 m3/s Tính dàn phân phối khí Chọn dạng đĩa xốp, đường kính 170(mm) diện tích bề mặt F = 0.02 (m2), cường độ khí 200 (l/phút đĩa) Chọn đĩa phân phối khí có d = 0.3m, q k = 150 – 200l/ph chọn q k = 200l/ph=3.3l/s = 0,0033 (m3/s) = 11,88 (m3/h) (Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải, TS.Trịnh Xn Lai,) • Số đĩa phân phối khí là: N = = 36 (đĩa) chọn N = 36 (đĩa) Bố trí đĩa phân phối khí: chia nhánh nhỏ, nhánh có đĩa thổi khí Lượng khơng khí vào nhánh = = 69,3 (m3/h) Tính tốn đường ống dẫn khí: Đường kính ống chính: − Vận tốc khí ống 10 – 15 (m/s), chọn v = 15 (m/s) (Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải-Trịnh Xn Lai) Dống-chính = = 0,2 (m).= 200 (mm) Chọn ống thép mạ kẽm có ϕ200 (mm) − Kiểm tra vận tốc ống dẫn Vchính = = = 8,4 ( thỏa mãn điều kiện) Từ ống đưa ống nhánh Đường kính ống nhánh: Các ống nhánh phân phối đối xứng với cặp qua ống Chọn ống nhánh, ống có đĩa phân phối khí Chọn vận tốc khí ống nhánh v = 10 (m/s) Dống-nhánh = 0,07 (m) Chọn ống PVC có ϕ 70 (mm) Bố trí ống nhánh phân phối khí, đặt cách thành bể 0,5 (m), cách đáy 0,25 (m) Khoảng cách đĩa: l = = = 0.7 (m) Khoảng cách nhánh: l = = =1 (m) Tính đường ống dẫn nước thải đường ống dẫn bùn Đường ống dẫn nước thải vào bể Đường kính ống dẫn nước: Dnước = = = 0,077 (m) = 77,1 (mm) vn: vận tốc nước chảy ống điều kiện có bơm, chọn v n = 2.5 m/s ( qui phạm từ – m/s) Chọn ống nhựa PVC có = 100 mm Đường kính ống dẫn bùn tuần hồn: Dnước = = = 0,18 (m) = 180 (mm) Trong đó: QT: lưu lượng bùn tuần hoàn, QT = 604,8m3/ngày = 7.10 -3 m3/s vb: vận tốc bùn chảy ống, vb = 0.3 m/s Chọn ống nhựa PVC có =180 mm Tính máy thổi khí Áp lực máy thổi khí: H = hd + hc +hf + H Trong đó: hd, hc: tổn thất dọc đường tổn thất cục đường ống, không vượt 0.4m; chọn 0.4m hf: tổn thất áp lực qua thiết bị phân phối, không vượt 0.5m, chọn h f = 0.5m H: độ sâu lớp nước bể, H = m Suy ra: H = 0.4 + 0.5 + = 4,9 m • Áp lực máy thổi khí: • Cơng suất máy thổi khí: (KW) • Cơng suất tính tốn máy thổi khí: (KW) : hiệu suất bơm, = 0.73 – 0.93, chọn = 0.8