Thành phần nước thải vào bể UASB: + COD: 2500 mg/l
IV.6.1. Chiều cao bể
Đối với nước thải giấy các loại hiệu quả khử COD đạt 80%. Hàm lượng COD sau bể yếm khí:
2500×(1 – 0,8) = 500 mg/l Lượng COD cần khử trong một ngày :
G = 1000×(2500 – 500)×10-3 = 2000 (kg COD/ ngày).
Tải lượng lượng COD: a = 4 ÷ 12 kg COD/m3 .ngày, chọn a = 5 kg COD/m3.ngày
Dung tích xử lý yếm khí cần thiết :
V = = = 400 (m3) . [4] Tốc độ nước đi lên trong bể v = 0,6 – 0,9 m/h để đảm bảo bùn trong bể ở trạng thái lơ lửng.Chọn v = 0,6 m/h.
Diện tích bể cần thiết:
F = = = 69,4(m2) [4] Chiều cao phần xử lý yếm khí:
H1 = = = 5,8 (m). [4] Tổng chiều cao của bể: H = H1 + H2 + H3
H1 - Chiều cao phần xử lý yếm khí, H1 = 5,8 m H2 - Chiều cao vùng lắng, lấy H2 = 1,5 m. H3 - Chiều cao dự trữ , lấy H3 = 0,4 m. Vậy H = 5,8 + 1,5 + 0,4 = 7,7 m. Kiểm tra thời gian lưu nước :
V = H × F = 7,7 × 69,4 = 534,4 m3.
T = × 24 = × 24 = 12,8 h.
Hệ thống UASB được chia làm 2 đơn nguyên, diện tích mỗi đơn nguyên là:
Fi = = = 34,7m2
Chọn kích thước mỗi bể đơn nguyên: Dài×Rộng = L×B = 7m × 5m Lưu lượng nước vào mỗi bể UASB đơn nguyên:
Qi = = = 500(m3/ngày)
Trong mỗi bể đơn nguyên thiết kế 2 ngăn lắng. Hỗn hợp chất hữu cơ đi vào ngăn lắng trộn lẫn giữa 3 pha: rắn, lỏng, khí. Để đưa nước ra khỏi bể cần tách khí ra khỏi
hỗn hợp bằng tấm chắn khí nghiêng với phương ngang góc 60o. Sau khi tách khí, hỗn
hợp bùn – nước chảy vào ngăn lắng. Cặn rơi xuống đáy hình côn của ngăn lắng để trở lại bể phân hủy yếm khí.
Tổng chiều cao ngăn lắng
Trong đó chiều cao dự trữ là H3 = 0,4m → Chiều cao ngăn lắng nước là:
H’ = 3 – 0,4 = 2,6 m Thời gian lưu nước trong ngăn lắng:
tlắng= = × 24 = × 24 = 2,2 (h) > 1h
→ Đạt yêu cầu
IV.6.2. Tính toán tấm chắn khí
Mỗi bể đơn nguyên sử dụng 8 tấm chắn khí ứng với 2 ngăn lắng Chiều dài mỗi tấm chắn: Lchắn = B = 5m
Chiều cao vùng lắng: H2 = 1,5m → Chiều rộng tấm chắn khí dưới:
B1 = = = 1,3m
Tổng chiều cao ngăn lắng: Hlắng = 3m
Chọn chiều dài phần xếp chồng giữa 2 tấm chắn: 0,3m → Chiều rộng tấm chắn khí trên:
B2 = - (B1 – 0,3) = - (1,3 – 0,3) = 2,5m
Tấm chắn khí trên và tấm chắn dưới đặt song song và cách nhau 0,15m.
IV.6.3. Tấm chắn hướng dòng
Trong mỗi bế đơn nguên thiết kế 4 tấm chắn hướng dòng ứng với 2 ngăn lắng Khoảng cách từ tấm chắn khí dưới đến tấm chắn hướng dòng là 0,15m
Hai tấm chắn hướng dòng tạo thành một tam giác cân với đáy Độ dài của đáy: 0,5m
Chiều cao của tam giác: 0,45m Chiều rộng tấm chắn hướng dòng
Bdòng = [(0,5/2)2 + ]1/2 = 0,51m
Chiều dài tấm chắn hướng dòng: Ldòng = B = 5m
IV.6.4. Máng thu nước
Giữa mỗi ngăn lắng đặt một máng thu nước chạy dọc chiều dài ngăn lắng. Chọn kích thước máng thu nước: Rộng×Sâu = 0,2m×0,2m
IV.6.5. Lượng khí sinh
Tổng lượng COD được chuyển hóa thành CH4 trong toàn bộ thể tích bể:
q = 0,5 m3/kg CODloại bỏ × 2000 kg CODloại bỏ = 1000 m3/ngày [7] Phương trình cân bằng đối với khí metan:
PVCH4 = nRT [7] Trong đó:
P - Áp suất làm việc của hệ thống, lấy P = 1at VCH4 - Thể tích khí metan sinh ra
n - số mol khí metan sinh ra R - hằng số, R = 0,082
T - Nhiệt độ làm việc của hệ thống, T = 273 + 25 = 298oK VCH4 =
Để chuyển hóa thành 1mol khí metan cần 64 gCOD chuyển hóa
VCH4 = = = 382 m3/ ngày
Vbiogas = = = 546 m3/ ngày
IV.6.6. Hàm lượng các chất ra khỏi bể UASB
COD: 500 mg/l
BOD: 1500×(1 - 0,8) = 300 mg/l
IV.6.7. Tính lượng bùn sinh ra
Lượng bùn sinh ra trong 1 bể:
Mbùn= 0,1 gVSS/g CODloại bỏ × 2000 VSS/kg CODloại bỏ /ngày = 200 ( kg VSS/ngày). Ta có: 1m3 bùn ≈ 260 kgVSS
Vậy thể tích bùn sinh ra trong một ngày (tính cho 1 bể):
Vbùn = = = 0,77 (m3/ngày) [4] Lượng bùn sinh ra trong 1 tháng:
0,77 × 30 = 23,1 m3
Như vậy sau một tháng chiều cao của bùn trong bể
hbùn = = = 0,132 m [4] Chọn thời gian xả bùn 1 tháng 1 lần, thời gian mỗi lần xả là 3h
Lưu lượng bùn xả ra:
Q = = 7,7 m3/h
IV.6.8. Hệ thống phân phối nước trong bể
Vậy số đầu phân phối = = 18 đầu.
Nước thải vào mỗi bể UASB nhờ hệ thống ống chính rồi phân đều cho 4 ống nhánh. IV.6.9. Đường ống a. Đường ống chính Vận tốc nước trong ống lớn: vL= 1,5- 2,5 (m/s), chọn vL = 1,5 m/s [10] Đường kính ống chính DL = = = 0,07 m [10] Sử dụng ống thépφ= 70 mm. b. Đường ống nhánh Vận tốc trong ống nhánh: vnhánh = 1-3 m/s [10] Chọn vnhánh = 2 (m/s)
Lưu lượng nước trong ống nhánh
Qnhánh = = 14,6 × 10-4 (m3/s)
Đường kính ống nhánh
Dnhanh = = = 0,03 m [10]
Bảng IV.3. Các thông số bể UASB
1 2 3 4 5 6
Thời gian lưu Chiều cao Chiều dài Chiều rộng
Chiều cao ngăn lắng Thời gian lắng giờ m m m m giờ 12,8 7,7 7 5 3 2,2
IV.7. Bể Aeroten
Các thông số đầu vào bể Aeroten:
• Q: 1000m3/ngày
• COD: 500 mg/l
• BOD: 300 mg/l
Bảng IV.4. Các thông số đầu ra của bể đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp lọai B theo QCVN 12/2008 đối với cơ sở sản xuất bột giấy đang hoạt động [12]
pH COD(mg/l) BOD(mg/l) TSS(mg/l) Độ màu
5,5 - 9 300 100 100 150
Các thông số vận hành của bể:
Nồng độ bùn hoạt tính trong bể: X = 1200 mg/l Độ tro của cặn: Z = 0,3
Thời gian lưu của bùn hoạt tính: θc = 6 ngày Chế độ thủy lực của bể: khuấy trộn hoàn chỉnh Nồng độ cặn trong bùn tuần hoàn: 10000 mg/l
Giá trị các thông số động học: Hệ số sản lượng tối đa Y = 0,46; hệ số phân hủy nội bào kd = 0,06 ngày-1
Hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi vào bể: Xo = 0
BOD5 = 0,6 BOD20
Tỷ lệ chất dinh dưỡng: BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1
Hàm lượng cặn lơ lửng (100mg/l) ra khỏi bể gồm 65% là cặn hữu cơ
Hình IV.1.Các thông số bể Aeroten
Trong đó: Bể lắng II Bể Aeroten Q e, S, X e Q, S 0, X o Qr, Xr, S Qw,Xr
- Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn xả và lưu lượng nước đầu ra.
- S0 , S : Nồng độ chất nền đầu vào và ra khỏi bể Aeroten
- X , Xr , Xe :Nộng độ chất rắn bay hơi trong bể Aeroten, nồng độ bùn tuần hoàn
và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II.
IV.7.1.Xác định hiệu quả xử lý
Lượng cặn hữu cơ trong nước ra khỏi bể lắng II: 0,65 × 100 = 65 (mg/l)
Lượng cặn hữu cơ tính trong nước thải đầu ra tính theo BOD20 hay COD:
BOD20= 1,42 × 65 = 92,3 (mg/l)
Lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng ra khỏi bể lắng:
BOD5ra = 0,6 × 92,3 = 55,4 (mg/l)
Lượng BOD5 hòa tan ra khỏi bể lắng bằng tổng BOD5 cho phép ở đầu ra trừ đi
lượng BOD5 có trong cặn lơ lửng:
BOD5 hoầ tan = 100 – 55,4 = 44,6 mg/l Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan
E = = 85%
IV.7.2. Thể tích bể Aeroten
V = [4] Trong đó :
V - Thể tích bể Aeroten (m3)
Q - Lưu lượng nước đầu vào (m3/ngày)
Y - Hệ số sản lượng cực đại, Y = 0,46
X - Nồng độ bùn hoạt tính trong bể, X= 1200 (mg/l) kd - Hệ số phân hủy nộ bào, kd =0,06 ngày-1
V = = 338 m3
IV.7.3.Thời gian lưu nước trong bể
θ = × 24 = = 8,1 h [4]
IV.7.4. Lượng bùn dư phải xả đi hàng ngày
a. Hệ số tạo cặn từ BOD5
Yb = = = 0,34 [4]
b. Lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5
Px = Yb×Q×(So – S) = 0,34×1000×200×10-3 = 68 (kgVSS/ngày) [4]
c. Tổng lượng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Z = 0,3
Pxl = = = 97,1 (kgSS/ngày) [4]
d. Lưu lượng xả bùn Qxả
θc = [4] Suy ra:
V - Thể tích bể Aeroten
X - Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten X= 1200 (mg/l) Xr - Nồng độ chất rắn bay hơi ở đầu ra của hệ thống
Xr = 0,7 × 65 = 45,5 (mg/l)
Xt - Nồng độ chất rắn bay hơi có trong bùn tuần hoàn, Xt (mg/l)
IV.7.5.Tính hệ số tuần hoàn bùn và lượng bùn tuần hoàn
Lưu lượng bùn tuần hoàn QT được xác định theo phương trình:
Qr.XT = (Qv + QT)X [4] Hệ số tuần hoàn bùn:
α = = = = 0,2 [4]
Lượng bùn tuần hoàn:
QT = 0,2×1000 = 200 (m3/ngày)
IV.7.6. Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng thể tích của bể
- Chỉ số F/M :
= = = 0,74 (mg BOD5/mg bùn.ngày) [4]
Tốc độ sử dụng chất nền của 1g bùn hoạt tính:
ρ = × × 103 = × × 103 = 20,6 ( mgBOD5/g bùn hoạt tính.h) [4]
IV.7.7. Tính lượng oxy cần thiết
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện chuẩn:
Trong đó:
OC0 - Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn (200C) f - hệ số chuyển đổi từ BOD sang COD, f = 0,6
1,42 - hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20
OCo= – 1,42 × 68 = 237(kg O2/ngày)
Lượng oxy thực tế cần sử dụng trong điều kiện thực 20oC:
OCt = OCo × [4]
Trong đó:
CL - nồng độ Ôxy cần duy trì trong bể, 2(mg/l). α - hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải
CS20 - nồng độ Ôxy bão hòa trong nước sạch ở 200C lấy 9,08 (mg/l)
CS25 – nồng độ oxy hòa tan trong nước sạch ở 250C lấy 8,22 (mg/l)
OCt = 237× × = 384 kg/ngày
IV.7.8. Kích thước bể
Với thể tích bể 338 m3, chia làm 2 bể đơn nguyên. Thể tích mỗi bể đơn nguyên:
= 169 m3
Chọn bể hình chữ nhật có kích thước như sau:
Dài × Rộng × Cao = 8,5m × 5m × 4m Chiều cao bảo vệ của bể: 0,5m
IV.7. 9.Lượng không khí cần thiết cung cấp vào bể
Qkk = × f [4] Trong đó:
OCt - Lượng oxy thực tế cần xử dụng cho bể OCt = 384(kgO2/ngày) h - Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối, h = 3,8m
f - Hệ số an toàn, chọn f = 1,2
OC - Công suất hòa tan oxy, OC = 7 g O2/m3khí.m sâu
Qkk = × 1,2 = 17325 m3/ngày = 722 (m3/h)
IV.7.10 .Tính toán đường ống phân phối khí
a. Đường ống chính
Dchính = [10]
Trong đó :
Wo - Lưu lượng không khí, m3/s
ω - Vận tốc trung bình của không khí trong ống dẫn, chọn ω = 10 m/s Thay số ta được:
Dchính = = 0,12 m .
b. Ống dẫn khí nhánh
Sử dụng 5 ống dẫn khí nhánh chạy dọc chiều dài bể, mỗi ống cách nhau 1m Lưu lượng khí vào mỗi ống dẫn nhánh:
q = = 72,2 m3/h Chọn vận tốc khí qua ống dẫn nhánh là 15m/s. Đường kính ống dẫn nhánh:
d = = = 0,04m [10]
Sử dụng thiết bị làm thoáng tạo ra các bọt khí nhỏ và mịn.
Chọn đĩa xốp có đường kính 0,25m, cường độ thổi khí 3,5 (l/s) Vậy số đĩa trong ngăn hiếu khí là :
N = = 70 đĩa
Cách bố trí hệ thống phân phối khí :
• Dàn phân phối khí đặt cách đáy 0,2 m
• Ống dẫn khí chính chạy dọc chiều rộng bể
• Bố trí 10 ống dẫn nhánh chạy dọc theo trục chính, trên mỗi ống bố trí 7 đĩa thổi
khí
Bảng IV.5. Các thông số bể Aeroten
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 2 3 4 5
Thời gian lưu Chiều cao Chiều rộng Chiều dài Hệ số tuần hoàn giờ m m m 8,1 4,5 5 8,5 0,2
