3.2.1. Thông số đầu vào.
- Lưu lượng:
Lưu lượng trung bình: 100 m3/ngày Lưu lượng tại giờ lớn nhất: 150 m3/ngày
Bảng 3.1. Nồng độ đầu vào hồ phủ bạt
Đặc tắnh Đơn vị Giá trị Trung bình
pH - 6-7 6,5
BOD5 mg/l 7000-11000 9000
COD mg/l 10000-14000 12000
34
SS mg/l 4000-8000 6000
VSS mg/l 4000-5000 4500
Tổng P mg/l 48-72 60
Tổng N mg/l 200-480 340
3.2.2. Tắnh toán thi t k hồ phủ bạt HPDE
Nước thải đầu vào có khoảng 50% COD dạng hạt và 90% VSS có khả năng phân hủy bằng sinh học(COD, VSS). VSS đầu ra là 750 mg/l.
Tắnh toán thiết kế hồ phủ bạt, cần xác định: (1): kắch thước và diện tắch của bể
(2): thời gian lưu, T h
(3): thời gian lưu bùn trong bể, SRT h (4): VSS trung bình trong tầng bùn lơ lửng
(5): sản lượng khắ, năng lượng có thể sinh ra từ khắ biogas Thông số thiết kế: Từ bảng 3.2, ta chọn: Y = 0,08 gVSS/gCOD kd = 0,03 gVSS/gVSS.d ộ m = 0,25gVSS/gVSS.d fd = 0,15 gVSS/ gVSS
Sản lượng metan tại 350C: 0,4 lCH4/gCOD Thể tắch hoạt động: 90%.
35
Bảng 3.2. Chi ti t thi t k các thông số với thi t bị sinh trƣởng lơ lửng hòa trộn hoàn chỉnh đ xử lý COD hòa tan. [6]
Thông số Đơn vị Giá trị
Khoảng thay đổi Trung bình Hệ số tạo sinh khối, Y: -Lên men -Tạo khắ -Kết hợp toàn bộ gVSS/gCOD gVSS/gCOD gVSS/gCOD 0,06 Ờ 0,12 0,02 Ờ 0,06 0,05 Ờ 0,10 0,10 0,04 0,08 Hệ số phân hủy, kd - Lên men - Tạo khắ - Kết hợp toàn bộ g/g.d g/g.d g/g.d 0,02 Ờ 0,06 0,01 Ờ 0,04 0,02 Ờ 0,04 0,04 0,02 0,03 Tốc độ tăng trưởng riêng cực đại, ộ m - 350C - 300C - 250C g/g.d g/g.d g/g.d 0,30 Ờ 0,38 0,22 Ờ 0,28 0,18 Ờ 0,24 0,35 0,25 0,20 Hằng số bán vận tốc, KS - 350C - 300C - 250C mg/l mg/l mg/l 60 Ờ 200 300 Ờ 500 800 Ờ 1100 160 360 900
36
Thông số Đơn vị Giá trị
Khoảng thay đổi Trung bình
Metan -Sản lượng tại 350C -Mật độ tại 350C -Phần trăm khắ -Thành phần năng lượng m3CH4/kgCOD kg/m3 % kJ/g 0,4 0,6346 60 Ờ 70 50,1 0,4 0,6346 65 50,1 Xác định thể tắch hồ dựa vào tải trọng hữu cơ. Chọn Lorg = 2kgCOD/m3.d.
= 450 (m3)
V: thể tắch chứa nước của hồ, m3. Q: lưu lượng dòng vào, m3/d. S: nồng độ COD hòa tan vào bể, kgCOD/m3.
Kắch thước hồ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chọn chiều dài hồ phủ bạt HDPE: L= 20 m Chiều rộng của hồ phủ bạt HDPE: B= 5 m Chiều cao
Xác định chiều cao chất lỏng :
Tổng chiều cao của hồ:
H = HỖ + H1 + H2 = 4,5 + 1,5 + 0,7 = 6,7 m Với:
H1: chiều cao vùng lắng, H1 > 1m [7], chọn H1 = 1,5 m H2: chiều cao bảo vệ, chọn H2 = 0,7 m
37 Xác định thời gian lưu thủy lực HRT:
Xác định thời gian lưu bùn SRT: Ta có quan hệ sau:
Q.Xe = PX,VSS = lương chất rắn có khả năng bay hơi thải ra mỗi ngày. Với: Q: lưu lượng trung bình, m3/d. Q = 100 m3/ngày.
Xe: nồng độ VSS đầu ra, g/m3. Xe = 700 mg/l = 700 g/m3. PX,VSS: lượng chất rắn thải mỗi ngày, g/ngày
Cả Q, Xe đều đã biết. Giá trị PX,VSS được tắnh theo: ( )
( )
A B C (A): Phần sinh khối do vi sinh vật dị dưỡng.
(B): Phần tế bào chết.
(C): Phần không bị thối rữa trong dòng thải.
- COD hòa tan đầu ra với hiệu suất 65% loại trừ là: S = (1 Ờ 0,75).COD =(1 - 0,75) .9000 g/m3 = 2250 g/m3 - Nồng độ VSS đầu vào với 90% VSS có thể bị phân hủy: VSS = (1 Ờ 0,9).4500 = 450 g/m3
- Nồng độ pCOD có thể giảm: 0,5.(12000 - 9000) = 1500 g/m3 - Tổng COD đầu vào có khả năng bị loại trừ:
SỖ = 9000 + 1500 = 10500 g/m3 Thay vào phương trình trên ta có:
( ) ( )
( )( )
38
e. Kiểm tra sCOD đầu ra tại SRT = 40 ngày ở 300C sử dụng phương trình sau: ( ( )) Ở 300C có ks = 360 mg/l (bảng 3.6) ( ) ( ) ( )
Phân số của sCOD đầu ra so với sCOD đầu vào:
Nên thời gian lưu là phù hợp
f. Xác định XTSS trung bình trong vùng sinh khối của thiết bị. - XTSS có thể được ước lượng như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
( )
V: tương đương với thể tắch hoạt động Vn của bể, m3
Q: lưu lượng trung bình vào bể, m3/d. Qw: lưu lượng bùn tuần hoàn, m3/d. Xe: nồng độ sinh khối ra khỏi bể, gVSS/m3.
XR: nồng độ sinh khối trong dòng tuần hoàn, gVSS/m3. Vì giả sử mọi chất rắn đã xử lý đều ở đầu ra, Qw = 0 nên:
(
) g. Xác định lượng khắ metan tạo ra và năng lượng:
- Lượng COD giảm trong bể:
COD = S0 - S = ( 10500 - 2250) (g/m3) = 8250 (g/m3) - Xác định tỷ lệ metan tạo ra:
39
Từ bảng 2.1 thì sản lượng methan ở 35 độ C là 0,4 m3/ kg COD. Thể tắch H4 tạo ra từ 1g COD ở 30 độ C là: ( ) ( ) ( ) - Tổng thể tắch CH4 tạo ra: ( ) ( )
- Tổng thể tắch khắ gas tạo ra: ( ) Tại 300C, thể tắch 1 mol khắ là: ( ) ( )
Tổng số mol khắ CH4 được tạo ra
( ) (molCH4/ngày)
- Khối lượng khắ metan tạo
( ) ( ) (
)
Năng lượng tạo ra:
( ) (
)
Thông số kỹ thuật của hồ phủ bạt HDPE:
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật hồ phủ bạt HDPE
1 Số lượng hồ phủ bạt 1 Bể 2 Công suất bể 2,5 m3/h 3 Chiều dài bể 20 m 4 Chiều rộng bể 5 m 5 Chiều cao phần xử lý yếm khắ 4,5 m 6 Chiều cao bảo vệ 0,7 m 7 Chiều cao vùng lắng 1,5 m
40
8 Chiều cao xây dựng 6,7 m 9 Thể tắch phân hủy yếm khắ 450 m3 10 Thời gian lưu nước 4,5 ngày
Trên thực tế trang trại có rất nhiều đất để thực hiện triển khai công trình nên chúng tôi lựa chọn kắch thước hố thực tế không như tắnh toán và như sau:
Hồ số 1: LxRxH = 140x9x3m (Khu nuôi lợn thịt)
Hồ số 2: LxRxH = 120x9x3(m) (khu nuôi lợn nái và lợn sữa) Hồ số 3: LxRxH = 60x9x3 (m) (ngăn giữa 2 khu chuồng trại) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.2. Tắnh toán b xử lý hóa Ờ lý [5,6,13] 3.2.1. Thông số đầu vào
- Lưu lượng: Q = 100 m3/ngày.
Lưu lượng giờ lớn nhất: Qmax = 150 m3/ngày. - Nồng độ đầu vào:
Qua hồ phủ bạt HDPE, COD, BOD5 giảm 75%, SS giảm 85%, ta có bảng thông số nồng độ đầu vào bể lắng sơ cấp
Bảng 3.4. Nồng độ các chất ô nhiễm vào b xử lý hóa lý
Đặc tắnh Đơn vị Trung bình pH - 6,5 BOD5 mg/l 2250 COD mg/l 3750 SS mg/l 850 Tổng P mg/l 60 Tổng N mg/l 340
3.2.2. Tắnh toán thi t k b xử lý hóa lý k t hợp với lắng
Chọn loại bể xử lý hóa lý là bể đứng có tiết diện hình tròn, đáy thu cặn có độ dốc 450, ở giữa bể đặt ống trung tâm nhằm mục đắch phân phối nước thải đầu vào.
41
Vì ở đây lắng trong môi trường lắng tĩnh, khi thiết kế bể lắng đứng, phải kể đến ảnh hưởng của dòng chảy động từ đầu ra của ống trung tâm, vận tốc dâng lên của nước, và thành phần nước thải có nhiều chất tạo bọt dễ cuốn theo SS nổi lên trên, ta chọn:
- Thời gian lắng 120 phút.
- Tải trọng lắng trung bình: vl = 7,8.10-3 m3/m2.ph = 11 m3/m2.ngày - Hiệu suất lắng SS 70%, COD 22%
Vận tốc dâng lên của nước trong bể lắng phải thấp hơn vận tốc lắng của hạt cặn, chọn:
Vd = 9 m3/m2.ngày < vl = 11 m3/m2.ngày
Diện tắch làm việc của bể lắng, không kể tới phần diện tắch ống trung tâm phân phối
nước đầu vào là:
Đường kắnh ống trung tâm d bằng 15% - 20% đường kắnh bể lắng, chọn 20%D: d = 0,2.D Diện tắch ống trung tâm là: ( ) Diện tắch bể lắng, có kể tới phần diện tắch ống trung tâm là: (*) Mà:
Thay vào phương trình , ta tắnh được đường kắnh của bể lắng là: D = 3,8 m. Chọn: D = 4 m
Đường kắnh ống trung tâm: d = 0,2.D = 0,2.4 = 0,8 m Đường kắnh miệng loe, theo tiêu chuẩn hiện hành: dỖ = 1,35d = 1,35.0,8 = 1,08 (m)
42
( )
Vận tốc trong ống trung tâm:
( )⁄ ( )⁄
Vận tốc ống trung tâm tại giờ lớn nhất:
( )⁄ ( )⁄
Máng thu nước đặt ở vòng tròn quanh chu vi bể, có đường kắnh bằng 0,8 đường kắnh bể [5]:
Tải trọng máng tràn:
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
( ⁄ )
Chiều dài máng thu nước: Dmáng = 0,8.D = 0,8. 4 = 3,2 m L = π.Dmáng = 3,14.3,2 = 10 m
Thể tắch làm việc của bể:
Chiều cao vùng chứa nước trong của bể:
( )
Chiều cao trung gian, chọn Htg = 0,5m.
Cặn được tập trung vào hố thu cặn đặt ở đáy bể có kắch thước 30cm x 30cm. đáy có độ dốc α = 450.
Chiều cao của phần thu cặn là:
( )
Chiểu cao xây dựng của bể lắng:
H = Hl + Htg + Hc + Hbv = 0,75 + 0,5 + 2 + 0,5 = 3,75 m. Với:
43
Kiểm tra vận tốc nước chảy trong vùng lắng, vận tốc này phải nhỏ hơn vận tốc kéo
hạt cặn trở lại trạng thải lơ lửng vH. Với:
√ ( ) ( )
vH : vận tốc theo phương ngang, kéo hạt cặn lại trạng thái lơ lửng (m/s). k: hằng số phụ thuộc vào tắnh chất hạt cặn.
s: tỷ trọng của hạt cặn.
g: gia tốc trọng trường (9.81 m/s2). d: đường kắnh hạt cặn(m). f: hằng số Darcy Ờ Weisbach.
Giá trị k thường thay đổi từ 0,04 Ờ 0,06 tùy thuộc vào trạng thái hạt: đơn hạt hay tồn tại thành cụm, f thay đổi từ 0,02 - 0,03. k và f là hai hệ số không có thứ nguyên.
44
Bảng 3.5. Giá trị tỷ trọng riêng và mật độ chất rắn của b lắng sơ cấp [5]
Loại chất rắn(bùn) Tỷ trọng của hạt cặn Mật đô chất rắn(%a) Khoảng thay đổi Trung bình
Nước thải trung bình
Kết hợp với hệ thống cống rãnh Bể lắng bùn hoạt tắnh Bể lắng và lọc nhỏ giọt chất mùn Bọt váng 1,03 1,05 1,03 1,03 0,95 4-12 4-12 2-6 4-10 b 6 6,5 3 5 -
Chú thắch: a: phần trăm chất rắn khô, b: thay đổi trong khoảng dao động lớn.
Bể lắng sơ cấp với mục đắch tách SS với kắch thước lớn hơn 0,2 mm, ta chọn d = 0,2 mm
Ta chọn k = 0,04, f = 0,03, s = 1,03, thay vào phương trình (**) ta được: Vận tốc nước chảy trong vùng lắng tại giờ lớn nhất:
Vmax = 1,5.9 = 13,5 m3/m2.d = 0,00016 m/s < 0,025 m/s (thỏa mãn) Xác định khối lượng và thể tắch bùn sinh ra ở đáy bể lắng sơ bộ:
-Khối lượng bùn tắch tụ dưới đáy bể lắng được xác định theo công thức sau: mbùn = mSS + mBOD5 (kg/d).
Ớ mSS = Rss ừ SSvào ừQTB (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
= 0,70 ừ850(mg/l) ừ103(l/m3) ừ10-6(kg/mg) ừ100(m3/d) = 59,5 (kg/d).
Ớ mBOD5 = RBOD ừBODvào ừQTB (kg/d).
= 0,22 ừ2700(mg/l) ừ103(l/m3) ừ10-6(kg/mg) ừ100(m3/d) = 59,4 (kg/d). Trong đó:
+ SSvào : Nồng độ cặn lơ lửng vào bể lắng sơ bộ = 850 mg/l + QTB : Lưu lượng nước thải vào bể lắng (m3/d).
mbùn = 59,5 + 59,4 = 118,9 (kg/d).
45
mbùn,max = mSS,max + mBOD5,max (kg/d). mSSmax = Rss ừ SSvào ừQmax = 0,70 ừ 850(mg/l) ừ103(l/m3) ừ10-6(kg/mg) ừ 150(m3/d)
= 89,25 (kg/d).
mBOD5,max = RBOD ừBODv ừQmax (kg/d).
= 0,20 ừ 3150(mg/l) ừ103(l/m3) ừ10-6(kg/mg) ừ 150(m3/d) = 94,5 (kg/d).
mbùn = 89,25 + 94,5 = 183,75 (kg/d).
- Thể tắch bùn sinh ra được xác định theo công thức sau:
(
)
Trong đó:
+ mbùn: Khối lượng bùn khô sinh ra, kg/d (đã xác định ở trên).
+ ρw: Khối lượng riêng của nước. Ở nhiệt độ 30oC thì ρw = 995,7 kg/m3 + Ps: Nồng độ % lượng bùn khô có trong hỗn hợp nước và bùn, Ps = 6%. + Ssl : Tỷ trọng của bùn, Ssl = 1,03.
( )
Thể tắch bùn sinh ra tại giờ lớn nhất:
(
)
Bảng 3.6. Đặc tắnh kỹ thuật chắnh của b xử lý hóa lý k t hợp lắng
1. Số lượng bể 1 Bể
2. Công suất bể 8,33 m3/h
3. Đường kắnh bể 4 m
4. Đường kắnh ống trung tâm 0,8 m
5. Chiều cao chứa nước 0,75 m
6. Chiều cao bảo vệ 0,5 m (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
7. Chiều cao xây dựng 3,75 m
8. Thể tắch làm việc 11,11 m3
46
10. Kắch thước hố thu cặn Φ50 x 25 cm x cm
11. Thời gian lưu nước 2 Giờ
3.3. Tắnh toán b lọc sinh học nhỏ giọt[4,6,13] 3.3.1. Thông số đầu vào
- Lưu lượng:
Lưu lượng trung bình từ bể lắng sơ cấp sang: QTB = 100 m3/d Lưu lượng lớn nhất từ bể lắng thứ cấp sang: Qmax = 150 m3/d
Lưu lượng tuần hoàn từ bể lắng thứ cấp: Q th = α.Q = 80.100 = 8000 m3/d, (chọn tỷ lệ tuần hoàn là α = 80 (sẽ được kiểm tra ở dưới)).
Vậy:
Lưu lượng trung bình dòng vào bể lọc: Q = 8100 m3/d Lưu lượng lớn nhất dòng vào bể lọc: Qmax = 8150 m3/d - Nồng độ:
Qua bể lắng sơ cấp, SS giảm 70%, BOD5 giảm 20%, số liệu thông số nồng độ được cho ở bảng:
Bảng 3.7. Nồng độ đầu vào b lọc sinh học
Đặc tắnh Đơn vị Trung bình pH - 6,5 BOD5 mg/l 1800 COD mg/l 3000 SS mg/l 250 Tổng P mg/l 60 Tổng N mg/l 340
47
3.3.2. Thi t k b lọc nhỏ giọt hi u khắ
Thông số vật liệu đệm ngô:
- Đệm ngô hình trụ.
- Kắch thước đệm: chiều cao x đường kắnh: 5cm x 2cm - Diện tắch bề mặt riêng đệm: 240 m2/m3
- Chiều cao đệm: Hd = 80 cm = 0,8 m
- Diện tắch bề mặt: Sd = π.D2/4 = 0,0314 m2, với D = 20 cm = 0,2 m - Thể tắch đệm: Vd = Hd.Sd = 0,8.0,0314 = 0,025 m3.
- Thời gian lưu nước : 1 ngày
- Lưu lượng nước được xử lý trong ngày: 20 l/d = 0,02 m3/d - Tải trọng thủy lực: q + qth = 1 l/m2.s
Theo bảng 3.6 ta xác định được:
- Lượng COD xử lý được trên 1m3 đệm:
GCOD = (CODv Ờ CODr).Q/Vd = (3000 Ờ 750).0,02/0,025 = 1800 g/ngày.m3 - Lượng BOD xử lý được trên 1m3 đệm:
GBOD = (BODv Ờ BODr).Q/Vd = (1800 Ờ 360).0,02/0,025 = 1152 g/ngày.m3 - Lượng N xử lý được trên 1m3 đệm:
GN = (Nv Ờ Nr).Q/Vd = (340 Ờ 72).0,02/0,025 = 216 g/ngày .m3 - Lượng P xử lý được trên 1m3 đệm:
GP = (Pv Ờ Pr).Q/Vd = (60 Ờ 18).0,02/0,025 = 33,6 g/ngày. m3
Tắnh toán thi t k : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.8. Lƣợng chất ô nhiễm cần xử lý
Thông số Đầu vào, S0 (mg/l) Đầu ra, S (mg/l) Lượng cần xử lý(g/d) Thể tắch đệm yêu cầu(m3) COD 3000 750 90000 131 BOD 1800 360 57600 106 N 340 72 10720 140 P 60 18 1680 44
48 Lượng chất bẩn cần xử lý trong ngày:
( ) ( )
Thể tắch đệm yêu cầu
Trong đó:
G: lượng chất bẩn xử lý được trong ngày trên 1 m3 đệm, xác định dựa vào mô hình thắ nghiệm trên.
So sánh các thể tắch ở trên, ta thấy thể tắch cần để xử lý nitơ là lớn nhất. Vậy chọn thể tắch đệm là 140 m3.
Chiều cao lớp đệm: 1,0-2,0 m [6]. Trong thiết kế này chọn Hd = 1,5 m Diện tắch bề mặt:
( )
Chọn thiết kế 4 đơn nguyên làm việc song song. Diện tắch bề mặt của mỗi đơn nguyên:
( )
Đường kắnh mỗi đơn nguyên:
√ √ ( )
Khoảng cách giữa tấm đỡ vật liệu đệm và đáy không thấm nước, chọn h = 0,5m Chiều cao bảo vê, chọn: Hbv =0,4m
Chiều cao hệ thống phân phối nước so với bề mặt đệm, chọn: Hpp = 0,2 m