Công suất hòa tan oxy vào nước thải của hệ thống đĩa sục khí tính theo g O2/m3 air ở độ sâu D = 4,5 m:
WO2=wO2.D=7.4,5=31,5gO2/m3air
Lượng không khí cần cấp cho bể aerobic:
Qair=AOTR WO 2 =89,84.103 31,5=2852m 3air/h
Hình 2. 9. Đĩa sục khí
Ví dụ chọn loại đĩa sục khí thương mại Type HD 270 của hãng BIBUS có các kích thước A = 270 mm, B = 30 mm, C = 60 mm, Diện tích lỗ = 0,037 m2, tải trọng khí ở điều kiện thường qair = 1,5 – 7 m3 air/h và ở chế độ cao tải đạt tới qair max = 10 m3
air/h.
Hình 2. 10. Đặc tuyến đĩa sục khí
Chọn tải trọng làm việc của đĩa sục khí trên qair = 5 m3 air/h. Số đĩa sục khí cần thiết:
n=Qair qair
=2852
5=570
Hình 2. 11. Sơ đồ bố trí đĩa sục khí
Bố trí 3 máy thổi khí vào bể aerobic, 2 máy thổi khí làm việc 24h/ ngày còn 1 máy thổi khí dự phòng. Năng suất mỗi máy thổi khí Qi = Qair/2 = 2852/2 = 1426 m3
air/ h.
Ống dẫn khí có thể bằng ống thép không gỉ, ống nhựa PE hay ống nhựa gia cường bằng sợi thủy tinh chụi được sự thay đổi nhiệt độ.
Tốc độ chuyển động của không khí trong ống dẫn khí và qua hệ thống phân phối khí 10 – 15 m/s, qua lỗ phân phối khí 15 – 20 m/s.
Tổng tổn thất thủy lực gồm: (i) Tổn thất do ma sát và tổn thất cục bộ trên đường ống dẫn khí tùy theo phương án bố trí đường ống dẫn khí, tạm tính ≤ 200 mm H2O và (ii) các dạng tổn thất thủy lực khác [2]:
+ Bộ lọc không khí = 50 – 380 mm H2O;
+ Bộ giảm thanh của máy nén khí ly tâm = 50 – 400 mm H2O;
+ Van kiểm tra = 50 – 380 mm H2O;
+ Đĩa sục khí = 75 – 650 mm H2O (theo biếu đồ SOTE, Headloss – qair của loại đĩa sục khí Type HD 270 đã lựa chọn cho bởi hãng BIBUS (Hình ) thì tổn thất thủy lực của đĩa sục khí = 25 kPa = 25/101,325 = 0,247 m H2O = 247 mm H2O);
+ Nhiễm bẩn (tắc) đĩa sục khí = 150 – 250 mm H2O;
+ Độ sâu của nước thải trong bể aerobic = 4,5 m = 4500 mm
Các dạng tổn thất thủy lực khác kể trên tùy thuộc vào loại máy thổi khí và loại đĩa sục khí được chọn và cho bởi hãng sản xuất.
Áp lực cần thiết của máy thổi khí = ∑ tổn thất thủy lực , tạm tính = 1000 + 4500 = 5500 mm H2O = 5,5 m H2O = 5,5/10,34 = 0,532 atm.
Công suất của mỗi máy thổi khí tính theo quá trình nén đoạn nhiệt:
Pw=w.R.T
29,7.0,283.e.[(P2 P1)0,283−1]
Trong đó:
Pw = Công suất yêu cầu của mỗi máy thổi khí, kW;
w = Lượng không khí cần thiết = Qair. ρair,25 /4 = 2852.1,185/2 = 1690 kg/h =
0,47 kg/s;
R = Hằng số khí = 8,314 kJ/kmol.K;
P1 = Áp suất không khí đầu vào = 1 atm;
P2 = Áp suất không khí đầu ra = 1 + 0,532 = 1,532 atm; e = Hiệu suất của máy thổi khí = 0,7 – 0,9.
Do đó:
Pw=0,47.8,314.298 29,7.0,283.0,8.[(1,532
1)0,283−1]=22,22kW
Như vậy hệ thống máy thổi khí cho bể aerobic gồm 2 máy thổi khí làm việc liên tục trong ngày và 1 máy thổi khí dự phòng, công suất 22,22 kW ( 30 hp), năng suất đạt 1426 m3 air/ h và cột áp 5,5 m. Chúng ta có nhận xét chi phí năng lượng cho cấp khí rất lớn, có thể chiếm 50 – 65% năng lượng ròng cần cho hệ thống xử lý nước thải.
Tính toán khuấy trộn cho bể anoxic và bể anaerobic:
Cường độ khuấy trộn trong các bể anoxic và anaerobic có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả của quá trình khử P sinh học và quá trình denitrate hóa. Nếu các bể này được khuấy trộn không đầy đủ thì có thể tạo ra sự ngắn mạch (short-circuiting) và giảm hiệu quả, và nếu năng lượng khuấy trộn quá lớn thì dẫn đến sự xáo động mặt nước và cuốn theo oxy.
Cánh khuấy chìm chân vịt và máy khuấy chìm turbine thường được sử dụng để khuấy trộn trong các bể anoxic và anaerobic. Chúng có khả năng duy trì bùn hoạt tính chuyển động lơ lửng mà tiêu tốn ít năng lượng nhất. Theo WEF năng lượng khuấy trộn cần thiết 4 – 20 W/m3 (0,15 – 0,75 hp/1000 ft3) . Số lượng và vị trí lắp đặt các máy khuấy là quan trọng và chúng ta nên tham khảo tư vấn của hãng sản xuất ra chúng.
So sánh 2 loại thiết bị khuấy thì thấy rằng cánh khuấy chìm chân vịt cần tốc độ quay và năng lượng khuấy trộn lớn hơn so với máy khuấy chìm turbine. Ngoải ra, cánh khuấy chìm chân vịt hoạt động như cánh quạt, năng lượng khuấy trộn được lan truyền và mở rộng ra xa và như thế dễ xuất hiện vùng chết phía sau, còn máy khuấy chìm turbine làm việc với tốc độ cao sẽ sinh ra xoáy nước và oxy dễ dàng khuyếch tán và nước. Một điểm nữa là chi phí đầu tư cho máy khuấy chìm turbine có thể lớn hơn do cần có cầu treo. Thực tế máy khuấy chìm turbine được khuyến khích hơn. Đối với máy khuấy chìm turbine năng lượng khuấy trộn không nên lớn hơn 13 W/m3 (0,5 hp/ 1000 ft3) và nếu cần thiết sẽ thiết kế các vách ngăn đứng để dập xoáy nước.
Trong trường hợp thiết kế với mỗi bể anoxic/ anaerobic ta chọn 3 máy khuấy chìm turbine cho 3 ngăn và năng lượng khuấy trộn thiết kế 10 W/m3.
¿10.(4,5.5,6.5,6)=1411,2W2hp
Công suất mỗi máy khuấy chìm turbine cho bể anaerobic:
Hình 2. 12. Các kiểu khuấy trộn bể anoxic
Thiết kế đập chảy tràn nước thải:
Nước thải được thiết kế cho tự chảy giữa các bể anaerobic/ anoxic/ aerobic và giữa các ngăn bể anaerobic/ anoxic qua đập chảy tràn kiểu đỉnh rộng (Hình 2.13 ) có cửa chảy tràn hình chữ nhật. Theo thiết kế cụm bể anaerobic/anoxic/ aerobic như trên ta có thể thiết kế chung một đập chảy tràn cho tất cả.
Để giảm tốn thất áp lực giữa chảy tràn ta chọn tốc độ nước thải chảy tràn thấp và thiết kế đập chảy tràn dài hơn.
Hình 2. 13. Đập chảy tràn đỉnh rộng
Chọn tốc độ nước thải chảy tràn v = 0,3 m/s Tiết diện ngang của cửa chảy tràn:
Aw=Q v=
0,116 0,3=0,55m
2
Chọn chiều dài đập chảy tràn = chiều dài (chiều rộng) mỗi ngăn bể anaerobic Lw = 5 m
Chiều cao đập chảy tràn: Hw = Aw/Lw = 0,55/5 = 0,11 m.