Máy bơm bùn
3.3.5. Bể MBBR A Nhiệm vụ
A. Nhiệm vụ
Bể MBBR có nhiệm vụ xử lý các chất hữu cơ còn lại trong nước thải. Trong bể MBBR diễn ra quá trình oxi hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí. Kỹ thuật dạng màng vi sinh chuyển động dựa vào giá thể vi sinh lưu động (Moving Bed Biological Reactor) là bước tiến lớn của kỹ thuật xử lý nước thải. Giá thể này có dạng cầu với diện tích tiếp xúc khoảng 350 m2 - 400 m2/1 m3. Nhờ vậy sự trao đổi chất, nitrat hóa diễn ra nhanh nhờ vào mật độ vi sinh lớn tập trung trong giá thể lưu động. Vi sinh được di động khắp nơi trong bể, lúc xuống lúc lên xuống, lúc trái lúc phải trong “ngôi nhà” giá thể lưu động. Lượng khí cấp cho quá trình xử lý hiếu khí đủ để giá thể lưu
B. Tính toán
Các thông số thiết kế như sau:
• Lưu lượng nước thải : Q = 1000 m3/ ngày đêm.
• Hàm lượng BOD5 trong nước thải ở đầu ra là 90 mg/l.
• Hàm lượng SS trong nước thải dẫn vào MBBR là 38,16 mg/l
Chọn MBBR kiểu xáo trộn hoàn toàn để tính toán thiết kế. Các thông số cơ bản tính toán :
• Thời gian lưu bùn : θc = 25 ÷ 50 ngày
• Tỷ số F/M : 0,2 – 0,6 kg/kg.ngày
• Tải trọng thể tích : 0,8 – 1,92 kgBOD5/m3.ngày
• Nồng độ MLVSS : 10000 – 16000 mg/l
Giả sử kết quả thực nghiệm tìm được các thông số động học như sau:
• Hệ số sản lượng bùn : Y = 0,5 mgVSS/mgBOD5.
• Hệ số phân huỷ nội bào : kd = 0,06 ngày-1. Áp dụng các số liệu sau dùng để tính toán:
• Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) có trong nước thải là 0,8 (MLVSS/MLSS = 0,8)
• Hàm lượng chất lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể MBBR X = 10000mg/l.
• Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể MBBR:
•
• Nước thải đầu ra chứa 90mg/l cặn sinh học, trong đó có 65% cặn dễ phân huỷ sinh học.
Tính kích thước bể MBBR
Xác định nồng độ BOD5 hoà tan trong nước ở đầu ra theo công thức:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể MBBR + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra.
Phần có khả năng phân huỷ sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: 90 x 0,65mg/l = 58,5mg/l
Lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá hết lượng cặn này được tính dựa vào phương trình phản ứng:
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lượng 113mg160mg
1mg 1,42mg
(lượng oxy cung cấp này chính là BOD20 của phản ứng)
Vậy BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân huỷ sinh học ở đầu ra là: 58,5 x
1,42 (mgO2 tiêu thụ/mg tế bào bị oxy hoá) = 55mg/l BOD5 của cặn lơ lửng của nước thải sau bể lắng II là:
BOD5 = 0,68 BOD20 = 0,68 x 55= 83 mg/l BOD5 hoà tan trong nước ở đầu ra xác định như sau:
90 mg/l = BODht
5 + 56,4mg/l
⇒ BODht
5 = 33,6mg/l Xác định hiệu quả xử lý E:
• Hiệu quả xử lý được xác định theo phương trình sau:
• Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hoà tan:
• Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng:
Thể tích bể MBBR được tính theo công thức sau:
Trong đó:
• θc: thời gian lưu bùn, theo quy phạm 25 ÷ 50 ngày, chọn θc= 30ngày
• Q : lưu lượng trung bình ngày, Q = 1000m3/ngày
• Y : hệ số sản lượng bùn, Y = 0,5 mgVSS/mg BOD5
• S0: hàm lượng BOD5 dẫn vào MBBR, S0 = 487,3 mg/l
• S: hàm lượng BOD5 hoà tan của nước thải dẫn ra khỏi MBBR, S = 33,6mg/l.
• X : nồng độ chất lơ lửng dễ bay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính, X = 10000 mg/l.
• kd: hệ số phân huỷ nội bào, chọn kd = 0.06 ngày-1. Xác định thời gian lưu nước của bể MBBR:
Xác định kích thước bể MBBR:
Bảng 3.11: Các kích thước điển hình của MBBR xáo trộn hoàn toàn
Thông số Giá trị
Chiều cao hữu ích, (m) 3.0 – 4.6
Chiều cao bảo vệ, (m) 0.3 – 0.6
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuyếch tán khí, (m) 0.45 – 0.75 Tỷ số rộng : sâu ( W: H) 1 : 1 – 2.2 : 1
• Chọn chiều cao hữu ích của bể là 4,5m, chiều cao bảo vệ là 0,5m.
• Vậy chiều cao tổng cộng của bể: H = 5m.
• Chiều dài của MBBR là L = 10,8m.
• Chiều rộng bể MBBR là W = 5m.
• Kích thước bể MBBR: L x W x H = 10,8 x 5 x 5
Tính toán lưu lượng bùn thải bỏ mỗi ngày:
Giả sử bùn dư được xả bỏ (dẫn đến bể nén bùn) từ đường ống dẫn bùn tuần hoàn và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (MLVSS) trong bùn ở đầu ra chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (MLSS). Khi đó lưu lượng bùn dư thải bỏ được tính dựa vào công thức:
Trong đó:
• V : thể tích MBBR, V = 243 m3
• X : nồng độ MLVSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể MBBR, X = 10000mg/l.
• Qw: lưu lượng bùn thải, m3.
• Qc: lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng II, Qc = Q = 1000m3/ngày.
• Xc: nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xc = 1 (nồng độ SS trước khi vào bể lắng đạt yêu cầu)
Từ đó tính được:
Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng hữu cơ:
Tỷ số F/M xác định theo công thức sau:
Tải trọng thể tích:
Cả hai giá trị này đều nằm trong giá trị cho phép đối với MBBR xáo trộn hoàn toàn: F/M = 0,2 – 0,6
LBOD= 0,8 – 1,9
Hệ số tạo bùn từ việc khử BOD5 Yobs= 0,5 0,18 / 1 d. c 1 0, 06 30 Y mg mg k θ = x = + +
Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS:
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện tiêu chuẩn:
Trong đó:
• Q : lưu lượng nước thải ,
• So: BOD5 của nước thải đầu vào
• S : BOD5 của nước thải đầu ra
• f : hệ số chuyển đổi BOD5 sang BOD20, f = 0,68
• 1,42: hệ số chuyển đổi tế bào sang BOD.
• Px: Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
Trong đó:
• CS : nồng độ bão hòa của oxy trong nước ở nhiệt độ làm việc, CS = 9,08 mg/l.
• CL: lượng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, CL = 2mg/l Lượng khí theo yêu cầu là:
Chọn đĩa phân phối khí dạng đĩa xốp đường kính 170mm, diện tích bề mặt F = 0,02m2.
Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí Ω = 150 – 200 l/phút, chọn Ω= 200
l/phút.
Lượng đĩa thổi khí trong bể MBBR:
Để thuận lợi cho việc bố trí ta chọn số đĩa thổi khí là 180 đĩa.
Phân phối đĩa thành hàng 10 hàng theo chiều dài bể, mỗi hàng 18 đĩa. Lưu lượng khí cấp cho 1m3 nước thải:
Lưu lượng không khí cần để khử 1kg BOD5:
Trong đó:
• Q : lưu lượng nước thải.
• Qkk : thể tích không khí.
• So : BOD5 trong nước thải đầu vào
• S : BOD5 trong nước thải đầu ra
Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí được xác định theo công thức: Htc = hd + hc + hf + H = 0,4 + 0,4 + 0,5 + 4,5 = 5,8 (mH2O) = 0,58at Trong đó:
• hd, hc: tổn thất áp lực dọc theo chiều dài ống và tổn thất cục bộ tại các điểm uốn , khúc quanh (m), Tổng tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4m.
• hf : tổn thất qua các đĩa phân phối (m), giá trị này không vượt quá 0.5m.
• H : chiều cao hữu ích của bể MBBR, H = 4,5m. Công suất máy thổi khí tính theo công thức sau:
0,2832 2 1 . . 1 29,7. . G R T P P nη P = ÷ − Trong đó:
• P: Công suất yêu cầu của máy (KW)
• G: trọng lượng dòng khí(Kg/s)
• G = Qk . khí = 0,61x1,29 = 0,8 (Kg/s)
• R: hằng số khí. R = 8,314 (KJ/K.mol.oK )
• T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí đầu vào:
• T1= 273 + 25 = 298 oK
• P1 : áp lực tuyệt đối của không khí đầu vào, P1 = 1at
• P2: áp lực tuyệt đối của không khí đầu ra, P2 =Htc + 1at = 1,58 at
• 1 1,395 1 0, 283 1,395 k n k − − = = = ( k = 1,395 đới vi không khí). • 29,7: hệ số chuyển đổi.
• η: hiệu suất của máy nén khí,η= 0,7 – 0,9, chọn η= 0,8.
Vậy công suất của máy nén khí là:
Chọn 2 máy thổi khí công suất 60HP, một hoạt động, một dự phòng.
Chọn đường ống dẫn khí
Trong đó:
• Qkhi: lưu lượng khí ở ống chính.
• v : vận tốc khí trong ống chính, v = 10 – 15 m/s, chọn v =14m/s
⇒Chọn ống thép không gỉ đường kính φ=240mm. Ống dẫn khí nhánh:
Trong đó:
• Qn: lưu lượng khí trên ống nhánh
• Qn = Qkhi/n = 0,61/10 = 0,061 (m3/s)
• n : số hàng phân phối đĩa sục khí
• v : vận tốc khí, chọn v =12m/s
⇒ Chọn ống thép không gỉ đường kính Φ= 80mm.
Tính ống dẫn nước thải, ống dẫn bùn
• Ống dẫn nước thải vào – ra:
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,7m/s Đường kính ống dẫn là:
Chọn ống nhựa PVC đường kính ống Φ= 150mm.
• Ống dẫn bùn đến bể nén bùn:
Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1m/s Lưu lượng bùn thải: Qw = 8 m3/ngày
Chọn ống nhựa PVC đường kính ống Φ= 12mm.
/Lựa chọn giá thể: chọn giá thể F25 có Φ = 25x10 mm vì giá thành hợp lý, hiệu suất xử lý tốt, được ưa chuộng ở Việt Nam
Bảng 3.12: Bảng tổng hợp tính toán bể MBBR
Thông số Giá trị
Thể tích bể: dài x rộng x cao 10,8m x 5m x 5m Lưu lượng bùn thải Qw (m3/ngày) 8
Thời gian lưu nước, θ(h) 5,8
Lượng không khí cần, Qk(m3/ngày) 52582,5 Lượng không khí cần để khử 1kg BOD5, qkk(m3/kg
BOD5)
116
Số đĩa sứ khuyếch tán khí, N (đĩa) 180 Đường kính ống dẫn khí chính, D(mm) 240 Đường kính ống dẫn khí nhánh, d(mm) 80
Công suất máy cấp khí, (HP) 60
Đường kính giá thể, mm 25x10
3.3.6. Bể lắng II
A. Nhiệm vụ
Nước thải sau khi qua bể MBBR sẽ được đưa đến bể lắng II, bể này có nhiệm vụ lắng các bông bùn hoạt tính từ bể MBBR đưa sang.
B. Tính toán
Các thông số đặc trưng cho bể lắng đợt 2 được thể hiện trong Bảng sau:
Bảng 3.13: Bảng các thông số thiết kế bể lắng 2 Loại xử lý Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Tải trọng bùn (kg/m2.h) Chiều sâu tổng cộng (m) Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính 16 ÷ 32 40 ÷ 48 3,9 ÷ 5,8 9,7 3,7 ÷ 6,0 Bùn hoạt tính oxygen 16 ÷ 32 40 ÷ 48 4,9 ÷ 6,8 9,7 3,7 ÷ 6,0 Aerotank tăng cường 8 ÷ 16 24 ÷ 32 0,98 ÷ 4,9 6,8 3,7 ÷ 6,0 Lọc sinh học 16 ÷ 24 40 ÷ 48 2,9 ÷ 4,9 7,8 3,0 ÷ 4,5 Xử lý BOD 16 ÷ 32 40 ÷ 48 3,9 ÷ 5,8 9,7 3,0 ÷ 4,5 Nitrate hóa 16 ÷ 24 32 ÷ 40 2,9 ÷ 4,9 7,8 3,0 ÷ 4,5
(Giáo trình Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – Gs. Lâm Minh Triết)
Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho bùn hoạt tính này là 25m3/m2.ngày và tải trọng chất rắn là 6 kg/m2.h
Diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt:
• Q : lưu lượng trung bình ngày, m3/ngày
• LA: tải trọng bề mặt, m3/m2.ngày
Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn là:
Trong đó:
• LS: tải trọng chất rắn, kgSS/m2.ngày
Do AS >AL, vậy diện tích bề mặt lắng tính theo tải trọng bề mặt là diện tích tính toán. Đường kính bể lắng:
Đường kính ống trung tâm:
d = 20%D = 20% x 10,5 = 2,1 (m) ≈ 2 (m)
Chọn chiều cao hữu ích của bể lắng là hL= 3m, chiều cao lớp bùn lắng hb= 1,5m và chiều cao bảo vệ hbv= 0,3m. Vậy chiều cao tổng cộng của bể lắng II:
Htc = hL + hb + hbv = 3 + 1,5 + 0,3 = 4,8 (m) Chiều cao ống trung tâm;
h = 60%hL = 60% x 3= 1,8 (m) Thời gian lưu nước của bể lắng:
• Thể tích phần lắng:
• Thời gian lưu nước:
Thể tích bể chứa bùn:
Vb = A.hb = 86,8 x 1,5 = 130 (m3) Thời gian lưu giữ bùn trong bể:
Tải trọng máng tràn:
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép LS < 500 m3/m.ngày
Máng thu nước
Máng thu nước đặt ở vòng tròn, có đường kính bằng 0,8 đường kính bể: Dm = 0,8.D = 0,8 x 10,5 = 8,4 (m)
Chiều dài máng thu nước:
Lm = πDm = πx8,4 = 26,4 (m) Chiều cao máng hm = 0,5m
Máng bê tông cốt thép dày 100mm, có lắp thêm máng răng cưa thép tấm không gỉ có dạng chữ V, góc 900C.
Tính ống dẫn nước thải và ống dẫn bùn
• Ống dẫn nước thải vào – ra:
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống: v = 0,7m/s Lưu lượng nước thải vào bể: Qv = Qr = 1000 (m3/ngày)
Chọn ống nhựa PVC đường kính ống Φ= 150mm
• Ống dẫn bùn:
Chọn vận tốc bùn chảy trong ống: v = 1m/s Lưu lượng bùn: Qb = Qw = 8 (m3/ngày) Đường kính ống dẫn là:
Chọn ống nhựa PVC đường kính ống Φ= 10mm.
Tính bơm bùn đến bể nén bùn
Thời gian bơm 15 phút/ngày.
Với:
• Qw : lưu lượng bùn xả ra (m3/s).
• H : chiều cao cột áp toàn phần. H = 10 (mH2O).
• ρ: khối lượng riêng của bùn, ρ= 1008 (kg/m3).
• η: hiệu suất bơm (%). Công suất thực tế của máy bơm:
NTT = 1,2.N = 1,2 x 0,01 = 0,012 (kW) = 0,016 HP Chọn 2 bơm công suất 0,016HP hoạt động luân phiên nhau .
Bảng 3.14: Tổng hợp thiết kế bể lắng đợt II
Thông số Giá trị
Đường kính bể lắng , D(m) 10,5
Chiều cao bể lắng, H(m) 4,8
Đường kính ống trung tâm, d(m) 2 Chiều cao ống trung tâm, h(m) 1,8 Thời gian lưu nước, t(h) 6 Thời gian lưu bùn, tb(h) 16,3 Đường kính ống dẫn nước thải vào – ra (mm)
150
Đường kính ống dẫn bùn (mm) 10