4.6.1. Nhiệm vụ
Loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan có khả năng phân hủy sinh học nhờ quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính và quá trình sinh trưởng bám dính của các vi sinh vật trên lớp vật liệu giá thể.
4.6.2. Tính toán
1. Xác định kích thước bể
Khối tích vật liệu làm giá thể được tính Thông số thiết kế :
Tải lượng thực tế : 0,3 0,4 kgCOD/kgMLVSS.ngàyđêm. Chọn kgCOD kgMLVSS.ngàyđêm.
Khối lượng riêng của MLVSS : 1,1.103kg/m3
Tỉ số chọn
Độ dày lớp màng sinh khối : = 0,1.10-3 - 1.10-3, chọn = 0,1.10-3 m Vật liệu tiếp xúc có diện tích bề mặt : 50 m2/m3
. Chọn
Nước thải sau xử lý có : BOD 50mg/l COD 100
Nước thải sau khi qua bể điều hòa, hàm lượng COD giảm còn 333,56
Vậy lượng COD tối thiểu cần xử lý trong bể sinh học hiếu khí là : 333,56 – 100 = 233,56 mg/l tương đương 35,034 kgCOD/ngày đêm.
Sinh khối MLVSS cần thiết tối thiểu để phân hủy lượng COD nói trên = 116,78 (kgMLVSS) Tương đương với khối tích MLVSS:
Vậy khối tích toàn bộ màng sinh học
Khối tích vật liệu cần thiết:
Vậy khối tích vật liệu chọn để bố trí trong bể sinh học tiếp xúc là : 26 m3
Tính toán thể tích bể sinh học hiếu khí
Thể tích vật liệu trong bể sinh học tiếp xúc chiếm 50 60% thể tích bể sinh học tiếp xúc,chọn bằng 50%
Thể tích bể hiếu khí sinh học tiếp xúc được tính theo công thức sau: Vbể sinh học = Vvật liệu = =72 m3
Vậy kích thước của bể sinh học tiếp xúc đươc chọn như sau : D x R x C = 6m x 4m x 3,5m, trong đó chiều cao lớp vật liệu đệm tiếp xúc là Hlv = 1,5m ; chiều cao trên lớp vật liệu đệm là 0,75m; chiều cao phần đáy là 0,75m ; chiều cao bảo vệ là 0,5m.
2. Thời gian lưu nước
ngày = 11,5 (giờ)
3. Tính lưu lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày
Bể sinh học tiếp xúc Bể lắng II
Q, So Qe, S, Xe
Qr,Xr, S
Qw, Xr Lưu lượng bùn hoạt tính sinh ra do khử BOD5
Px = Q x (So – S)x Yb = 150 x (230 – 58 ) x 0,375 x 10-3 = 9,68 (kg/ngày.đêm) Tổng lượng cặn sinh ra trong một ngày
(kg/ngày) Lượng cặn dư xả ra hằng ngày
Pxả = Plx – P ra Với : Pra = SSra x Q = 50.10-3 x 150 = 7,5 (kg/ngày)
Pxả = 13,83 – 7,5 = 6,33 (kg/ngày)
Lưu lượng bùn xả ( nồng độ bùn hoạt tính trong nước thải ra khỏi bể lắng)
Qxả = (m3/ngày)
Trong đó:
XT : nồng độ bùn hoạt tính trong dòng tuần hoàn, XT = (1 – 0,3) x 8000 = 5600 (mg/l)
Xra : nồng độ VSS ra khỏi bể lắng
Xra = SSra x a = 50 x 0,75 =37,5 (mg/l)
4. Hệ số bùn tuần hoàn
Hình 4.2. sơ đồ làm việc của bể sinh học tiếp xúc Phương trình cân bằng vật chất đối với bể sinh học tiếp xúc
( Q + Qt)X = QXo + QtXt Trong đó
Q : lưu lượng nước thải vào bể, Q = 150 m3/ngày Qt : lưu lương bùn hoạt tính tuần hoàn, m3/ngày X0 : nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào bể, X0 = 0 X : nồng độ VSS ở bể, X = 3000 mg/l
Xt : nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xt = 8000 mg/l
Chia 2 vế của phương trình trên cho Q và đặt tỉ số Qt/Q = ( được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được:
Xt = X + X Hay =
Lưu lượng bùn tuần hoàn
Suy ra Qt = .Q = 0,6 x 150 = 90 (m3/ngày) Kiểm tra chỉ tiêu làm việc của bể sinh học tiếp xúc
Tải trọng thể tích
La = 0,8237 nằm trong giới hạn cho phép đối với bể sinh học tiếp xúc xáo trộn hoàn toàn : La = 0,8 – 0,9 kgBOD5/m3ngày ( theo tài liệu thoát nước của PGS.TS Hoàng Văn Huệ)
Tính lượng oxy cần thiết
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện chuẩn
( kg/ngày) Trong đó:
f : là hằng số chuyển đổi từ BOD5 sang BOD20 , 1,42 : là hằng số chuyển đổi từ tế bào sang COD
Px : lưu lượng bùn hoạt tính sinh ra trong 1 ngày, Px = 9,68 kg/ngày Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế
(kg/ngày) Trong đó:
CS : nồng độ oxy bão hòa ở trong nước ở 200C, CS = 9,08 (mg/l)
C : nồng độ oxy hòa tan cần duy trì trong bể, C = 1,5 - 2 (mg/l) ( tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai. Chọn C = 2 (mg/l)
T = 250C : Nhiệt độ nước thải.
: hệ số điều chỉnh lượng oxy thâm nhập vào nước thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng, hình dáng và kích thước bể, có giá trị từ 0,6 đến 0,94, chọn
Trong đó :
fa : hệ số an toàn, fa = 1,5 – 2, chọn fa – 1,5 ( tính toán các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
OU : Công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối tính theo gam oxy cho 1 m3 không khí.
OU = Ou.h
Với Ou : phụ thuộc hệ thống phân phối khí. Chọn hệ thống phân phối bọt khí nhỏ và mịn. (tra bảng 7-1 sách tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải –Trịnh Xuân Lai).
Bảng 4.3. Công suất hòa tan oxy vào nước của thiết bị phân phối bọt khí nhỏ và mịn.
Điều kiện thí nghiệm Điều kiện tối ưu Điều kiện trung bình Ou = grO2/m3.m Ou = grO2/m3.m Nước sạch T = 200C 12 10 Nước thải T = 200C, = 0,8 8,5 7 Ou = 7 (grO2/m3.m )
h : độ ngập nước của thiết bị phân phối khí, chọn h =2,8 (m) OU = 7 2,8 = 19,6 grO2/m3
(m3/ngày)
Tính áp lực máy nén
Áp lực cần thiết cho hệ thống ống nén khí được xác định theo công thức : Hd = hd + hc + hf + H
Trong đó :
hd : tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn hc : tổn thất cục bộ (m)
tổng tổn thất hd và hc không vượt quá 0,4 m
hf : tổn thất qua các đĩa phân phối (m), giá trị này khồh vượt quá 0,5 m H : chiều sâu hữu ích của bể, H = 3 m
Do đó áp lực cần thiết sẽ là : Hd = 0,4 + 0,5 +3 =3,9 (m) Áp lực không khí là :
Trong đó:
qk : lưu lượng không khí, qk = (m3/s) : hiệu suất máy nén khí, = 0,7 – 0,9. Chọn =0,8
Bố trí hệ thống sục khí
Chọn hệ thống cấp khí cho bể gồm 1 ống chính, 4 ống nhánh đặt cách nhau 1m. Đường kính ống chính dẫn khí
Chọn D = 90mm Trong đó:
V : vận tốc chuyển động của không khí trong mạng lưới ống phân phối, V = 10 -15 (m/s), Chọn V = 10 (m/s) (Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
Đường kính ống nhánh dẫn khí
Chọn Dn = 60 (mm)
Chọn đĩa xốp, đường kính 170 (mm), diện tích bề mặt F = 0,02 (m2), cường độ khí 200l/phút.đĩa = 3,3 (l/s)
Số đĩa phân phối trong bể là:
đĩa chọn số đĩa : N = 20 đĩa
Số lượng đĩa là 20 cái,chia làm 4 hàng, mỗi hàng 4 đĩa phân bố cách sàn bể 0,2m
Chọn Db = Ø 34
Qth : lưu lượng bùn tuần hoàn, Qth = 90 (m3/ngđ)
vb : vận tốc bùn chảy trong ống trong điều kiện bơm, vb = 1 – 2 (m/s). chọn vb =1,5 (m/s)
hàm lượng COD, SS của nước thải sau khi đi qua bể sinh học tiếp xúc hiếu khí còn lại :
COD = COD x (100 – 80)% =333,56 x 20% = 66,7 (mg/l) SS = SS x (100 – 40)% = 83 x 60% = 49,8 (mg/l)
Bảng 4.7. Các thông số thiết kế bể sinh học tiếp xúc hiếu khí
STT Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị
1 Chiều dài bể (L) 6 m
2 Chiều rộng bể (B) 4 m
3 Chiều cao bể (H) 3,5 m
4 Thời gian lưu nước ( ) 11,5 giờ
5 Thời gian lưu bùn c 10 ngày
6 Đường kính ống dẫn khí chính 90 mm
7 Đường kính ống dẫn khí nhánh 60 mm
8 Công suất máy nén khí 2,2 kW/h
9 Số lượng đĩa 20 đĩa
4.7. BỂ LẮNG
4.7.1.Nhiệm vụ : Bể lắng đợt hai có nhiệm vụ chắn giữ các bông bùn hoạt tính đã qua xử lý ở bể sinh học tiếp xúc hiếu khí và các thành phần tính chất không hòa tan. Hỗn hợp nước – bùn hoạt tính từ bể sinh học tiếp xúc hiếu khí được đưa liên tục sang bể lắng đứng để loại bỏ bùn hoạt tính trước khi dẫn đến công trình xử lý tiếp theo. Nước thải được dẫn vào ống trung tâm. ống trung tâm ở thiết bị lắng đứng được thiết
kế sao cho nước khi ra khỏi ống trung tâm có vận tốc nước đi lên trong thiết bị châm nhất (trạng thái tĩnh), khi đó các bông cặn hình thành có tỉ trọng đủ lớn để thắng được vận tốc của dòng nước thải đi lên sẽ lắng xuống đáy của thiết bị lắng.
4.7.2. Tính toán
Các thông số thiết kế đặc trưng cho bể lắng thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4.8 : Bảng thông số thiết kế bể lắng 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 Aeroten 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 RBC Xử lý BOD 16 – 32 40 – 48 3.9 – 5.8 9.7 3.0 – 4.5 Nitrat hóa 16 – 24 32 - 40 2.9 – 4.9 7.8 3.0 – 4.5
(Nguồn : xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – tính toán thiết kế công trình – TS.Lâm Minh Triết (chủ biên))
Chọn tải trọng bề mặt và tải trọng chất rắn thích hợp là : LA =16m3/m2. Ngày
LS = 5 kg/m2.h
Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt:
Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng chất rắn :
Do AL > AS, vậy chọn diện tích bề mặt bể lắng theo tải trọng bề mặt làm diện tích tính toán.
Chọn kích thước bể lắng : dài x rộng = L x B = 3,3m x 3,3m = 10,89m2 (đạt yêu cầu).
Đường kính ống trung tâm : d = 20%L = 20% x 3,3 = 0,66m
Chọn chiều sâu hữu ích bể lắng hL = 2,0m, chiều cao lớp bùn lắng hb = 0,9m, chiều cao an toàn hbv = 0,6m
Chiều cao tổng cộng bể lắng: Htc = hL + hb + hbv = 2,0 + 0,9 + 0,6 = 3,5m Chiều cao ống trung tâm :
h = 60%H = 60% x 2= 1,2m
Bể lắng được xây dựng với độ dốc đáy 8% , có trang bị thiết bị gạt bùn. Kiểm tra thời gian lưu nước, thời gian lưu bùn và tải trọng máng tràn. Thể tích phần lắng:
VL = L x B x hL - x d2 x hL = 3,3 x 3,3 x 2 - x 0,66 x 2 = 20,74m3 Thời gian lưu nước:
Thể tích phần chứa bùn:
Vb = A x hb = 10,89 x 0,9 = 9,8m3 Tải trọng máng tràn:
(thỏa điều kiện)
Tính toán máng răng cưa
Máng răng cưa được thiết kế 5,5 khe/m dải, khe tạo góc 900
Máng răng cưa được bố trí saocho điều chỉnh được chế độ chảy, lượng nước tràn qua để vào máng thu.
Để thu bọt váng và các chất nổi trên bề mặt bể lắng, ta thiết kế máng tách cặn nổi bằng inox. Máng tách cặn nổi được bố trí theo chu vi bể, cách máng răng cưa 100mm.
Hiệu quả xử lý :
Hàm lượng SS còn lại trong dòng ra: SSra = 49,8 x (100% - 50%) = 25 (mg/l) Hàm lượng COD còn lại sau bể lắng:
CODra = 58,05 x (100% - 30%) = 40,64 (mg/l) Hàm lượng BOD còn lại trong dòng ra:
BODra = 58 x (100% - 30%) = 40,6 (mg/l)
Bảng 4.9. Các thông số thiết kế bể lắng
STT Tên thông số Ký hiệu Kích thước
1 Chiều dài L 3,3m
2 Chiều rộng W 3,3 m
3 Chiều cao tổng cộng H 3.5m
4 Chiều cao bảo vệ hn 0,6 m
5 Thời gian lắng t 1,99 giờ
4.8. BỂ KHỬ TRÙNG
4.8.1. Nhiệm vụ : Sau các giai đoạn xử lý : cơ học, sinh học…song song với việc làm giảm nồng độ các chất ô nhiểm đạt tiêu chuẩn quy định thì số lượng vi trùng cũng giảm đáng kể 90 – 95%. Tuy nhiên lượng vi trùng vẫn còn khá cao vì vậy cần thực hiện giai đoạn khử trùng nước thải. khử trùng nước thải có thể sử dụng các biện pháp như clo hóa, ozon khử trùng bằng tia hồng ngoại, UV…ở đây chọn phương pháp khử trùng bằng clo vì phương pháp này tương đối đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả khá cao…
Khử trùng bằng dung dịch clorin 5%. Bể tiếp xúc được thiết kế với dòng chảy zic zắc qua từng ngăn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiếp xúc giữa clo và nước thải.
Tính toán bể tiếp xúc với thời gian lưu nước trong bể 15 phút.
(Nguồn : “ xử lý nước thải đô thị và công nghiệp”- lâm minh triết – nguyễn thanh hùng – nguyễn phước dân” page 168)
Lượng clo hoạt tính cần thiết để khử trùng nước thải được tính theo công thức : (kg/h)
Với a : liều lượng hoạt tính lấy theo điều 6.20.3 – TCXD – 51 – 84 : đối với nước thải sau xử lý sinh học hoàn toàn : a = 3g/m3
Lượng clo sử dụng trong 1 ngày là : Ya = 0,019 kg/h = 0,46kg/ngày Chọn thời gian tiếp xúc : t = 30 phút
Thể tích bể :
W = Q x t = 6,25 x 0,5 = 3,13m3 Chiều sâu lớp nước trong bể được chọn H = 2m
Diện tích bề mặt của bể tiếp xúc:
Với chiều cao của bể là : H = 2 +0,3 = 2,3m Với h = 0,3 là chiều cao bảo vệ.
Chiều rộng bể chọn B = 0,8m
Chiều dài tổng cộng : L = , chọn L = 2 m
Chọn bể tiếp xúc gồm 3 ngăn, 2 ngăn có kích thước : 0,8m x 0,7m x 2,3m ; riêng ngăn thứ 3 có kích thước 0,8m x 0,6m x 2,3m
Chọn bể tiếp xúc gồm 3 ngăn, kích thước mỗi ngăn : chia bể làm 3 ngăn chảy ziczac. Chiều dài mỗi ngăn:
L = n x l + (n – 1 ) x b
Với B : bể dày vách ngăn b = 0,1m
4.9. BỂ NÉN BÙN 4.9.1. Nhiệm vụ
Bùn dư từ bể lắng II được đưa về bể nén bùn. Dưới tác dụng của trọng lực, bùn sẽ lắng và kết chặt lại. sau khi nén, bùn được lấy ra ở đáy bể.
4.9.2. Tính toán
Khối lượng cặn từ bể chứa bùn chuyển tới bể nén bùn.
Trong đó :
Vhh : là hỗn hợp nước và bùn xả từ bể lắng 2. Vhh = Qxả = 2,2 m3/ngày. Sbun : là tỉ trọng bùn so với nước. Sbun = 1,005
: là khối lượng riêng của nước. = 1000kg/m3
Ps : nồng độ cặn tính theo cặn khô, %. Ps = 0,8 – 2,5%. Chọn Ps = 1,5% Lượng bùn cực đại dẫn tới bể nén bùn
Mmax = k x mbun = 1,2 x 33,17 = 39,80 (kg/ngày)
Trong đó : k là hệ số không điều hòa tháng của bùn hoạt tính dư. k = 1,15 -1,2. Chọn k = 1,2.
Diện tích bể nén bùn:
Trong đó : U : tải trọng chất rắn, U = 29- 49 (kg/m2.ngày), chọn U = 40 (kg/m2.ngày)
Diện tích bể nén bùn tính luôn phần ống trung tâm: St = 1,2 x S = 1,2 x 1 = 1,2 (m2)
Đường kính bể nén bùn:
Đường kính ống trung tâm:
d = 0,15 x D = 0,15 x 1,2 = 0,18 (m) chọn d = 0,2 m
Đường kính phần loe của ống trung tâm:
Đường kính tấm chắn:
dch = 1,3 x d1 =1,3 x 0,27 = 0,4 (m) Chiều cao phần lắng của bể:
Hlắng = v x t = 0,05 x 10-3 x 10 x 3600 = 1,8 m Trong đó :
t :là thời gian lưu bùn trong bể nén. Chọn t = 10h. v : là vận tốc bùn dâng. v = 0,5mm/s ( v
Chiều cao phần nón với góc nghiêng 450, đường kính bể D = 1,2m và chọn đường kính của đáy bể 0,3m sẽ bằng :
h2 = D/2 – 0,3/2 = 1,2/2 – 0,15 = 0,75 m. chọn h2 = 0,8m Chiều cao phần bùn hoạt tính đã nén :
Hb = h2 – ho –hth = 0,8 – 0,25 – 0,3 = 0,25m Trong đó :
ho : khoảng cách từ đáy ống loe đến tâm chắn, ho = 0,25 – 0,5 m. chọn ho = 0,25m
hth : chiều cao lớp trung hòa, hth = 0,3m Chiều cao tổng cộng của bể nén bùn
Htc = Hlắng + h2 + h3 = 1,8 + 0,8 + 0,3 = 2,9 (m) Trong đó:
Hlắng : là chiều cao phần lắng của bể
h2 : là chiều cao phần nón với góc nghiêng 450
h3 : là khoảng cách từ mực nước trong bể đến thành bể, h3 = 0,3 m nước tách ra trong bể nén bùn được đưa về bể điều hòa để tiếp tục xử lý.