3. Nội dung nghiên cứu
3.3.Tính toán các công trình
3.3.1. Hố thu gom
Thể tích hiệu dụng của bể gom: V hiệu dụng = Q max x t = 1,67 x
= 0,835 m
3
. Chọn V hiệu dụng = 1 m3 Trong đó:
t là thời gian lưu nước trong bể (30 đến 60 phút). Chọn t = 30 phút. Chiều sâu xây dựng bể:
H xd = H hd + H bv = 1 + 0,5 = 1,5 m Trong đó:
H hd : là chiều cao mực nước trong bể. Chọn H hd = 1 m H bv: là chiều cao bảo vệ . Chọn H bv = 0,5 m
Diện tích hố thu gom
F=
= = 1 ( m2 ) Tính toán lựa chọn bơm chìm
Lưu lượng bơm cần đạt ở ngưỡng tối ưu đó là 1,67 m3
/h, cột áp yêu cầu: 3 mH2O
Lựa chọn bơm hãng APP_Đài Loan cho bể. Tra catalog thiết bị, ta ra được thông số của bơm có công suất: 0,37 kw, điện 1 phase.
Bể vận hành 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ, luân phiên nhau.
Bảng 3.6: Thông số thiết kế của hố thu gom
Thông số thiết kế bể
STT Thông số Đơn vị Số lƣợng
1 Thể tích hiệu dụng m3 1
2 Chiều cao hiệu dụng m 1
45
Thông số thiết kế bể
4 Chiều cao xây dựng m 1,5
5 Diện tích m2 1
6 Thể tích xây dựng m3 1,5
Thông số thiết bị công nghệ của bể
STT Diễn giải Thông số
1 Hãng sản xuất Evergush- Đài Loan
2 Model EF-05T 3 Công suất (kw) 0,37 kw 4 Cột áp (mH2O) 3 5 Điện áp 3 phase/380v 6 IP 68 7 Kích thước đầu ra DN50 3.3.2. Bể điều hòa Thể tích bể điều hòa V hiệu dụng = Qtb h x t x k “ Trang 162-Tập 1”, [3] = 1,67 x 6 x 1,2 = 12,024 m3
Tính toán lượng khí cấp vào bể điều hòa Q không khí = V hiệu dụng x qkk
= 12,024 x 0,015
= 0,18036 ( m3 không khí/ phút) Trong đó:
q kk là lưu lượng khí cần thiết để xáo trộn từ 0,01 đến 0,015 m3 không khí/m3 nước thải/phút “trang 42”, [4]. Chọn q kk = 0,015.
46
Chọn hệ thống phân phối khí thô là đĩa khí Janger/Đức có đường kính 105 mm, lưu lượng khí thoát ra mỗi đĩa từ 2- 12 m3
/h [5]. Chọn 3 m3/h.
N=
= 3,6 ( đĩa). Chọn 4 đĩa để thiết kế bố trí trong bể. Tính toán đường ống khí trong bể điều hòa
Đường kính ống khí chính xuống bể điều hòa: [4]
Dc = √
= √
= 0,018 (m). Chọn ống nhựa PVC 27, C3
Trong đó:
Vận tốc dòng khí trong đường ống (10- 15) m/s. Chọn v= 12 m/s “ Trang 77”, [4]
Tính toán bơm chìm bể điều hòa
Lưu lượng bơm cần đạt ở ngưỡng tối ưu đó là 1,67 m3/h, cột áp yêu cầu: 3 mH2O
Lựa chọn bơm hãng APP_Đài Loan cho bể. Tra catalog thiết bị, ta ra được thông số của bơm có công suất: 0,37 kw, điện 1 phase.
Bể vận hành 1 bơm chạy, 1 bơm nghỉ, luân phiên nhau.
Bảng 3.7: Thông số thiết kế bể điều hòa
Thông số thiết kế bể
STT Thông số Đơn vị Số lƣợng
1 Thể tích hiệu dụng m3 12,024
2 Chiều cao hiệu dụng m 2,5
3 Chiều cao bảo vệ m 0,3
4 Chiều cao xây dựng m 2,8
47
Thông số thiết bị công nghệ của bể
STT Diễn giải Thông số
1 Hãng sản xuất Evergush- Đài Loan
2 Model EF-05T 3 Công suất (kw) 0,37 kw 4 Cột áp (mH2O) 3 5 Điện áp 3 phase/380v 6 IP 68 7 Kích thước đầu ra DN50 3.3.3. Cụm bể A-O
Ta có : Công suất trạm: Q= 40 m3/ngày đêm Lưu lượng trung bình giờ: Q tbh
= 1,67 m3/h Lưu lượng trung bình phút: Q tb
p
= 0,027 m3/phút Lưu lượng trung bình giây: Q tbs = 4,63 x 10-4 m3/s Lựa chọn nhiệt độ môi trường làm trung bình: 20oC
Bảng 3.8: Bảng thông số nước thải đầu vào hệ thống
Thông số Đơn vị Giá trị Kí hiệu
Nhu cầu oxygen sinh học mg/L 305,3 BOD
Nhu cầu oxygen sinh học hòa tan mg/L 244,24 sBOD
Nhu cầu oxygen hóa học mg/L 510 COD
Nhu cầu oxygen hóa học hòa tan mg/L 408 sCOD
Tổng chất rắn lơ lửng mg/L 226 TSS0
Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi mg/L 180,8 VSS0
Tổng kjeldahl Nitrogen mg/L 77 TKN
Nitrogen trong ammonia mg/L 75,7 NH4-N
48
Bảng 3.9: Chất lượng nước yêu cầu đầu ra
Thông số Đơn vị Giá trị Kí hiệu
Nhu cầu Oxygen sinh học mg/L 72 BODe
Nitrogen trong Ammonia mg/L 14,4 (Ne)NH4-Ne
Tổng chất thải rắn lơ lửng mg/L 144 TSSe
Nitrogen trong Nitrate mg/L 12 NO3-Ne
Bảng 3.10: Thông số lựa chọn thiết kế
Các thông số lựa chọn khi thiết kế
Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trích dẫn
Chiều sâu của bể Anoxic
Hanoxic 2,8 m Thực trạng hệ thống
Chiều cao an toàn của bể anoxic hsafe,anoxic 0,5 m Khoảng 0,5 m Khoảng cách từ đáy bể đến bề mặt đĩa thổi khí hdiffusers 0,3 m Thường từ 0,2 ~ 0,5 (0,3) m Hệ số Alpha (tốc độ OTR nước thải so với nước sạch)
α 0,65 unitless Giá trị điển hình 0,65
Hệ số Beta (Tỉ lệ DO bão hòa so với nước sạch)
β 0,95 unitless Giá trị điển hình 0,95 ~ 0,98 (0,95) Hệ số tắc nghẽn đĩa
thổi khí
F 0,90 unitless Giá trị điển hình 0.65 ~ 0.9 (0.9) Nồng độ MLSS đầu
ra
XTSS 3.000 mg/L 2000 ~ 3000 mg/L
(3000 mg/L) Oxygen hòa tan
(DO) trong bể sục khí Aerobic
DO 2 mg/L Giá trị tối ưu cho
49
Các thông số lựa chọn khi thiết kế
Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trích dẫn
Hệ số an toàn (SF = TKNpeak
/TKNavg)
SF 1 Giá trị tối ưu điển
hình cho thiết kế
Hệ số động học của quá trình Oxy hóa COD ở 20oC (Henze et al 1995, Barker & Dold 1997)
Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của VSV Oxy hóa COD
µmax,COD,20 6 g VSS/g VSS.d Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hằng số tốc độ bán phần quá trình Oxy hóa COD KS 8 mg NH4 +
-N / L Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số phân hủy nội
sinh riêng của VSV Oxy hóa COD
bCOD,20 0,12 g VSS/g VSS.d Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hằng số tốc độ bán
phần của DO để Oxy hóa COD
KO2,COD 0,20 mg/L Metcalf & Eddy
2014, Bảng 8-14
Giá trị hiệu chuẩn theo nhiệt độ của
Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa VSV oxy hóa COD
ƟmCOD 1,070 unitless
Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số phân hủy nội
sinh của VSV oxy hóa COD
ƟbCOD 1,040 unitless Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số năng suất của
Vi sinh vật dị dưỡng phân hủy COD
YH,COD 0,45 g VSS/g
BODremoved
Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14
Hệ số động học của quá trình Oxy hóa NH4 ở 20oC (U.S EPA 2010)
50
Các thông số lựa chọn khi thiết kế
Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trích dẫn
riêng tối đa của AOB µmax.AOB,20 2014, Bảng 8-14 Hằng số tốc độ bán phần quá trình Oxy hóa Ammonia KNH4 0,5 mg NH4+-N / L
Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số phân hủy nội
sinh riêng của AOB
bAOB,20 0,17 g VSS/g VSS.d Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hằng số tốc độ bán
phần của DO cho AOB
KO2,AOB 0,5 mg/L Metcalf & Eddy
2014, Bảng 8-14
Giá trị hiệu chuẩn theo nhiệt độ của:
Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của AOB
θmAOB 1,072 unitless Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số phân hủy nội
sinh riêng của AOB
θbAOB 1,029 unitless Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số năng suất
Nitrifier
YN 0,15 kgVSS/kgNH4- Nnitrified
Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Tỉ lệ phân mảnh tế
bào
fd 0,15 unitless Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14
Hệ số động học của quá trình Oxy hóa NO2 ở 20oC (U.S EPA 2010)
Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của NOB
µmax,NOB,20 1 g VSS/g VSS.d Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hằng số tốc độ bán
phần quá trình Oxy hóa NO2
KNOB 0,2 mg NO2-N / L Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số phân hủy nội
sinh riêng của NOB
bNOB,20 0,17 g VSS/g VSS.d Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14
51
Các thông số lựa chọn khi thiết kế
Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trích dẫn
Hằng số tốc độ bán phần của DO cho NOB
0,9 mg/L Metcalf & Eddy
2014, Bảng 8-14
Giá trị hiệu chuẩn theo nhiệt độ của
Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của NOB
θmNOB
1,063 unitless Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Hệ số phân hủy nội
sinh riêng của NOB
θbNOB 1,029 unitless Metcalf & Eddy 2014, Bảng 8-14 Các điều kiện thiết kế khác
Tỉ lệ bCOD/BOD bCOD/BOD 1,60 unitless Giá trị điển hình nước thải SH
Tính toán 1 số thông số cơ bản cho quá trình thiết kế
Nồng độ COD có thể phân hủy sinh học:
bCOD = BOD x tỉ lệ (bCOD/BOD) “ CT8-13, Trang 714”, [6] = 305,3 x 1,6 = 488,48 ( mg/l)
Nồng độ COD có thể phân hủy sinh học :
nbCOD= COD – bCOD “ CT 8- 12, Trang 714”, [6] = 510- 488,48 = 21,52 (mg/l)
COD không thể phân hủy sinh học dạng hòa tan: nbsCODe= sCOD - 1.6 x sBOD “ Trang 757”, [6]
= 408 – 1,6 x 244,24 = 17,216 (mg/l) COD không thể phân hủy sinh học dạng hạt:
nbpCOD= COD - bCOD – nbsCODe “ Trang 757”, [6] = 21,52 – 17,216 = 4,304 (mg/l)
52
VSSCOD=
“ Trang 757”, [6]
=
= 0,56 (gCOD/gVSS)
Thành phần VSS không thể phân hủy sinh học: nbVSS= “ CT 8-9, Trang 713”, [6] = = 7,63 (g nbVSS/ m 3 ) Thành phần TSS trơ (inert TSS): iTSS = TSS – VSS “ Trang 757”, [6] = 226 – 180,8 = 45,2 (g / m3)
Khử BOD và nitrat hóa
Hệ số động học của quá trình Khử BOD và Nitrat hóa ở nhiệt độ làm việc:
- Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của AOB:
µmax,AOB, t = µmax,AOB, 20 x θ(t - 20) “ Trang 758”, [6] = 0,9 x 1 = 0,9 ( gVSS/gVSS.d)
- Hệ số phân hủy nội sinh riêng của AOB:
bAOB,t= bAOB, 20 x θ(t - 20) “ Trang 758”, [6] = 0,17 x 1 = 0,17 (gVSS/gVSS.d)
- Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa của VSV oxy hóa COD:
µmax,COD, t= µmax,COD, 20 x θ(t - 20) “ Trang 758”, [6] = 6 x 1 = 6 ( gVSS/gVSS.d)
- Hệ số phân hủy nội sinh riêng của VSV oxy hóa COD:
bCOD,t = bCOD,20 x θ(t - 20) “ Trang 758”, [6] = 0,12 x 1 = 0,12 ( gVSS/gVSS.d)
53
Tính thời gian lƣu bùn ( Tuổi bùn) SRT
- Tốc độ tăng trưởng riêng của vi sinh vật AOB :
µAOB, t = µmax,AOB x x – bAOB “ CT 7-94, Trang 624”, [1]. trong đó: µmax,AOB = 0,9 (g/g.d) , SNH4 = 0,5 (g/m3) , KNH4 = 0,5 (g/m3) , So = DO= 2 g/m3, Ko = 0,5 (g/m3) “Bảng 8-14_Trang 755”, [6] µAOB, t = 0,9 x x – 0,17= 0,19 (g/g.d)
- Thời gian lưu bùn SRT tính toán lý thuyết:
SRTtheoritical =
“ CT 7-98, Trang 625”, [6]
=
= 5,263 (ngày)
- Thời gian lưu bùn SRT tính toán thiết kế:
SRTDESIGN = SF * SRTtheoritical “ CT 7-73, trang 609”, [6]. = 5,263 x 1 = 5,263 ( ngày)
- Nồng độ chất nền đầu ra :
S= ( )
( ) “ CT 7-46, Trang 600”, [6].
Trong đó: Ks= 8 (mg/l), b= 0,12 (gVSS/gVSS.d),Yk= µmax,COD, 20 = 6 (g/g.d) “ Bảng 8-14, Trang 755”, [1]. SRTDESIGN = 5,263 (ngày)
S=
( ) = 0,436 (gbCOD/m
3
) Tính toán sinh khối
- Sản phẩm sinh khối do vi sinh vật dị dưỡng (A):
PX,bio,Hete = ( )
=
( )
= 5,38 kg/d
54 PX,bio,CellDebris = ( ) = ( ) = 0,51 kg/d
- Sản phầm sinh khối do vi sinh vật nitrification ( C)
PX,bio,Nitrifying =
= = 0,14 kg/d
- Tổng sản phẩm sinh khối tạo thành (A) + (B) + ( C)
P x,bio= 5,38 + 0,51 + 0,14= 6,04 kg/d “ CT 8-20, Trang 743”, [6]. - Lượng nitrogen bị oxy hóa thành nitrate (NOX)
NOX =TKN – Ne - “ CT 8-24, Trang 723”, [6]. = 77- 14,4 - = 44,49 (g/m3) Trong đó:
Ne là nitrogen trong ammonia : Ne= 14,4 (mg/l) - Sản lượng VSS sinh ra hàng ngày:
PX,VSS= PX,bio,VSS + Q.nbVSS “ CT 8-20, Trang 721”, [6]. = 6,04 +
= 6,34 (kg/d)
- Sản lượng TSS sinh ra hàng ngày ( Lượng bùn phát sinh)
PX,TSS = + Q x nbVSS + Q x iTSS “ CT 8-21, Trang 722”, [6] = + = 9,57 ( kg/d)
55
Tính toán khối lượng của MLSS và MLVSS
- Khối lượng MLVSS ( sinh ra sau thời gian lưu bùn):
MassMLVSS = PX,VSS x SRT “ CT 7- 56, Trang 603”, [6] = 6,34 x 5,263= 33,37 ( kg)
- Khối lượng MLSS ( Sinh ra sau thời gian lưu bùn ):
MassMLSS= PX,TSS x SRT “ CT 7-57, Trang 603”, [6]. = 9,57 x 5,263 = 50,36 ( kg)
- Tỉ lệ phân chia VSS ( Phần MLVSS trong MLSS):
FractionVSS = x 100% “ Trang 765”, [6]. = x 100%= 66,25 % - Nồng độ MLVSS= MLSS x FractionVSS “ Trang 765”, [6]. = = 1987,5 ( g/m 3 ) Tính toán thể tích bể hiếu khí
V hiếu khí = MassMLSS/ XTSS “ Trang 759”, [6].
=
= 16,8 m
3
Thời gian lưu thiết kế bể hiếu khí: t= V hiếu khí / Q ngày đêm “ Trang 759”, [6]
=
= 10,08 (h)
Xác định tải lượng F/M và tải lượng BOD Tỉ lệ F/M =
“ CT 7-62, Trang 743”, [6].
=
56
Tải lượng thể tích BOD: BOD loading=
“ CT 7-69, Trang
743”, [6]
BOD loading=
= 0,73 (kgBOD/m3.day)
Tải lượng bCOD được loại bỏ:
bCODremoved = Q x (bCOD- nbsCODe ) “ Trang 760”, [6]. = 40 x
= 18,86 ( kgbCOD/d)
TSS dựa trên sản phẩm quan sát được :
Yobs,TSS = PX,TSS / bCODremoved “ Trang 760”, [6]. =
= 0,51 (gTSS/gbCOD)
= 0,51 x 1,6gbCOD/gBOD= 0,81 (gTSS/gBOD)
Tính toán lượng khí cần thiết cho bể hiếu khí.
R0= Q x (S0 – S) – 1,42 x Px,bio + 4,57 x Q x NOx “ CT 8-23, Trang 743” [6]
Trong đó:
+ S0 là nồng độ COD có thể phân hủy sinh học (bCOD), bCOD= 488,48 + S là nồng độ chất nền đầu ra. S= 0,436 ( tính ở phần trên)
+ Px,bio = PX,bio,Hete + PX,bio,CellDebris . Px,bio = 5,89 (kg/d) là lượng bùn tạo ra + Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý, Q = 40 m3/ngày.
+ 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD + NOx là Lượng nitrogen bị oxy hóa thành nitrate
R0= ( )
– 1,42 x 5,89 +
57
Lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể: SOTR= x ( ( ) ) x “ CT 8, Trang 760” [6] Trong đó:
ORTf là tốc độ truyền oxy tiêu chuẩn tại bể, m3/h. ORTf = 0,81 ( kg O2/h) là hệ số điều chỉnh lượng oxy ngấm vào nước thải so với nước sạch, α = 0,6 ÷ 0,94. Chọn = 0,65.
F là hệ số tắc nghẽn đĩa thổi khí. F= 0,9
là oxy hòa tan bão hòa ở mực nước biển và 200C = 9,09 “ Phụ lục E-1” [6]
là DO bão hòa ở mực nước biển với nhiệt độ làm việc= 10,78 “ Phụ lục E-1”
là tỉ lệ DO bão hòa so với nước sạch. (0,95 ÷ 0,98). Chọn = 0,95. áp suất tương đối ở độ cao. = exp ( - ( )
)
Trong đó:
g là gia tốc trọng trường= 9,81 m/s2 ,
M là khối lượng phân tử không khí. M= 28,97 g/mol khí “ Mục lục B- 1”, [6], R là hằng số khí. R= 8314 m/mol Za là độ cao a. Za= 0 m Zb là độ cao b. Zb = 500 m T là nhiệt độ kenvin. T= 273 + 20= 293 = exp ( - ( ) ( ) ) = 0,94
là DO bão hòa ở mực nước biển và 200C cho hệ sục khí: = x ( 1+ de x ) = 9,09 x ( 1+ 0,4 x
58
de hệ số điều chỉnh độ sâu trung bình có thể thay đổi từ 0,25 0,45. Chọn de= 0,4
Df là độ sâu của bộ khuếch tán trong bể= chiều cao xây dựng của bể. Df= 2,8 m
Pa là áp suất tiêu chuẩn mực nước biển. (760 mm), ( 10,33 m) C là lượng oxy cần duy trì trong bể. C= 2 mg/l
SOTR=
x (
) x
= 1,61 (kg O2/h)
Tính toán hệ thống phân phối khí
Chọn đĩa thổi khí Janger/Đức là thiết bị phân phối khí trong bể. HD270. Hiệu suất truyền oxy vào nước OTE là 19% ( tra catalog của đĩa), chọn lưu lượng khí thoát khỏi đĩa là 4 m3
/h. [5]
Lượng khí cần cần cung cấp vào bể: Q khí = ( ) ( ) = = 0,39 (m 3 khí/min)
Lưu lượng khí thiết kế cần cấp vào hệ thống. Chọn hệ số an toàn là 2. Q design = 0,39 x 2 = 0,78 (m3 khí/min)
Số lượng đĩa thổi khí cần dùng: N=
= 12 đĩa khí.
Tính toán đường kính ống khí xuống bể hiếu khí D =√
Trong đó:
Q là lưu lượng khí chạy trong ống. Q = 0,78 m3