a. Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học yếm khí
4.1.3.xuất công nghệ xử lý
4.1. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
4.1.3.xuất công nghệ xử lý
4.1.3.1. Phương án 1. a. Sơ đồ công nghệ: Chú thích: Đường nước: Đường hóa chất - khí: 39
Đường bùn tuần hoàn: Đường bùn thải:
b. Thuyết minh công nghệ.
Song chắn rác thường được đặt ở của vào kênh dẫn. Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải. Nước thải qua SCR giảm được 4% SS và BOD5. Sau đó nước thải được đưa đến bể gom, sau đó được bơm lên bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho các công trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định. Bể điều hòa được sục khí nhằm tạo nên sự xáo trộn cần thiết để ngăn cản lắng và phát sinh mùi hôi. Qua bể điều hòa giảm được 10% SS. Tiếp tục nước thải được bơm sang bể lắng I(lắng đứng) để loại bỏ các hạt cặn lơ lửng có kích thước nhỏ (Bể lắng đứng loại bỏ được 45% SS, 25% BOD).
Tại bể Aerotank diễn ra quá trình sinh học hiếu khí được duy trì nhờ không khí cấp từ máy thổi khí. Tại đây các vi sinh vật ở dạng hiếu khí (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các chất hữu cơ còn lại trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản như: CO2, H2O… Hiệu quả xử lý của bể Aerotank là 85 – 90% tính theo COD, BOD. Sau đó nước thải được dẫn qua bể lắng II (lắng dứng). Bể lắng II (lắng đứng) được xây dựng để loại bỏ các bông bùn được hình thành trong quá trình sinh học lắng xuống đáy. Sau khi qua bể lắng II (lắng đứng), để giảm nồng độ chất ô nhiễm còn lại cho qua bể khử trùng rồi đưa ra nguồn tiếp nhận.
Bùn thu được từ bể lắng II (lắng đứng), một phần dùng bơm định lượng bơm tuần hoàn lại bể Aerotank để bổ sung cho quá trình hiếu khí, phần bùn dư còn lại đưa về bể nén bùn.
4.1.3.2. Phương án 2.a. Sơ đồ công nghệ: a. Sơ đồ công nghệ:
Chú thích:
Đường nước: Đường hóa chất - khí: Đường bùn tuần hoàn: Đường bùn thải:
b. Thuyết minh công nghệ.
Song chắn rác thường được đặt ở cửa vào kênh dẫn. Làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất thô có trong nước thải. Sau đó nước thải được dẫn đến bể gom rồi được bơm lên bể điều hòa, bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa nồng độ và lưu lượng nước thải tạo điều kiện cho các công trình đơn vị phía sau hoạt động ổn định. Bể điều hòa được sục khí nhằm tạo nên sự xáo trộn cần thiết để ngăn cản lắng và phát sinh mùi hôi. Sau đó nước thải được bơm sang bể lắng 1 (lắng đứng), tại bể lắng 1 hàm lượng chất rắn lơ lửng, BOD, COD sẽ được xử lý đáng kể. Nước thải sẽ được lưu lại trong bể một thời gian nhất định tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý sinh học cho các công trình sau.
Tại bể MBBR, chất hữu cơ trong nước thải bị ôxy hóa bởi các vi sinh vật có trong nước thải và các vi sinh vật bám dính trên đệm sinh học lơ lửng trong nước thải. Ban đầu, loại đệm này nhẹ hơn nước nên chúng sẽ lơ lửng trên mặt nước nhưng khi có màng bám vi sinh vật xuất hiện trên bề mặt, khối lượng riêng của đệm
sẽ tăng lên và trở nên nặng hơn nước và sẽ chìm xuống dưới. Tuy nhiên, nhờ có chuyển động thủy lực của nước trong bể được cấp bởi hệ thống sục khí, các đệm này sẽ chuyển động liên tục trong nước thải. Các chất hữu cơ cũng bám vào các khe nhỏ của đệm. Các vi sinh vật bám dính trên các đệm sẽ sử dụng chất hữu cơ để tạo thành sinh khối vi sinh vật, trong quá trình này các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được xử lý. Trước khi qua bể lắngII (lắng đứng), hỗn hợp trong bể MBBR được chảy qua một tấm lưới chắn trong bể để ngăn các hạt nhựa lại. Dòng nước được tách sinh khối và lắng bùn tại bể lắng đợt II (lắng đứng). Nước trong sẽ chảy sang bể khử trùng đuợc hoà trộn chung với dung dịch chlorine nhằm diệt các vi khuẩn. Nước thải sau xử lý đạt QCVN 40:2011/BTNMT cột B và được xả ra nguồn tiếp nhận gần đó. Bùn bể lắng đợt 2 sẽ được bơm qua bể nén bùn sau đó được đưa vào máy ép bùn, bùn khô sẽ được đưa đi chôn lấp hoặc tận dụng.
4.1.3.3. So sánh hai phương án:
* Phương án 1.
- Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý cao, tiết kiệm năng lượng + Chi phí đầu tư hợp lý
- Nhược điểm:
+ Phải tuần hoàn bùn, diện tích xây dựng lớn + Dễ sốc tải lưu lượng và bùn kết tủa
+ Cần phải đào tạo kỹ cho nhân viên vận hành và bảo dưỡng. + Dùng bể Aerotank nhất thiết phải có lắng đợt 1 và đợt 2
* Phương án 2.
- Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý + Tiết kiệm năng lượng + Chi phí đầu tư hợp lý
+ Quá trình oxy hóa để khử BOD, COD, N và P của bể MBBR diễn ra nhanh + Diện tích xây dựng nhỏ
+ Bảo dưỡng tương đối không phức tạp + Không phải tuần hoàn bùn
- Nhược điểm:
+ Tốn chi phí cho giá thể
+ Dùng bể MBBR nhất thiết phải có bể lắng đợt 1 và đợt 2. + Dễ gây sốc tải lượng
+ Cần phải đào tạo kỹ cho nhân viên vận hành và bảo dưỡng => Chọn phương án 2 để tính toán các công trình
4.2. TÍNH TOÁN CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ
* Lưu lượng tính toán
- Lưu lượng thiết kế Qtkế = 15 triệu lit/năm - Lưu lượng trung bình giờ: Qtbh =
- Lưu lượng trung bình giây: Qtbs(l/s) Theo TCXDVN 51 – 2008:
- Với Qtbs = 0.47 l/s ta có hệ số không điều hòa Kch = 2.5.
- Lưu lượng lớn nhất giờ: Qmaxh = Qtbh x Kch = x 2.5 = 13.59 (m3/h) - Lưu lượng lớn nhất giây: Qmaxs = Qtbs x Kch = 0.47 x 2.5 = 1.189 (l/s)
Chọn bể lắng 1 là bể lắng đứng để tính toán.
Diện tích tiết diện ướt của ống trung tâm được tính theo công thức:
Trong đó:
Qmax,s – Lưu lượng tính toán lớn nhất, Qmax,s = 13.59 m3/h = 3.775 x 10-3 m3/s
Vtt – Tốc độ chuyển động của ống trung tâm, lấy không lớn hơn 30 mm/s (Chọn Vtt = 0,015 m/s) (Điều 7.56 – TCXD 51-2008)
Diện tích tiết diện ướt của bể lắng đứng trong mặt bằng được tính theo công thức: Trong đó:
v – Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng, v = 0.5 ÷ 0.8 mm/s. Chọn v = 0.5 mm/s hay 0.0005 m/s)
(Điều 6.5.4 – TCXD 51-84)
Chọn n = 1 bể lắng đứng và diện tích mỗi bể trong mặt bằng sẽ là: Trong đó:
n – Số bể lắng đứng. (Điều 7.51 – TCXD 51-2008) Ống dẫn nước ra:
- Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 0.6 m/s dống = = = 0.09m = 90mm
- Đường kính của bể được tính theo công thức: (D = 4 ÷ 9m – Điều 7.56 – TCXD 51-2008) - Đường kính của ống trung tâm:
Trong đó:
f1 – Diện tích tiết diện ống trung tâm của 1 bể: f1 = f = 0.25 m2 - Chiều cao tính toán của vùng lắng trong bể lắng đứng:
htt = v.t Trong đó:
t – Thời gian lắng, t = 1.5h htt = 0.0005x 1.5 x 3600 = 2.7 (m)
(htt = 2.7 ÷ 3.6 – Điều 7.56 – TCXD 51-2008) - Chiều cao phần hình nón của bể lắng đứng: Trong đó:
h2 – Chiều cao lớp trung hòa, m,
h3 – Chiều cao giả định của lớp cặn lắng trong bể, m, D – Đường kính của bể lắng, D = 4m,
dn – Đường kính đáy nhỏ của hình nón cụt, lấy dn = 0.2m,
α – Góc nghiêng của đáy bể lắng so với phương ngang không được nhỏ hơn 50o. Chọn α = 50o (Điều 7.56 – TCXD 51-2008)
- Chiều cao của ống trung tâm lấy bằng chiều cao tính toán của vùng lắng và bằng 2,7m. Đường kính miệng loe của ống trung tâm lấy bằng chiều cao của phần ống loe và bằng 1.5 đường kính ống trung tâm. (Điều 7.56 – TCXD 51-2008)
dl = hl = 1.5d = 1.5 x 0.56 = 1.3 (m)- Đường kính tấm hắt lấy bằng 1.3 đường kính miệng loe và bằng 1.3 x 1.3 = 1.7m. Góc nghiêng giữa bề mặt tấm hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 17o.
(Điều 7.56 – TCXD 51-2008)
- Khoảng cách giữa mép ngoài cùng miệng loe đến mép ngoài cùng của bề mặt tấm hắt theo mặt phẳng qua trục được tính theo công thức:
Trong đó:
vk – Tốc độ dòng chảy qua khe hở giữa miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt không lớn hơn 20 mm/s. Chọn vk = 20 mm/s. (Điều 7.56 – TCXD 51-2008) - Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:
H = htt + hn + ho = htt + (h2 + h3) + ho Trong đó: ho – Khoảng cách từ mực nước đến thành bể, chọn ho = 0.4m H = 2.7 + 2.26 + 0.4 = 5.4 (m) - Thể tích của bể lắng đứng: W = F1.H = 7.8 x 5.4 = 42.12 (m3)
- Thời gian lắng thực tế của bể lắng đứng: - Tốc độ lắng thực tế của hạt cặn lơ lửng:
Ứng với u = 1,48 mm/s, hiệu suất lắng vào khoảng 57%
(Bảng 3.27 – Sách Xử Lý Nước Thải Đô Thị và Công Nghiệp – Tính toán thiết kế công trình – GS. TS. Lâm Minh Triết)
- Dùng hệ thống máng vòng chảy tràn xung quanh thành bể để thu nước: thiết kế máng vòng đặt theo chu vi vành trong bể, đường kính ngoài của máng là đường kính trong của bể.
Chọn:
Bề rộng máng thu = 0.5m Chiều cao máng = 0.4m Bề dày thành máng = 0.1m
Độ dốc máng về phía ống thu nước i= 0.02
Đường kính trong máng thu nước Dm= D x 90% = 5 x 0.9 = 4.5m Chiều dài máng thu Lm = Dm x π = 4.5 x 3.14 =14.13m
- Máng răng cưa:
Đường kính máng răng cưa bằng đường kính trong máng thu trừ đi bề dày thành máng thu: Dmrc = 4.5 – 0.1 = 4.4m
Chiều dài máng răng cưa: Lmrc = π x Dmrc = 3.14 x 4.4 = 13.8m - Chọn số khe trên một mét chiều dài máng răng cưa là 5 khe
- Bề rộng răng cưa bằng 100mm - Bề rộng khe: bk = 0,15m
- Máng răng cưa xẻ khe thu nước hình chữ V, góc 90o để điều chỉnh cao độ mép máng
- Bề dày máng răng cưa là 5mm- Chiều cao tổng của máng răng cưa là 300mm - Chiều sâu khe bằng 75mm
- Khoảng cách giữa các đỉnh là 250mm
- Máng răng cưa được bắt dính với máng thu nước bằng bu long qua các khe dịch chuyển.
- Khe dịch chuyển có đường kính 10mm, bu long được mắc cách mép máng răng cưa 50mm và cách đáy chữ V là 50mm, hai khe dịch chuyển cách nhau 0.5m
- Tổng số khe: n = 5 x Lmrc = 5 x 13.8 = 69 khe Ống dẫn nước ra:
- Chọn vận tốc nước chảy trong ống là 0.6 m/s dống = = = 0.09m = 90mm
- Chọn ống bơm bùn có đường kính 60mm để bơm bùn về bể chứa
Hàm lượng chất lơ lửng trôi theo nước ra khỏi bể lắng đứng được tính theo công thức:
SSra = SSvàox (100% - 57%) = 442 x 0.43 = 177 (mg/l)
- Hàm lượng BOD sau khi đi ra khỏi bể với hiệu suất xử lý 40% BODra = BODvào x (1 – e) = 182 x (1-0.4) = 109.4 (mg/l). - Hàm lượng BOD sau khi đi ra khỏi bể với hiệu suất xử lý 30% CODra = CODvào x (1 - e) = 295 x (1 – 0.3) = 206 (mg/l).
Bảng 4.2. Các thông số thiết kế và kích thước bể lắng đứng.
ST
T Tên thông số Số liệu dùng thiết kế Đơn vị
1 Lưu lượng thiết kế, Qh.max 13.59 m3/h
2 Diện tích tiết diện ướt ống
trung tâm, f 0.6 m2
3 Diện tích tiết diện ướt bểlắng đứng, F 7.55 m2
4 Chiều cao bể 5.4 m
5 Đường kính tấm hắt 1.7 m
6 Đường kính bể 4 m
7 Đường kính ống trung tâm 0.56 m
8 Chiều cao vùng lắng 2.7 m
9 Đường kính đáy nhỏ củahình nón cụt 0.2 m
10 Chiều cao phần hình nón 2.26 m
11 Góc nghiêng đáy bể lắng 50 Độ
12 Chiều cao của ống trungtâm 2.7 m
13 Đường kính miệng loe của 1.3 m
ống trung tâm
4.2.2. Bể MBBR.
MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí.Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống như các phương pháp xử lý bằng màng biofin khác.
* Thông số thiết kế:
+ Lưu lượng đầu vào của nước thải: Q = 15 triệu (lit/năm). + Lượng BOD5 đầu vào bể MBBR là: 109.4 (mg/l).
+ Lượng COD đầu vào bể MBBR là: 206(mg/l). + Lượng SS đầu vào bể MBBR là 177 (mg/l). + Tổng photpho là 15 (mg/l).
+ Tổng Nito là 55 (mg/l).
+ Tỷ số f = BOD/COD = 109.4/263 = 0,55. + Nước thải xử lý xong đạt BOD5 = 50 (mg/l).
+ Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải cần đạt sau xử lý: Css = 100 (mg/l).
* Thông số vận hành
+ Nồng độ bùn hoạt tính trong bể: X = 3000 (mg/l) (cặn bay hơi).
+ Độ tro của cặn: 0.3, nồng độ cặn lơ lửng ở đáy bể lắng 2 là 10000 (mg/l). + Thời gian lưu bùn (tuổi của cặn θc = 5 – 15 ngày), chọn θc = 12 ngày. + Chế độ xáo trộn hoàn toàn.
+ Giá trị thông số động học: γ – Hệ số sản lượng bùn, γ = 0.4 – 0.8 mg VSS/mgBOD. Chọn γ = 0.6 mg/VSS/mgBOD.
+ Độ tro cặn hữu cơ lơ lửng ra khỏi bể là Z = 0.3
+ Giả sử chất lơ lửng trong nước thải đầu ra là chất rắn sinh học, trong đó có 70% là chất dễ bay hơi và 50% chất có thể phân hủy sinh học.
+ Hệ số phân hủy nội bào: Kd = 0.055 ngày-1. - Nồng độ BOD trong nước thải đầu ra:
BODra = BOD hòa tan trong nước thải đầu ra + BOD của chất lơ lửng trong đầu ra: Với BOD của chất lơ lửng trong đầu ra được tính như sau:
- Phần có khả năng phân hủy sinh học của chất rắn sinh học ở đầu ra là: 0,5 x 100 = 50 mg/l,
- BOD hoàn toàn của chất rắn có khả năng phân hủy sinh học ở đầu ra là: 50 x 1.42 mgO2 tiêu thụ/mgtế bào bị oxy hóa = 71 mg/l.
=> BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra là: 71 mg/l x 0.68 = 48 mg/l BOD hòa tan trong nước thải đầu ra:
50mg/l = BODht + 48 mg/l
=> BODht = 50mg/l – 48 mg/l = 2 (mg/l).
- Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hòa tan: EBODht
- Hiệu quả xử lý tính theo BOD tổng cộng: EBODtc =
- Đường kính dẫn nước vào bể: D(m).
Với: v: Vận tốc nước trong ống do chênh lệch cao độ, chọn V = 0.6 (m/s). * Kích thước bể MBBR
- Thể tích phản ứng của bể MBBR được xây dựng theo công thức sau: W (m3).
Trong đó:
+ Q: lưu lượng nước thải, Q = 41.1 (m3/ngày).
+ : BOD5 của nước thải dẫn vào bể aeroten, = 109.4 (mg/l). + : BOD5 hòa tan của nước thải ra khỏi bể aeroten, Lt = 2 mg/l - Thể tích giá thể trong bể MBBR được xác định theo công thức. Wgt
Trong đó:
+ LTN: Tổng thể tích của tổng nito cần nitrat hóa, LTN = α x TKN x Q, chọn α = 0.8
+ TKN: Tổng nito trong nước thải vào hệ thống xử lý sinh học, g/m3, 55 mg/l.
+ Q: Lưu lượng nước thải, 1.71m3/h.
+ r: tốc độ nitrat không đổi của lớp tiếp xúc, chọn r = 62.5 mg/l lớp tiếp xúc giờ.
+ Mp: Thể tích lớp vật liệu tiếp xúc trong bể chiếm từ 25 – 50%, chọn Mp = 45%.
Wgt).
Vậy thể tích của bể MBBR là W = Wpu + Wgt = 7 + 3 = 10 (m3). Chọn chiều cao hữu ích của bể: Hi = 1.5m, hbv = 0.5m => H = 2.0m.
* Diện tích mặt bằng bể:
Fm2
Chọn kích thước bể: L x B= 3x2 (m). - Thời gian lưu nước trong bể:
θ(ngày) x 24h = 5.83 giờ.
- Tốc độ tăng trưởng của bùn tính theo công thức: Yb
- Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong một ngày:
Px = Yb x Q x (S0 – S) = 0.36 x 41.1 x (109.4 – 2) = 1589 (g/ngày) = 1.589 (kg/ngày).
- Tổng cặn lơ lửng sinh ra theo độ tro của cặn Z = 0.3.