a. Nhiệm vụ
Ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm của nước thải, nâng cao hiệu suất các công trình phía sau
b. Thông số đầu vào
Bảng 4.20 Nồng đồ thông sốđầu vào bểđiều hòa sục khí
Bểđiều hòa SS COD BOD5 Dầu khoáng
Nồng độđầu vào (mg/l) 148,68 145,8 81 9,94
Hiệu suất xử lý (%) 0 0 5 0
Nồng độđã xử lý (mg/l) 148,68 145,8 4,05 9,94
Nồng độ dòng ra (mg/l) 148,68 145,8 76,95 9,94
c. Tính toán
Thời gian lưu nước tại bểđiều hòa t = 4 −8h.Ta chọn t = 4h.
Thể tích làm việc của bểđiều hòa:
V = Qmaxh × t = 6,25 × 4 = 25 m3
Chọn chiều cao hữu ích của bểđiều hòa: H = 4 m. Chọn chiều cao bảo vệhbv = 0,5 m.
Chiều cao xây dựng Hxd = H + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 m. Diện tích bểđiều hòa:
F = V H =
25
4 = 6,25 m2
Kích thước bểđiều hòa: L × B × H = 4,5m × 1,5m × 4,5m.
Tính toán hệ thống cấp khí cho bểđiều hòa
Bảng 4.21 Các dạng khuấy trộn ở bểđiều hòa [4]
Dạng khuấy trộn Giá trị R Đơn vị
Khuấy trộn cơ khí 4 – 8 W/m3 thể tích bể
Tốc độ khí nén 10 – 15 lít/m3.phút (m3 thể tích bể)
Lượng không khí cần thiết:
Qkhí = Vt × R = 30 × 0,012 = 0,36 m3⁄phút = 21,6 m3⁄h
Trong đó:
R: tốc độ khí nén. Chọn R = 12 l m⁄ 3. phút = 0,012 m3⁄m3. giờ.
Vt: Thể tích xây dựng của bểđiều hòa
Bảng 4.22 Các thông số cho thiết bị khuấy tán khí [3] Loại khuếch tán khí –
cách bố trí
Lưu lượng khí (lít/phút.cái)
Hiệu suất chuyển hóa oxy tiêu chuẩn ởđộ sâu 4,6m (%)
Đĩa sứ – lưới 11 – 96 25 – 40
Chụp sứ – lưới 14 – 71 27 – 39
Bản sứ – lưới 57 – 142 26 – 33
Ống lastic xốp cứng bố trí:
Lưới 68 – 113 28 – 32
Hai phía theo chiều dài
(dòng chảy xoắn hai bên) 85 – 311 17 – 28 Một phía theo chiều dài
(dòng chảy xoáy một bên) 57 – 340 13 – 25
Ống lastic xốp mềm bố trí:
Lưới 28 – 198 26 – 36
Một phía theo chiều dài 57 – 298 19 – 37
Ống màng khoan lỗ:
Lưới 28 – 113 22 – 29
Một phía theo chiều dài 57 – 170 15 – 19 Khuếch tán không xốp
(nonporous diffusers): Hai phía theo chiều dài
93 – 283 12 – 23
Chọn ống khuếch tán khí lastic xốp cứng bố trí dưới dạng lưới theo chu vi thành có lưu lượng khí, có lưu lượng khí r = 100 lít/phút.
Sốđĩa khuếch tán khí:
n = qkhír =0,36 × 1000100 = 3,6 đĩa Chọn sốđĩa khuếch tán khí trong bể là 4 đĩa.
Với diện tích đáy bể 4,5m × 1,5m, ống phân phối chính từ máy thổi khí đặt dọc theo chiều dài bể, ống đặt trên giá đỡ cách đáy 20cm, ống cách tường 0,5m.
Lưu lượng khí đi qua ống chính:
Qckk = 0,36 (m3⁄p) = 0,006 (m3⁄s)
Đường ống chính:
Vận tốc khí trong ống dẫn khí được duy trì trong khoảng 10−15 m s⁄ . Chọn v = 12 m/s. [13]
dc = �π4 × q × vkhí
ống = �4 × 0,006
3,14 × 12 = 0,025 m≈ 25 mm
Chọn ống thép không gỉ theo catalogue φ= 25 mm [15] Kiểm tra vận tốc ống chính: vc = 4 × qd khí c 2 × π = 4 × 0,006 0,0252 × π = 12 m/s Thỏa mãn v = 10 −15 m/s.
Tính toán áp lực và công suất của hệ thống phân phối khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống phân phối khí:
Htt = hd+ hc+ hf+ H = 0,4 + 0,5 + 4 = 4,9 m
Trong đó:
hd: tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn, m.
hc: tổn thất áp lực cục bộ, hd+ hc ≤0,4m. Chọn hd+ hc = 0,4 m.
hf: tổn thất qua thiết bị phân phối, hf ≤0,5m. Chọn hf = 0,5 m.
H: chiều cao hữu ích của bểđiều hòa, H = 4 m. Áp lực không khí:
P =10,33 + H10,33 tt =10,33 + 4,910,33 = 1,47 (atm)
Nk =34400 × (P0,29−1) × qkhí 102 ×η =
34400 × (1,470,29−1) × 0,006
102 × 0,8 = 0,3 kW
Trong đó:
P: áp lực chân không, P = 1,47 atm
qkhí: lưulượng khí, qkhí = 0,063 m3⁄s. η: hiệu suất máy thổi khí, η= 0,7−0,9. Chọn η= 0,8. Công suất thực tế: Nt = 2 × 0,3 = 0,6 kW = 0,82HP Trong đó:β: Hệ số dự trữ N < 1→ β = 1,5−2,2. N > 1→ β = 1,2−1,5. N = 5−50→ β= 1,1. → Chọn β= 2 Chọn máy thổi khí Dargang DG-230-11: [19] • Công suất: 1HP. • Xuất xứ: Đài Loan • Đơn giá: 12.432.000 đồng
• Bố trí hai máy thổi khí hoạt động luân phiên nhau, một công tác, một dự phòng.
Tính toán đường ống dẫn nước
Với vận tốc nước thải tự chảy là v = 0,7−1,5 m s ⁄ → v = 0,9 m s⁄
Đường kính ống dẫn nước thải vào bể:
Lưu lượng nước thải đầu vào: Qmaxh = 6,25 m3⁄h.
D = �π × v × 36004 × Qhmax = � 4 × 6,25
π × 0,9 × 3600 = 0,05m = 50 mm
Chọn ống dẫn nước thải theo catalogue là ống PVC có ∅ = 50 mm [15]. Kiểm tra lại vận tốc nước trong ống:
v = 4 × Qhmax
π× D2× 3600=
4 × 6,25
π× 0,052× 3600= 0,88 m s⁄
Nằm trong khoảng v = 0,7 – 1,5m/s.
Công suất bơmnước:
� ξcb =ξ1+ξ2+ξ3+ξ4+ξ5+ξ6 = 0,5 + 1 + 0,5 + 1,1 + 0,25 + 0,25 = 3,6 ξ1 = 0,5: hệ số trở lực khi vào ống hút; ξ2 = 1: hệ số trở lực khi ra ống hút; ξ3 = 0,5: hệ số trở lực van một chiều; ξ4 = 1,1: hệ số trở lực khuyển cong 900; ξ5 = 0,25: hệ sốđột mởở bồn áp lực; ξ6 = 0,25: hệ sốđộ thu ở bình áp lực;
(Những thông số này tra ở phụ lục 13 – Quá trình và thiết bị hoá học (tập 10))
H: Cột áp của bơm,H = ∑ ξcb+ H(bể) = 3,6 + 4,5 = 8,1mH2O.
N = Qsmax1000 × × H × g × η ρ = 0,0018 × 8,1 × 9,81 × 10001000 × 0,8 = 0,18kW
Trong đó:
η: Hiệu suất của máy bơm, η= 0,7−0,9. Chọn η= 0,8. ρ: Khối lượng riêng của nước. ρ= 1000kg/m3.
H: Cột áp của bơm,H = 8,1mH2O. Công suất thực của bơm: Ntt =β × N = 2 × 0,18 = 0,36 kW = 0,49 Hp Trong đó:β: Hệ số dự trữ N < 1 → β = 1,5−2,2. N > 1 → β= 1,2−1,5. N = 5−50→ β = 1,1. → Chọn β= 2
Chọn bơm chìm hiệu Nation Pump – HSM250-1 .37 265 có các thông số sau: [18]
• Công suất: 1/2HP
• Cột áp max: 10m.
• Xuất xứ: Đài Loan.
• Lưu lượng max: 210 lít/phút
• Điện áp: 220V
• Đơn giá: 2.035.000 đồng
Bảng 4.23 Tóm tắt các thông số thiết kế bểđiều hòa sục khí
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước trong bểđiều hòa t h 4
2 Chiều dài bể L m 4,5
3 Chiều rộng bể B m 1,5
5 Chiều cao xây dựng Hxd m 4,5
6 Sốđĩa khuếch tán khí n đĩa 4
7 Đường kính ống dẫn khí chính Dc mm 25
8 Đường kính ống dẫn nước D mm 50
9 Thể tích xây dựng của bểđiều hòa V m3 30
4.2.2 Bể SBR
a. Nhiệm vụ
Xử lý chất ô nhiễm hữu cơ COD, BOD. Bể gồm 5 pha diễn ra liên tục và lần lượt theo thứ tự: Fill (Làm đầy), React (Pha phản ứng, thổi khí), Settle (lắng), Draw (rút
nước), Idling (ngưng).
b. Thông số đầu vào
Bảng 4.24 Nồng độ thông sốđầu vào bể SBR
Bể SBR SS COD BOD5 Dầu khoáng
Nồng độđầu vào (mg/l) 148,68 145,8 76,95 9,94
Hiệu suất xử lý (%) 50 80 80 0
Nồng độđã xử lý (mg/l) 74,34 116,65 61,56 9,94
Nồng độ dòng ra (mg/l) 74,34 29,16 15,39 9,94
c. Tính toán
Nhiệt độ trung bình nước thải 200C
Thời gian lưu nước trong bể 𝜃𝜃 = 6 – 7,5h, chọn 𝜃𝜃 = 6h. (Nguồn: Mục 8.4, Bài giảng môn Quá trình sinh học trong KTMT, PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm)
Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào của bể: X0 = 0 mg/l.
Thời gian lưu bùn (tuổi của bùn) 𝜃𝜃𝑐𝑐 = 8 – 18 ngày, chọn SRT = 10 ngày Tỷ số F/M = 0,05 – 0,3 ngày-1
Nồng độ chất lơ lửng dễbay hơi trong hỗn hợp bùn hoạt tính MLVSS, Chọn Xv = 3000 mg/l. (Xv=2500 – 5000 mg/l.)
Tỷ số MLVSS : MLSS = 0,8
Hệ số sản lượng Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5
Hệ số hô hấp nội sinh: Kd = 0,02 – 0,1 ngày-1 , Chọn Kd = 0,06 ngày-1
Độ tro của cặn z = 0,2
Chỉ số thể tích bùn: SVI = 100 – 150 mg/l, chọn SVI = 120 mg/l Tỉ lệ BOD5 : BOD20 = 0,68
Nồng độ cặn lắng ởđáy bể lắng sinh học cũng là nồng độ cặn tuần hoàn. Xs = 8000 mg/l. Chất lơ lửng trong nước thải đầu ra chứa 20 mg/l cặn sinh học và 60% chất có khảnăng
Tính sốlượng bể và chu kì phân đoạn thời gian làm việc
Chu kì phân đoạn thời gian làm việc của bểnhư sau:
Thời gian làm đầy tlđ = 3h Thời gian phản ứng tpư = 5h Thời gian lắng tl = 2h Thời gian rút nước tr n = 2h
Xả cặn dư trong thời gian lắng hoặc thời gian tháo nước trong. Tổng thời gian một chu kì hoạt động
Tc = tlđ + tp.ư + tl + tr.n = 3 + 5 + 2 + 2 = 12h Chọn 2 bể SBR.
Số chu kì hoạt động của 1 đơn nguyên trong 1 ngày
𝑛𝑛 =24
Tc =
24 12= 2
Tổng số chu kì làm đầy trong 1 ngày N = 2 × 2 = 4 chu kì/ngày
Thể tích bể làm đầy trong 1 ngày:
𝑉𝑉𝑙𝑙đ =𝑄𝑄𝑁𝑁 =604 = 15𝑚𝑚3
Hàm lượng chất lơ lửng trong thể tích bùn lắng
𝑋𝑋𝑀𝑀 =1000 × 1000 𝑆𝑆𝑉𝑉𝑆𝑆 = 1000 × 1000120 = 8333,33 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑙𝑙
Trong đó:
SVI: Chỉ số bùn hoạt tính, SVI = 120 mg/g
103mg/g; 103ml/l: Hệ số biến đổi kết quảđầu ra là g/m3 Xét sự cân bằng khối lượng VTX = VSXS
MLSS = MLVSS/0,8 = 3000/0,8 = 3750 mgSS/l
→ 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑀𝑀
𝑇𝑇 =𝑋𝑋𝑋𝑋
𝑀𝑀 =8333,333000 = 0,36
Cần cung cấp thêm 20% chất lỏng phía trên để bùn không bị rút theo khi rút nước:
0,36 × 1,2 = 0,432 → 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙đ 𝑇𝑇 = 1−0,432 = 0,568 Thể tích bể SBR: 𝑉𝑉𝑇𝑇 = 𝑉𝑉𝑙𝑙đ 0,568 = 7,5 0,568= 13,2 𝑚𝑚3
Chọn chiều sâu hoạt động bểSBR thường dao động từ 5 – 8m, chọn H = 5 m bao gồm: Chiều cao lớp nước: hn = 50%H = 50% × 5 = 2,5m
Chiều cao phần chứa bùn: hb = 42%H = 42% × 5 = 2,1 m
Chiều cao an toàn của lớp bùn: han toàn = 8% H = 8% × 5 = 0,4m Chiều cao bảo vệ chọn hbv = 0,5 m
Chiều sâu xây dựng của bể SBR: Hxd = H + hbv = 5 + 0,5 = 5,5m
Chọn 2 đơn nguyên bể SBR. Diện tích mặt bằng một đơn nguyên SBR:
𝐹𝐹 =𝐻𝐻𝑉𝑉× n 𝑇𝑇 =5 × 2 13,2 = 1,32 𝑚𝑚2 Vậy thể tích thực tế của mỗi bể SBR là: Vtt = L × B × H = 2 m × 2 m × 5,5m = 22 m3 Thể tích phần chứa bùn của mỗi bể là: Vb = 0,36 × 𝑉𝑉𝑇𝑇 2 = 0,36 × 13,22 = 2,376 m3
Thời gian lưu nước tổng cộng của 2 bể trong suốt quá trình:
τ =n × 𝑄𝑄𝑉𝑉𝑇𝑇 =2 × 13,260 = 0,44 𝑛𝑛𝑚𝑚à𝑦𝑦= 10,56 𝑚𝑚𝑔𝑔ờ (10−50𝑚𝑚𝑔𝑔ờ)
Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày
Hệ số sản lượng quan sát tính theo công thức sau: 𝑌𝑌𝑙𝑙𝑐𝑐𝑠𝑠= 1+𝐾𝐾𝑄𝑄
𝑑𝑑×𝜃𝜃𝑐𝑐 =1+00,06,6×10= 0,375 (CT 5.24/67/[2])
Lượng sinh khối gia tăng mỗi ngày tính theo MLVSS: 𝑃𝑃𝑋𝑋 =𝑌𝑌𝑙𝑙𝑐𝑐𝑠𝑠×𝑄𝑄𝑡𝑡𝑐𝑐 𝑛𝑛𝑛𝑛đ× (𝑆𝑆𝑙𝑙− 𝑆𝑆) 1000 = 0,375 × 60 × (237,5−23,75) 1000 = 4,81� 𝑘𝑘𝑚𝑚 𝑛𝑛𝑚𝑚à𝑦𝑦�
Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS: Ta có: MLVSS = 0,8MLSS
𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀𝑀 =𝑃𝑃𝑋𝑋(𝑀𝑀𝑀𝑀) =𝑃𝑃𝑋𝑋
0,8=40,81,8 = 6,01�𝑘𝑘𝑛𝑛𝑀𝑀𝑀𝑀𝑛𝑛𝑛𝑛à𝑦𝑦�
Lượng bùn thải bỏ mỗi ngày = lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo MLSS – hàm
lượng chất lơ lửng còn lại trong dòng ra:
Gd = 𝑃𝑃𝑋𝑋(𝑀𝑀𝑀𝑀)− Pra= 6,01 – 1,425 = 4,585 (kgSS/ngày) Trong đó: Pra = (Q × S ) 1000 = (60 × 23,75 ) 1000 = 1,425 (kgSS/ngày)
S: là hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải sau khi qua bể lắng sinh học, (mg/l).
Mdư(vss) = Mdư × 0,8 = 4,585 × 0,8 = 3,668 (kgVSS/ngày)
Tính toán lưu lượng bùn thải
Giả sửbùn dư được xả bỏ (dẫn đến bể phân hủy bùn) từđường ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễbay hơi (VSS) trong bùn ởđầu ra chiếm 80%
hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS).
Khi đó, lưu lượng bùn dư thải bỏđược tính toán xuất phát từ công thức:
𝜃𝜃𝑐𝑐 =𝑋𝑋×𝑄𝑄𝑘𝑘×𝑋𝑋
𝑐𝑐 +𝑄𝑄𝑟𝑟𝑚𝑚×𝑋𝑋𝑟𝑟𝑚𝑚
(CT 5.15/68/[1]) Trong đó:
VT: thể tích 2 bể SBR, VT = 13,2 m3
Xv: nồng độ chất rắn bay hơi trong bể SBR, Xv = 3000 mg/l 𝜃𝜃𝑐𝑐 : thời gian lưu bùn, 𝜃𝜃𝑐𝑐 = 10 ngày
𝑄𝑄𝑟𝑟𝑚𝑚: lưu lượng nước đưa ra ngoài, xem như lượng nước thất thoát do tuần hoàn bùn là
không đáng kể, Qra= Q = 60 m3/ngày đêm
𝑋𝑋𝑟𝑟𝑚𝑚: nồng độ chất rắn bay hơi ởđầu của hệ thống, 𝑋𝑋𝑟𝑟𝑚𝑚= 0,8 × 19,73 = 15,8 mg/l Vậy lưu lượng bùn thải là:
𝑄𝑄𝑐𝑐 =𝑉𝑉𝑇𝑇×𝑋𝑋 − 𝑄𝑄𝑟𝑟𝑚𝑚×𝑋𝑋𝑟𝑟𝑚𝑚×𝜃𝜃𝑐𝑐
𝑋𝑋×𝜃𝜃𝑐𝑐 =13,2 × 3000−60 × 15,8 × 10
3000 × 10 = 1,004 (
𝑚𝑚3
𝑛𝑛𝑚𝑚đ) Thể tích cặn chiếm chỗ sau 1 ngày:
Vb =1,02 × XGd
S= 4,585
1,02 × 8000100 = 0,056 𝑚𝑚
3/𝑛𝑛𝑚𝑚à𝑦𝑦 Chiều cao cặn lắng trong bể:
hb = Vb S = 0,056 2 × 23,75= 0,002 𝑚𝑚 Thể tích bùn xả phải một bểđể lại 20%: Vb = 0,8 × 𝑄𝑄𝑐𝑐 = 0,8 × 1,004 = 0,8 𝑚𝑚3
Xác định lượng không khí cần thiết cho một đơn nguyên:
Lượng oxy cần thiết cung cấp cho mỗi bểtheo điều kiện cần để làm sạch BOD 𝐵𝐵𝐶𝐶0 =Qngàytb đêm × (S0−S)
f × 1000 −1,42 × PX =
60 × (237,5−23,75)
0,68 × 1000 −1,42 × 6,01 = 10,33 𝑘𝑘𝑚𝑚/𝑛𝑛𝑚𝑚à𝑦𝑦.đê𝑚𝑚
𝐵𝐵𝐶𝐶𝑡𝑡 =𝐵𝐵𝐶𝐶𝑙𝑙×𝛽𝛽× (𝐶𝐶𝐶𝐶𝑀𝑀20 𝑠𝑠ℎ − 𝐶𝐶𝑀𝑀)× 1 1,024𝑇𝑇−20×∝1 = 10,33 × 9,08 1 × (6,65−1,5)× 1 1,02430−20× 1 0,6= 23,95 Trong đó:
CS20: nồng độ bảo hòa oxy trong nước sạch ở nhiệt độ 200C, CS25 = 9,08 mg/l Csh: nồng độbão hòa oxy trong nước ở nhiệt độ 300C, Csh = 6,65mg/l
β: hệ số hiệu chỉnh lực căng bề mặt theo hầm lượng muối đối với nước thải thường lấy bằng 1
α: hệ số lượng oxy ngấm vào nuóc thải do ảnh hưởng của hàm lượng cặn, chất hoạt động bề mặt loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kích thước bể có giá trị từ 0,6 – 0,96 lấy bằng 0,6.
Cl: lượng oxy hòa tan cần duy trì trong bể, khi xử lý nước thải lấy Cl = 1,5 – 2 mg/l, chọn Cl = 1,5 mg/l
Lượng oxy cần thiết cung cấp vào bể: 𝑄𝑄𝑘𝑘𝑘𝑘 =𝐵𝐵𝐶𝐶𝐵𝐵𝑂𝑂𝑡𝑡 ×𝑓𝑓′ = 35 𝑚𝑚𝐵𝐵23,95
2/𝑚𝑚3× 10−3× 2 = 1368,6 𝑚𝑚3⁄𝑛𝑛𝑚𝑚à𝑦𝑦
= 57,025𝑚𝑚3⁄ℎ = 0,95𝑚𝑚3⁄𝑝𝑝ℎú𝑡𝑡 = 0,02𝑚𝑚3⁄𝑠𝑠
Trong đó:
f’: hệ số an toàn, chọn f’ = 2
OCt: lượng oxy thực tế cần sử dụng cho bể
OU: công suất hòa tan oxy vào nước thải của thiết bị phân phối:
OU = Ou × H = 7 × 5 = 35 gO2/m3
OU là công suất hòa tan nước thải của thiết bị phân phối, gO2/m3 không khí.
h: chiều sâu ngập nước của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu của thiết bị phân phối gần
sát đáy và chiều sâu của giá đỡkhông đáng kể.
Tính toán máy thổi khí
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định theo công thức: 𝐻𝐻𝑐𝑐𝑡𝑡 =𝐻𝐻𝑑𝑑+𝐻𝐻𝑐𝑐 +𝐻𝐻𝑓𝑓+𝐻𝐻 (CT 6-19/107/[1]) Trong đó:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn (m); hc: Tổn thất cục bộ (m);
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối (m). hf≤ 0,5m. Chọn hf = 0,5m;
H: Độ sâu ngập nước của thiết bị phân phối khí, H = 5m Tổng hd + hc≤ 0,4m, chọn hd + hc = 0,4m.
Vậy áp lực cần thiết là: