Nhiệm vụ
Bể trung gian nhằm ổn định lưu lượng nước thải từ bể lắng trước khi đưa vào bể SBR.
Tính tốn các thơng số thiết kế
Thể tích bể trung gian:
V = Qhtb × t = 187,5 × 1 = 187,5 m3 Trong đĩ:
Qhtb: Lưu lượng nước thải vào bể trung gian, Qhtb = 4500 m3/ngày = 187,5 m3/h
t: Thời gian lưu nước trong bể trung gian, t = 1h = 60 phút, thời gian lưu nước tại bể trung gian được chọn dựa trên thời gian của pha rút nước trong bể SBR. Chiều cao bể trung gian:
H = hbv + h = 4 + 0,5 = 4,5 m Diện tích mặt bằng bể trung gian:
A = V
H = 187,5
4 = 46,875 m2
Kích thước thiết kế bể trung gian: L × B × H = 8 mm × 6 mm × 4,5 mm Lưu lượng nước thải tính theo: Qb = Qstb = 0,052 m3/s
Đường kính ống dẫn nước thải từ bể trung gian sang mỗi bể SBR: Dống =√4 × Qs
tb
π ×vống = √3,14 ×1,64 × 0,052
× 2 = 0,139 m
Chọn ống dẫn nước thải sang mỗi bể SBR là ống nhựa uPVC Tiền Phong cĩ đường kính DN 140 mm.
SVTH: Phạm Thị Hằng 102
GVHD: PGS.TS Lê Hồng Nghiêm
Trong đĩ:
Qstb: Lưu lượng trung bình giây của nước thải, Qstb= 0,052 m3/s
vống: Vận tốc nước thải trong ống, chọn v = 1,6 m/s (v = 1,5 – 2,5 m/s); (Bảng II.2/[6]).
Cơng suất bơm dẫn nước thải sang bể SBR: N = Q × ρ ×g ×H
1000η = 0,052×1000×9,81×7,4
1000×0,8 = 4,71 kW
Trong đĩ:
𝜌: Khối lượng riêng của nước, 𝜌 = 1000 (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
H: Chiều cao cột áp của bơm
H = h1+ h2 = 7 + 0,4 = 7,4 m
h1: Chiều cao cột nước, chọn h1= 7 m
h2: Tổn thất gồm tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường; h2 = hc + hd. Chọn h2 = 0,4m, hc + hd ≤ 0,4m [5];
η: Hiệu suất bơm, η = 0,72 ÷0,93, chọn = 0,8
Cơng suất thực của máy bơm: (lấy bằng 120% cơng suất tính tốn). Ntt = 1,2 × N = 1,2 × 4,71 = 5,65 kW
Chọn 2 bơm chìm, một hoạt động và một dự phịng.
Hãng sản xuất: Ebara
Xuất xứ: Thượng Hải
Model 200DL57.5
Cơng suất: 7,5 kW (380V/50Hz)
Lưu lượng: 90 - 270 m3/h
Cột áp 12,5 – 6,5 m
Họng xả: 200 mm.
Bảng 4.18 Các thơng số thiết kế bể trung gian (Phương án 2)
STT Thơng số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thời gian lưu nước t Phút 60
3 Chiều dài L m 8
4 Chiều rộng B m 6
5 Chiều cao H m 4,5
6 Đường kính ống dẫn nước sang bể
SBR D mm 250
7 Cơng suất bơm nước sang SBR N kW 7,5
4.3.2. Bể SBR
Nhiệm vụ
Bể bùn hoạt tính từng mẻ SBR là cơng trình xử lý sinh học nước thải dựa trên nguyên lý bùn hoạt tính – bể Aerotank nhưng các giai đoạn hoạt động xảy ra trong cùng 1 bể, 5 giai đoạn chính trong bể SBR: Làm đầy, phản ứng, lắng tĩnh, chắc nước, xả bùn. Bể SBR xử lý linh hoạt, khử Nitơ, phốt pho cao, TSS đầu ra thấp.
Tính tốn các thơng số thiết kế
Các thơng số nước thải đầu vào bể SBR
BOD5 = 265,3 mg/L, COD = 477,5 mg/L
TSS = 85,8 mg/L (68% chất lơ lửng cĩ khả năng phân hủy sinh học), N = 54,6 mg/L.
Lưu lượng nước thải: Q = Qtb = 4500 m3/ngày = 187,5 m3/h = 0,052 m3/s
Sử dụng 2 bể SBR, 1 bể trong giai đoạn làm đầy thì bể cịn lại trong giai đoạn thổi khí, lắng, xả nước.
Các thơng số thiết kế bể:
Nồng độ bùn hoạt tính đầu vào bể, Xo = 0 mg/L
Thời gian lưu bùn, θc = 10 – 30 (T535/[5])
Tỉ số F/M = 0,04 – 0,1 kg/kg.ngày, chọn F/M = 0,1 kg/kg.ngày
Tải trọng thể tích, L = 0,1 – 0,3 kgBOD5/m3.ngày
Nồng độ MLVSS, X = 2500 – 5000 mg/L, chọn MLVSS = 2800 mg/L
Tỉ số MLVSS:MLSS = 0,8
Chỉ số thể tích bùn, SVI = 100 – 150 mg/l, chọn SVI = 120 mg/l
SVTH: Phạm Thị Hằng 104
GVHD: PGS.TS Lê Hồng Nghiêm
Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5, Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5 Tính hàm lượng COD cĩ và khơng cĩ khả năng phân hủy sinh học
Hàm lượng COD cĩ khả năng phân hủy sinh học được tính bằng: bCOD = 1,65 × BOD5 = 1,65 × 265,3 = 437,7 mg/l Hàm lượng COD khơng cĩ khả năng phân hủy sinh học:
nbCOD = COD – bCOD = 477,5 – 437,7 = 39,8 mg/l
Hàm lượng chất lơ lửng khơng cĩ khả năng phân hủy sinh học được tính theo cơng thức: nbSS = TSS × MLVSS
MLSS (1-0,68) = 85,8×0,8×(1 – 0,68) = 22 mg/l Xác định chu kỳ vận hành bể SBR:
Thời gian làm đầy bể được xác định theo cơng thức: tlđ = tp.ứ + tl + tc.n Trong đĩ:
tlđ: Thời gian làm đầy nước
tp ứ: Thời gian phản ứng, chọn t = 1,5h
tl: Thời gian lắng, chọn tl = 1h
tc.n: Thời gian chắt nước, tc.n = 0,5h Thời gian hoạt động tổng cộng của một chu kì:
Tck = tlđ + tpứ + tl + tc.n = 3 + 1,5 + 1 + 0,5 = 6 h Số chu kỳ hoạt động trong 24 giờ của bể được xác định theo cơng thức:
n = 24
Tck = 24
6 = 4 chu kỳ Số chu kỳ của cả 2 bể SBR: ntc = 2 × 4 = 8 chu kỳ Lượng nước làm đầy Vlđ cho một chu kỳ sẽ là:
Vlđ = Q
ntc = 4500
8 = 562,5 m3 Xác định kích thước bể SBR
Thể tích bể SBR được tính tốn dựa vào phương trình cân bằng vật chất: tổng hàm lượng SS dịng vào bằng tổng hàm lượng SS sau lắng.
Vt × XMLSS = Xb × Vb hay Vb
Vt = XMLSS
Trong đĩ:
Vt: Thể tích của 1 bể
XMLSS: Hàm lượng MLSS dịng vào, XMLSS = 3500 mg/l
Vb: Thể tích bùn lắng sau giai đoạn chắt nước
Xb: Hàm lượng MLSS trong bùn lắng Xb = 10 3×103 SVI = 10 3 ×103 120 = 8333,3 g/m3 Với SVI: Chỉ số thể tích bùn, SVI = 120 mg/g
Vậy:
Vb
Vt = XMLSS
Xb = 3500
8333,3 = 0,42
Để đảm bảo lượng chất lơ lửng (SS) khơng trơi theo nước khi chắt nước , cần tính thêm 20% thể tích bể (120%):
Vb
Vt = 1,2 × 0,42 = 0,5 Thể tích bể SBR được tính như sau:
Vt = Vlđ + Vb = Vb Vt + Vlđ Vt = 1 → Vlđ Vt = 1 – 0,5 = 0,5 Vậy Vt = Vlđ 0,5 = 562,5 0,5 = 1125 m3 Trong đĩ: Vlđ: Thể tích làm đầy bể, Vlđ = 562,5 m3
Chiều cao xây dựng của bể SBR được xác định theo cơng thức: Hxd = H + hbv = 6,5 + 0,5 = 7 m Trong đĩ:
H: Chiều cao cơng tác bể SBR, thường dao động 5 – 8 m. Chọn H = 6,5 m bao gồm:
H = hn + hb + hat = 3,25 + 2,73 + 0,52 = 6,5 m hn: Chiều cao lớp nước, hn = 50%H = 50% × 6,5 = 3,25 m hb: Chiều cao lớp bùn, hb = 42%H = 42% × 6,5 = 2,73 m hn: Chiều cao an tồn, hat = 8%H = 8% × 6,5 = 0,52 m
SVTH: Phạm Thị Hằng 106
GVHD: PGS.TS Lê Hồng Nghiêm
Diện tích mặt bằng bể SBR được tính theo cơng thức: F = Vt
H = 1125
6,5 = 173 m2 Chọn kích thước bể SBR: B × L = 11 m × 16 m Thời gian lưu nước trong ngày đêm của bể SBR
Thời gian lưu nước tổng cộng của hai bể SBR được tính theo cơng thức: tn = n ×Vt ×24 Q = 2 ×1125×24 4500 = 12 h Trong đĩ: n: Số lượng bể, n = 2 Vt: Thể tích bể SBR, Vt = 1125 m3
Q: Lượng nước thải cần xử lý, Q = Qngày tb = 4500 m3/ngày Thời gian lưu bùn được xác định theo phương trình:
Psk × Tb = Vt × XMLSS = 1125 × 3500 × 10-3 = 3937,5 kg Psk×Tb = Y ×Q ×(Sv-Sr)×Tb (1+kd×Tb)×0,85 + fd ×kd ×Q×Y×(Sv-Sr)×Tb 2 (1+kd×Tb)×0,85 + Q×nbVSS×Tb + Q×(TSSv – VSSv)×Tb Trong đĩ:
Psk: Tổng lượng sinh khối trong bể SBR tính theo MLSS
Vt: Thể tích bể SBR, Vt = 1125 m3
Tb: Thời gian lưu bùn
Y: Hệ số sản lượng bùn (thơng số thực nghiệm) Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5, chọn Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5
Q: Lưu lượng nước trung bình ngày đêm của mỗi bể, Q = Qngày tb = 2250 m3/ngày
Sv: Nồng độ cơ chất của nước thải đầu vào
Sr: Nồng độ cơ chất của nước thải đầu ra, giả sử Sv ≈ Sv – Sr → Sv = bCOD = 437,7 mg/L
fd: Tỉ lệ vụn tế bào, fd = 0,15
Kd: Hệ số phân hủy nội bào ở 25oC
Kd25oC = K20 × DT-20 = 0,12 × 1,0425-20 = 0,15 ngày-1
nbVSS: Hàm lượng VSS khơng phản ứng sinh học, nbVSS = 22 mg/l
TSSv: Hàm lượng chất lơ lửng đầu vào, TSSv = 85,8 mg/L, VSSv = 0,8TSSv = 0,8 × 85,8 = 68,64 mg/l
3937,5×103 = 0,6 ×2250 ×437,7×Tb
(1+0,15×Tb)×0,85 + 0,15 ×0,15 ×2250×0,6×437,7×Tb
2
(1+0,15×Tb)×0,85 + 2250×22×Tb + 2250×(85,8 – 68,64)×Tb
→ tb = 9,9 ngày, chọn tb = 10 ngày (quy phạm 10 – 30 ngày) Thể tích phần chứa bùn của bể SBR
Thể tích phần chứa bùn của bể được xác định theo cơng thức: Vb = 0,42 × Vt = 0,42 ×1125 = 472,5 m3 Trong đĩ: Vt: Thể tích bể SBR, Vt = 1125 m3
Hàm lượng sinh khối trong bể SBR được tính theo MLVSS Psk = Y ×Q ×(Sv-Sr) 1+kd×Tb + fd ×kd ×Q×Y×(Sv-Sr) 1+kd×Tb + Q×nbVSS Psk = 0,6 ×2250 ×437,7 1+0,15×10 + 0,15 ×0,15 ×2250×0,6×437,7 1+0,15×10 + 2250×22 = 294,7 kg/ngày → XMLVSS = 294700 1125 = 262 g/m3 Tỉ lệ MLVSS và MLSS: XMLVSS XMLSS = 262 3000 = 0,09 Xác định lượng bùn hoạt tính dư
Lượng bùn cĩ khả năng chứa trong bể SBR được tính theo cơng thức: Mb = Vb × 𝜌 × Xb = 472,5 × 1,02 × 8333,3 ×10-3 = 4016,23 kg Trong đĩ:
Vb: Thể tích phần chứa bùn, Vb = 472,5 m3
δ: Trọng lượng riêng của bùn, δ = 1,02 kg/m3
Xb: Hàm lượng MLSS trong bùn lắng, Xb = 8333,3 g/m3 Thể tích bùn chiếm chỗ sau n chu kỳ:
Gn = Gn-1 +∑ Psk
0,8 n
n-1 + SSn Trong đĩ:
Gn-1: Lượng bùn của chu kỳ n-1
Thể tích bùn chiếm chỗ sau 1 chu kì hoạt động G1 = G0 + Psk1
0,8 + SS = 3937,5 + 67,32
SVTH: Phạm Thị Hằng 108 GVHD: PGS.TS Lê Hồng Nghiêm Trong đĩ: Psk1: Hàm lượng MLVSS trong 1 bể SBR Psk1 = Psk 4 = 294,7 4 = 73,67 kg/ngày G0: Hàm lượng bùn trong bể G0 = Vt × XMLSS = 1125 × 3500 = 3937,5 kg
SS: Hàm lượng chất rắn dẫn vào bể mỗi chu kỳ
SS = (TSSv – VSSv)×Vlđ = (85,8 – 68,64)×562,5 = 9652,5 g = 9,6 kg Sau 1 chu kỳ tiến hành thải bỏ bùn dư một lần, lượng bùn dư cần thải bỏ
Gb = G1 – G0 = 4030,5 – 3937,5 = 98 kg Lưu lượng bùn cần thải bỏ sau một chu kỳ của 1 bể là:
Vbùn dư = Gdư
ρ×XMLSS = 98
1,02×8333,3×10-3 = 11,52 m3 Lưu lượng bùn xả sau một chu kỳ hoạt động, thời gian xả bùn 30 phút
Qdư = Vdư t = 11,52 30×60 = 0,0064 m3/s Chọn vận tốc bùn trong ống xả là v = 0,4 m/s Đường kính ống dẫn bùn xả: Ddư = √4 × Qdư π ×v = √4 ×0,00643,14 ×0,4 = 0,142 mm Chọn ống uPVC Tiền Phong DN 140 mm làm ống dẫn bùn dư.
Cơng suất bơm dẫn bùn dư về bể chứa bùn sau một chu kì hoạt động của 1 bể là: Bơm bùn về bể chứa bùn.
Cơng suất bơm bùn thải sang bể chứa bùn: N = Q × ρ ×g ×H
1000η = 11,52×1053×9,81×7
0,5×3600×1000×0,8 = 0,58 kW Trong đĩ:
𝜌: Khối lượng riêng của bùn, 𝜌 = 1053 (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2
H: Chiều cao cột áp của bơm, chọn H = 7 m
Cơng suất thực của máy bơm: (lấy bằng 120% cơng suất tính tốn). Ntt = 1,2 × N = 1,2 × 0,58 = 0,69 kW Chọn 2 bơm bùn dư kiểu ly tâm, một hoạt động và một dự phịng.
Hãng sản xuất: Ebara Xuất xứ: Italy Model: 150DML 55,5 Cơng suất: 0,75 kW – 1 Hp (380V/50Hz) Lưu lượng: 250 – 1250 lít/phút Cột áp 7,9 – 1,9 m Họng xả: 150 mm. Tính tốn hệ thống cấp khí
Lượng oxy cần thiết cung cấp cho mỗi bể theo điều kiện cần để làm sạch BOD, oxy hĩa amoni thành nitrat và khử nitrat.
OCo = Q ×(So-S) 1000f – 1,42Px + 4,57×(No-N) 1000 kgO2/ngày (CT 6-15/T105/[10]) →OCo = 4500 ×(265,3 -26,53) 1000×0,68 – 1,42×257,8 + 4,57×(54,6 -13,7) 1000 = 1214,2 (kg/O2) Trong đĩ:
OCo: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20oC
Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý, Q = 4500 m3/ngày
So: Nồng độ BOD đầu vào, So = 265,3 mg/l
S: Nồng độ BOD đầu ra, S = 26,53 mg/l
f: Hệ số chuyển đổi từ BOD5 sang COD hay BOD20, f = BOD5/COD= 0,45 – 0,68
Px: Phần tế bào xả ra ngồi theo bùn dư, Px = Yb×Q×(So –S) kg/ngày Tốc độ tăng trưởng của bùn:
Yb = Y
1+kd×Tb = 0,6
1+0,15×10 = 0,24
→ Px = Yb×Q×(So – S) = 0,24×4500×(265,3 –26,53) = 257,8 kg/ngày
1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
No: Tổng hàm lượng nitơ đầu vào, No = 54,6 mg/l
N: Tổng hàm lượng nitơ đầu ra, N = 13,7 mg/l
SVTH: Phạm Thị Hằng 110
GVHD: PGS.TS Lê Hồng Nghiêm
Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế: OCt = OCo × Cs Cs-C × 1 1,024T-20 = 1214,2 × 9,09 9,09- 1,5 × 1 1,02425−20 = 1291,5 kgO2/ngày Trong đĩ:
OCo: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn, OCo = 1214,2 kgO2/ngày
Cs: Nồng độ oxy bão hịa trong nước sạch ở nhiệt độ tiêu chuẩn, Cs20o = 9,09 mg/l
C: Nồng độ oxy cần duy trì trong cơng trình (1,5 – 2 mg/l), chọn C = 1,5 mg/l
T: Nhiệt độ của nước thải, T = 25oC Tính tốn máy thổi khí:
Mỗi bể hoạt động 4 chu kỳ/ngày, mỗi chu kỳ thời gian sục khí là 4,5h (trong đĩ sục khí trong 3 giờ làm đầy và 1,5 giờ trong giờ trong giai đoạn sục khí), do đĩ lượng O2 cần cung cấp trong 1 giờ ở 1 bể là:
MO2 = 1291,5
2 ×4 ×4,5 = 35,875 kgO2/h
Lượng khơng khí cần thiết: Giả sử khơng khí chứa 23,2% trọng lượng là O2, hiệu suất chuyển hĩa oxy là 8%, trọng lượng riêng khơng khí 1,2 kg/m3, lượng khơng khí cần cung cấp:
Qkk = 35,875
1,2 ×0,08 ×0,232 = 1610,7 m3/h
Kiểm tra lượng khơng khí cần thiết cho xáo trộn hồn tồn trên 1 đơn vị thể tích là:
Qkk
Vt = 1610,7
1125 = 1,43 m3 khí/m3.h = 23,8 lít khí/m3.phút (Thỏa mãn khoảng 20 – 40 lít/m3.phút)
Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định theo cơng thức: Htc = H + hd + hc + hf = 6,5 + 0,4 + 0,5 = 7,4 m Trong đĩ:
H: Chiều cao hữu ích của bể, H = 6,5 m
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn
hc: Tổn thất cục bộ
hd + hc ≤ 0,4 m, chọn hd + hc = 0,4 m
hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối khí
Áp lực khơng khí:
P = 10,33 + Htc
10,33 = 1,71 at Cơng suất máy nén khí được xác định theo cơng thức:
N = 34400 ×(P 0,29-1)×q 102 ×η = 34400 ×(1,71 0,29-1)×0,445 102 ×0,8 = 31,6 kW Trong đĩ:
q: Lưu lượng khơng khí, q = 0,445 m3/s
η: Hiệu suất máy nén khí, η = 0,7 – 0,9, chọn η = 0,8 Cơng suất thực tế của máy thổi khí:
Ntt = β × N = 31,6 × 1,2 = 37,92 kW Trong đĩ: β: Hệ số dự trữ, chọn β = 1,2 + N < 1, β = 1,5 -2,2, + N > 1, β = 1,2 -1,5 + N = 1, β = 1,1
Chọn 2 máy thổi khí TSURUMI TRSR2-200 hoạt động luân phiên nhau.
Xuất xứ: Nhật Bản
Model: TSR2 – 200
Cơng suất: 45 kW
Điện áp: 380V/50Hz
Dải cột áp: 1 – 6 mAq
Dải lưu lượng: 17 – 46 m3/ phút
Họng thổi: DN 200 Tính tốn thiết bị phân phối khí: