III. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
4.5.5. Bể Trung gian
Chọn thời gian lưu nước là 30 phút. Thể tích bể trung gian V = Qtb giờ x t = 58,33 x 0,75 = 43,75 m3 Chọn chiều cao bể Hbể = 3,5 m Chiều rộng B = 3 m Chiều dài L =4 m
Chiều cao bảo vệ là 0,5 m
Chiều cao xây dựng Hxd = 3 + 0,5 = 4 m
Tính tốn ống dẫn nước từ bể trung gian qua bể UASB
Với vận tốc nước chảy trong ống là 2 m/s, đường kính ống ra: Dr = �𝜋𝜋𝑥𝑥4𝑥𝑥2𝑥𝑥143600,6 = 0,05 m = 50 mm
Ta chọn ống nhựa uPVC O 60
Nước thải sẽ được bơm vào bể UASB
Bảng 3.12 Tĩm tắt thơng số tính tốn của bể trung gian
STT Tên thơng số Ký hiệu Đơn vị Kích thước
1 Chiều cao xây dựng Hxd m 3,5
2 Chiều dài bể L m 4
3 Chiều rộng bể B m 3
4 Ống dẫn nước thải ra Dr mm 60
4.5.6. Bể UASB
Kích thước bể
Chọn Hiệu suất xử lý của UASB 70%
Nồng độ COD dịng ra: 1769 x 30% = 530,7 mg/l Lượng COD cần khử trong 1 ngày:
= 1733,62 kg COD/ngày Tải trọng khử COD:
Chọn L = 8 kg COD/m3.ngày (Bùn hạt khơng khử SS) Thể tích phẩn xử lý kỵ khí:
𝑉𝑉 = 𝐺𝐺𝐿𝐿 = 1733,62kg COD/ngày
8kg COD/m3.ngày = 216,7 m3
Tốc độ nước đi lên trong bể: v = 0,6 ÷ 0,9 m/h để đảm bảo bùn trong bể được duy trì ở trạng thái lơ lửng. [4] Chọn v = 0,9 m/h. Diện tích bề mặt bể: 𝐹𝐹 = 𝑄𝑄𝑣𝑣 = 1400𝑣𝑣3/ngày 24𝑥𝑥0,9m/h = 64,81 m2 Chọn kích thước bể: B × L = 7 m × 9,5 m Chiều cao phần xử lý kỵ khí: 𝐻𝐻 = 𝑉𝑉𝐹𝐹 = 216,7𝑣𝑣3 64,81m2 = 3,35 m
Chọn chiều cao phểu thu khí Hp = 1,5 m (H2 > 1 m để đảm bảo khơng gian an tồn cho vùng lắng)
Chọn chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m
⇒ Chiều cao tổng thể của bể Hbể
Hbể = H + Hp + Hbv = 3,35 m + 1,5 m + 0,5 m = 5,35 m Thời gian lưu nước trong ngăn lắng từ 4 đến 12 giờ
tlắng= Q Vlắng
=7𝑥𝑥9,5𝑥𝑥 (5,5−0,5)
1400 𝑥𝑥 24 = 5,7 giờ (Thỏa yêu cầu từ 4 đến 12 giờ) (nguồn: Lettinga và Hulshoff Pol, 1991)
Trong bể thiết kế 2 ngăn lắng. Nước đi vào ngăn lắng sẽ được tách bằng các tấm chắn khí.
Tấm chắn khí đặt nghiêng một gĩc α ( với α = 450 ÷ 600). Chọn α = 550
Tính tốn máng thu nước
Bố trí hai máng thu nước ( kết hợp với máng răng cưa) đặt giữa hai ngăn lắng và dọc theo chiều rộng của bể. Máng bê tơng cốt thép dày 65mm, cĩ lắp thêm máng răng cưa thép khơng gỉ, được đặt dọc bể, giữa các tấm chắn khí. Máng cĩ độ dốc 5% để nước dễ dàng về phần cuối máng. Tại đây cĩ đặt ống thu nước 100 bằng thép để dẫn sang bể Aerotank.
Máng thu nước tiết diện hình chữ nhật b x h với b=2h Chiều dài máng thu bằng chiều rộng của bể B= 3m Chọn vận tốc nước qua máng thu v= 0,4m/s.
Lưu lượng vào một máng: Qmáng= 𝑄𝑄
2 = 2𝑥𝑥241400𝑥𝑥3600 = 0,008 m/s
Diện tích máng thu nước: A = 𝑄𝑄
𝑣𝑣𝑣𝑣á𝑡𝑡𝑔𝑔 =
1400
24𝑥𝑥3600𝑥𝑥0,4 = 0,04m2
Ước tính máng thu chỉ cao đến mức Hn=0,7m Diện tích mặt cắt ướt của máng thu nước: Amc = b x Hn = 0,5h x 2h = 1,4h2 Chiều cao của máng thu:
⟹ h = �1𝐴𝐴,4 = �01,04,4 = 0,16m = 16 mm Chọn h = 160 mm
Vậy bề rộng máng: b = 2 x 160= 320 mm
Máng răng cưa:
Chiều cao răng cưa: 60 mm Chiều dài răng cưa: 150 mm Chiều cao cả thanh: 260 mm
Khoảng cách giữa 2 đỉnh răng cưa 450 mm.
Như vậy mỗi bên thành máng, với chiều dài là 7 m cĩ 15 khe. Tổng số khe dọc theo máng bê tơng là 15 × 2 = 30 khe.
Nước trước khi đi vào ngăn lắng ở đỉnh bể sẽ được tách khí bằng các tấm cách khí đặt nghiêng so với phương ngang một gĩc 45 – 600. Tổng chiều cao của tồn bộ ngăn
lắng Hngăn lắng (kể cả chiều cao vùng lắng) và chiều cao dữ trữ chiếm 30% tổng
chiều cao bể. Chọn gĩc nghiêng giữa tấm chắn với phương ngang là 500 thì ta cĩ:
tan 50𝑀𝑀 = 𝐻𝐻 (𝑡𝑡𝑔𝑔ă𝑡𝑡𝑙𝑙ắ𝑡𝑡𝑔𝑔)+𝐻𝐻𝑏𝑏𝑣𝑣 𝐵𝐵
2
�
⟹Hngăn lắng + Hbv = (B/2) x tan 50o = 7/2 x tan500
⟹Hngăn lắng = 4,2 m
Kiểm tra: 𝐻𝐻 (𝑡𝑡𝑔𝑔ă𝑡𝑡𝐻𝐻𝑙𝑙ắ𝑡𝑡𝑔𝑔𝑏𝑏ể )+𝐻𝐻𝑏𝑏𝑣𝑣 = 4,2+0,5
5,5 = 0,86 x 100 = 86% >30% (Đạt yêu cầu) Ta đặt 4 tấm chắn dịng khí, mỗi bên đặt 2 tấm, đặt theo hình chữ V, các tấm này
đặt song song với nhau và nghiêng so với phương ngang 1 gĩc 50o.
Chọn khe hở và tấm chắn dịng khí bằng nhau
Diện tích bề mặt khe hở giữa các phễu thu khí ≫ 15 – 20% diện tích bề mặt bể.
Chọn Fkhe = 0,15F
Trong vùng lắng cặn cĩ 4 khe hở, diện tích mỗi khe
Fkhe = 0,15𝑥𝑥𝐹𝐹
𝑠𝑠ố𝑘𝑘ℎ𝑒𝑒 =
0,15𝑥𝑥64,81
4 = 2,4 m
2
Khoảng cách giữa các khe
bkhe = 𝐹𝐹𝑘𝑘ℎ𝑒𝑒 𝑠𝑠ố𝑘𝑘ℎ𝑒𝑒 = 2,4 4 = 0,6 m Thu khí Tính lượng khí sinh ra
Lượng khí sinh ra: 0,5 m3/ kg CODloại bỏ
Qkhí = 0,5 m3/ kg CODloại bỏ × 1733,62 kg CODloại bỏ /ngày = 867 m3/ ngày
Lượng khí CH4 sinh ra: 0,35 m3 CH4/ kg CODloại bỏ
QCH4 = 0,35 m3 CH4/ kg CODloại bỏ ×1733,62kg CODloại bỏ /ngày = 607 m3/ ngày
Đường kính ống thu khí Vận tốc khí trong ống 10 – 15 m/s Chọn vận tốc khí trong ống: vkhí = 10 m/s Lắp 2 ống dẫn khí bên trên thành bể Đường ống dẫn khí Dkhí = �3,14𝑥𝑥4𝑣𝑣𝑥𝑥𝑘𝑘ℎ𝑄𝑄í 𝑘𝑘ℎ𝑥𝑥24í /2𝑥𝑥3600 = �3,14𝑥𝑥410𝑥𝑥𝑥𝑥86724/𝑥𝑥23600 = 0,025 m = 25 mm Chọn đường kính ống dẫn khí bằng inox D = 30 mm Tấm chắn khí:
Được thiết kế bằng 2 tấm thép khơng rỉ dày 5 mm, đặt theo cạnh bể ghép với nhau cĩ mặt cắt tạo thành 1 tam giác, gĩc hợp bởi phương ngang là 500.
+ Tấm chắn khí 1: Chiều dài: I1 = L = 7 m Chiều cao tấm chắn khí 1 là 1,3 m Chiều rộng b1= 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝐬𝐬𝐬𝐬𝐬𝐬 𝟓𝟓𝟏𝟏𝒐𝒐 = 1697 mm + Tấm chắn khí 2: Chiều dài: I2 = L = 9,5 m Chiều cao tấm chắn khí 2 là 1 m Chiều rộng b’2 = 1000 sin 500 = 1000 sin 500 = 1305 mm Trong đĩ:
h = bkhe x sin ( 90 – 50 )0 = 0,2 x sin 400 = 0,13 m ⟹ b2 = 200 + b’2 = 200 + 2200 = 2400 mm = 2,4 m
Tấm hướng dịng
Tấm hướng dịng được đặt nghiêng một gĩc 60o và cách tấm chắn khí 200 mm Khoảng cách giữa 2 tấm chắn khí: L = 4X
Với X = 200 x cos 500 = 128,6 mm
Tấm hướng dịng cĩ chức năng chặn bùn đi lên từ phần xử lí kỵ khí ở vùng lắng cặn nên độ rộng đáy D giữa 2 tấm hướng dịng phải lớn hơn L.
Đoạn nhơ ra của tấm hướng dịng bên dưới khe hở từ 10 – 20 cm. Chọn mỗi bên nhơ ra 10 cm. Chiều rộng tấm hướng dịng.
D = L + 2 x 100 = 514,2 + 2 x 100 = 714,2 mm. Chọn D = 714 mm
Hệ thống phân phối nước trong bể
Nước từ bể trung gian chảy qua bể UASB theo đường ống chính với lưu lượng là Q = 1400 m3/ngày.đêm = 58,33 m3/h.
Với loại bùn dạng hạt, tải trọng > 4 kg COD / m3.ngày thì số điểm phân phối nước trong bể cần thỏa: 2 - 5 m2/lỗ phân phối.
Số lỗ phân phối cần:643,81 = 22 lỗ
→ Chọn 22 lỗ phân phối
Bố trí ống phân phối nước
Ống chính được đặt ngang, sát thành tường Khoảng cách giữa 2 ống nhánh:
L1= (a - 2x)/2 = (7 - 2.0,4)/2 = 3 m
Với x = 0,4m: khoảng cách ống ngồi cùng so với thành tường L2= a - y = 7 - 0,2 = 6,8 m
Với y = 0,2m khoảng mép ống ngồi cùng so với thành tường
Tính ống phân phối nước thải dịng vào
Ống chính
Vận tốc nước trong ống chính (là ống đẩy của bơm): Vchính=1,5÷2,5 m/s Chọn Vchính= 2 m/s → Đường kính ống chính:�𝜋𝜋4𝑥𝑥𝑥𝑥258𝑥𝑥3600,33 Dchính = chính V . Q 4 π =�𝜋𝜋4𝑥𝑥𝑥𝑥258𝑥𝑥3600,33 =0,1 m =100 mm ⇒ Sử dụng ống inox Ø125 làm ống chính.
Ống nhánh
Vận tốc nước trong ống nhánh: Vnhánh=1÷3 m/s Chọn Vnhánh=1,5 m/s
Ta chọn 3 ống nhánh để phân phối nước vào bể, các ống đặt vuơng gĩc với chiều dài bể, mỗi ống đặt cách nhau là 1,65 m và 2 ống ngồi cùng đặt cách tường 0,4 m.
Lưu lượng nước trong mỗi ống nhánh: Qnhánh =𝑄𝑄 3 =584,33= 14,58 m3/h → Đường kính ống nhánh: Dnhánh = nhánh nhánh V . Q 4 π =�𝜋𝜋4𝑥𝑥𝑥𝑥214𝑥𝑥3600,58 =0,05 m =50 mm
⇒ Sử dụng ống inox Ø50 để dẫn nước phân phối trong bể UASB.
Xả bùn
Lượng bùn sinh ra: 0,05 kg VSS / kg COD loại bỏ Lượng bùn sinh ra trong 1 ngày:
Mbùn = 0,05 kg VSS / kg COD loại bỏ × 1733,62 kg CODloại bỏ /ngày = 86,68 kg VSS / ngày
Theo quy phạm: 1 m3 bùn tương đương 260 kg VSS Thể tích trong 1 ngày: Vbùn = 86,68
260 = 0,33 m3/ngày
Chọn thời gian lưu bùn là 3 tháng
Lượng bùn sinh ra trong 3 tháng: 0,33 x 30 x 3 = 29,7 m3
Đường kính ống thu bùn
Chọn thời gian xã cặn là 120 phút
Lượng cặn đi vào ống thu bùn trong 120 phút = 29,7
120𝑥𝑥60 = 4,125 x 10-3 m3/s
Bố trí 2 ống thu bùn, các ống này đặt vuơng gĩc với chiều rộng của bể, mỗi ống cách nhau 2,5 m, 2 ống sát tường cách tường 0,8 m
Diện tích ống xã cặn: Fbùn = 4,125x10−3 2𝑥𝑥0,5 = 4,125 x 10-3 m2 Đường kính ống thu bùn: D = �4𝑥𝑥3 Fbùn,14 = �4𝑥𝑥4,1253,14x10−3 = 0,07 m = 70 mm Ta chọn ống nhựa uPVC ∅70
Đường kính ống thu bùn trung tâm Chọn vận tốc 0,3 m/s
Đường kính ống thu bùn: D = �34,14𝑥𝑥 Fbùn 𝑥𝑥0,3 = �4𝑥𝑥 34,,14125𝑥𝑥x010,3−3 = 0,13 m = 132 mm Ta chọn ống nhựa uPVC ∅150
Bảng 3.13 Tĩm tắt thơng số tính tốn của bể UASB
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Kích thước bể Chiều dài L mm 9500 Chiều rộng B mm 7000
Chiều cao hữu ích H mm 3350 Chiều cao tổng cộng Htc mm 5500
2 Thời gian lưu nước T giờ 5,7
3 Đường kính ống dẫn khí Dkhí mm 25
4 Đường kính ống dẫn nước chính Dchính mm 100
5 Đường kính ống dẫn nước nhánh Dnhánh mm 50
6 Số đầu phân phối nước đầu 22
4.5.7. Bể Aerotank
Các thơng số thiết kế
Lưu lượng nước thải Q = 1400 m3/ngày Hàm lượng BOD5 ở đầu vào S0 = 260 mg/L Hàm lượng COD ở đầu vào Svào = 520 mg/L Hàm lượng SS Cvào = 152 mg/L
Hàm lượng SS Cra = 136,8 mg/L Nhiệt độ duy trì trong bể t= 250C
Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn loại B BOD ở đầu ra 26mg/l <50 mg/L
Nước thải khi vào bể Aerotank cĩ hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi ( nồng độ vi sinh vật ban đầu) X0 = 0 mg/l
Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLVSS) với lượng chất rắn lơ lửng (MLSS) cĩ trong nước thải là 0,7
MLSS MLVSS
= 0,7 ( độ tro của bùn hoạt tính Z = 0,3)
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn ( tính theo chất rắn lơ lửng ) Xr = 10.000 mg/L (Xr = 8000 – 12000 mg/l)
Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính (MLVSS) được duy trì trong bể Aerotank là : X = 3200 mg/L ( MLVSS = 1500 – 3500 mg /l)
Thời gian lưu bùn trong hệ thống θc = 10 ngày (θc = 5 – 15 ngày) Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 ( BOD hồn tồn) là 0,68 => f = BOD5 : BOD20 = 0,68
Tốc độ phân huỷ nội bào kd = 0,03 ngày-1 (kd = 0,025 – 0,075 ngày-1)
Hệ số sản lượng bùn ( tỷ số giữa tế bào được tạo thành với lượng chất nền được tiêu thụ ) Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5 (Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5 ).
(Nguồn: Tính tốn thiết ké các cơng trình xử lý nước thải – Trịnh Xuân Lai)
Tính tốn bể Aerotank
Sơ đồ làm việc của hệ thống:
Q,S0 Qe, S,Xc
Qr , Xr , S
Qw , Xr Trong đĩ
Q , Qr, Qw , Qe : lưu lượng nước đầu vào , lưu lượng bùn tuần hồn , lưu lượng bùn xã và lưu lượng nước đầu ra , m3/ngày
S0 , S : nồng độ chất nền (tính theo BOD5) ở đầu vào và nồng độ chất nền sau khi qua bể Aerotank và bể lắng , mg/L
X , Xr , Xc : nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank , nồng độ bùn tuần hồn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng II , mg/L.
Xác định hàm lượng BOD5 của nước thải đầu vào và đầu ra Aerotank
BOD5(vào) = S0. 0,68 = 152 .0,68 = 103,36 mg/L BOD5(ra) = Sra. 0,68 = 26 .0,68 = 17,68 mg/L
- Phương trình cân bằng vật chất:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hồ tan đi ra từ bể Aerotank + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra
Trong đĩ :
BOD5 ở đầu ra : 26 mg/L
BOD5 hồtan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/L
BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau :
Lượng cặn cĩ thể phân huỷ sinh học cĩ trong cặn lơ lửng ở đầu ra :a = 65% × 26 = 16,9 mg/L
Bể lắng Aerotank
Lượng oxy cần cung cấp để oxy hố hết lượng cặn cĩ thể phân huỷ sinh học là :
b = 16,9 × 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 24 mg/L. Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng
Quá trình tính tốn dựa theo phương trình phản ứng:
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/L 160 mg/L
1 mg/L 1,42 mg/L Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5
c = BOD5 = BOD20× 0,68 = 24 × 0,68 = 16,32 mg/L Vậy BOD5 hồtan đi ra từ bể Aerotank:
26 (mg/L) = S + 16,32 (mg/L)
⇒ S = 9,68 mg/L
Tính hiệu quả xử lý
- Tính hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hồ tan: E = 0 0 S S S − × 100 = 103,36−9,68 103,36 × 100 = 91,6% - Hiệu quả xử lý của tồn bộ sơ đồ
E0 = 103,36−24 103,36 × 100 = 81% Thể tích bể Aerotank V = ) 1 ( ) ( 0 c d c k X S S QY θ θ + − = 1400𝑥𝑥0,6𝑥𝑥10𝑥𝑥 (260−9,68) 3200𝑥𝑥 ( 1+0,05𝑥𝑥10) = 438 m3 Trong đĩ : V: Thể tích bể Aerotank , m3;
Q: Lưu lượng nước đầu vào, Q = 1400 m3/ngày.đêm;
Y: Hệ số sản lượng cực đại, Y= 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5. Chọn Y= 0,6 mgVSS/mgBOD5;
X: Nồng độ chất rắn bay hơi được duy trì trong bể Aerotank , Chọn X= 3200 mg/L;
kd : Hệ số phân hủy nội bào. kd: 0,05 ngày-1;
θc : Thời gian lưu bùn, θc = 5 – 15 ngày. Chọn θc = 10 ngày;
Thời gian lưu nước trong bể
θ =
Q V
=438
1400 = 0,31 ngày = 7,5 giờ
Bảng 3.14 Các kích thước điển hình của bể Aerotank xáo trộn
Thơng số
Đơn vị Giá trị
Chiều cao hữu ích m 3,0 – 4,6
Chiều cao bảo vệ m 0,3 – 0,6
Khoảng cách từ đáy đến đầu khuếch tán khí
m 0,45 – 0,75
Tỉ số rộng : sâu (B:H) 1,0 : 1 – 2,2 : 1
( Nguồn: Trang 433 – Xử lý nước thải đơ thị và cơng nghiệp – Tính tốn thiết kế cơng trình – Lâm Minhh Triết, Nguyễn Phước Dân, Nguyễn Thanh Hùng)
Kích thước bể Aerotank
Thể tích bể Vb = 438 m3 Diện tích bể: F= 𝑉𝑉𝐻𝐻 =438
4,5 = 97,33 m2
Chiều cao chứa nước của bể h = 4,5 m Chiều rộng bể B = 5 m
Tỉ số rộng : sâu = B : H = 2:1 = 1,42 ( Đạt kích thước điển hình) Suy ra, L= 10 m ; B= 9 m
Chiều cao dự trữ trên mặt nước hbv = 0,5m
Vậy bể Aerotank cĩ kích thước như sau:L × B × H = 10× 9 × 5 m Thể tích thực của bể Aerotank: Wt = 9× 10 × 5 = 450 m3
Lượng bùn phải xã ra mỗi ngày
Hệ số sản lượng quan sát: