CHƯƠNG III : ĐỀ XUẤ T2 PHƯƠNG ÁN
4.2. TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ PHƯƠNG ÁN 2
4.2.1. Bể điều hịa sục khí
Thể tích xây dựng cửa bể điều hịa: V = B × L × H = 7 × 8× 5 (m) Lượng khơng khí cần thiết:
𝐿𝑘ℎí = 𝑉 × 𝑅 = 280 × 0,013 = 3,64 𝑚 3 𝑝ℎú𝑡 = 218,4 𝑚3 ℎ Với: R: là tốc độ khí nén 10 - 15 l/m3.phút, chọn R = 13 l/m3.phút = 0,013 m3/m3phút. Số lượng đĩa phân phối khí:
Chọn đĩa phân phối khí tinh AFD 270, diện tích hoạt động bề mặt là 0,0375 m2. Lưu lượng riêng phân phối khí của đĩa Ω = 5 m3/h.
𝑁 =𝑄𝑘𝑘 𝛺 =
218,4
5 = 43,68 đĩ𝑎
Vậy chọn số đĩa thỗi khí là 50 đĩa. Bố trí thành 5 hàng dọc theo chiều dài bể, mỗi hàng 10 đĩa.
Trong đó: Qkk: Là thể tích khơng khí.
Áp lực cần thiết của hệ thống ống nén khí được xác định theo cơng thức:
𝐻𝑠 = ℎ𝑑+ ℎ𝑐+ ℎ𝑟+ 𝐻
Trong đó:
hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài ống dẫn, m.
hc: Tổn thất cục bộ, m.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
H: Chiều sâu hữu ích của bể, H = 4,5 m.
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m, tổn thất hr không qúa 0,5 m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là:
𝐻𝑠 = 0,4 + 0,5 + 4,5 = 5,4𝑚
Áp lực khơng khí sẽ là:
𝑝 = (𝐻𝑠+ 10,33
10,33 ) = 1,52 𝑎𝑡
Cơng suất máy thổi khí tính theo cơng thức:
𝑁𝐾 = 34400 × (𝑝
0,29− 1) × 𝑄𝑘𝑘 102 × 𝜂 =
34400 × (1,520,29− 1) × 3,64
102 × 0,8 × 60 = 3,3 𝑘𝑊
Công suất thực tế của máy thổi khí
𝑁𝑡𝑡 = 1,42 × 1,5 = 2,13 𝑘𝑊
Chọn 4 máy thổi khí Longtech Motor Enertech model LT065 có cơng suất 2,6 kW, 1 làm việc, 1 dự phịng. Tính hệ thống phân phối khí: Ống dẫn khí chính: Dkhí = √𝜋×𝑣4×𝑄𝑘ℎí 𝑘ℎí = √ 4 ×3,64 3,14 × 15 × 60 = 0,07m = 70 mm. Chọn ống dẫn khí chính làm bằng thép Ø70. Trong đó: v – vận tốc khí trong ống chính, v = 10 – 15m/s, chọn v = 15 m/s Ống dẫn khí nhánh dkhí = √4×𝑄𝑘ℎí/5 𝜋×𝑣𝑘ℎí = √ 4 ×(3,64/5) 3,14 × 15 ×60 = 0,032m = 32 mm. Chọn ống dẫn khí nhánh làm bằng thép Ø40.
4.2.2. Bể keo tụ tạo bông 4.2.2.1. Bể trộn 4.2.2.1. Bể trộn
Nhằm làm cho hóa chất keo tụ được khuếch tán đều trong nước thải. Tính tốn kích thước bể trộn
Chọn thời gian lưu từ 10 - 15 (phút). Chọn t = 12 (phút). (Điều 7.157/[16]) Thể tích bể trộn cần:
𝑊 = 𝑄 × 𝑡 = 400 𝑚3 𝑛𝑔à𝑦 × 12 24 × 60
⁄ = 3,33 𝑚3
Chọn thể tích bể trộn V = 4 m3
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Chọn chiều cao bảo vệ hbv = 0,3 m
Vậy chiều cao xây dựng bể: Hxd = h + hbv = 1,7 + 0,3 = 2 m Chọn bể keo tụ hình vng với diện tính
𝐹 = 𝑉
𝐻 = 𝐿 × 𝐵 = 4
2= 2 𝑚
2= 1,4𝑚 × 1,4𝑚
Vậy kích thước xây dựng bể: 1,4m x 1,4m x 2m = 3,92 m3 Tính tốn thiết bị khuấy trộn:
Chọn cánh khuấy turbine làm bằng thép không gỉ, 4 cánh phẳng. Đường kính cánh khuấy:
𝐷 ≤1 2𝐵 ≤
1
2× 1,4 = 0,7 𝑚
Máy khuấy đặt cách đáy 1 khoảng h = D = 0,7 m Chiều rộng cánh khuấy:
𝐵 =1 5𝐷 =
1
5× 0,7 = 0,14𝑚
Chiều dài cánh khuấy:
𝐿 =1 2𝐷 =
1
2× 0,7 = 0,35𝑚
Năng lượng cần truyền vào nước:
𝑃 = 𝐺2× 𝑉 × 𝜇
Trong đó:
G: Gradient vận tốc (s-1)
V: Thể tích bể, V = 3,92 m3
µ: Độ nhớt động học của nước, ở 25 oC => µ = 0,9.10-3 (Ns/m2)
Bảng 4.13: Các giá trị G cho trộn nhanh
Thời gian trộn t (s) Gradient G (s-1)
0,5 (trộn đường ống) 3500
10 – 20 1000
20 – 30 900
30 – 40 800
˃ 40 700
(Nguồn: Cấp nước tập 2, Trịnh Xuân Lai) Theo bảng chọn G = 700 (s-1)
𝑃 = 7002 × 3,92 × 0,9 × 10−3 = 1728,72 𝐽/𝑠 = 1,729 𝑘𝑊
Hiệu suất động cơ chỉ đạt H = 0,8 nên công suất động cơ:
𝑃′= 𝑃 0,8 =
1,729
0,8 = 2,16 𝑘𝑊
Xác định số vòng quay của máy khuấy:
𝑛 = ( 𝑃
𝐾 × 𝜌 × 𝐷5)13
Trong đó:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
K: hệ số sức cản của nước
Chọn cánh khuấy 4 cánh phẳng đầu vng, ta có K = 4,2
𝜌: khối lượng riêng của nước, kg/m3
D: đường kính cánh khuấy, D = 0,7 m 𝑛 = ( 1728,72 4,2 × 1000 × 0,75)13 = 1,35𝑣ị𝑛𝑔 𝑠 = 81 𝑣ị𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡
Kiểm tra hệ số Reynold:
𝑁𝑅 = 𝐷
2× 𝑛 × 𝑝 𝜇 =
0,72× 1,35 × 103
0,9 × 10−3 = 735000 > 10.000
=> Đường kính máy khuấy và số vịng quay đã đạt chế độ chảy rối. Tính ống dẫn dung dịch qua bể tạo bông
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7 m/s Lưu lượng nước thải: Q = 16,67 m3/h
Đường kính ống là:
𝐷 = √ 4 × 𝑄
3600 × 𝑣 × 𝜋 = √
4 × 16,67
3600 × 0,7 × 3,14= 0,9 𝑚
Chọn ống nhựa uPVC Ø90 làm ống dẫn dung dịch qua bể tạo bơng.
4.2.2.2. Tính tốn hóa chất chọn bơm định lượng
Hóa chất điều chỉnh pH
Chọn dung dịch NaOH 10% và H2SO4 98% làm hóa chất điều chỉnh pH. Liều lượng hóa chất châm vào được điều chỉnh bởi hệ thống điều chỉnh pH tự động. Đi kèm với hệ thống này là 1 bơm định lượng hóa chất chỉnh pH tự động Blue – White series C – 654P (6.380.000 VNĐ), Q = 11 L/H, H = 4 m, N = 45W, 1 thùng đựng hóa chất 500L.
PAC
Lưu lượng PAC cần dùng:
𝑄 =𝑎 × 𝑄𝑡𝑏 ℎ × 100 𝑏 × 1000 = 250 × 16,67 × 100 10 × 1000 = 41,675 𝐿/ℎ Trong đó:
a: Liều lượng phèn cho 1 m3 nước thải, a = 250 mg/l
b: Nồng độ dung dịch phèn, b = 10%
Q: Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Qtb = 16,67 m3/h
Chọn 1 bơm định lượng hóa chất nhãn hiệu Blue – White seriex C6250 – P lưu lượng 55 L/h, H = 4m, N = 45kW. (6.670.000 VNĐ)
Chọn thùng nhựa bằng Composite có dung tích 500 L để pha trộn PAC, thiết bị khuấy trộn bằng motor khuấy 4 cánh phẳng với công suất 0,75 kW, số vòng quay là 175 vòng/phút.
Polymer
Lưu lượng Polymer cần dùng:
𝑄 =𝑎 × 𝑄𝑡𝑏 ℎ × 100 𝑏 × 1000 = 0,125 × 16,67 × 100 0,01 × 1000 = 20,83 𝐿/ℎ Trong đó:
a: Liều lượng phèn cho 1 m3 nước thải, a = 0,125 mg/l
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Q: Lưu lượng nước thải trung bình giờ, Qtb = 16,67 m3/h
Chọn 1 bơm định lượng hóa chất nhãn hiệu Blue – White seriex C6125 – P lưu lượng 30 L/h, H = 4m, N = 45kW. (6.653.000 VNĐ)
Chọn thùng nhựa bằng Composite có dung tích 500 L để pha trộn PAC, thiết bị khuấy trộn bằng motor khuấy 4 cánh phẳng với công suất 0,75 kW, số vòng quay là 175 vòng/phút.
4.2.2.3. Bể keo tụ tạo bông
Nước sau khi trộn đều phèn và điều chỉnh pH thích hợp dẫn vào bể cho thêm Polymer để hồn thành q trình keo bơng. Cánh khuấy sử dụng để khuấy chậm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho q trình tiếp xúc và kết dính giữa các bơng đã keo tụ hình thành các bơng cặn lớn dễ lắng Tính tốn kích thước bể Thể tích hữu ích của bể 𝑉 = 𝑄 × 𝑡 = 16,67 ×30 60= 8,335 𝑚 3 Chọn V = 9 m3 Trong đó:
Q: lưu lượng nước thải trung bình giờ, (m3/h)
t: thời gian lưu nước trong bể, chọn t = 30 phút ( t = 20 – 30 phút) (Điều 7.157/[16])
Chọn chiều cao của bể phản ứng h = 1,7 m Với hbv = 0,3 m => H = 1,7 + ,03 = 2 m Diện tích bể keo tụ 𝐹 = 𝑉 𝐻 = 9 2 = 4,5 𝑚 2
Vậy kích thước xây dựng bể: B × L × H = 1,5m x 3m x 2m = 9 m3
Theo chiều dài của bể ta chia làm 2 buồng bằng 1 vách ngăn hướng dòng dày 100 mm theo phương thẳng đứng. Ngăn có chiều rộng 1,5 m và cao 2 m.
Tiết diện ngang của ngăn phản ứng :
𝑓 = 𝑏 × ℎ = 1,5 × 2 = 3𝑚2 Chiều dài bể: 𝐿 =𝑊 𝑓 = 9 3≈ 3𝑚
Chiều dài mỗi buồng: l = 1,5 m
Tổng chiều dài bể ứng với 2 vách ngăn 100 mm và 1 ngăn thu nước 600 mm:
𝐿𝑡𝑐 = 3 + 2 × 0,1 + 0,6 = 3,8 𝑚
Thể tích thực của bể tạo bơng:
𝑊𝑡= 3,8 × 1,5 × 2 = 11,4 𝑚3
Cấu tạo guồng khuấy gồm trục quay, 4 cánh khuấy và 8 bản cánh đặt đối xứng qua trục, toàn bộ đặt theo phương thẳng đứng.
Chọn chiều dài bản cánh là: 1m. Chiều rộng bản cánh: 0,25m
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
Cánh khuấy đặt ở khoảng cách tính từ mép ngồi đến tâm trục quay là R2 =1m, R1 = 0,5m.
Cường độ khuấy trộn
Buồng phản ứng 1
Dung tích 4,5 m3
Chọn tốc độ của guồng khuấy n = 12 vòng/phút Tốc độ tương đối của bản khuấy so với nước:
𝑣1 =𝑛 × 2𝜋 × 𝑅1× 0,75 60 = 12 × 2 × 3,14 × 0,5 × 0,75 60 ≈ 0,47 (𝑚 𝑠)⁄ 𝑣2 =𝑛 × 2𝜋 × 𝑅2× 0,75 60 = 12 × 2 × 3,14 × 1 × 0,75 60 ≈ 0,94 (𝑚 𝑠)⁄
Công suất cần thiết để quay cánh khuấy:
𝑁 = 4,5 × 𝐶 × 𝑓𝑐× (𝑣13+ 𝑣23)
Trong đó:
N: Cơng suất, W
fc: Tổng diện tích của bản cánh quạt, fc = 0,8 m2
C: Hệ số trở lực của nước phụ thuộc vào tỉ số dài/rộng C = 1,2 Vậy N = 4,5 x 1,2 x 0,8 x (0,473 + 0,943) = 4,03 W Gradient vận tốc trung bình: 𝐺 = 10 × √ 𝑁 𝜇 × 𝑉 Trong đó: G: Gadient vận tốc trung bình, (s-1)
N: Nhu cầu năng lượng, (W)
𝜇: Độ nhớt động lực học, (N.S/m2). Ở 25 oC, 𝜇 = 0,0092 (N.s/m2).
V: thể tích buồng tạo bơng, (m3)
G = 10 × √ 4,03 0,0092 × 4,5= 98,66 (s −1) < 100 (s−1) (Thỏa) Buồng đầu G = 80 – 100 (s-1) Buồng phản ứng 2 Dung tích 4,5m3
Chọn tốc độ của guồng khuấy n = 8 vòng/phút Tốc độ tương đối của bản khuấy so với nước:
𝑣1 =𝑛 × 2𝜋 × 𝑅1× 0,75 60 = 8 × 2 × 3,14 × 0,5 × 0,75 60 ≈ 0,314 (𝑚 𝑠)⁄ 𝑣2 =𝑛 × 2𝜋 × 𝑅2× 0,75 60 = 8 × 2 × 3,14 × 1 × 0,75 60 ≈ 0,628 (𝑚 𝑠)⁄
Cơng suất cần thiết để quay cánh khuấy:
𝑁 = 4,5 × 𝐶 × 𝑓𝑐× (𝑣13+ 𝑣23)
Trong đó:
N: Công suất, W
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
C: Hệ số trở lực của nước phụ thuộc vào tỉ số dài/rộng C = 1,2 Vậy N = 4,5 x 1,2 x 0,8 x (0,3143 + 0,6283) = 0,75 W Gradient vận tốc trung bình: 𝐺 = 10 × √ 𝑁 𝜇 × 𝑉 Trong đó: G: Gadient vận tốc trung bình, (s-1)
N: Nhu cầu năng lượng, (W)
𝜇: Độ nhớt động lực học, (N.S/m2). Ở 25 oC, 𝜇 = 0,0092 (N.S/m2).
V: Thể tích buồng tạo bơng, (m3)
G = 10 × √ 0,75
0,0092 × 4,5 = 43 (s
−1) < 80 (s−1) → thỏa (𝑛𝑔𝑢ồ𝑛[1])
Buồng hai G = 40 – 80 (s-1) (nguồn[1])
Tính tốn ống dẫn nước thải ra khỏi bể keo tụ tạo bông
Chọn vận tốc nước thải chảy trong ống v = 0,7 m/s Lưu lượng nước thải: Q = 16,67 m3/h
Đường kính ống là:
𝐷 = √ 4 × 𝑄
3600 × 𝑣 × 𝜋= √
4 × 16,67
3600 × 0,7 × 3,14 = 0,09 𝑚
Chọn ống nhựa uPVC có đường kính D = 90 mm
4.2.3. Bể MBBR
Các thông số đầu vào:
- Lưu lượng nước thải Q = 400 m3/ngày - Hàm lượng SS ở đầu vào 71,1 mg/L
- Hàm lượng BOD5 ở đầu vào Se = 317,68 mg/L - Hàm lượng COD ở đầu vào là: 577,6 mg/l - Tổng N : 57,62 mg/l
- Tổng P: 7,53 mg/l
- Nhiệt độ duy trì trong bể 25 – 300C
- Lượng bùn hoạt tính trong nước thải đầu vào bể X0 = 0. - Cặn hữu cơ a = 75%.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
- Chế độ xáo trộn hoàn toàn.
- BOD ở đầu ra < 50 mg/L (tính với BOD ở đầu ra 50 mg/L )
- Cặn lơ lửng ở đầu ra SS ra < 100 mg/L (tính với SSra = 50 mg/L gồm có 65 % là cặn có thể phân huỷ sinh học)
- Hệ số sản lượng tế bào Y = 0.75 kgTSS/kgBOD - Hệ số sản lượng quan sát Yobs = 0.25 gVSS/g BOD5. - Hàm lượng vi sinh của màng vi sinh vật: VS = 70 %.
- Chọn vật liệu mang sử dụng là polyethylene PEHD dạng K3 kích thước: 25 mm x 12 mm, tỷ trọng 0.95 g/cm3
- Tải trọng bề mặt vật liệu: 200 - 500 m2/m3 với độ xốp của chất mang 95 % - Tải trọng hữu cơ: Lv =1.4 kgBOD5/m3.ngày (1.0 – 1.4 kgBOD5/m3.ngày) - Tải trọng lắng thủy lực: 0.5 – 0.8 m/h
Thể tích vật liệu mang: 50% thể tích bể MBBR (Vvlm= 25 – 50 %thể tích bể)
( Nguồn: Theo Metcalf and Eddy, 2003. Wastewater Engineering Treatment and Reuse,
Bảng 9 -15 chương 9: Activated Sludge with Fixed Film Packing, 955 trang)
Phương trình cân bằng vật chất
- BOD5 ở đầu ra = BOD5 hoà tan đi ra từ bể MBBR + BOD5 chứa trong lượng cặn lơ lửng ở đầu ra
- BOD5 hoà tan đi ra từ bể MBBR là S, mg/L
- BOD5 chứa trong cặn lơ lửng ở đầu ra được xác định như sau : Lượng cặn có thể phân huỷ sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra :
0.65 × 50 = 32,5 mg/L
Lượng oxy cần cung cấp để oxy hố hết lượng cặn có thể phân huỷ sinh học: 32.5 × 1.42 (mgO2/mg tế bào) = 46,15 mg/L . Lượng oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng . Q trình tính tốn dựa theo phương trình phản ứng:
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113mg/L 160 mg/L
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
1 mg/L 1.42 mg/L
Chuyển đổi từ giá trị BOD20 sang BOD5
BOD5 = BOD20 × 0.68 = 46.15 × 0.68 = 31.382 mg/L Vậy : 50 (mg/L) = S + 31,382 (mg/L) ⇒ S = 18,618 mg/L Thể tích nước trong bể MBBR Vhd =(Se− S) × Qtbngay Lv = (317,68 − 18,618) × 10−3kg m⁄ 3× 400 1.4 kgBOD5 m⁄ 3. ngày = 85,446 m 3 Chọn Vhd = 86 m3. Thể tích bể MBBR: VMBBR = Vvlm + Vhd Chọn Vvlm = 50%VMBBR ⟹ Vvlm = Vhd = 86 m3 VMBBR = Vhd + Vvlm = 86 + 86 = 172 m3 Thời gian lưu nước trong bể:
𝜃 = 𝑉ℎ𝑑 𝑄 =
86 𝑚3
400𝑚3/𝑛𝑔à𝑦 = 0,215 𝑛𝑔à𝑦 = 5,16 𝑔𝑖ờ
Chọn thời gian lưu 5,2 giờ Chọn chiều cao bể h = 4,5 m Chọn chiều cao bảo vệ: hbv= 0,5m
Chiều cao xây dựng của bể: H = 4,5 + 0,5 = 5 m Diện tích bề mặt bể: A = VMBBR h = 172 4,5 = 38,2 m 2 Kích thước xây dựng bể MBBR : L × B x H = 7,6 m ×5 m x 5 m = 190 m3 Tính lượng bùn thải bỏ hàng ngày
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải Nhà máy sản xuất bia Sài Gịn Sóc Trăng cơng suất 400 m3/ngày đêm.
𝑃𝑥 = 𝑌𝑜𝑏𝑠 × 𝑄 × (𝑆0− 𝑆) 103 𝑔/𝑘𝑔 =
0,25 × 400 × (317,68 − 18,618)
103 = 29,9 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
Lượng tăng sinh khối tổng cộng tính theo SS:
𝑃𝑥(𝑠𝑠) = 𝑃𝑥 0,8=
29,9
0,8 = 37,375 𝑘𝑔/𝑛𝑔à𝑦
Giả sử nồng độ bùn ra khỏi bể lắng sau bể MBBR là Cbùn = 1,5 %, khối lượng riêng của bùn là 1025 kg/lít. Vậy lưu lượng bùn cần xử lý:
𝑄𝑏ù𝑛 = 𝑀𝑠𝑠
0.015 × 1025 =
37,375
0,015 × 1025= 2,43 𝑚
3⁄𝑛𝑔à𝑦
Hiệu quả xử lý của bể MBBR: E = Se− S
S2 =
317,68 − 50
317,68 = 84,2%
Chọn E = 85%.
Tính tốn hệ thống phân phối nước cho bể MBBR.
Lưu lượng: 𝑄𝑡𝑏𝑠 = 0,0046 m3/s.
Vận tốc nước trong ống dẫn: 𝑣ố𝑛𝑔 = 0,6 – 1 m/s Chọn: vống = 0,7 m/s