4.3.1 Bể MBBR
− Thông số đầu vào:
+ Lƣu lƣợng nƣớc thải: Qtb = 200 m3/ngày + Hàm lƣợng BOD5 đầu vào: 225,6 mg/l + Hàm lƣợng SS đầu vào: 147,3 mg/l
+ Nhiệt độ duy trì trong bể: 25 – 300C − Chất lƣợng nƣớc đầu ra: (sau lắng sinh học)
+ Nồng độ BOD5 đầu ra: 28,7 mg/l
+ Nồng độ SS đầu ra: 44,2 mg/l gồm 65 là cặn có thể phân hủy sinh học
Giả sử rằng chất lơ lửng trong nƣớc thải đầu ra là chất thải rắn sinh học (bùn hoạt tính), trong đó có 80 là chất dễ hay hơi và 75 là chất có thể phân hủy sinh học.
− Hệ số sản lƣợng tế bào: Y = 0,6 kgTSS/kgBOD
− Hệ số sản lƣợng quan sát: Yobs = 0,25 gVSS/gBOD − Hàm lƣợng vi sinh của màng vi sinh vật: VS = 70
− Tải trọng hữu cơ: Lv = 1,2 kgBOD5/m3.ngày (1 – 1,4 kgBOD5/m3.ngày) − Tỉ trọng lắng thủy lực: 0,5 – 0,8 m/h
− BOD/COD = 0,68 − MLVSS/MLSS = 0,8
Tính nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải ở đầu ra
− Phƣơng trình cân bằng vật chất:
BOD5 ở đầu ra = BOD5 hòa tan đi ra từ bể MBBR + BOD5 chứa trong lƣợng cặn lơ lửng ở đầu ra
Trong đó:
+ BOD5 ở đầu ra: 28,7 mg/l
+ BOD5 hòa tan đi ra từ bể MBBR là S mg/l
+ BOD5 chứa trong lƣợng cặn lơ lửng ở đầu ra đƣợc xác định nhƣ sau:
Lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng ở đầu ra: 0,65 × 44,2 = 28,7 mg/l
Lƣợng oxy cần cung cấp để oxy hóa hết lƣợng cặn có thể phân hủy sinh học: 28,7 × 1,42 (mgO2/mg tế bào) = 40,8 mg/l
BOD5 của chất rắn lơ lửng ở đầu ra: 40,8 × 0,68 = 27,7 mg/l BOD5 hòa tan trong nƣớc ở đầu ra:
28,7 – 27,7 = 1 mg/l
− Hiệu suất xử lý của bể MBBR theo BOD5 hòa tan: E =
− Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 tổng cộng: E =
× 100% = 85%
Xác định kích thước bể MBBR
− Thể tích làm việc của bể chƣa có giá thể:
VMBBR =
= 42,1 m3
Trong đó:
+ Q: Lƣu lƣợng nƣớc đầu vào, Q = 200 m3/ngày
+ Y: Hệ số sản lƣợng tế bào, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 (Y = 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD5)
+ θc: Thời gian lƣu bùn, chọn θc = 10 ngày (θc = 5 – 15 ngày) + S0: Hàm lƣợng BOD5 nƣớc thải đầu vào, S0 = 225,6 mg/l + S: Hàm lƣợng BOD5 hòa tan ở nƣớc thải đầu ra, S = 1 mg/l + X: Nồng độ bùn hoạt tính trong bể, chọn X = 4.000 mg/l + Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1
Xác định tỷ lệ thể tích của giá thể
Chọn SALR BOD = 5 gBOD/m2.ngày (theo BIOLOGÍA FILTRACIÓN S.L.)
Trong đó:
SALR (Surface area loading rate): Tải trọng hữu cơ tính theo 1 m2 diện tích bề mặt giá thể (gBOD/m2
.ngày)
Hàm lƣợng vi sinh của màng vi sinh vật: VS = 70%.
Giá thể sử dụng là giá thể di động MBBR K3
+ Kích thƣớc: 25 x 10 mm
+ Diện tích bề mặt: SK3 = 500 m2/m3 + Vật liệu chế tạo: Nhựa HDPE/PE + Tỷ trọng: 0,95 – 0,98 + Khối lƣợng riêng: 95 kg/m3 − Diện tích bề mặt cần thiết: S = = 8984 m2 − Lƣợng giá thể cần thiết: VK3 = = 18 m3
− Tỷ lệ thể tích lƣợng giá thể:
%V =
= 42,8%
Thỏa điều kiện để giá thể có thể lơ lửng, tỷ lệ giá thể chiếm từ 25 – 50% thể tích bể.
Chọn V = 50 . Nên VK3 = 42,1 × 50% = 21,05 m3
Thể tích tổng cộng của bể: V = VMBBR + VK3 = 42,1 + 21,05 = 63,15 m3
− Chiều cao xây dựng của bể:
H = h + hbv = 4 + 0,5 = 4,5 m Trong đó:
+ h: Chiều cao làm việc của bể, h = 4 m + hbv: Chiều cao bảo vệ của bể, hbv = 0,5 m − Diện tích mặt bằng bể:
F = B × L = = 15,8 m2 Chọn B = 3,2 m, L = 5 m
Vậy thể tích thực của bể MBBR: Vt = L × B × H = 5 × 3,2 × 4,5 = 72 m3
− Thời gian lƣu nƣớc trong bể:
t =
= 0,36 ngày = 8,64 h Tính toán lượng bùn dư thải ra mỗi ngày
− Tốc độ tăng trƣởng của bùn hoạt tính:
Yobs = = 0,375 (149/[2]) Trong đó: + Y: Hệ số sản lƣợng tế bào, chọn Y = 0,6 mg VSS/mg BOD5 (Y = 0,4 – 0,8 mg VSS/mg BOD5)
+ θc: Thời gian lƣu bùn, chọn θc = 10 ngày (θc = 5 – 15 ngày) + Kd: Hệ số phân hủy nội bào, Kd = 0,06 ngày-1
− Lƣợng bùn sinh ra mỗi ngày:
Px =
= 16,8 kg/ngày
= 0,8 MLSS = PSS = = 21 kgSS/ngày
− Lƣợng cặn thải bỏ mỗi ngày:
Pxả = PSS – Pra = PSS – Q × Sra × 10-3 (149/[2])
= 21 – 200 × 44,2 × 10-3 = 12,16 kgSS/ngày
− Lƣu lƣợng bùn dƣ thải bỏ mỗi ngày:
Qw = (149/[2])
Trong đó:
+ Vr: Thể tích bể MBBR, V = 63,15 m3
+ : Thời gian lƣu bùn, = 10 ngày
+ X: Hàm lƣợng bùn hoạt tính trong bể, X = 4.000 mgVSS/l
+ Xe: Nồng độ sinh khối đầu ra hệ thống, Xe = 0,8 × SSr = 0,8 × 44,2 = 35,36 mg/l
+ Qw: Lƣu lƣợng bùn thải
+ Qe: Lƣu lƣợng nƣớc ra, Qe = 200 m3/ngày + Xr: Nồng độ bùn tuần hoàn, Xr = 8.000 mg/l
Qw =
= 2,3 m3/ngày Kiểm tra tỷ số F/M và tải trọng thể tích của bể
= 0,2 ngày–1 Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (F/M = 0,2 – 0,6 ngày–1)
− Tải trọng thể tích:
L =
= 0,71 kgBOD5/m3.ngày
Giá trị này nằm trong khoảng cho phép (L = 0,2 – 1,6 kgBOD5/m3.ngày) Xác định lượng không khí cấp và số lượng thiết bị khuếch tán khí
− Lƣợng oxy cần thiết:
OC0 =
– 1,42 × 16,8 = 42,2 kgO2/ngày
Trong đó:
+ 1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD − Lƣợng oxy thực tế cần cung cấp cho bể:
OCt =
= 70,4 kgO2/ngày
Trong đó:
+ CS: Nồng độ bão hòa oxy trong nƣớc sạch ở nhiệt độ 200C, CS = 9,08 mg/l + Csh: Nồng độ bão hòa oxy trong nƣớc ở nhiệt độ 250C và so với độ cao so
với mực nƣớc biển tại nhà máy xử lý, lấy gần đúng Csh = 7,54 mg/l
+ : Hệ số hiệu chỉnh lực căng bề mặt theo hàm lƣợng muối, đối với nƣớc thải thƣờng lấy bằng 1
+ : Hệ số hiệu chỉnh chất lƣợng oxy ngấm vào nƣớc thải do ảnh hƣởng của hàm lƣợng cặn, chất hoạt động bề mặt loại thiết bị làm thoáng, hình dạng và kích thƣớc bể, có giá trị từ 0,6 – 0,94, chọn = 0,8
+ Cd: Lƣợng oxy hòa tan cầng duy trì trong bể, khi xử lý nƣớc thải lấy Cd = 1,5 – 2 mg/l, chọn Cd = 1,5 mg/l
Tính lượng oxy cần thiết để cung cấp vào bể
Qkk1=
= 6704,8 m3/ngày
Trong đó:
+ f : Hệ số an toàn, chọn f = 2
+ OCt: Lƣợng oxy thực tế cần sử dụng cho bể, OCt = 70,4 kgO2/ngày
+ OU: Công suất hòa tan oxy vào nƣớc thải của thiết bị phân phối, OU = Ou
× h = 7 × 3 = 21 gO2/m3 không khí. Ta có Ou = 7 gO2/m3 (Bảng7.1/[9]) + h: Chiều sâu ngập nƣớc của thiết bị phân phối. Chọn độ sâu của thiết bị
phân phối gần sát đáy và chiều sâu của giá đỡ không đáng kể.
Lượng oxy cần thiết để nitrat hóa nitơ
Phƣơng trình phản ứng nitrat hóa nitơ:
NH4 + 1,731O2 + 1,962HCO3– 0,038C5H7O2N + 0,962NO3– + 1,077H2O + 1,796H2CO3
1 mg 1,731 mg
82 mg 142 mg
OCN = 200 m3/ngày × 142 mg/l ×10-3 kg/g = 28,4 kgO2/ngày
− Lƣợng oxy cần thiết cung cấp vào bể để khử nitơ là :
Qkk2 =
= 2704,8 m3/ngày
− Vậy lƣợng oxy cần thiết cung cấp vào bể MBBR:
Qkk = Qkk1 + Qkk2 = 6704,8 + 2704,8 = 9409,6 m3/ngày = 392,1 m3/h = 0,11 m3/s = 6535 l/phút
− Kiểm tra lƣu lƣợng không khí cấp cho bể:
q =
= 47,1 m3O2/m3 nƣớc thải > 10 m3
O2/m3 nƣớc thải (thỏa) Tính toán thiết bị phân phối khí
Chọn đĩa phân phối khí Jaeger HD 270, đƣờng kính 270/218mm. Lƣu lƣợng riêng phân phối khí của đĩa thổi khí 2 – 6 m3/h, vật liệu màng EPDM F053, nhiệt độ hoạt động 0 – 800C.
Chọn lƣu lƣợng thổi khí r = 5 m3/h = 83,3 l/phút.
− Số đĩa phân phối trong bể:
n =
= 78 đĩa Chọn n = 78 đĩa
Bố trí 6 ống nhánh phân phối khí dọc theo chiều dài bể, mỗi ống cách nhau 0,4 m và cách 2 mép tƣờng 0,5 m.
Trên mỗi ống bố trí 78/6 = 13 đĩa, mỗi đĩa cách nhau 0,35 m, đặt cách 2 mép tƣờng 0,4 m.
Trụ đỡ: Đặt ở giữa 2 đĩa kế nhau từng trụ một. Kích thƣớc trụ đỡ: D x R x C = 0,1 x 0,1 x 0,1 m. Tính toán đường ống dẫn khí − Đƣờng kính ống dẫn khí chính: Dc = √ √ = 0,11 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 110 mm. Trong đó: + Qkk: Lƣu lƣợng không khí, Qkk = 0,11 m3/s
+ vkhí: Vận tốc khí trong ống dẫn khí đƣợc duy trì trong khoảng 10 – 15 m/s, chọn vkhí = 12 m/s (485/[2])
− Kiểm tra lại vận tốc ống chính: vkhí =
= 11,6 m/s (thỏa điều kiện v = 10 – 15 m/s) − Lƣu lƣợng khí vào mỗi ống nhánh là:
q = = 0,018 m3/s − Đƣờng kính ống dẫn khí nhánh:
Dn = √
√ = 0,04 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 40 mm. − Kiểm tra lại vận tốc ống nhánh:
vn =
= 14,3 m/s (thỏa điều kiện v = 10 – 15 m/s)
Tính toán đường ống dẫn nước thải ra khỏi bể
− Đƣờng kính ống dẫn nƣớc ra khỏi bể: D = √ √ = 0,05 m Chọn ống nhựa PVC có D = Ø 50 mm. Trong đó: + v: Vận tốc nƣớc chảy trong ống, (v = 0,7 – 1,5 m/s), chọn v = 1 m/s − Kiểm tra lại vận tốc:
v =
= 1,2 m/s (thỏa điều kiện v = 0,7 – 1,5 m/s)
Tính toán máy thổi khí
− Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén đƣợc xác định theo công thức:
Hct = 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 đƣờng ống dẫn + hc: Tổn thất áp lực cục bộ
hd + hc 0,4 m, chọn hd + hc = 0,4 m
+ hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, hf 0,5 m, chọn hf = 0,5 m + h: Chiều cao hữu ích của bể , h = 4 m
− Áp lực không khí:
P =
− Công suất máy thổi khí: Nk = ( ) = 5,5 KW Trong đó: + P: Áp lực không khí, P = 1,47 at + Qkk: Lƣu lƣợng không khí, Qkk = 0,11 m3/s
+ η: Hiệu suất máy thổi khí, (η = 0,7 – 0,8), chọn η = 0,8 − Công suất thực tế của máy thổi khí:
Ntt = Nk = 1,1 × 5,5 = 6,05 KW = 8,11 HP Trong đó: + : Hệ số an toàn với: N < 1, = 1,5 – 2,2 N = 1 – 5 , = 1,2 – 1,5 N = 5 – 50 , = 1,1 Chọn = 1,1
Chọn 2 máy thổi khí model ARS150 có công suất N = 10 KW của hãng Shinmaywa – Nhật Bản (2 máy hoạt động luân phiên nhau).
Bảng 4.15 Các thông số thiết kế của bể MBBR
STT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài bể L mm 5000
2 Chiều rộng bể B mm 3200
3 Chiều cao bể H mm 4500
4 Thời gian lƣu nƣớc
trong bể t giờ 8,16
5 Số đĩa phân phối khí n đĩa 78
6 Đƣờng kính ống dẫn
khí chính Dc mm 110
khí nhánh
8 Đƣờng kính ống dẫn
nƣớc ra khỏi bể D mm 50
4.3.2 Bể lắng đứng
Kích thước bể
Bảng 4.16 Các thông số thiết kế bể lắng sinh học
Loại xử lý Tải trọng bề mặt (m3/m2.ngày) Tải trọng bùn (kg/m2.h) Chiều sâu tổng cộng Trung bình Lớn nhất Trung bình Lớn nhất Bùn hoạt tính 16 – 32 40 – 48 3,9 – 5,8 9,7 3,7 – 6,0 Bùn hoạt tính có oxy 16 – 32 40 – 48 4,9 – 6,8 9,7 3,7 – 6,0 Aerotank tăng cƣờng 8 – 16 24 – 32 0,98 – 4,9 6,8 3,7 – 6,0 Lọc sinh học 16 – 24 40 – 48 2,9 – 4,9 7,8 3,0 – 4,5
Chọn tải trọng bề mặt thích hợp cho loại bùn hoạt tính là LA = 25 m3/m2.ngày và tải trọng chất rắn là LS = 4 kg/m2.h
− Diện tích bề mặt bể lắng tính theo tải trọng bề mặt:
AL =
= 8 m2
Trong đó:
+ Qtbngày: Lƣu lƣợng trung bình ngày, Qtbngày = 200 m3/ngày + LA: Tải trọng bề mặt, LA = 25 m3/m2.ngày
− Diện tích bề mặt của bể lắng đứng theo tải trọng chắt rắn:
AS =
= 6,64 m2
Trong đó:
+ Qtbh: Lƣu lƣợng trung bình giờ, Qtbh = 8,3 m3/h + LS: Tải trọng chất rắn là LS = 5 kg/m2.h
+ MLSS: Nồng độ bùn hoạt tính, MLSS = 4.000 mg/l
Do AL > AS vậy diện tích bề mặt theo tải trọng bề mặt là diện tích tính toán.
− Đƣờng kính của bể lắng:
D = √ √ = 3,2 m
− Đƣờng kính của ống trung tâm:
d = 20% × D = 0,2 × 3,2 = 0,64 m
− Đƣờng kính và chiều cao miệng loe của ống trung tâm: hml = d1 = 1,35 × d = 1,35 × 0,64 = 0,86 m − Đƣờng kính tấm hắt:
d2 = 1,3 × d1 = 1,3 × 0,86 = 1,12 m
− Góc nghiêng giữa bề mặt hắt so với mặt phẳng ngang lấy bằng 170. Suy ra chiều cao tấm chắn:
hchắn = × d2 tan = × 1,12 × tan170 = 0,17 m
− Vận tốc nƣớc qua khe hở giữa mép dƣới của ống trung tâm và bề mặt tấm hắt ở bể lắng lấy vk = 15 mm/s = 54 m/h
hk =
= 0,06 m
− Chiều cao của phần hình nón của bể lắng đứng:
hn = h2 + h3 = ( ) ( ) = 1,55 m
Trong đó:
+ h2: Chiều cao lớp nƣớc trung hòa
+ h3: Chiều cao giả định của lớp cặn trong bể + D: Đƣờng kính của bể lắng, D = 3,2 m
+ dn: Đƣờng kính đáy nhỏ của hình nón cụt, chọn dn = 0,6 m
+ : Góc nghiêng của đáy bể so với phƣơng ngang, không lấy nhỏ hơn 500 (Điều 7.56 /[5]), chọn = 500
− Thể tích vùng lắng:
Trong đó:
+ t: Thời gian lắng sau công trình xử lý sinh học, chọn t = 1,5 h (bảng 7 – 14/[4])
− Chiều cao vùng lắng của bể:
hct = = 1,56 m
Theo 7.56 TCXDVN 7957:2008 đối với bể lắng bùn hoạt tính, H không đƣợc nhỏ hơn 1,5 m.
− Chiều dài ống trung tâm lấy bằng 60 chiều cao công tác: Lống = hct × 60% = 1,56 × 0,6 = 0,94 m
− Chiều cao tổng cộng của bể lắng đứng:
H = hct + hbv + hn = 1,56 + 0,5 + 1,55 = 3,61 m
Trong đó:
+ Hct: Chiều cao của vùng lắng, hct = 1,56 m + hn: Chiều cao phần nón, hn = 1,55 m
+ hbv: Chiều cao từ mực nƣớc đến thành bể, hbv = 0,5 m
Tính toán máng thu nước
− Đƣờng kính máng thu nƣớc:
Dm = 0,8 × D = 0,8 × 3,2 = 2,56 m
− Bề rộng máng thu nƣớc:
Bm = = 0,32 m
− Chiều cao máng thu nƣớc: hm = 0,32 m − Diện tích mặt cắt ngang của máng:
Fm = Bm × hm = 0,35 × 0,35 = 0,12 m2 − Chiều dài máng thu nƣớc:
Lm = × Dm = 3,14 × 2,56 = 8,04 m − Tải trọng thu nƣớc trên 1m chiều dài máng:
a =
= 24,9 m3/m.ngày Tính toán máng răng cưa
Thanh răng cƣa đƣợc làm bằng inox 304, dày 2mm, có chiều cao của tấm răng cƣa là Hrc = 400 mm, tấm răng cƣa đƣợc áp sát vào máng thu nƣớc, đƣợc cố định nhờ ticke rút inox có khe dịch chuyển cân chỉnh tấm răng cƣa nhằm điều chỉnh khi mực nƣớc