STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Chiều dài L m 6
2 Chiều rộng B m 4,5
4 Đĩa thổi khí n cái 9
5 Đường kính ống khí chính (inox) Dc mm 40
6 Đường kính ống khí phụ (inox) Dn mm 25
7 Đường kính ống dẫn nước ra (uPVC) D mm 75
4.1.7 Bể Anoxic
Tính tốn thiết kế bể Anoxic với các thơng số sau:
Lưu lượng Q = 86 m3/ngày.đêm Nồng độ NO3- vào = 42,4 mg/l Nồng độ bùn X = 3500 mg/l Nồng độ NO3- dòng ra = 12,7 mg/l Hiệu suất khử NO3- của bể là 70% Tốc độ khử NO3- thành N2 ρN2T =ρN2200C∗ 1,09(T−20)∗ (1 − DO) = 0,1 ∗ 1,09(30−20) ∗ (1 − 0,25) = 0,18/d ρN 2200C : tốc độ khử nitrát ở 200C , ρN 2200C = 0,1/d ρN 2T: tốc độ khử NO3- thành N2
DO: hàm lượng oxy hồ tan trong vùng thiếu khí, DO = 0,25mg/l
Tỷ số tuần hồn nước từ Aerontank về Anoxic
IR = NO3 vào
NO3ra – 1 – R = 42,4
12,7 – 1 – 0,6 = 1,74 (CT 8-48/758/[3])
Tổng lưu lượng vào bể Anoxic:
Qmax = (IR + R) × Qtbngày + Qr = (1,74 + 0,6) × 86 × 51,6 = 252,8 m3/ngày Trong đó : Qr : lưu lương tuần hồn từ bể lắng (m3/ngày), lấy từ bể aerotank : Qr = α × Q = 0,6 × 86 = 51,6 m3/ngày
Thể tích vùng thiếu khí:
V =n(NO3−)Qdmax
ρN2T∗X = (42,4−12,7)mg/l∗252,8 m3/d
Trong đó:
n: tỉ lệ khử NO3- thành khí N2, n = 1 NO3- : lượng Nitrat đã bị khử (mg/l)
Thời gian lưu nước:
t = V
Q = 13
252,8 = 0,05 ngày = 1,2 giờ (thỏa điều kiện 1h – 3h)
Chọn chiều cao bể H= 2,5 m Chiều cao bảo vệ Hbv = 0,5 m
Chiều cao xây dựng Hxd = 2,5 + 0,5 = 3,0 m Diện tích bể F= 60/H = 12/2,5 = 4,8 m2
Chọn chiều dài x chiều rộng = L × B × Hxd = 2,5m × 2m × 2,5m
Tính tốn ống dẫn nước thải từ bể Anoxic Aerotank.
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 1,2 m/s (giới hạn 0,7 – 1,2 m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 86 m3/ngày = 6,14 m3/h = 1,7 × 10-3 m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống uPVC, đường kính của ống:
D = √4Qtb
v×π = √4×1,7 × 10−3
1,2×π = 0,04 m = 40 mm
Chọn ống nhựa Bình Minh uPVC D48 Vậy vận tốc thực của nước thải trong ống :
v = 4 × Qtb
π × D2 = 4 × 1,7×10
−3
π × 0,0482 = 0,94 m/s ( thỏa v = 0,7 – 1,2 m/s)
Tính tốn ống dẫn nước tuần hồn thải từ bể Aerotank Anoxic.
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 1 m/s (giới hạn 0,7 – 1,2 m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 149,6 m3/ngày = 10,69 m3/h = 0,003 m3/s Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC, đường kính của ống
𝐷𝑡 = √4×Q
v×π = √4×0,003
1×π = 0,06 m
Vậy vận tốc thực của nước thải trong ống :
v = 4 × Qtb
π × D2 = 4 × 0,003
π × 0,0482 = 1,1 m/s ( thỏa v = 0,7 – 1,2 m/s)
Tính tốn bơm tuần hồn nước từ bể Aerotank Anoxic.
Lưu lượng nước tuần hoàn từ cuối bể Aerotank về đầu bể thiếu khí Anoxic để khử Nitơ: Q = 149,6 m3/ngày = 10,69 m3/h = 0,003 m3/s
Công suất bơm nước :
N = Qtuần hồns ×H ×g × ρ
1000 × η = 0,003×10 ×9,81 ×1000
1000×0,8 = 0,37 kW
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, chọn H = 10mH2O.
Công suất thực của bơm:
Ntt = β × N = 2 × 0,37 = 0,74 kW = 1 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.
Mua 02 bơm chìm hiệu TOTAL TWP77501 mỗi máy 1HP.
Máy khuấy chìm:
Năng lượng khuấy trộn cần thiết: 3 – 10 kW/103.m3nước thải (Mục 9.5/925/[4]) Chọn năng lượng khuấy trộn là 10 kW/103.m3nước thải
Năng lượng khuấy trộn cần thết cho bể: N =V × 10
1000 = 12,5 × 10
1000 = 0,125 kW Chọn máy khuấy trộn chìm EVAK EM – 5.10.
Xuất xứ: Đài Loan
Bảng 4.10 Tóm tắt thơng số thiết kế bể Anoxic
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thể tích làm việc của bể Anoxic V m3 12,5
2 Chiều cao hữu ích của bể Anoxic H m 2,5
3 Chiều cao bảo vệ của bể Anoxic hbv m 0,5
4 Chiều cao xây dựng của bể Anoxic Hxd m 3,0
5 Chiều dài bể Anoxic L m 2,5
6 Chiều rộng bể Anoxic B m 2
7 Đường kính ống nước qua bể Aerotank D mm 48
8 Đường kính ống nước tuần hồn
về Anoxic Dt mm 60
4.1.8 Bể Aerotank
Bảng 4.11 Các thơng số tính tốn bể Aerotank
Thời gian lưu bùn θC = 10 – 15 ngày. Chọn θC = 10 ngày
Tỷ số F/M 0,2 – 0,6 kg/kg.ngày
Tải trọng thể tích 0,8 – 1,92 kg BOD5/m3.ngày Thời gian lưu nước θ = HRT = 4-8 giờ
Hàm Lượng BOD5 trong nước thải đầu ra 65%
Tỷ số tuần hồn bùn hoạt tính Qtb/Q = 0,25 - 1 Tốc độ phân hủy nội bào kd = 0,06 ngày-1
Chọn Y = 0,6 mgVSS/ mgBOD5 Nồng độ vi sinh ban đầu X0 = 0
Nồng độ bùn hoạt tính tuần hồn XR XR = 8000 – 12000 mg/l Chọn XR = 9600 mg/l Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi X = 3000 – 4000 mg/l
Chọn X = 3600 mg/l
Nồng độ MLSS 2500 – 4000 mg/l
Thông số đầu vào :
Lưu lượng nước thải : Q= 86 m3/ngày
Hàm lượng BOD5 của nước thải đầu vào: 328,3 mg/L Hàm lượng SS đầu vào: 115,5 mg/L
Nhiệt độ duy trì trong bể là 30oC
Hàm lượng BOD5 của nước thải đầu ra: 32,8 mg/L
Cặn lơ lửng SSra = 40,4 mg/l gồm 65% là cặn có thể phân hủy sinh học
Nước thải ban đầu vào bể Aerotank có hàm lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (nồng độ vi sinh vật ban đầu : X0 = 0
Hệ số chuyển đổi giữa BOD5 và BOD20 là 0,68
Tỷ số giữa lượng chất rắn lơ lửng bay hơi (MLSS) với lượng chất răn lơ lửng(MLSS) là 0,8
Xác định nồng độ BOD5 hòa tan trong nước thải đầu ra
Sơ đồ làm việc của hệ thống:
Q, S0, X0 Qe, S
Qr, Xr,S Bể lắng
Trong đó:
Q, Qr, Qw, Qe : Lưu lượng nước đầu vào, lưu lượng bùn tuần hoàn, lưu lượng bùn xả 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, X0, Xr, Xe : Nồng độ chất rắn bay hơi trong bể Aerotank, nồng độ bùn trong nước thải dẫn vào bể, nồng độ bùn tuần hoàn và nồng độ bùn sau khi qua bể lắng, mg/l
Phương trình cân bằng vật chất :
BOD5 (ra) = BOD5 (hòa tan đi ra từ bể Aerotank) + BOD5 (chất lơ lửng đầu ra) Trong đó:
BOD5 ở đầu ra 32,8 mg/l
BOD5 hòa tan đi ra từ bể Aerotank là S, mg/l.
Lượng cặn có thể phân hủy sinh học có trong cặn lơ lửng đầu ra:
a = 0,65 × 40,4 = 26,3 (mg/l)
Lượng Oxy cần cung cấp để Oxy hóa hết lượng cặn có thể phân hủy sinh học:
26,3 × 1,42 mgO2 tiêu thụ/ mg tế bào bị oxy hóa = 37,3 (mg/l) Là lượng Oxy cần cung cấp này chính là giá trị BOD20 của phản ứng.
Q trình tính tốn dựa theo phương trình phản ứng :
C5H2O2N + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + Năng lượng 113 mg/l 160 mg/l
1 mg/l 1,42 mg/l
Chuyển đổi giá trị BOD20 sang BOD5 :
BOD5 = 0,68 × BOD20 = 0,68 × 37,3 = 25,4 mg/l Vậy: 32,8 mg/l = S + 25,4 mg/l
Tính hiệu quả xử lý:
Hiệu quả xử lý tính theo BOD5 hịa tan:
E = S0−S
S0 × 100% = 328,3−7,4
328,3 × 100% = 97,7 %
Hiệu quả xử lý toàn bộ sơ đồ:
E0 = 328,3−32,8 328,3 × 100% = 90 % Kích thước bể Aerotank: Thể tích bể: V = θc × Q × Y × (So−S) X × (1+kd × θc) = 10 × 86 × 0,6 × (328,3 −7,4) 3600 × ( 1+0,06 × 10) = 28,7 m3 (CT 6.30/90/[5]) Trong đó: V: Thể tích bể, m3
Q: Lưu lượng nước đầu vào, m3/ngày
ϴc:Thời gian lưu bùn trong bể ϴc = 10 ngày (ϴc = 5 – 15 ngày) Y: hệ số sản lượng bùn, Y = 0,6 (mgVSS/mgBOD)
X: Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính được duy trì trong bể, mg/l S0: Hàm lượng BOD5 đầu vào, mg/l
S: Hàm lượng BOD5 đầu ra, mg/l
Kd: Hệ số phân hủy nội bào, kd = 0,06/ngày Thời gian lưu nước:
ϴ = V
Q = 28,7
86 = 0,33 ngày = 7,9h Chọn chiều cao hữu ích: H = 2,5 m Chọn chiều cao bảo vệ: Hbv = 0,5 m Chiều cao tổng cộng của bể:
Diện tích bể: F = V
H = 28,7
2.5 = 11,5 m2
Ta chọn chiều dài L = 4 m, chiều rộng B = 3 m
Vậy thể tích xây dựng: V = L × B × Hxd = 4 m × 3 m × 3 m = 36 m3
Lượng bùn dư thải bỏ mỗi ngày Hệ số sản lượng quan sát Yobs = Y 1+ θc × kd = 0,6 1+ 10 × 0,06 = 0,375 (Mục 5/149/[2]) Trong đó: Y: Hệ số sản lượng
Kd: Hệ số phân hủy nội bào ϴc: Thời gian lưu bùn
Lượng sinh khối sinh ra mỗi ngày tính theo MLVSS:
Px = Yb × Q × (S0 – S) × 10-3 = 0,375 × 86 × (328,3 – 7,4) × 10-3 = 10,3 kg/ngày (Mục 5/149/[2])
Lượng tăng sinh khối theo MLSS: Px(SS) = Px
0,8 = 10,3
0,8 = 12,9 kg/ngày
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:
Pxã = Px(SS) – Q × SSra = 12,9 – 86 × 40,4 × 10-3 = 9,4 kg/ngày
Xác định lưu lượng bùn thải
Giả sử bùn dư được xã bỏ (dẫn đến bể chứa bùn) từ ống dẫn bùn tuần hoàn, Qra = Q và hàm lượng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong bùn chiếm 80% hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS). Khi đó lưu lượng bùn dư được tính tốn xuất phát từ cơng thức:
θc = V × X
QbX × QraXra => Qb = VX− θcQraXra
θcX = 28,7 × 3600−(10 × 86 × 32,32)
10 × 3600 = 2,1 m3/ngày
Trong đó:
V: thể tích bể Aerotank, m3
X: nồng độ VSS trong hỗn hợp bùn hoạt tính ở bể Aerotank, X = 3600 mg/l Xra: Nồng độ VSS trong SS ra khỏi bể lắng, Xra = 0,8 × 40,4 = 32,32 mg/l Qb: Lưu lượng bùn thải, m3
Qra: Lưu lượng nước thải ra khỏi bể lắng đứng, Qra = Q = 86 m3/ngày
Xác định tỷ số tuần hoàn bùn hoạt tính về bể Anoxic
Cân bằng vật chất cho bể Aerotank:
QXo + QrXr = (Q + Qr)X (Mục 7/149/[2]) Trong đó:
Q = Lưu lượng nước thải
Qth: Lưu lượng bùn hoạt tính tuần hồn
Xo: Nồng độ VSS trong nước thải dẫn vào Anoxic, mg/l X: Nồng độ VSS ở bể aerotank, X = 3600 mg/l
Xr: Nồng độ VSS trong bùn tuần hoàn, Xr = 9400 mg/l
Giá trị X0 thường rất nhỏ so với X và Xth, do đó trong phương trình cân bằng vật chất ở trên có thể bỏ qua đại lượng QX0. Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ có dạng:
QrXr = (Q + Qr)X
Chia 2 vế của phương trình này cho Q và đặt tỉ số Qr/Q = α (α được gọi là tỉ số tuần hoàn), ta được:
αXr = X + αX => α = X
Xr−X = 3600
9600 −3600 = 0,6
Lưu lượng bùn tuần hồn:
Qr = r × Q = 0,6 × 86 = 51,6 mg/l
Xác định lượng oxy cấp cho bể Aerotank
Khối lượng BOD20 cần xử lý mỗi ngày: G = (328,3 – 7,4)/0,68 × 86 × 10-3
Lượng oxy yêu cầu theo công thức:
M = G – (1,42 × Px) + 4,57 × Q × (NH4 vào – NH4 ra) × 10-3
= 40,6 – ( 1,42 × 10,3) + 4,57 × 86 × (61,9 – 4,7) × 10-3 = 48,5 kg/ngày Tính thể tích khơng khí theo u cầu:
Giả sử hiệu quả vận chuyển oxy của thiết bị thổi khí là 8%, hệ số an tồn khi sử dụng trong thiết kế thực tế là 2.
Lượng khơng khí u cầu theo lý thuyết (giả sử khơng khí chứa 23,2% O2 theo trọng lượng và trọng lượng riêng của khơng khí ở 200C là 0,0118 kN/m3 = 1,18 kg/m3) là:
48,5
1,18 × 0,232 = 177,2 m3/ngày
Lượng khơng khí u cầu với hiệu quả vận chuyển 8% sẽ bằng: 177,2
0,08 = 2215 m3/ngày = 1,5 m3/phút
Lượng khơng khí thiết kế để chọn máy nén khí sẽ là: q = 2 × 1,5 = 3 m3/phút = 0,05 m3/s
Áp lực và cơng suất của hệ thống nén khí:
Khí được phân phối vào bể bằng các ống khí có đĩa thổi khí ở trên. Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén xác định theo cơng thức:
Hct = hd + hc + hf + H 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) H: Chiều sâu hữu ích của bể, H = 2,5 m
Tổng tổn thất hd và hc thường không vượt quá 0,4m; tổn thất hf khơng q 0,5 m. Do đó áp lực cần thiết sẽ là:
Hct = 0,4 + 0,5 + 2,5 = 3,4 m Áp lực khơng khí:
P = 10,33+Hct
10,33 = 10,33+3,4
10,33 = 1,33 at
Cơng suất máy nén khí tính theo cơng thức: N = 34400 × (P 0,29−1) × q 102 × n = 34400 × (1,33 0,29−1) × 0,05 102 × 0,8 = 1,8 KW Trong đó:
q = Lưu lượng khơng khí, q = 0,05 m3/s
n = Hiệu suất máy nén khí, n = 0,7 – 0,9. Chọn n = 0,8
Chọn 2 máy thổi khí cơng suất con sị Veratti Model GB-2200s 2,2 KW chạy liên tục.
Tính tốn đĩa thổi khí
Chọn thiết bị khuếch tán khí là đĩa phân phối khí OXYFLEX MT235 – 9 INCH, lưu lượng khí là 20 m3/h = 0,333 m3/phút
Đường kính là 200 mm
Số đĩa phân phối trong bể:
n1 = q 0,333 = 3 0,333 = 9 đĩa Số ống nhánh: Ta chọn số ống nhánh là 3 ống Bố trí ống phân phối khí:
Bố trí 3 ống nhánh phân phối khí dọc theo chiều dài bể, trên 3 ống nhánh bố trí 3 đĩa thổi khí đặt cách thành bể 1 m và cách đáy 0,2 m
Khoảng cách giữa các ống nhánh: Lnhánh = L−1 × 2
n−1 = 4 − 1 × 2
3−1 = 1 m
Khoảng cách giữa các đĩa phân phối trên 1 ống nhánh có 3 đĩa: Lnhánh = B−0,5 × 2
n1−1 = 3 − 0,5 × 2
3 − 1 = 1 m
Đường kính ống phân phối khí chính:
Dc = √ 4 × qkhi
π × v ống = √ 4 × 0,05
Trong đó:
v ống: vận tốc khí trong ống, v ống = 10 –15 m/s. Chọn v ống = 12 m/s
Lưu lượng khí qua ống nhánh
qnhánh = 𝑄𝑘𝑘 5 = 3 3 = 1 m3/phút = 0,02m3/s Đường kính ống dẫn khí nhánh Dn = √ 4 × qnhánh π × v ống = √ 4 × 0,02 π × 12 = 0,05 m chọn ống inox DN50
Kiểm tra tỉ số F/M và tải trọng hữu cơ: Tỉ số F/M
F
M = So
ϴ × 3600 = 328,3
0,33 × 3600 = 0,28 ngày-1 (thỏa điều kiện) (Mục 9/152/[2])
Tải trọng thể tích bằng:
So × Q
V × 10-3 = 328,3 x 86
28,7 x 10-3 = 0,98 kgBOD5/m3.ngày (thỏa điều kiện)
Tính tốn ống dẫn nước thải từ bể Aerotank Lắng đứng.
Chọn vận tốc nước thải trong ống : v = 0,8 m/s (giới hạn 0,7 – 1,2 m/s) Lưu lượng nước thải : Q = 86 m3/ngày = 6,14 m3/h = 1,7 × 10-3 m3/s
D = √4 × Qtb
v×π = √4×1,7 × 10−3
0,8×π = 0,05 m = 50 mm
→ Chọn ống nhựa Bình Minh uPVC D60
Bảng 4.12 Tóm tắt thơng số thiết kế bể Aerotank
STT Các thơng số tính tốn Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Thể tích làm việc của bể Aerotank V m3 28,7
2 Chiều cao hữu ích của bể Aerotank H m 2,5
3 Chiều cao bảo vệ của bể Aerotank hbv m 0,5
5 Chiều dài của bể Aerotank L m 4
6 Chiều rộng của bể Aerotank B m 3
7 Đường kính ống nước qua bể lắng D mm 60
4.1.9 Bể lắng đứng
Bể lắng đứng được lựa chọn để tính tốn thiết kế căn cứ vào cơng suất của trạm xử lý nước dưới 20.000 m3/ngày (TCXDVN – 2008)
Bảng 4.13 Thông số thiết kế bể lắng đứng
Thông số Đơn vị Giá trị
Vận tốc chuyển động của nước trong ống trung tâm
mm/s Không quá vượt 30
Tốc độ chuyển động của nước thải trong bể lắng đứng
mm/s 0,5 – 0,8
Thời gian lắng H 1,5 – 2,5
Góc nghiên của đáy bể lắng so với phương ngang
Độ Không vượt quá 50 độ
Vận tốc dòng chảy qua khe hở miệng loe ống trung tâm và bề mặt tấm hắt
Mm/s < 20
Diện tích tiết diện của ống trung tâm:
f = Q ( s trung bình)
Vtt = 1,7 × 10
−3
0,03 = 0,06 m2 Trong đó: