4.2.5 Bể lắng đứng (tương tự phương án 1) 4.2.6 Bể trung gian
Nhiệm vụ: là công trình chứa nước sau lắng, để bơm nước cho bể sinh học phía sau, chọn thời gian lưu nước t = 30 phút
Thể tích bể:
𝑉 = 𝑄 × 𝑡 = 16 × 0,5 = 8 𝑚3 Chọn chiều sâu bể H = 2m, chiều cao bảo vệ: 0,5m, Hxd = 2,5m Diện tích mặt bằng bể: F= 𝑽
𝑯 = 𝟖
𝟐 = 4 m2
Kích thước bể là: L × B × H = 2 × 2 × 2 (m). Công suất máy bơm
𝑁= 𝑄𝑚𝑎𝑥
𝑠 𝐻
102×𝜂 = 16×2,5×1000
102×0,7×3600 = 0,16 kW Trong đó:
+η : hiệu suất bơm, 70% +𝑄𝑚𝑎𝑥𝑠 : lưu lượng bơm (m3/s) + H : cột áp bơm = Hxd
Công suất thực của máy bơm: Nb= 𝑁 × 𝛽 = 0,16 × 2 = 0,32 kW = 0,42Hp Trong đó 𝛽 : hệ số an toàn, 𝛽=1-2,5
Chọn 2 bơm chìm nước thải Tsurumi 50U2.4 – 0,5 Hp Trong đó 1 bơm hoạt động, bơm còn lại là dự phòng. Các bơm tự động luân phiên nhau theo chế độ cài đặt nhằm đảm bảo tuổi thọ lâu bền.
Bảng 4.19 Thông số thiết kế bể trung gian STT Thống số Đơn vị Giá trị 1 Chiều dài bể (L) m 2 2 Chiều rộng bể (B) m 2 3 Chiều cao bể (H) m 2,5 4.2.7 Bể SBR Nhiệm vụ:
SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính kiều làm đầy và xả cặn. Bể gồm năm quá trình chính là làm đầy; phản ứng; lắng, xả cặn và ngừng.
Các thông số đầu vào:
+ Lưu lượng nước thải 𝑄𝑡𝑏𝑛𝑔à𝑦 = 150 𝑚3/𝑛𝑔à𝑦 = 6,25 𝑚3/ℎ + Hàm lượng 𝐵𝑂𝐷5 đầu vào = 200 mg/l
+ Hàm lượng COD đầu vào = 388 mg/l
+ Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi hay bùn hoạt tính XTSS = 3500 mg/l
+Chỉ số SVI: giá trị SVI nằm trong khoảng 100 – 150 (ml/g), giá trị SVI cao hơn 150 nghĩa là bùn lắng không tốt. Giá trị này chọn là 120 ml/g. (T535/[5])
+ Tỉ lệ F/M = 0,1 gr𝐵𝑂𝐷5/gr bùn hoạt tính lơ lửng MLVSS (qui phạm từ 0,1 -0,2) + Độ tro của cặn Z = 0,3 (giá trị thường từ 0,2 – 0,3) hay cặn bay hơi bằng 0,7 cặn lơ lửng.
+ Hệ số động học Y = 0,6 gr/gr và 𝑘𝑑 = 0,05 𝑛𝑔à𝑦−1
Sử dụng 2 bể SBR, 1 bể trong giai đoạn làm đầy thì bể còn lại trong giai đoạn thổi khí, lắng, xả nước.
Các thông 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 Độ tro của cặn, Z = 0,3 Hệ số sản lượng bùn, Y = 0,4 – 0,8 mgVSS/mgBOD5, Y = 0,6 mgVSS/mgBOD5
Tính hàm lượng COD có và không có khả năng phân hủy sinh học Hàm lượng COD có khả năng phân hủy sinh học được tính bằng:
bCOD = 1,65 × BOD5 = 1,65 × 200 = 330 mg/l Hàm lượng COD không có khả năng phân hủy sinh học:
nbCOD = COD – bCOD = 388 – 330 = 88 mg/l
Hàm lượng chất lơ lửng không có khả năng phân hủy sinh học được tính theo công thức:
nbSS = TSS × MLVSS
MLSS (1−0,68) = 142×0,8×(1 – 0,68) = 36,4 mg/l Xác định chu kỳ vận hành bể SBR:
Thời gian làm đầy bể được xác định theo công thức: tlđ = tp.ứ + tl + tc.n Trong đó:
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 công 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 = 150
8 = 18,75 m
3
Xác định kích thước bể SBR
Thể tích bể SBR được tính toán dựa vào phương trình cân bằng vật chất: tổng hàm lượng SS dòng vào bằng tổng hàm lượng SS sau lắng.
Vt × XMLSS = Xb × Vb hay Vb Vt = XMLSS Xb Trong đó: Vt: Thể tích của 1 bể XMLSS: Hàm lượng MLSS dòng vào, XMLSS = 3500 mg/l
Xb: Hàm lượng MLSS trong bùn lắng Xb = 10 3×103 SVI = 10 3 ×103 120 = 8333,3 g/m 3
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) không trôi 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 = 18,75 0,5 = 37,5 m 3 Trong đó: Vlđ: Thể tích làm đầy bể, Vlđ = 37,5 m3
Chiều cao xây dựng của bể SBR được xác định theo công thức: Hxd = H + hbv = 6,5 + 0,5 = 7 m Trong đó:
H: Chiều cao công 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 toàn, hat = 8%H = 8% × 6,5 = 0,52 m
hbv: Chiều cao bảo vệ, tính từ mực nước đến thành bể, chọn hbv = 0,5 Diện tích mặt bằng bể SBR được tính theo công thức:
F = Vt
H = 37,5
6,5 = 5,8m
2
Chọn kích thước bể SBR: B × L = 2 m × 3 m Thời gian lưu nước trong ngày đêm của bể SBR
Thời gian lưu nước tổng cộng của hai bể SBR được tính theo công thức: tn = n ×Vt ×24 Q = 2 ×37,5×24 150 = 12 h Trong đó: n: Số lượng bể, n = 2 Vt: Thể tích bể SBR, Vt = 37,5 m3
Q: Lượng nước thải cần xử lý, Q = Qngày tb = 150m3/ngày Thời gian lưu bùn được xác định theo phương trình:
Psk × Tb = Vt × XMLSS = 37,5 × 3500 × 10-3 = 131,25 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 đó:
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 (thông 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 = 75 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 = 330 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 không phản ứng sinh học, nbVSS = 22 mg/l
TSSv: Hàm lượng chất lơ lửng đầu vào, TSSv = 142 mg/L, VSSv = 0,8TSSv = 0,8 × 142 = 113,6 mg/l 131,25×103 = 0,6 ×75 ×330×Tb (1+0,15×Tb)×0,85 + 0,15 ×0,15 ×75×0,6×330×Tb 2 (1+0,15×Tb)×0,85 + 75×22×Tb + 75×(142 – 113,6)×Tb
→ tb = 10,9 ngày, chọn tb = 11 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 công thức: Vb = 0,42 × Vt = 0,42 ×37,5 = 15,75 m3
Trong đó: Vt: Thể tích bể SBR, Vt = 37,5 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 ×75 ×330 1+0,15×11 + 0,15 ×0,15 ×75×0,6×330 1+0,15×11 + 75×22 = 7380g/ngày → XMLVSS = 7380 37,5 = 196,8 g/m3 Tỉ lệ MLVSS và MLSS: XMLVSS XMLSS = 196,8 3000 = 0,07 Xác định lượng bùn hoạt tính dư
Lượng bùn có khả năng chứa trong bể SBR được tính theo công thức: Mb = Vb × 𝜌 × Xb = 15,75 × 1,02 × 8333,3 ×10-3 = 134 kg Trong đó:
Vb: Thể tích phần chứa bùn, Vb 15,75 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 đó:
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 = 131,25 + 49,2 0,8 + 0,54 = 193,3 kg Trong đó: Psk1: Hàm lượng MLVSS trong 1 bể SBR Psk1 = Psk 4 = 196,8 4 = 49,2 kg/ngày G0: Hàm lượng bùn trong bể G0 = Vt × XMLSS = 37,5 × 3500 = 131,25kg
SS: Hàm lượng chất rắn dẫn vào bể mỗi chu kỳ
SS = (TSSv – VSSv)×Vlđ = (142 – 113,6)×18,75 = 532,5 g = 0,54 kg Sau 1 chu kỳ tiến hành thải bỏ bùn dư một lần, lượng bùn dư cần thải bỏ
Gb = G1 – G0 = 193,3 – 131,25 = 62,05 kg Lưu lượng bùn cần thải bỏ sau một chu kỳ của 1 bể là:
Vbùn dư = Gdư
ρ×XMLSS = 62,05
1,02×8333,3×10−3 = 7,3 m3 Lưu lượng bùn xả sau một chu kỳ hoạt động, thời gian xả bùn 30 phút
Qdư = Vdư t = 7,3 30×60 = 0,004 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 ×0,004 3,14 ×0,4 = 0,112 mm Chọn ống uPVC Bình Minh DN 140 mm làm ống dẫn bùn dư.
Công 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.
Công suất bơm bùn thải sang bể chứa bùn: N = Q × ρ ×g ×H
1000η = 7,3×1053×9,81×7
0,5×3600×1000×0,8 = 0,37 kW Trong đó:
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
η: Hiệu suất bơm, η = 0,72 ÷0,93, chọn = 0,8
Công suất thực của máy bơm: (lấy bằng 120% công suất tính toán). Ntt = 1,2 × N = 1,2 × 0,37= 0,45 kW Chọn 2 bơm bùn dư kiểu ly tâm, một hoạt động và một dự phòng.
Hãng sản xuất: Ebara Xuất xứ: Italy Model: 150DML 55,5 Công 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 toán hệ thống cấp khí
Lượng oxy cần thiết cung cấp cho mỗi bể theo điều kiện cần để làm sạch BOD, oxy hóa 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 = 150 ×(200 − 49,5) 1000×0,68 – 1,42×5,2 + 4,57×(70 −21) 1000 = 26,04 (kg/O2) Trong đó:
OCo: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn của phản ứng ở 20o
C
Q: Lưu lượng nước thải cần xử lý, Q = 150 m3
/ngày
So: Nồng độ BOD đầu vào, So = 200 mg/l
S: Nồng độ BOD đầu ra, S = 49,5 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 ngoài theo bùn dư, Px = Yb×Q×(So –S) kg/ngày Tốc độ tăng trưởng của bùn:
Yb = Y
1+kd×Tb = 0,6
1+0,15×11 = 0,23 → Px = Yb×Q×(So – S) = 0,23×150×(200 –49,5) = 5,2 kg/ngày
1,42: Hệ số chuyển đổi từ tế bào sang COD
No: Tổng hàm lượng nitơ đầu vào, No = 70 mg/l
N: Tổng hàm lượng nitơ đầu ra, N = 21 mg/l
4,57: Hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa amoni thành nitrat Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
OCt = OCo × Cs Cs−C × 1 1,024T−20 = 26,04 × 9,09 9,09− 1,5 × 1 1,02425−20 = 27,6 kgO2/ngày Trong đó:
OCo: Lượng oxy cần thiết theo điều kiện tiêu chuẩn, OCo = 26,04 kgO2/ngày
Cs: Nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở nhiệt độ tiêu chuẩn, Cs20 o
= 9,09 mg/l
C: Nồng độ oxy cần duy trì trong công trình (1,5 – 2 mg/l), chọn C = 1,5 mg/l
T: Nhiệt độ của nước thải, T = 25oC
Tính toán máy thổi khí:
Mỗi bể hoạt động 4 chu kỳ/ngày, mỗi chu kỳ thời gian sục khí là 4,5h (trong đó sục khí trong 3 giờ làm đầy và 1,5 giờ trong giờ trong giai đoạn sục khí), do đó lượng O2
cần cung cấp trong 1 giờ ở 1 bể là:
MO2 = 27,6
Lượng không khí cần thiết: Giả sử không khí chứa 23,2% trọng lượng là O2, hiệu suất chuyển hóa oxy là 8%, trọng lượng riêng không khí 1,2 kg/m3, lượng không khí cần cung cấp:
Qkk = 0,8
1,2 ×0,08 ×0,232 = 36 m
3
/h
Kiểm tra lượng không khí cần thiết cho xáo trộn hoàn toàn trên 1 đơn vị thể tích là: Qkk
Vt = 36
37,5 = 0,96 m
3
khí/m3.h = 16 lít khí/m3.phút Áp lực cần thiết cho hệ thống khí nén được xác định theo công thức:
Htc = H + hd + hc + hf = 6,5 + 0,4 + 0,5 = 7,4 m Trong đó:
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
hf ≤ 0,5 m, chọn hf = 0,5m Áp lực không khí:
P = 10,33 + Htc
10,33 = 1,71 at Công suất máy nén khí được xác định theo công thức:
N = 34400 ×(P 0,29−1)×q 102 ×η = 34400 ×(1,71 0,29−1)×0,445 102 ×0,8 = 0,7 kW Trong đó:
q: Lưu lượng không khí, q = 0,01 m3
/s
η: Hiệu suất máy nén khí, η = 0,7 – 0,9, chọn η = 0,8 Công suất thực tế của máy thổi khí:
Ntt = β × N = 0,7 × 1,2 = 0,84 kW Trong đó: 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 TSR2-50hoạt động luân phiên nhau.
Xuất xứ: Nhật Bản
Model: TSR2 – 50
Công suất: 1,5 kW
Tính toán thiết bị phân phối khí:
Khí được phân phối trực tiếp vào nước bằng hệ thống phân phối dạng đĩa thô của hãng EDI.
Đường kính đĩa, D = 277 (mm).
Đĩa thô có lưu lượng r = 0 – 12 (m3
/h.cái), chọn r = 10 (m3/h.cái) = 167 l/phút.cái.
Diện tích bề mặt hoạt động: 0,038 m2.
Thân đĩa Polypropylen, đường kính bao gồm cả vành.
Khớp nối được làm từ PVC, kích thước 57×57 mm, cao 32mm. Đường kính ngoài 38mm.
Độ sâu ngập nước của đĩa phân phối khí lấy bằng chiều cao hữu ích của bể, H = 6,5 m. Số đĩa phân phối khí trong bể:
n = Qkhí
Qđĩa = 0,01
2,78×10−3 =3,5 (đĩa). Chọn 4 đĩa Có 2 bể SBR với 8 đĩa thổi khí
Trong đó
Qkhí: Lưu lượng khí cần cung cấp, qkhí = 0,01 m3/s
Qđĩa: Lưu lượng khí qua đĩa, Qđĩa = 10 m3/h = 2,78×10-3 m3/s. Tính toán đường ống dẫn khí
Đường kính ống dẫn khí chính: Dc = √4×Qc
π×v = √4×0,01
π×14 = 0,03 mm
Chọn ống thổi khí chính là ống thép không gỉ có đường kính DN 32 mm. Trong đó:
Qc: Lưu lượng khí trong ống chính, Qc = Qkhí = 0,01 m3/s
v: Vận tốc dòng khí trong ống chính, v = 10 – 15 m/s, chọn vận tốc dòng khí trong ống chính v = 14 m/s Kiểm tra vận tốc ống khí chính: v = 4 × Qkhí (Dc)2 × π = 4 × 0,01 (0,032)2 × 3,14 = 12,44 m/s (thõa v = 10 ÷ 15 m/s).
Từ ống dẫn khí chính có 2 ống khí nhánh, chọn vận tốc trong ống nhánh là 10 m/s. Dn = √ 4×Q
π×v×12 = √3,14×10×24×0,01 = 0,025 m = 25 m Chọn ống uPVC Tiền Phong làm ống khí nhánh có đường kính DN 25 mm. Kiểm tra vận tốc khí trong ống nhánh:
v = 4 × Qkhí
(Dn)2 × π × 12 = 4 × 0,01
(0,025)2 × 3,14 × 2 = 10,2 m/s (thõa v = 10 ÷ 15 m/s). Đặt ống dẫn khí chính chạy dọc theo chiều dài bể, ống nhánh đặt vuông góc với bể và chạy dọc theo chiều rộng của bể, chiều dài của ống nhánh bằng chiều rộng của bể, bố